Hukum Gas — Boyle, Charles, Avogadro & Gabungan

Hukum gas adalah sekumpulan hubungan yang menjelaskan bagaimana gas berubah saat dimampatkan, dipanaskan, atau ketika jumlahnya diubah. Kuncinya bukan menghafal empat rumus yang terpisah. Kuncinya adalah melihat besaran apa yang tetap.

Jika suhu tetap, tekanan dan volume saling berbanding terbalik. Jika tekanan tetap, volume mengikuti suhu absolut. Jika tekanan dan suhu tetap, volume mengikuti jumlah mol. Ketika sejumlah gas tetap mengalami perubahan tekanan, volume, dan suhu sekaligus, hukum gas gabungan biasanya menjadi alat yang paling praktis.

Hukum Gas Utama Sekilas

Hukum Boyle

Hukum Boyle berlaku ketika suhu dan jumlah gas tetap:

$$P_1V_1 = P_2V_2$$

Dalam kondisi itu, tekanan berbanding terbalik dengan volume. Jika gas dimampatkan menjadi setengah volumenya pada suhu yang sama, tekanannya menjadi dua kali lipat.

Hukum Charles

Hukum Charles berlaku ketika tekanan dan jumlah gas tetap:

$$\frac{V_1}{T_1} = \frac{V_2}{T_2}$$

Di sini suhu harus dinyatakan dalam Kelvin. Jika suhu absolut menjadi dua kali lipat dan tekanan tetap, volumenya juga menjadi dua kali lipat.

Hukum Avogadro

Hukum Avogadro berlaku ketika tekanan dan suhu tetap:

$$\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2}$$

Artinya volume berbanding lurus dengan jumlah gas. Jika jumlah mol dibuat dua kali lipat sementara tekanan dan suhu tetap, volumenya juga menjadi dua kali lipat.

Hukum Gas Gabungan

Hukum gas gabungan berguna ketika jumlah gas tetap, tetapi tekanan, volume, dan suhu semuanya dapat berubah:

$$\frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2}$$

Hukum ini menggabungkan hukum Boyle dan hukum Charles dalam satu hubungan. Anda bisa menganggapnya sebagai pilihan yang tepat untuk perubahan keadaan awal-ke-akhir ketika tidak ada gas yang ditambahkan atau dikeluarkan.

Intuisi yang Membuat Hukum Gas Mudah Dipahami

Gas menekan dinding wadahnya karena partikel-partikelnya bergerak dan bertumbukan dengan dinding tersebut.

Jika wadah diperkecil tanpa mengubah suhu, partikel yang sama akan lebih sering menumbuk dinding, sehingga tekanan naik. Jika gas dipanaskan, partikel bergerak lebih cepat, sehingga tekanan naik atau, jika tekanan dibiarkan tetap, gas akan memuai. Jika lebih banyak partikel gas ditambahkan sambil menjaga tekanan dan suhu tetap, gas membutuhkan volume yang lebih besar untuk menampungnya.

Itulah sebabnya soal hukum gas pada dasarnya bergantung pada kondisi. Rumusnya mengikuti kondisi tersebut.

Satu Contoh Soal

Sampel gas menempati volume $2.0\ \mathrm{L}$ pada tekanan $1.2\ \mathrm{atm}$ dan suhu $300\ \mathrm{K}$. Gas itu dimampatkan menjadi $1.5\ \mathrm{L}$ dan dipanaskan hingga $360\ \mathrm{K}$. Tidak ada gas yang keluar. Berapa tekanan barunya?

Karena jumlah gas tetap dan ketiga variabel berubah, gunakan hukum gas gabungan:

$$\frac{P_1V_1}{T_1} = \frac{P_2V_2}{T_2}$$

Selesaikan untuk $P_2$:

$$P_2 = \frac{P_1V_1T_2}{T_1V_2}$$

Substitusikan nilainya:

$$P_2 = \frac{(1.2)(2.0)(360)}{(300)(1.5)} = \frac{864}{450} = 1.92\ \mathrm{atm}$$

Jadi tekanan barunya adalah $1.92\ \mathrm{atm}$.

Hasil ini masuk akal secara fisik. Gas dimampatkan, yang cenderung menaikkan tekanan, dan juga dipanaskan, yang juga cenderung menaikkan tekanan. Tekanan akhir yang lebih tinggi memang sesuai dengan yang diharapkan.

Kesalahan yang Sering Terjadi

Menggunakan Celsius Dalam Perbandingan Hukum Gas

Untuk hukum Charles dan hukum gas gabungan, suhu harus berupa suhu absolut. Gunakan Kelvin, bukan Celsius.

Memilih Hukum Sebelum Memeriksa Kondisi

Jangan mulai dari rumus yang paling Anda ingat. Mulailah dari besaran yang tetap. Dari situlah Anda tahu hukum mana yang berlaku.

Lupa Bahwa Hukum Avogadro Memerlukan $P$ Dan $T$ Konstan

Volume hanya sebanding dengan jumlah mol dalam kondisi tersebut. Jika tekanan atau suhu juga berubah, perbandingan sederhana itu saja tidak cukup.

Mencampur Keadaan Dan Satuan Secara Ceroboh

Nilai awal harus tetap dikelompokkan bersama, dan nilai akhir juga harus tetap dikelompokkan bersama. Konversi satuan juga penting, terutama untuk suhu.

Kapan Hukum Gas Digunakan

Hukum gas muncul dalam kimia dasar, perhitungan laboratorium, soal jarum suntik dan piston, penalaran seperti pada balon cuaca, serta situasi apa pun ketika gas berubah keadaan tanpa memerlukan model gas nyata yang lengkap.

Hukum ini paling berguna ketika gas diperlakukan sebagai gas ideal secara perkiraan dan soal dengan jelas menyebutkan besaran mana yang tetap. Jika gas jauh dari perilaku ideal, terutama pada tekanan tinggi atau mendekati kondensasi, Anda mungkin memerlukan model yang lebih rinci.

Coba Versi Anda Sendiri

Ambil contoh yang sama, tetapi pertahankan suhu pada $300\ \mathrm{K}$ alih-alih memanaskannya hingga $360\ \mathrm{K}$. Selesaikan lagi dan bandingkan tekanan akhirnya. Itu adalah cara cepat untuk melihat dengan tepat pengaruh pemanasan.

Jika Anda ingin melangkah ke tahap berikutnya setelah hubungan-hubungan ini, pelajari hukum gas ideal. Hukum ini menyatukan tekanan, volume, suhu, dan mol dalam satu persamaan serta memudahkan penanganan soal ketika jumlah gas berperan langsung.