Gas Ideal vs Gas Nyata

Gas ideal vs gas nyata pada dasarnya bergantung pada satu pertanyaan: kapan $PV = nRT$ merupakan pendekatan yang baik? Gas ideal adalah model yang menganggap partikel memiliki volume yang dapat diabaikan dan tidak memiliki gaya antarmolekul kecuali saat tumbukan. Gas nyata adalah gas yang benar-benar ada, sehingga molekulnya memiliki ukuran terbatas dan dapat saling tarik-menarik atau tolak-menolak.

Itulah sebabnya

$$PV = nRT$$

hanya bekerja dengan baik dalam kondisi yang tepat. Secara umum, gas berperilaku lebih ideal pada tekanan yang relatif rendah dan suhu yang lebih tinggi, ketika molekul-molekul lebih berjauhan dan lebih kecil kemungkinannya untuk mengembun.

Gas Ideal vs Gas Nyata: Perbedaan Inti

Model gas ideal menghilangkan dua kerumitan dunia nyata.

Pertama, model ini menganggap partikel gas seolah-olah hampir tidak memakan ruang dibandingkan dengan volume wadah. Kedua, model ini mengabaikan gaya tarik dan tolak antarmolekul kecuali untuk tumbukan lenting sempurna.

Asumsi-asumsi itu membuat perhitungannya sederhana. Asumsi tersebut memang tidak sepenuhnya benar untuk molekul nyata, tetapi sering kali cukup mendekati untuk kimia dasar dan banyak perhitungan gas sehari-hari.

Mengapa Gas Nyata Menyimpang dari Hukum Gas Ideal

Gas nyata menyimpang karena molekul bukanlah titik dan memang saling berinteraksi.

Jika gaya tarik berperan penting, molekul saling menarik dan dapat menumbuk dinding wadah dengan sedikit kurang kuat. Dalam kondisi itu, tekanan yang terukur bisa lebih rendah daripada prediksi hukum gas ideal untuk $n$, $V$, dan $T$ yang sama.

Jika gas dikompresi cukup kuat, ukuran terbatas molekul mulai menjadi lebih penting. Saat itu, gas dapat lebih menahan kompresi daripada yang diperkirakan model ideal. Efek mana yang lebih dominan bergantung pada jenis gas dan kondisinya, jadi arah penyimpangannya tidak selalu sama.

Satu Contoh Perhitungan dengan Faktor Kompresibilitas

Cara praktis untuk memeriksa keidealan adalah faktor kompresibilitas:

$$Z = \frac{PV}{nRT}$$

Untuk gas ideal, $Z = 1$. Untuk gas nyata, $Z$ bisa lebih besar atau lebih kecil dari $1$.

Misalkan $1.00\ \mathrm{mol}$ suatu gas berada pada suhu $300\ \mathrm{K}$ dalam wadah berukuran $1.00\ \mathrm{L}$, dan tekanan yang terukur adalah $24.0\ \mathrm{atm}$.

Jika gas itu ideal, tekanannya adalah

$$P_{\text{ideal}} = \frac{nRT}{V} = \frac{(1.00)(0.0821)(300)}{1.00} \approx 24.6\ \mathrm{atm}$$

Sekarang bandingkan keadaan terukur dengan perilaku ideal:

$$Z = \frac{(24.0)(1.00)}{(1.00)(0.0821)(300)} \approx 0.97$$

Karena $Z < 1$, sampel ini menunjukkan penyimpangan negatif kecil dari perilaku ideal dalam kondisi tersebut. Ini biasanya berarti gaya tarik antarmolekul sedikit menurunkan tekanan dibandingkan dengan prediksi ideal.

Kesalahan Umum Saat Membandingkan Gas Ideal dan Gas Nyata

Mengira Hukum Gas Ideal Tidak Berguna untuk Gas Nyata

Hukum gas ideal adalah model, bukan hukum yang tepat untuk setiap gas dalam setiap kondisi. Banyak gas nyata tetap mengikutinya dengan cukup baik untuk perhitungan biasa.

Menganggap Penyimpangan Hanya Terjadi pada Tekanan Tinggi

Tekanan tinggi memang salah satu penyebab umum, tetapi suhu rendah juga penting. Saat gas semakin dekat ke kondisi pengembunan, gaya tarik antarmolekul menjadi lebih penting.

Menganggap Penyimpangan Selalu ke Satu Arah

Tidak demikian. Jika gaya tarik lebih dominan, gas nyata sering menghasilkan $Z < 1$. Jika ukuran molekul yang terbatas dan tolakan jarak dekat lebih dominan, gas nyata sering menghasilkan $Z > 1$.

Lupa Bahwa Kondisi Sangat Menentukan

Gas yang sama bisa berperilaku hampir ideal dalam satu rentang kondisi dan tampak jelas tidak ideal dalam rentang lain. Anda tidak bisa memberi label suatu gas sebagai "ideal" atau "nyata" tanpa juga mempertimbangkan tekanan dan suhu.

Kapan Model Gas Ideal Bekerja dengan Baik

Model gas ideal biasanya bekerja paling baik ketika tekanan relatif rendah dan gas jauh dari kondisi pengembunan. Dalam kondisi itu, molekul-molekul cukup berjauhan sehingga ukuran dan gaya tariknya menjadi kurang berpengaruh.

Hal ini kurang penting jika hanya digunakan sebagai perkiraan kasar dalam soal buku teks sederhana, tetapi menjadi jauh lebih penting dalam sistem bertekanan tinggi, perilaku gas bersuhu rendah, masalah pencairan, dan situasi apa pun yang menuntut ketelitian.

Kapan Anda Perlu Memikirkan Perilaku Gas Nyata

Mulailah lebih berhati-hati ketika tekanan tinggi, suhu rendah, atau gas berada dekat perubahan fase. Itulah kondisi-kondisi ketika asumsi di balik model ideal paling mungkin gagal berlaku.

Dalam pelajaran kimia, model ideal tetap merupakan titik awal yang tepat karena menghubungkan tekanan, volume, suhu, dan jumlah mol dengan jelas. Perilaku gas nyata menjelaskan kapan model awal itu perlu dikoreksi.

Coba Soal Serupa

Cobalah versi Anda sendiri dengan $n$, $V$, dan $T$ yang sama, tetapi gunakan tekanan terukur sebesar $26.0\ \mathrm{atm}$. Hitung $Z$ dan tanyakan apa yang ditunjukkannya tentang bagaimana sampel itu menyimpang dari perilaku ideal.

Jika Anda ingin melangkah ke tahap berikutnya setelah perbandingan ini, hukum gas ideal adalah lanjutan yang paling alami karena menunjukkan bagaimana model yang disederhanakan digunakan dalam perhitungan nyata.