Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Presentasi sedang didownload. Silahkan tunggu

Bahan Kuliah Kimia TPB Bab IV Departemen Kimia FMIPA IPB.

Presentasi serupa


Presentasi berjudul: "Bahan Kuliah Kimia TPB Bab IV Departemen Kimia FMIPA IPB."— Transcript presentasi:

1 Bahan Kuliah Kimia TPB Bab IV Departemen Kimia FMIPA IPB

2 4.1 Wujud Gas Wujud GasWujud Gas 4.2 Tekanan dan Suhu Gas Tekanan dan Suhu GasTekanan dan Suhu Gas 4.3 Hukum Gas Ideal Hukum Gas IdealHukum Gas Ideal 4.4 Cairan dan Padatan Cairan dan PadatanCairan dan Padatan 4.5 Gaya Antarmolekul Gaya AntarmolekulGaya Antarmolekul 4.6 Transisi Fase Transisi FaseTransisi Fase 4.7 Diagram Fase Diagram FaseDiagram Fase DAFTAR ISI Mmm …, yummy; I believe this will be an interesting lesson

3 a. Gas b. Cairan c. Padatan d. Plasma e. Kristal cair gas yang mengion Ionisasi elektron keluar dari molekul membuat plasma bersifat konduktif. Misalnya, aurora Borealis dan petir. Fase di antara cairan dan padatan Fase cair Fase nematik (untuk monitor LCD, kalkulator, jam tangan digital) Fase smektik Fase kolesterik Bentuk Fisik Suatu Bahan (Fase)

4 4.1 WUJUD GAS Sifat umum gas: Dapat ditekan Dapat ditekan Menimbulkan tekanan pada kondisi sekelilingnya Menimbulkan tekanan pada kondisi sekelilingnya Mengembang dan menempati volume yang tersedia Mengembang dan menempati volume yang tersedia Mampu bercampur sempurna dengan gas lain Mampu bercampur sempurna dengan gas lain Dapat dijelaskan menggunakan parameter suhu dan tekanannya, volume yang ditempatinya, dan jumlah molekul yang ada  BACK  BACK

5 Gas Rumus molekul Pemanfaatan Asetilena C2H2C2H2C2H2C2H2 Las karbit Amonia NH 3 Pupuk ArgonAr Gas pengisi bohlam lampu Butana C 4 H 10 LPG Karbon dioksida CO 2 Air soda Klorin Cl 2 Disinfektan, pemutih Etilena C2H4C2H4C2H4C2H4 Bahan baku plastik HeliumHe Pengisi balon gas Hidrogen H2H2H2H2 Hidrogenasi minyak Metana CH 4 Bahan bakar Nitrit oksida N2ON2ON2ON2OAnestesi Propana C3H8C3H8C3H8C3H8LPG Belerang dioksida SO 2 Pengawet, disinfektan Beberapa gas yang lazim ditemui beserta penggunaannya

6 4.2 TEKANAN DAN SUHU GAS Satuan SI Satuan tekanan umum 1 Pa = 1 kg m -1 det -2 = 1 N/m 2 1 bar = 10 5 Pa = 100 kPa 1 atm = 1,01325 x 10 5 Pa = 101,325 kPa 1 atm = 760 torr = 760 mm Hg 1 atm = 14,7 lb/in 2 (psi) = 1,01325 bar Hukum Boyle: V vs P “Pada suhu tetap, volume ( V ) yang ditempati oleh massa gas yang tertentu berbanding terbalik terhadap tekanan ( P )” V  1/P (pada n dan T tetap) P1V1 =P2V2P1V1 =P2V2P1V1 =P2V2P1V1 =P2V2  BACK  BACK

7 4.2.2 Hukum Charles: V vs T “Pada tekanan tetap, volume yang ditempati oleh massa tertentu gas berbanding lurus terhadap suhu mutlak ( T )” V  T (pada n dan P tetap) Hukum Avogadro: V vs n “Pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama memiliki jumlah molekul ( n ) yang sama” V  n (pada T dan P tetap)

8 Contoh 4.1: Konversikan hasil pembacaan tekanan 736 mm Hg menjadi (a) atm, (b) torr, (c) kPa, (d) bar, dan (e) psi. (a) atm, (b) torr, (c) kPa, (d) bar, dan (e) psi. Jawab: (a) atm: 736 mm Hg x = 0,968 atm (b) torr: 736 mm Hg x = 736 torr (c) kPa: 736 mm Hg x = 98,1 kPa (d) bar: 736 mm Hg x = 0,981 bar (e) psi = 736 mm Hg x = 14,2 psi

9 V 1 = 12 L V 2 = ? L P 2 = 2,4 atm P 1 = 1,2 atm Hukum Boyle: P 1 V 1 = P 2 V 2 = 6,0 L Contoh 4.2: Gas menempati volume 12 L dengan tekanan 1,2 atm. Berapa volumenya jika tekanannya naik menjadi 2,4 atm? Jawab:

10 V 1 = 117 mL T 1 = 100,0 °C = 373 K T 2 = ? V 2 = 234 mL Hukum Charles:  Suhu dalam satuan °C = 746 K – 273 = 473 °C Contoh 4.3: Contoh gas nitrogen menempati volume 117 mL pada 100,0 o C. Pada suhu berapa ( o C) volume yang ditempati gas menjadi 234 mL, jika tekanannya tetap? Jawab: = 746 K

11 PV = nRT Hukum gas ideal ( R = 0, L atm mol -1 K -1 ) 4.3 HUKUM GAS IDEAL V  1/P (pada n dan T tetap) V  T (pada n dan P tetap) V  n (pada T dan P tetap) Contoh 4.4: Nyatakan tetapan gas ideal R dalam J mol -1 K -1. R = 0, Jawab:    1 1 1 1 R = 8,3145 J mol -1 K -1  BACK  BACK

12 Dengan menggunakan hukum gas ideal, hitunglah volume molar gas pada STP (0 o C, 1 atm)? Jawab: PV = nRT Volume molar = volume per mol Vm =Vm =Vm =Vm = = = 22,414 L mol -1 Contoh 4.5:

13 Berapa volume yang ditempati oleh 0,2 g oksigen pada tekanan 1 atm dan 20 o C? Jawab: Contoh 4.6: mol O 2 = 0,2 g O 2 x 1 mol O 2 32 g O 2 = 0,00625 mol O 2 PV = nRT V = nRT P = 0,00625 mol x 0,0821 L atm mol -1 K -1 x 293 K 1,0 atm = 0,150 L = 150 mL P = 1 atm T = 20 °C = 293 K V = ? m = 0,2 g

14 Helium diisikan ke dalam balon gas yang digunakan untuk membawa instrumen ilmiah ke atmosfer. Balon diluncurkan pada hari yang bersuhu 22,5 o C dan pembacaan barometer 754 mm Hg. Jika volume balon adalah 1,00  10 6 L, apa yang terjadi pada ketinggian 37 km ketika tekanan 76,0 mm Hg dan suhu 240 K? Contoh 4.7: Penggabungan 2 set kondisi: R = P1V1n1T1P1V1n1T1 dan R = P2V2n2T2P2V2n2T2 Selama peluncuran balon n dianggap konstan: Jawab:

15 P 1 = 754 mm Hg T 1 = 22,5 °C = 295,5 K T 2 = 240 K P 2 = 76,0 mm Hg V 1 = 1,00  10 6 L V 2 = ? = 8,06  10 6 L Jadi, balon gas memuai 8,06 kali pada ketinggian 37 km.

16 Salah satu perluasan hukum gas ideal untuk menghampiri sifat gas nyata ialah persamaan van der Waals: a, b = tetapan van der Waals (bergantung jenis zat) Gas Nyata Tidak Mengikuti Hukum Gas Ideal Satuan a : L 2 atm mol -2 Satuan b : L mol -1

17 4.4 CAIRAN DAN PADATAN Tegangan Permukaan Molekul cairan di bagian dalam mengalami tarikan antarmolekul dari segala arah. Molekul di permukaan hanya tarik-menarik dengan molekul di bawah dan di sampingnya.  BACK  BACK Ketidakseimbangan gaya di permukaan zat cair  tegangan permukaan.

18 Tegangan permukaan berhubungan dengan kemampuan cairan membasahi permukaan, dan bergantung pada nisbah kekuatan gaya kohesi dan adhesi. * Gaya kohesi: gaya antarmolekul sejenis. * Gaya adhesi: gaya antarmolekul tak sejenis.

19 (a) (a) (b) (b) (b) Raksa (  = 46  J/m 2 pada 20 o C): Ikatan logam Gaya kohesi > adhesi  Membentuk bulatan  Meniskus cembung (a) Air (  = 7,29  J/m 2 pada 20 o C): Ikatan hidrogen Gaya kohesi < adhesi  Membasahi permukaan  Meniskus cekung Adhesi Kohesi

20 4.4.2 Viskositas Ukuran hambatan suatu fluida untuk mengalir. Gaya antarmolekul kuat Viskositas tinggi

21 Viskositas  apabila suhu  : energi kinetik yang lebih besar mampu mengatasi gaya antarmolekul. Contoh: Aseton Etilena glikol Interaksi dwikutub-dwikutub Ikatan hidrogen  aseton <  etilena glikol  aseton <  etilena glikol

22 Kemudahan difusi fase gas > cair >> padat Difusi Difusi semakin mudah jika pergerakan molekul semakin bebas dengan tumbukan antarmolekul yang lebih jarang.

23 Struktur Grafit a.Ikatan antaratom C yang melibatkan 3 orbital sp 2 dalam bidang planar trigonal (120 o ) dan 1 orbital p yang tegak lurus ke atas dan ke bawah bidang tersebut Struktur Padatan 142 pm 335 pm c.Ikatan intralapisan lebih kuat (lebih pendek) daripada antarlapisan. b.Hubungan antaratom C yang planar trigonal membentuk lapisan-lapisan heksagonal.

24 d.Semua elektron p terdelokalisasi.  lapisan-lapisan dapat bergeser dengan mudah satu sama lain  pelumas, isi pensil.  dalam pengaruh medan listrik, elektron p dapat berpindah antaratom C  konduktor listrik (elektrode baterai)

25 b.Benda alam terkeras (tl 3500 o C). Kontras dengan grafit, intan adalah c.Isolator listrik, karena elektron valensinya terlokalisasi. d.Jika separuh atom intan diganti dengan silikon, diperoleh silikon karbida (karborundum; tl 2700 o C) Struktur Intan a.Ikatan antaratom C yang melibatkan 4 orbital sp 3 dalam struktur tetrahedral (109,5 o ).

26 Struktur Silika a.Setiap atom Si (putih) terikat pada 4 atom O (merah) & setiap atom O mengikat 2 atom Si  jejaring tetrahedral b.Amorf: melunak jika dipanaskan  komponen penyusun kaca. c.Seperti intan, silika sangat keras (tl 1700 o C) dan non-konduktor.

27 Gaya dispersi terjadi antarmolekul nonpolar. 4.5 GAYA ANTARMOLEKUL Gaya Dispersi (London) + dst. (a) (b)  BACK  BACK

28 Kemudahan awan elektron berubah bentuk oleh pengaruh medan listrik [tahap (a)] disebut polarisabilitas. Polarisabilitas dan karena itu, kekuatan gaya London, bertambah dengan (1) Naiknya bobot molekul. Contoh: td Rn (M r = 222) : 221 K td Rn (M r = 222) : 221 K td He (M r = 4) : 4 K td He (M r = 4) : 4 K H2H2 N2N2 F2F2 Cl 2 BM2<28<38<71 td–253<–196<–188<–34

29 (2) Memanjangnya bentuk molekul. Contoh: propana (CH 3 CH 2 CH 3 )  td –42 o C, tl –189 o C butana (CH 3 (CH 2 ) 2 CH 3 )  td 0 o C, tl –138 o C Percabangan  molekul membulat  luas bidang singgung untuk gaya London   td dan tl  neopentana (td = 9,5 °C; tl = 160 °C) n-pentana (td = 36,1 °C; tl = 196,5 °C)

30 Luas bidang singgung untuk gaya London menyempit karena molekul membulat. Bidang singgung untuk gaya London lebih luas karena molekul memanjang.

31 Terjadi antarmolekul polar Interaksi Dwikutub-dwikutub (Dipol-dipol) Arah Molekul Polar dalam Padatan

32 Jika BM (hampir) sama, td & tl senyawa polar > nonpolar Lebih kuat daripada gaya London. Contoh: n-butana (M r = 58; nonpolar) (tl = –138,3 °C; td = 0,5 °C) aseton (M r = 58, polar) (tl = –94,8 °C; td = 56,5 °C)

33 trans-1,2-dikloroetena (td = 47,7 °C) cis-1,2-dikloroetena (td = 60,3 °C) Momen ikatan C–Cl pada isomer trans saling meniadakan  nonpolar  gaya London (td lebih rendah) Momen ikatan C–Cl pada isomer cis saling memperkuat  polar  interaksi dwikutub-dwikutub (td lebih tinggi)

34 Catatan: (1)Jika bobot molekulnya jauh lebih besar, titik didih molekul nonpolar dapat melebihi molekul polar,. Contoh: CCl 4 (M r = 154; nonpolar)  td 76,7 o C CH 3 Cl (M r = 50,5; polar)  td –24 o C (2)Gaya antarmolekul pada isomer cis tidak selalu lebih kuat daripada isomer trans-nya. Contoh: HO 2 CCH=CHCO 2 H Isomer cis (asam maleat)  tl 139–140 o C Isomer trans (asam fumarat)  tl 300–302 o C

35 4.5.3 Ikatan Hidrogen Gaya London & interaksi dwikutub-dwikutub disebut gaya van der Waals, karena menyebabkan penyimpangan dari gas ideal. Ikatan hidrogen (15–40 kJ/mol) lebih kuat daripada gaya van der Waals (  2–20 kJ/mol). Ikatan ini terjadi antara atom elektronegatif (N, O, F, S, Cl) dan atom H yang diikat oleh atom elektronegatif lainnya.

36 Contoh ikatan hidrogen: antarmolekul alkohol alkohol dengan air keton dengan air antarmolekul amina

37 dimer asam karboksilat pentamer dari HF

38 Jejaring ikatan hidrogen es yang unik: setiap molekul air terikat dengan 4 molekul air terdekat (garis putus-putus).

39 Pelelehan es: ikatan hidrogen putus secara bertahap (kalor lebur hanya 6,02 kJ/mol). (kalor lebur hanya 6,02 kJ/mol). Sedikit di atas tl: Sebagian struktur es masih bertahan  Rapatan naik terhadap suhu (anomali air) Rapatan maksimum 3,98 0 C

40 Pengaruh ikatan hidrogen pada titik didih Kenaikan td NH 3, HF, dan H 2 O karena ikatan hidrogen. M r   td 

41 Contoh 4.8: Sebutkan jenis gaya tarik-menarik antarmolekul (London, dwikutub-dwikutub, atau ikatan hidrogen) pada molekul (a) HF (b) PCl 3 (c) SF 6 (d) SO 2 (a) HF (b) PCl 3 (c) SF 6 (d) SO 2 Jawab: (a) HF  ikatan hidrogen (b) PCl 3  notasi VSEPR: AX 3 E  geometri molekul: piramida segitiga (polar)  interaksi dwikutub-dwikutub (c) SF 6  notasi VSEPR: AX 6  geometri molekul: oktahedral (nonpolar)  gaya London

42 (d) SO 2  notasi VSEPR: AX 2 E  geometri molekul: bentuk V (polar)  interaksi dwikutub-dwikutub

43 4.6 TRANSISI FASE Kesetimbangan Fase  BACK  BACK

44 Entalpi (kalor) penguapan,  H vap : Jumlah kalor yang diperlukan untuk menguapkan sejumlah tertentu zat cair pada suhu tertentu Penguapan Lepasnya molekul-molekul dengan energi kinetik > energi kinetik rerata sistem.

45 Tekanan uap: tekanan yang ditimbulkan oleh uap. Tekanan uap  (  H vap umumnya  )  atsiri (volatil, mudah menguap). Kurva tekanan uap

46 Berikut ini adalah tekanan uap beberapa senyawa yang diukur pada 20 o C. Susunlah senyawa-senyawa tersebut mengikuti kenaikan gaya tarik-menarik antarmolekul. Contoh 4.9: Benzena, C 6 H 6 80 torr Asam asetat, HC 2 H 3 O 2 11,7 torr Aseton, C 3 H 6 O184,8 torr Dietil eter, C 4 H 10 O442,2 torr Air17,5 torr Jawab: Tekanan uap   Senyawa atsiri  Gaya tarik-menarik antarmolekul . Jadi, urutannya Dietil eter < Aseton < Benzena < Air < Asam asetat

47 Titik didih normal: tekanan uap zat cair = 1 atm. Titik didih standar: tekanan uap zat cair = 1 bar Mendidih dan Titik Didih Zat cair yang dipanaskan pada wadah terbuka dikatakan mendidih jika penguapan berlangsung di seluruh cairan.

48 4.6.4 Peleburan Entalpi (kalor) lebur,  H fus : Jumlah kalor yang diperlukan untuk melelehkan sejumlah tertentu padatan pada suhu tertentu.

49

50 PELEBURAN DAN PEMBEKUAN

51 4.6.5 Sublimasi  H fus  H vap  H sub H2O(l)H2O(l)H2O(l)H2O(l) H2O(s)H2O(s)H2O(s)H2O(s) H2O(g)H2O(g)H2O(g)H2O(g)  H vap  H fus  H sub =  H fus +  H vap

52 4.6.6 Titik Kritis Zat cair yang dipanaskan pada wadah tertutup tidak akan mendidih, tetapi akan mencapai titik kritis. Suhu kritis (T c ) dicirikan oleh hilangnya batas cairan dan uap karena rapatan cairan  & rapatan uap  hingga menjadi sama. Kira-kira 100 °C di bawah T c Kira-kira T c Kira-kira 10 °C di bawah T c gas cair fluidasuperkritis

53 Tekanan kritis (T c ): tekanan minimum yang harus diberikan agar terjadi pencairan pada suhu kritis.

54 DIAGRAM FASE AIR 4.7 DIAGRAM FASE T AB C TA: kurva peleburan TB: kurva tekanan uap TC: kurva sublimasi B: titik kritis T: titik tripel 0 o C: tl normal air 100 o C: td normal air  BACK  BACK

55 DIAGRAM FASE CO 2 Dua perbedaan utama dengan diagram fase air: (1)Titik tripel > 1 atm é menyublim pada > –78 o C. (2)Kurva peleburan miring ke kanan: P   tl 

56  End of Chapter 4  End of Chapter 4  Created by : BAR – TWS – RAW

57 (1)Pada suhu 70 o C, suatu sampel gas memiliki volume 550 mL. Jika volume gas tadi direduksi menjadi 500 mL, ke suhu berapa gas harus didinginkan? Jawab: 39 o C. (2)Asam klorida direaksikan dengan logam magnesium sbb: 2 HCl (aq) + Mg (s)  MgCl 2(aq) + H 2(g) Reaksi ini menghasilkan gas hidrogen sebanyak 37,6 mL pada tekanan 760 torr dan 20 o C. Hitunglah berapa banyak magnesium yang digunakan. Jawab: 37,5 mg. LATIHAN SOAL MANDIRI

58 (3)Sebanyak 1,56 g contoh gas diperoleh pada suhu 25 o C dan tekanan 745 torr dalam wadah 275 mL. Berapakah rapatan gas pada suhu 45 o C dan tekanan 770 torr? Jawab: 5,49 g/L. (4)Berapakah volume yang ditempati oleh 0,136 g gas O 2 pada suhu 20 o C dan 748 torr? Jawab: 104 mL. (5)Urutkan zat berikut berdasarkan meningkatnya titik didih normal, dan jelaskan: NO, NH 3, Ne, RbCl. Jawab: Ne < NO < NH 3 < RbCl. LATIHAN SOAL MANDIRI

59 (6) Sejumlah nitrogen dimasukkan ke dalam tangki 2,00 L pada tekanan 3,00 atm. Tangki dihubungkan dengan tangki 5,00 L yang benar-benar kosong, dan katupnya dibuka untuk menghubungkan keduanya. Tak ada perubahan suhu dalam proses ini. Tentukan tekanan total dalam sistem dua-tangki ini sesudah nitrogen berhenti mengalir. Jawab: 0,857 atm. (7) Hitunglah rapatan gas N 2 O pada 800 mm Hg dan 40 o C. Jawab: 1,80 g/L.

60 LATIHAN SOAL MANDIRI (8)Asam nitrat pekat bereaksi dengan tembaga membentuk nitrogen dioksida dan ion tembaga yang larut sesuai dengan persamaan reaksi yang balans berikut: Cu (s) + 4 H + (aq) + 2 NO 3  (aq)  2 NO 2(g) + Cu 2+ (aq) + 2 H 2 O (l) Andaikan 6,80 g tembaga dikonsumsi dalam reaksi ini dan NO 2 dikumpulkan pada tekanan 0,970 atm dan suhu 45 o C. Hitunglah volume NO 2 yang dihasilkan. Jawab: 5,76 L.

61 LATIHAN SOAL MANDIRI (9)Tekanan parsial uap air dalam udara jenuh pada 20 o C adalah 0,0230 atm. Pada suhu tersebut (a) Ada berapa molekul air dalam 1,00 cm 3 udara jenuh? (b) Berapa volume udara jenuh yang mengandung 0,500 mol air? Jawab: (a) 5,76  molekul; (b) 523 L.


Download ppt "Bahan Kuliah Kimia TPB Bab IV Departemen Kimia FMIPA IPB."

Presentasi serupa


Iklan oleh Google