Pembagian jumlah pertemuan mk KIMIA FISIKA : Dosen : Ir. Siti Tamaroh, MP 1.Penjelasan umum tentang kimia fisika, pengertian dan ruang lingkup kimia fisika 2.Sifat fisik cairan dan larutan, keadaan gas, keadaan padat, keadaan cair 3. Larutan elektrolit, larutan non elektrolit 4. Viskositas 5. Tegangan permukaan 6. Hukum Termodinamika 7. Makromolekul

Jumlah pertemuan = 12 – 14 kali pertemuan Penilaian : kehadiran (10%) Tugas/makalah/presentasi /pretest (30%) Makalah dikumpul senin 18 juni 2013 Presentasi 25 juni dan 2 juli 2013 undian dan tentukan topik tugas Ujian midterm – ujian akhir (60%) PUSTAKA : Kimia Fisika , Estein Yazid Kimia Fisika , Sukardjo

E learning 1 : 18/23 april 2012 E learning 2 : 11/18 juni 2012

PENDAHULUAN Ilmu Kimia Fisik adalah ilmu yang mempelajari fenomena makroskopik, mikroskopik, atom, sub- atom dan partikel dalam sistem dan proses kimia berdasarkan prinsip-prinsip dan konsep-konsep fisika, dengan bidang khusus (a.l. termodinamika kimia, kimia kuantum, dan kinetika). Bagian penting dari ilmu ini termasuk termodinamika kimia, kinetika kimia, kimia kuantum, elektrokimia, kimia permukaan dan kimia padatan, dan spektroskopi.

Sejarah Istilah "kimia fisik" mungkin pertama kali digunakan oleh Mikhail Lomonosov pada tahun 1752, ketika ia menyampaikan kuliah berjudul "Pelajaran Kimia Fisika yang Benar" kepada mahasiswa Universitas Petersburg. Landasan Kimia Fisik modern diletakkan pertama kali pada tahun 1876 oleh Josiah Willard Gibbs dalam makalahnya, On the Equilibrium of Heterogeneous Substances, yang memuat beberapa konsep dan prinsip penting kimia fisik, seperti energi Gibbs, potensial kimia, aturan fasa Gibbs. Kimiawan fisika terkemuka Svante Arrhenius Peter Debye J.H. van 't Hoff Lars Onsager Wilhelm Ostwald Linus Pauling

GAS Gas adlah salah satu dari 3 keadaan materi Gas mempunyai sifat khusus yg tdk dimiliki oleh zat cair, zat padat. SIFat gas yg menarik : tdk tergantung dr komposisi kimianya, semua gas memperlihatkan sifat yg hampir sama . Sifat gas dinyatakan dalam HUKUM2 Gas Hukum2 ini berlaku utk gas ideal, utk gas nyata (non ideal) , rumusannya agak menyimpang, namun dpt didekati oleh gas nyata pada kondisi ttt.

Sifat-sifat gas Gas td molekul2 yg jaraknya berjauhan shg gaya tariknya lemah. Gaya tarik yg lemah gas bergerak bebas sgt cepat ke sgl arah ,saling bertumbukan satu sama lain, tmsk dg dinding wadahnya TEKANAN Molk gas cepat sekali berdifusi/bercampur satu dg lainnya cepat homogen. Gas tdk mempunyai bentuk dan volume tertentu Ukuran molk sgt kecil, jaraknya renggang sensitif perubh tekn dan suhu. Gas mdh dimampatkan (compressed), dikembangkan (expanded), dpt mengisi semua bag ruang yg ditempatinya = vol gas adl vol wadahnya

= Gaya yg bekerja pd suatu bidang per satuan luas = gaya yg menekan Banyaknya gas ditetapkan dg VOLUME nya, Krn Vol berubah2 tgt tek dan suhu, kedua FAKTOR tsb hrs diukur . 1. TEKANAN = Gaya yg bekerja pd suatu bidang per satuan luas = gaya yg menekan luas bidang tekan P = F A Satuan SI gaya = Newton/N Luas bidang = m2 Satuan Tek = N/m2=Nm-2 Satuan gaya dlm SI = Pascal (Pa) 1 Pa = gy sebsar 1 N yg bekerja pd bdg seluas 1 m2 1 Pa = 1 N m2

Untuk membandingkan Volume gas, maka tekn dan suhu harus diambil pd keadaan yg sama. Biasanya yg digunakan adl KEADAAN STANDAR (STP = Standard Temperature and Pressure) yg dinyatakan sbg keadaan pd suhu 0 oC dan Tekn 1 atm (760 mmHg) Berdasarkan SIFATnya GAS ada 2 : 1. Gas IDEAL = yaitu gas hipotetis yg mengikuti semua hukum2 Gas 2. Gas NYATA = yaitu gas yg ada dlm kehidupan sehari2 (N2, CO2,O2 dll) yg mengikuti hukum gas pada tekanan rendah Gas ideal sebenarnya tdk ada, ttp sft2nya bisa didekati oleh gas nyata yg bersifat inert (mis : He, Ne, Ar) pd tekn rendah dan suhu tinggi. Gas disebut IDEAL : jk pd molekul2nya tdk tjd interaksi/gy tarik menarik dan tdk memerlukan ruang

TEORI KINETIK GAS Teori ini mula2 diberikan oleh Bernoulli (1738), disempurnakan oleh Clausius, Boltzmann, Van der Waals dan Jeans 1. Gas td atas partikel2 yg kecil (dicrete) yg disebut molekul, masa dan besarnya sama utk tiap2 jenis gas 2. Molk2 ini sll bergerak ke segala arah dan sll bertumbukan dg molk2 lain serta dg dinding2 bejana 3. Tumbukan molk dg dinding bejana menyebabkan tekn pd dinding, yaitu gaya/satuan luas 4. Krn tekn gas tdk tergtg waktu pd tekn dan suhu ttt, mk pd tumbukan tdk ada tenaga yg hilang/tumbukan bersft elastis sempurna

5. Pd tekn yg relatif rendah, jarak antara molk2 jauh lbh besar dp diameter molk2 sendiri, hingga gaya tarik antara molk2 dapat diabaikan 6. Krn molk2 sgt kecil dibanding dg jarak antara molk2, mk volume molk2 dpt diabaikn dan molk2 dianggp sbg TITIK-TITIK BERMASSA 7. Temperatur absolut berbanding lurus dg tenaga kinetik rata2 dr semua molk dlm sistem

Hukum Boyle Pada suhu tetap, volume dr sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dg tekanannya V = 1/P pd suhu tetap V = k/P (k = konstanta = tetapan) atau PV = konstan, dpt dinyatakan P1, V1 = tekn dan vol awal P2, V2 = tekn dan vol akhir P1V1 = P2V2 atau V1 = P1 V2 P2

Contoh : Sejumlah tertentu gas diekspansikan dari tekanan 720 mmHg mjd 618 mmHg pada suhu tetap. Jk volume mula-mula 3,73 L, hitung vol akhir gas : Jawab : P1V1 = P2V2 V2 = P1V1 = (720)(3,73) = 4,3 L P 618

Hukum Charles – Gay Lussac Pada tekanan tetap, volume suatu gas berbanding lurus dg suhu mutlaknya V = T pd tekn tetap V = k (k konstant) T Hasil penemuan Charles ini kmd dijadikan dasar utk mendefinisikan suatu skala suhu yg baru yg dikenal sbg skala suhu nol absolut atau SKALA KELVIN

Hubungan skala Celcius dg skala Kelvin dinyatakan sbg : K = oC + 273,15 = K = oC + 273 K = suhu absolut/kelvin oC = suhu Celcius Scr terpisah Gay Lussac (1802) : Pada tekanan tetap, semua gas bila dipanaskan volumenya maka akan bertambah 1/273,15 kali volumenya pd 0 oC

Hukum Charles Pada tekanan konstan, volume sejumlah tertentu gas sebanding dengan suhu absolutnya. Hukum di atas dapat dituliskan sebagai berikut:

Hubungan yg ditemukan oleh Charles pada tahun 1787 dan dikenal sebagai Hukum Charles. Secara grafik, hukum Charles dapat dilihat pada gambar. Hubungan antara Celcius dengan skala Kelvin adalah: K = °C + 273,15 K = suhu absolut °C = suhu dalam derajat Celcius

Sama hal-nya dengan hukum Boyle, hukum Charles juga berlaku untuk gas ideal Terlihat bahwa apabila garis-garis grafik diekstrapolasikan hingga memotong sumbu X (suhu), maka garis-garis grafik tersebut akan memotong di satu titik yang sama yaitu – 273,15 °C. Titik ini dikenal sebagai suhu nol absolute yang nantinya dijadikan sebagai skala Kelvin.

Contoh : Seorang ilmuan yang mempelajari sifat hidrogen pada suhu rendah mengambil volume 2,50 liter hidrogen pada tekanan atmosfer dan suhu 25 °C dan mendinginkan gas itu pada tekanan tetap sampai – 200 °C. Perkirakan besar volume hidrogen! Penyelesaian : Langkah pertama untuk mengkonversikan suhu ke Kelvin:

Jk V0 adl volume gas pada 0oC, dan V adl vol gas pd toC, maka akan diperoleh hubungan :

Bila T1 = (273,15 + t) dan T = (273,15+0), masing2 suhu dalam derajat Kelvin (oK), maka : V1 = V T1 atau V1 = T1 T V T Contoh : Suatu gas neon dlm suatu wadah 200 ml pd 100 oC, jk suhu diturunkan sp 0oC pd tekn tetap, hitung vol akhir gas. Jawab : V1 = V T1 T = (200) (0+273) = 146,4 mL (100+273)

Contoh 2 : Sebuah tanki baja berisi gas CO2 pd suhu 27 oC dan tekn 12,0 atm. Hitung tekn gas dlm tanki bila suhu dinaikkan mjd 100 oC. Jawab : P1 = P T1 T = (12) (100 + 273) = 14,9 atm (27+273)

Contoh Gambar partikel partikel gas

HUKUM AVOGADRO Pada suhu dan tekanan sama, semua gas yg volumenya sama mengandung jumlah molekul yg sama Semua gas yg jumlah molekulnya sama akn mempunyai vol yg sama, asal diukur pd suhu dan tekn yg sama V = konstan n n = juml mol gas V = n atau

Avogadro

Jk Vm adl Vol molar gas, mk vol n mol gas pd P dan T yg sama adl : 1 mol setiap gas memiliki jumlah molekul yg sama (6,02X1023 molekul = bil. AVOGADRO, N) Jk diukur pd keadaan STP, 1 mol tiap gas memp vol yg sama = 22,414 L = Vol. AVOGADRO = Vol. MOLAR Jk Vm adl Vol molar gas, mk vol n mol gas pd P dan T yg sama adl : 1 mol gas (STP) = 22,4 L V = n X Vm

Contoh : Pd suhu dan tekn ttt, 11 gr gas CO2 memiliki 2,5 L. Pd suhu dan tekanan yg sama, tentukan : a. vol. 1 mol CO2 (C = 12, O =16) b. Vol. 1 mol N2 Jawab : a.1 mol CO2 = 44 gr 11 gr CO2 = 11/44 = ¼ mol ¼ mol CO2 = 2,5 L 1 mol CO2 = 4 X 2,5 L = 10 L b. Sesuai hk Avogadro, 1 mol setiap gas mempunyai vol yg sama pd P dan T yg sama 1 mol CO2 = 10 L, maka 1 mol N2 = 10 L

HUKUM GAS IDEAL Kombinasi dlm satu pernyataan hk Boyle, Charles, Gay Lussac dan Avogadro diperoleh persamaan baru : Atau Disebut persamaan GAS IDEAL V = nT atau PV = R P nT PV = n RT

Boyle Robert Boyle pada tahun 1622 melakukan percobaan dengan menggunakan udara. Ia menyatakan bahwa volume sejumlah tertentu gas pada suhu yang konstan berbanding terbalik dengan tekanan yang dialami gas tersebut. Hubungan tersebut dikenal sebagai Hukum Boyle, secara matematis dapat dinyatakan sebagai berikut : Persamaan berlaku untuk gas-gas yang bersifat ideal.

Contoh : Silinder panjang pada pompa sepeda mempunyai volume 1131 cm3 dan diisi dengan udara pada tekanan 1,02 atm. Katup keluar ditutup dan tangkai pompa didorong sampai volume udara 517 cm3. Hitunglah tekanan di dalam pompa. Kurva hubungan antara P – V dan 1/P – V

Penyelesaian : Perhatikan bahwa suhu dan jumlah gas tidak dinyatakan pada soal ini, jadi nilainya 22,414 L atm tidak dapat digunakan untuk tetapan C. bagaimanapun, yang diperlukan adalah pengandaian bahwa suhu tidak berubah sewaktu tangkai pompa didorong. Jika P1 dan P2 merupakan tekanan awal dan akhir, dan V1 mdan V2 adalah volume awal dan akhir, maka: P1.V1 = P2.V2 Sebab suhu dan jumlah udara dalam pompa tidak berubah. Substitusi menghasilkan : (1,02atm)(1131cm3)=P2(517cm3) Sehingga P2 dapat diselesaikan: P2 = 2,23 atm

T1 dan T2 adl suhu, dlm KELVIN P1 dan P2 , satuan tekanan Utk satu jenis gas pd 2 keadaan yg dibandingkan (P,V dan T), mk n adl tetap, persamaannya mjd : Atau T1 dan T2 adl suhu, dlm KELVIN P1 dan P2 , satuan tekanan V1 dan V2, satuan volume PV = nR (suatu tetapan) T PV = konstan T P1V1 = P2V2 (n = tetap) T1 T2

Tetapan Gas R Berdsr persamaan gas ideal, R adl tetapan universal bagi semua jenis gas yg besarnya dpt ditentukan. Dg mengambil hipotesis Avogadro,bhw vol ttt gas pd suhu dan tekn yg sama akn mengandung juml molk yg sama, berarti utk V,P dan T yg tetap mk memiliki nilai n yg tetap. Utuk memudhkn perhit, nilai numerik R dihitung utk 1 mol gas pd STP ( 0oC, 1 atm), vol = 22,414 L shg : Harga R dpt dinyatakan dg satuan lain R = PV = (1 atm) (22,414L) = 0,08206 L atm mol-1 K-1 nT (1 mol) (273,15K)

Harga R dalam satuan lain Tipe satuan Harga R Satuan Mekanik 0,08206 L atm mol-1 K-1 SI 8,314 Joule mol-1 K-1 Cgs 8,314 X 107 Erg mol-1 K-1 Panas 1,987 Kal mol-1 K-1

Pressure What is it? Force per unit area F/A --> N/m2 --> Pascal (Pa) 1 atm = 760 mm Hg = 760 torr 1 atm = 101.325 KPa 1 atm = 14.7 psi. What is atmospheric pressure?