Sejarah Persamaan Keadaan

Hukum Boyle (1662)

Hukum Boyle mungkin adalah pernyataan paling awal dari persamaan keadaan. Pada 1662, fisikawan dan kimiawan ternama Irlandia,  Robert Boyle, melakukan serangkaian percobaan menggunakan tabung gelas bentuk-J yang ujung bagian pendeknya tertutup.   Air raksa ditambahkan ke dalam tabung, memerangkap sejumlah tetap gas di ujung tabung yang pendek dan tertutup.  Kemudian perubahan volume gas diukur dengan teliti seiring ditambahkannya air raksa sedikit demi sedikit ke dalam tabung. Tekanan gas kemudian dapat ditentukan dengan menghitung perbedaan ketinggian air raksa di bagian pendek tabung yang tertutup dan bagian panjang tabung yang terbuka. Melalui percobaan ini, Boyle mencatat bahwa perubahan volume gas berbanding terbalik dengan tekanan. Bentuk matematikanya dapat dituliskan sebagai berikut:

Persamaan di atas juga dapat dihubungkan dengan Edme Mariotte dan kadang disebut sebagai Hukum Mariotte. Namun pekerjaan Mariotte tidak dipublikasikan hingga tahun 1676

Hukum Charles atau Hukum Charles dan Gay-Lussac (1787)

Pada 1787, fisikawan Perancis, Jacques Charles menemukan bahwa oksigen, nitrogen, hidrogen, karbon dioksida, dan udara memuai ke tingkat yang sama pada interval temperatur yang sama, pada lebih dari 80 kelvin. Kemudian, pada 1802, Joseph Louis Gay-Lussac mempublikasikan hasil percobaan yang sama, mengindikasikan adanya hubungan linear antara volume dan temperatur:

Hukum tekanan parsial Dalton (1801)

Hukum Tekanan Parsial Dalton: Tekanan sebuah campuran gas adalah sama dengan jumlah tekanan masing-masing gas penyusunnya.

Secara matematik, hal ini dapat direpresentasikan untuk n jenis gas, berlaku:

Hukum gas ideal (1834)

Pada 1834 Émile Clapeyron menggabungkan Hukum Boyle dan Hukum Charles ke dalam pernyataan pertama hukum gas ideal. Awalnya hukum tersebut dirumuskan sebagai pV_m=R(T_C+267) (dengan temperatur dinyatakan dalam derajat Celsius). Namun, pekerjaan lanjutan mengungkapkan bahwa angka tersebut sebenarnya mendekati 273,2, dan skala Celsius didefinisikan dengan 0 °C = 273,15 K, memberikan:

Persamaan keadaan Van der Waals

Pada 1873, J. D. van derWaals memperkenalkan persamaan keadaan pertama yang diturunkan dengan asumsi sebuah volume terbatas yang ditempati oleh molekul gas penyusun.   Persamaan baru tersebut merevolusi studi mengenai persamaan keadaan, dan makin dikenalkan melalui persamaan keadaan Redlich-Kwong dan modifikasi Soave pada Redlich-Kwong.Contoh-contoh persamaan keadaan :

Pada persamaan-persamaan di bawah ini, variabel-variabel didefinisikan sebagai berikut:

P = tekanan

V = volume

n = jumlah mol zat

V_m = V/n = volume molar, volume 1 mol gas atau cairan

T = temperatur (K)

R = tetapan gas ideal(8.314472 J/(mol·K))

Suatu gas disebut gas ideal bila memenuhi hukum gas ideal, yaitu hukum Boyle, Gay Lussac, dan Charles dengan persamaan P.V = n.R.T. Akan tetapi, pada kenyataannya gas yang ada tidak dapat benar-benar mengikuti hukum gas ideal tersebut. Hal ini dikarenakan gas tersebut memiliki deviasi (penyimpangan) yang berbeda dengan gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, nilai deviasinya akan semakin kecil dari hasil yang didapat dari eksperimen dan hasilnya akan mendekati kondisi gas ideal. Namun bila tekanan gas tesebut semakin bertambah dalam temperatur tetap, maka nilai deviasi semakin besar sehingga hal ini menandakan bahwa hukum gas ideal kurang sesuai untuk diaplikasikan pada gas secara umum yaitu pada gas nyata atau gas riil.

Gas ideal memiliki deviasi (penyimpangan) yang lebih besar terhadap hasil eksperimen dibanding gas nyata dkarenakan beberapa perbedaan pada persamaan yang digunakan sebagai berikut:

·         Jenis gas

·         Tekanan gas. Ketika jarak antar molekul menjadi semakin kecil, terjadi interaksi antar molekul dimana tekanan gas ideal lebih besar dibanding tekanan gas nyata (P_nyata < P_ideal)

Volume gas. Dalam gas ideal, volume gas diasumsikan sama dengan volume wadah karena gas selalu menempati ruang. Namun dalam perhitungan gas nyata, volume molekul gas tersebut juga turut diperhitungkan, yaitu:

dimana adalah kerapatan, indeks adiabatik, dan e energi dalam. Bentuk terakhir adalah murni dalam suku-suku kuantitas intensif dan berguna ketika mensimulasikan persamaan Euler karena mengekspresikan hubungan antara energi dalam dan bentuk-bentuk energi lain (seperti energi kinetik), sehingga memperkenankan simulasi untuk mematuhi Hukum Pertama.Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hukum Charles, yakni hukum gas ideal (persamaan (, disebut gas ideal.  Namun, didapatkan, bahwa gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak secara  ketat mengikuti hukum gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal. Semakin tinggi tekanan gas, atau dengan kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya.  Paling tidak ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. Peratama, definisi temperatur absolut didasarkan asumsi bahwa volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan.   Molekul gas pasti memiliki volume nyata walaupun mungkin sangat kecil. Selain itu, ketika jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul.

Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada P untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul, mengurangi dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas. Sehingga didapat:

a dan b adalah nilai yang ditentukan secara eksperimen untuk setiap gas dan disebut dengan tetapan van der Waals Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa perilaku gas semakin mendekati perilaku gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhubungan dengan kemudahan gas tersebut dicairkan.

Gas yang mengikuti hukum Boyle dan hokum Charles, disebut gas ideal. Namun, didapatkan, bahwa gas yang kita jumpai, yakni gas nyata, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. Semakin rendah tekanan gas pada temperatur tetap, semakin kecil deviasinya dari perilaku ideal. Semakin tinggi tekanan gas, atau dengan dengan kata lain, semakin kecil jarak intermolekulnya, semakin besar deviasinya. Paling tidak, ada dua alasan yang menjelaskan hal ini. Pertama, definisi temperatur absolut didasarkan asumsi bahwa volume gas real sangat kecil sehingga bisa diabaikan.Molekul gas pasti memiliki volume nyata walaupun mungkin sangat kecil. Selain itu, ketika jarak antarmolekul semakin kecil, beberapa jenis interaksi antarmolekul akan muncul. Fisikawan Belanda Johannes Diderik van der Waals (1837-1923)mengusulkan persamaan keadaan gas nyata, yang dinyatakan sebagai persamaan keadaan van der Waals atau persamaan van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara sebagai berikut: dengan menambahkan koreksi pada p untuk mengkompensasi interaksi antarmolekul; mengurango dari suku V yang menjelaskan volume real molekul gas.

(sumber : http://www.scribd.com/doc/36787993/Persamaan-Keadaan)

Posted in: