HUKUM GAS ~ MATERI DAN SOAL IPA UNTUK SMA

Keadaan gas dalam ruang tertutup dinyatakan oleh besaran volume, tekanan dan suhu. Besaran-besaran tersebut disebut variabel keadaan.

Tokoh Fisika : Robert Boyle

Robert Boyle lahir di Puri Lismore, Propinsi Munster, Irlandia pada tanggal 25 Januari 1627. Ia dilahirkan dari keluarga besar yang kaya raya. Meskipun sangat kaya, bangsawan ini adalah orang Kristen yang saleh, yang mengakui bahwa semua kekayaannya berasal dari Allah. "Tidak diragukan lagi, kesalehannya berperan penting dalam membentuk pikiran si anak yang kelak menjadi ahli kimia terkemuka pada abad tujuh belas." Robert muda adalah seorang jenius. Dia sudah fasih berbahasa Yunani dan Latin ketika mulai belajar di Kolese Eton pada usia 8 tahun. Ketika berumur 12 tahun dia keliling Eropa bersama tutornya, untuk mempelajari karya-karya ilmuwan besar seperti Galileo.

Tahun 1645, Boyle mulai menghadiri pertemuan-pertemuan yang diselenggarakan para ilmuwan pendukung pendekatan eksperimen untuk ilmu. Mereka mengakui perlunya pengamatan objektif dalam penelitian ilmiah. Pada mulanya pertemuan ini dikenal sebagai "Universitas Terselubung". Namun, Raja Charles II secara resmi mengakui kelompok ini tahun 1663. Ia memberikan piagam "Royal Society of London for
Improving Natural Knowledge" kepada para anggota kelompok tersebut. Atas saran Boyle, kelompok ini menetapkan motonya, "Tidak ada sesuatu yang semata-mata bersumber dari kewenangan". Soalnya, pada waktu itu terlalu sering penelitian ilmu terhambat oleh gagasan-gagasan yang tidak berdasarkan pengamatan.

Tahun 1657, dengan bantuan asistennya yang brilian, Robert Hooke, dia menciptakan pompa udara jenis baru yang kemampuannya lebih baik. Dengan kehampaan yang ditimbulkan pompa udara ini, Boyle menemukan beberapa hasil penting. Dia membuktikan kebenaran pendapat Galileo bahwa semua benda (misalnya bulu dan lembaran timah) akan jatuh dengan kecepatan yang sama dalam ruang hampa udara karena tidak ada hambatan udara. Dia membuktikan bahwa bunyi tidak bisa ditransmisikan dalam ruang hampa udara. Dia juga menunjukkan bahwa udara diperlukan untuk pernapasan dan pembakaran. Namun, daya tarik listrik tidak dipengaruhi oleh ketiadaan udara. Boyle juga merekayasa termometer yang lebih baik dengan menggunakan ruang hampa udara.

Menyadari dampak penting yang bisa diperoleh dari gas seperti udara, Boyle mulai bereksperimen dengan gas. Dengan menekan sejumlah gas tertentu sambil mempertahankan suhunya, dia menunjukkan bahwa ada perbandingan terbalik antara ruang yang berisi gas dan tekanan yang dikeluarkan oleh gas. Misalnya, jika volume tempatnya ditekan hingga separuh, tekanan yang dihasilkan oleh gas akan menjadi dua kali lipat. Inilah yang disebut Hukum Boyle.
Dari eksperimen gas yang dilakukan Boyle, diketahui bahwa gas terdiri atas partikel-partikel kecil (oleh Boyle disebut korpuskles) yang dipisahkan oleh ruang hampa. Jika ada tekanan, korpuskles bergerak saling mendekat. Boyle mengisyaratkan bahwa korpuskles terdiri atas partikel utama (yang sekarang kita sebut atom). Dalam "pernyataan teori atom pertama sejak zaman purba, gagasan Boyle tentang partikel utama yang membentuk korpuskles, merupakan antisipasi terhadap pandangan ahli kimia modern mengenai atom yang bergabung membentuk molekul." Boyle mengungkapkan gagasan-gagasannya dengan mengakui Allah sebagai Sang Pencipta. Dia berkata, "Kita bisa memahami bahwa pada mulanya Allah menciptakan benda partikel yang terlalu kecil untuk
bisa dilihat.". Dia mengajukan teori bahwa zat tersusun atas unsur-nsur yang berbeda yang hanya bisa dikenali melalui eksperimen. Karya Boyle dalam ranah ini "merupakan pendahulu teori unsur kimia modern."

Jika salah satu variabel keadaan suatu gas berubah, maka variabel-variabel yang lain dapat ditentukan. Ketika variabel keadaan berubah, maka dikatakan gas tersebut sedang mengalami proses termodinamika.

Seperti yang telah diuraikan di atas, salah satu karya Robert Boyle yang penting dan telah menjadi pembuak kajian tentang " Teori Kinetik Gas" adalah Hukum Boyle. Hukum tersebut menyatakan bahwa volume suatu gas berbanding terbalik dengan tekanan yang diterapkan padanya ketika suhu konstan. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut :
pV = konstan

Dari pernyataan matematis tersebut dapat dilukiskan grafik hubungan tekanan dengan volume ( p - V) digambarkan sebagai berikut :

Praktikum Hukum Boyle
Tujuan : Membuktikan Hukum Boyle
Alat dan Bahan :
batang kayu yang berfungsi sebagai bantalan, penggaris, pipa plastik kecil, air berwarna sebagai pembatas, pentil sepeda, manometer tabung terbuka, pompa dan tangki.
Dasar Teori:
Dalam ruang tertutup terdapat hubungan antar variabel tekanan, volume dan suhu. Perubahan terhadap salah satu variabel mengakibatkan perubahan bagi variabel lainnya. Pada temperatur tetap, perubahan tekanan selalu berbanding terbalik dengan volume (pV = c). Semakin besar volume, maka tekanannya semakin kecil
Langkah Kera dan Bahan Diskusi:
- Susun alat seperi gambar di bawah ini

- isi pipa plastik kecil dengan sedikit air berwarna sebagai pembatas ruang, lalu hubungkan dengan tangki
- Pada kondisi pentil terbuka, isilah pipa U dengan air raksa (berfungsi sebagai manometer terbuka dengan pembukaan kedua kaki manometer mendatar). Kemudian tutup pentilnya.
- Ukur volume ruang V dengan cara mengalikan panjang pipa dari air berwarna sebagai pembatas sampai ujung pipa L dan luas penampang pipa plastik A, yaitu V = A. L. Adapun tekanan udara berdasarkan manometer sama dengan tekanan udara luar B.
- masukkan sedikit udara ke dalam tangki dengan cara membuka tuutp pentil dan memompa sampai permukaan raksa dalam manometer naik kurang lebih 1 cm (h1 = 1 cm). Kemudian, tentukan berapa volume saat itu. Adapun tekanan udara dalam tangki menjadi h1 + B.
- Ulangi langkah diatas dengan memvariasi volume V dan mencatat tekanan udara tangki berdasarkan tinggi permukaan raksa pada manometer.
- Masukkan data V dan p pada masing-msing kondisi pada tabel. Buatlah grafik hubungan V dan p

No	L1	V1 = AL1	hi	Pi = hi + B	piVi

- Tulis kesimpulan.

Jacques Charles meneruskan percobaan Boyle. Hasilnya dinyatakan dalam hukum Charles yang menyatakan volume jumlah tertentu gas berbanding lurus dengan suhu mutlak ketika tekanannya konstan.
Hukum itu dinyatakan sebagai berikut :
V/T = konstan
Percobaan gas dilanjutkan oleh Joseph Louis Gay Lussac yang mengemukakan bahwa pada pada volume tetap, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak. Pernyataan tersebut dikenal sebagai hukum Gay Lussac, dan ditulis :
p/T = konstan
Ketiga hukum gas tersebut dapat digabung ke dalam suatu hubungan antara tekanan, suhu dan volume pada gas tertentu yang dinamakan hukum Boyle Gay-Lussac.
(pV/T) = konstan
Keterangan

p tekanan (N/m² atau Pa)

V volume (m³)

T suhu (K) dengan T (K) = t (^oC) + 273
Contoh soal :

Pada suhu 20 derajat C gas nitrogen di dalam silinder adalah 10 m kubik. Kemudian gas tersebut dipanaskan pada tekanan tetap samapi 167 derajat C. Berapa volume gas tersebut sekarang ?
Jawab :
Volume gas nitrogen setelah mengalami pemanasan dapat diketahui melalui hukum Charles
V1/T1 = V2/T2
V2 = (V1T2)/T1 = (10 . 440)/293 = 15 m kubik

Contoh Soal :
Suatu gas dalam silinder pada suhu 273 K mempunyai volume 20 liter dan tekanan 100.000 Pa. Kemudian gas tersebut didinginkan hingga suhunya mencapai 91 k dan tekanan 150.000 Pa. Berapa volume gas itu sekarang ?
Pembahasan :
(p1V1)/T1 = (p2V2)/T2
V2 = (p1V1T2)/(p2T1) = (100.000 x 20 x 91)/ (150.000 x 273) = 4,44 liter

MATERI DAN SOAL TEORI KINETIK GAS

Sumber :
FISIKA untuk SMA/MA kelas XI, Goris Seran Daton, Penerbit Grasindo, 2007
http://kolom-biografi.blogspot.com/2011/10/biografi-robert-boyle-perintis-kimia.html