Gas memiliki reaktivitas yang tinggi dibandingkan dengan benda cair dan padat karena luas permukaan aktifnya yang luas dan energi kinetik yang tinggi dari partikel pembentuk sistem. Dalam hal ini, aktivitas kimia gas, tekanannya, dan beberapa parameter lainnya bergantung pada konsentrasi molekul. Mari kita pertimbangkan dalam artikel ini apa nilai ini dan bagaimana cara menghitungnya.
Gas apa yang kita bicarakan?
Artikel ini akan membahas apa yang disebut gas ideal. Mereka mengabaikan ukuran partikel dan interaksi di antara mereka. Satu-satunya proses yang terjadi pada gas ideal adalah tumbukan elastik antara partikel dan dinding bejana. Hasil dari tumbukan ini adalah tekanan mutlak.
Setiap gas nyata mendekati ideal dalam sifat-sifatnya jika tekanan atau densitasnya dikurangi dan suhu absolutnya dinaikkan. Namun demikian, ada bahan kimia yang, bahkan pada kepadatan rendah dan tinggitemperatur jauh dari gas ideal. Contoh mencolok dan terkenal dari zat semacam itu adalah uap air. Faktanya adalah bahwa molekulnya (H2O) sangat polar (oksigen menarik kerapatan elektron dari atom hidrogen). Polaritas menyebabkan interaksi elektrostatik yang signifikan di antara mereka, yang merupakan pelanggaran berat terhadap konsep gas ideal.
Hukum Universal Clapeyron-Mendeleev
Untuk dapat menghitung konsentrasi molekul gas ideal, seseorang harus mengetahui hukum yang menjelaskan keadaan sistem gas ideal, terlepas dari komposisi kimianya. Hukum ini menyandang nama orang Prancis Emile Clapeyron dan ilmuwan Rusia Dmitri Mendeleev. Persamaan yang sesuai adalah:
PV=nRT.
Persamaan mengatakan bahwa hasil kali tekanan P dan volume V harus selalu berbanding lurus dengan hasil kali suhu mutlak T dan jumlah zat n untuk gas ideal. Di sini R adalah koefisien proporsionalitas, yang disebut konstanta gas universal. Ini menunjukkan jumlah kerja yang dilakukan 1 mol gas sebagai akibat pemuaian jika dipanaskan oleh 1 K (R=8, 314 J/(molK)).
Konsentrasi molekul dan perhitungannya
Menurut definisi, konsentrasi atom atau molekul dipahami sebagai jumlah partikel dalam sistem, yang turun per satuan volume. Secara matematis, Anda dapat menulis:
cN=N/V.
Di mana N adalah jumlah total partikel dalam sistem.
Sebelum menuliskan rumus untuk menentukan konsentrasi molekul gas, mari kita ingat kembali definisi jumlah zat n dan persamaan yang menghubungkan nilai R dengan konstanta Boltzmann kB:
n=N/NA;
kB=R/NA.
Dengan menggunakan persamaan ini, kami menyatakan rasio N/V dari persamaan keadaan universal:
PV=nRT=>
PV=N/NART=NkBT=>
cN=N/V=P/(kBT).
Jadi kita mendapatkan rumus untuk menentukan konsentrasi partikel dalam gas. Seperti yang Anda lihat, ini berbanding lurus dengan tekanan dalam sistem dan berbanding terbalik dengan suhu mutlak.
Karena jumlah partikel dalam sistem besar, konsentrasi cNtidak nyaman digunakan saat melakukan perhitungan praktis. Sebaliknya, konsentrasi molar c lebih sering digunakan. Didefinisikan untuk gas ideal sebagai berikut:
c=n/V=P/(R T).
Contoh soal
Hal ini diperlukan untuk menghitung konsentrasi molar molekul oksigen di udara dalam kondisi normal.
Untuk mengatasi masalah ini, ingatlah bahwa udara mengandung 21% oksigen. Sesuai dengan hukum D alton, oksigen menciptakan tekanan parsial 0,21P0, di mana P0=101325 Pa (satu atmosfer). Kondisi normal juga mengasumsikan suhu 0 oC(273.15 K).
Kita mengetahui semua parameter yang diperlukan untuk menghitung konsentrasi molar oksigen di udara. Kami mendapatkan:
c(O2)=P/(R T)=0.21101325/(8.314273, 15)=9,37 mol/m3.
Jika konsentrasi ini dikurangi menjadi volume 1 liter, maka kita mendapatkan nilai 0,009 mol/L.
Untuk memahami berapa banyak molekul O2 yang terkandung dalam 1 liter udara, kalikan konsentrasi yang dihitung dengan angka NA. Setelah menyelesaikan prosedur ini, kita mendapatkan nilai yang besar: N(O2)=5, 641021molekul.
