PERSAMAAN KEADAAN DALAM TERMODINAMIKA (1)

23.59 |

Persamaan keadaan van der Waals

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

Persamaan van der Waals didasarkan pada tiga perbedaan yang telah disebutkan diatas dengan memodifikasi persamaan gas ideal yang sudah berlaku secara umum. Pertama, van der Waals menambahkan koreksi pada P dengan mengasumsikan bahwa jika terdapat interaksi antara molekul gas dalam suatu wadah, maka tekanan riil akan berkurang dari tekanan ideal (Pi) sebesar nilai P’.

Nilai P’ merupakan hasil kali tetapan besar daya tarik molekul pada suatu jenis jenis gas (a) dan kuadrat jumlah mol gas yang berbanding terbalik terhadap volume gas tersebut, yaitu:

Kedua, van der Waals mengurangi volume total suatu gas dengan volume molekul gas tersebut, yang mana volume molekul gas dapat diartikan sebagai perkalian antara jumlah mol gas dengan tetapan volume molar gas tersebut yang berbeda untuk masing-masing gas (V – nb).

Dalam persamaan gas ideal (PV = nRT), P (tekanan) yang tertera dalam persamaan tersebut bermakna tekanan gas ideal (Pi), sedangkan V (volume) merupakan volume gas tersebut sehingga dapat disimpulkan bahwa persamaan van der Waals untuk gas nyata adalah:

Dengan mensubtitusikan nilai P’, maka persamaan total van der Waals akan menjadi:

Nilai a dan b didapat dari eksperimen dan disebut juga dengan tetapan van der Waals. Semakin kecil nilai a dan b menunjukkan bahwa kondisi gas semakin mendekati kondisi gas ideal. Besarnya nilai tetapan ini juga berhubungan dengan kemampuan gas tersebut untuk dicairkan. Berikut adalah contoh nilai a dan b pada beberapa gas.

	a (L² atm mol^-2)	b (10^-2 L mol^-1)
H₂	0.244	2.661
O₂	1.36	3.183
NH₃	4.17	3.707
C₆H₆	18.24	11.54

Daftar nilai tetapan van der Waals secara lengkap dapat dilihat dalam buku Fundamentals of Physical Chemistry oleh Samuel Maron dan Jerome Lando pada tabel 1-2 halaman 20. Pada persamaan van der Waals, nilai Z (faktor kompresibilitas):

Untuk memperoleh hubungan antara P dan V dalam bentuk kurva pada persamaan van der Waals terlebih dahulu persamaan ini diubah menjadi persamaan derajat tiga (persamaan kubik) dengan menyamakan penyebut pada ruas kanan dan kalikan dengan V²(V - nb), kemudian kedua ruas dibagi dengan P, maka diperoleh:

Kurva P terhadap V dalam persamaan van der Waals