-
KIMIA FISIKA Cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang seluruh
fenomena kimia yang meliputi makroskopik, mikroskopik, atom, sub
atom, dan partikel dalam sistem dan proses-proses kimia berdasarkan
prinsip-prinsip dan konsep fisika.Bidang ilmu antara lain
termodinamika kimia, kimia kuantum dan kinetika kimia,
elektrokimia, kimia permukaan, kimia padatan, dan spektroskopi
-
Kimia fisik banyak menggunakan konsep-konsep dan prinsip fisika
klasik (seperti energi, entropi, suhu, tekanan, tegangan permukaan,
viskositas, hukum coulomb, interaksi dipol), fisika kuantum (
seperti foton, bilangan kuantum, spin, kebolehjadian, prinsip
ketidakpastian) maupun mekanika statistik ( seperti fungsi partisi,
distribusi Boltzman)
-
Istilah kimia fisik pertamakali digunakan oleh Mikhail Lomonosov
tahun 1752Kimiawan Fisika : - Arrhenius - Debye - JW.Gibbs -
J.H.vant Hoff Sejarah
-
KIMIA FISIKA II. PENDAHULUANII.GASIII. TEORI KINETIKA MOLEKULER
GAS IDEALIV. CAIRANV. PADATANVI. TERMODINAMIKA KIMIA
-
PENDAHULUANKeadaan Materi : - gas, cairan, padatan - Bergantung
pada tekanan dan temperatur GAS : tidak mempunyai bentuk yang
tetap, bentuk sesuai dengan wadah, dapat dimampatkan dan dimuaikan,
tidak punya volume tertentu.
-
CAIRAN : tidak punya bentuk khas, relatif bergerak ke segala
arah, bentuk sesuai wadah, volume khas, tidak mutlak tak
termampatkan.
ZAT PADAT : bentuk dan volume tertentu, molekul tidak bisa
berpindah, gaya tarik antar molekul sangat kuat.
-
Persamaan KeadaanKeadaan zat tunggal digambarkan oleh empat
variabel yaitu jumlah mol, tekanan, temperatur, dan volume.Hubungan
antara besaran-besaran tersebut persamaan keadaanV=f(n,P,T)
-
MOL 1 mol zat mengandung jumlah atom (atau molekul, ion )
sebanyak atom yamg dikandung oleh 12 gram atom C12Kuantitas molar =
kuantitas per mol : -volume molar Vn = V/n -massa molar = M=m/n
-
Tekanan Gaya per satuan luas satuan SI= pascal (Pa) =1 N/m2
satuan yang lain : bar,atm,torr 1 bar=100 kPa 1 atm=101,325 kPa 1
atm=760 mmHg=760 torrTekanan atmosfer diukur dengan barometerDi lab
: manometer: terbuka dan tertutup
-
TemperaturKonsep muncul dari pengamatan terhadap energi yang
dapat mengalir.Sifat yang menunjukkan arah aliran energiHukum ke
nol termodinamika: Jika A dalam kesetimbangan termal dengan B dan B
dalam keadaan setimbang termal dengan C maka C juga setimbang
termal dengan A.
-
G A SKumpulan molekul-molekul dengan gerakan kacau atau tidak
teratur tetapi berkesinambungan dengan kecepatan yang bertambah
sesuai dengan peningkatan temperatur.Jarak antar molekul relatif
jauh dibandingkan dengan cairan
-
HUKUM GAS SEMPURNAHUKUM BOYLE Pada temperatur tetap, volume
sejumlah tertentu gas berbanding terbalik dengan tekanannya P = k/V
PV = tetap (pada n,T tetap ) P1V1=P2V2
-
Contoh soal1.Berapakah tekanan yang diperlukan untuk menekan
4,24 dm3 gas pada 412 torr menjadi 1,56 dm3 dalam keadaan
isotermis?2. Sejumlah tertentu gas diekspansi dari tekanan 760 torr
menjadi 250 torr pada temperatur tetap. Bila volume mula-mula
adalah 10 dm3, hitunglah volume akhir.
-
Isoterm gas ideal (P vs V)
-
Hukum Gay-LussacMenggambarkan respon gas terhadap temperaturPada
tekanan tetap volume dari sejumlah tertentu gas berbanding lurus
dengan temperatur. V~T ( pada n, P tetap) V=k2T V/T =konstan atau
V1/V2=T1/T2
-
Hukum Boyle-Gay Lussac P1V1/T1=P2V2/T2Contoh Soal1. Dalam proses
industri nitrogen dipanaskan sampai 500 K dalam wadah bervolume
tetap. Jika gas tersebut memasuki wadah pada tekanan 100 atm dan
temperatur 300K, Berapa tekanan yang dilakukan nya pada temperatur
tinggi?
-
2. Suatu silinder berisi gas N2 yang terkompresi pada 120 atm
dan temperatur 20C.Apabila dibuka tutupnya N2 akan menempati suatu
ruang dengan volume 200 dm3 pada 20C dan 1 atm. Berapakah volume
silinder?
-
Grafik isobar gas sempurnaGrafik V vs TVT
-
Hukum AvogadroPada tekanan dan temperatur yang sama, volume yang
sama dari pelbagai jenis gas mengandung jumlah molekul yang
sama.
V ~ n (pada P,T tetap) V=k3n Vm=V/n
-
Hukum DaltonBerlaku untuk gas campuran misalnya atmosfer.Tekanan
yang dilakukan oleh campuran gas sempurna adalah jumlah tekanan
yang dilakukan oleh masing-masing gas tersebut yang secara sendiri
menempati volume yang sama.P=Pa+Pb+Pc+=PPj=njRT/V
-
Tekanan ParsialHukum Dalton Tekanan total dari suatu campuran
gas adalah jumlah dari tekanan parsial gas.
-
Fraksi mol dan tekanan parsialxj=nj/n dengan n =nA + nB + nC +xA
+ xB +.. = 1Contoh soal : Komposisi persentase massa udara kering
pada ketinggian yang sama dengan permukaan air laut kurang lebih
sbb. N2=75,5 O2=23,2 Ar=1,3 Bagaimana tekanan parsial tiap komponen
jika tekanan total=1 atm?
-
Teori Efusi Graham Laju efusi gas pada tekanan dan temperatur
yang sama berbanding terbalik dengan akar kuadrat kerapatannya.
v1/v2=(d2/d1)1/2 dan juga d2/d1=M2/M1
-
Persamaan gas sempurnaDiturunkan dari hukum-hukum dasar gas
yaitu hukum Boyle, Gay Lussac, Avogadro. PV=nRTPenggunaan persamaan
gas sempurna : -Penentuan Berat molekul -Penentuan tekanan uap zat
cair
-
Contoh soal1.Gas sempurna 340 K dipanaskan pada tekanan tetap
sampai volumenya bertambah 14 %. Berapa temperatur akhir gas?2.
Sampel 255 mg gas Neon menempati 3,00L pada 122K. Gunakan hukum gas
sempurna untuk menghitung tekanan gas.
-
3.Rapatan suatu campuran gas adalah 1,23 gL-1pada 330 K dan 150
Torr. Berapa massa molar campuran tersebut?
4. Dalam suatu eksperimen untuk menghitung massa molar suatu
gas, 250 cm3 gas ditempatkan dalam tabung gas. Tekanannya adalah
152 torr pada 298 K dan setelah koreksi untuk efek daya apung massa
gas adalah 33,5 mg. Berapakah massa molar gas?
-
GAS NYATABersifat tidak sempurnaTidak mematuhi hukum-hukum dasar
gasAda penyimpangan terhadap gas ideal pada tekanan tinggi dan
temperatur rendahKhususnya pada saat gas akan mengembun menjadi
cairan.
-
Interaksi MolekulerGas nyata memperlihatkan penyimpangan dari
gas sempurna karena interaksi molekulnya.Gaya tolak antar molekul
pemuaianGaya tarik antar molekul pemampatanGaya tolak antar molekul
netral= interaksi jarak pendekGaya tarik tidak efektif jika molekul
terpisah jauh.
-
Variasi energi potensial dua molekul
Eppemisahan
-
Faktor PemampatanMenunjukkan besarnya penyimpangan gas nyata
terhadap gas sempurna.
- Untuk gas sempurna Z=1 untuk semua kondisi, penyimpangan Z dari
1 adalah ukuran ketidak sempurnaan.Pada tekanan yang sangat rendah
semua gas Z=1Pada tekanan tinggi semua gas Z>1= gas sulit
dimampatkan= gaya tolak menangPada tekanan menengah beberapa gas
mempunyai Z
-
Kurva Z-P untuk beberapa jenis gas pada 0C.
1ZPPN2CH4H2NH3Gas ideal
-
Kurva Z-P pada berbagai T untuk gas CH4
200K500K640K1000KGas sempurna pada semuaT01ZP
-
Pada T1 pada semua tekanan dan (Z/P)>0
Pada 640K garis Z=1 menyinggung kurva Z-P pada P=0 dan (Z/P)=0 =
Temperatur Boyle
-
Temperatur Boyle beberapa jenis gas
Jenis gas He H2 N2 udara O2 CH4 TB 24 107 324 347 423 640
-
Hukum Gas Van Der Waals
-
Van der Waals melakukan koreksi terhadap tekanan dan
volume.Koreksi terhadap tekanan didasarkan atas pertimbangan bahwa
antara molekul-molekul gas terdapat gaya tarik menarik.Pideal =
Pteramati + PP= tekanan yang disebabkan oleh gaya tarik menarik
antar molekul
-
Koreksi terhadap volume dalam persamaan gas ideal diperlukan
karena gas mempunyai volume tersendiriPersamaan Van der Waals pada
titik kritis
-
Pada titik kritis berlaku:
-
Prinsip Keadaan BersesuaianTekanan tereduksi, Pr=P/PCVolume
tereduksi, Vr= V/VCTemperatur tereduksi, Tr =T/TC
-
CAIRANFluiditas (daya alir) merupakan sifat paling khas dari
cairan dan gas.Fluiditas berlawanan dengan rigiditas (kekakuan)
Cairan mempunyai volume tertentu tetapi bentuknya tidak
tetap.Difusi merupakan karakteristik lainnya dari cairan dan
gas.
-
Gaya antar MolekulGaya antar molekul berbeda dengan gaya intra
molekul (ikatan kovalen).Ikatan kovalen diantara atom memantapkan
dan mempertahankan struktur molekul diskrit dan efeknya bersifat
kuat, mengarah dan hanya pada jarak pendek.
-
Perbedaan antar gaya antar molekul dengan gaya intra
molekul:Gaya antar molekul biasanya lebih lemah dibandingkan dengan
ikatan kovalen misalnya diperlukan 239kJ untuk memutuskan 1 mol
ikatan kovalen Cl-Cl tetapi hanya 1,2 Kj untuk mengatasi satu mol
tarik-menarik Ar-ArGaya antar molekul jauh lebih tidak terarah
dibandingkan ikatan kovalenGaya antar molekul bekerja pada daerah
jelajah yang lebih jauh dari ikatan kovalen
-
Semua gaya antar molekul dan intra molekul timbul karena materi
terdiri atas partikel yang bermuatan listrik.Gaya antar molekul
dibedakan berdasarkan pada kekuatan,arah dan jelajahnya.Sering kali
sifat fisika dan kimia cairan dan padatan dapat diprediksi
berdasarkan jenis gaya antar molekul yang menonjol dalam organisasi
internalnya.
-
Gaya ion-ionSatuan organisasi dalam padatan dan cairan adalah
partikel bermuatan listrik monoatomik seperti Na+ , Cl+ , dan Ca2+
dan poliatomik seperti NH4+ dan SO42-.Interaksi utama diantara
ion-ion ini adalah gaya tarik atau gaya tolak elektrostatik (gaya
coulomb)yang menghasilkan potensial coulomb.
-
Gaya dwi kutub-dwi kutubDua molekul polar berinteraksi melalui
gaya dwi kutub-dwi kutub. Gaya ini bergantung pada orientasi kedua
molekul sehingga dapat saling menolak atau saling menarik.Gerakan
acak dari molekul polar dalam gas atau cairan dapat menghasilkan
berbagai orientasi dwikutub-dwi kutub sementara yang menguntungkan
dari segi energi.
-
Gaya Ion-dwi kutub Suatu molekul polar berinteraksi dengan ion
positif maupun ion negatif. Interaksi antara molekul pelarut polar
misalnya air dan ion terlarut merupakan kasus yang paling lazim
dari interaksi ion-dwi kutub.Pelarutan spesies ionik terjadi
melalui gaya ion-dwi kutub. Setiap ion negatif dalam larutan
dikelilingi oleh molekul air yang mengarahkan ujung ujung positif
dari momen dwi kutubnya ke arah ion negatifSetiap ion yang
dilarutkan dalam air dan kulit solvasi dari molekul-molekul air
yang mengelilinginya merupakan kesatuan yang dipegangi oleh gaya
ion-dwi kutub.
-
Gaya dwi kutub TerinduksiElektron-elektron dalam molekul atau
atom non polar terdistribusi secara simetris, tetapi distribusinya
dapat terganggu oleh muatan listrik yang mendekat. Misalnya satu
atom argon tidak memiliki momen dwi kutub, tetapi ion Na+ yang
mendekat ( dengan muatan positifnya) menarik elektron pada sisi
dekatnya jauh lebih kuat dari sisi yang jauh
-
Gaya dwi kutub terinduksi-dwi kutub terinduksi / Gaya dispersi
LondonBiasanya terdapat pada atom gas mulia, gaya tarik muncul dari
gaya dispersi yang ada di antara semua atom dan molekul. Gaya ini
timbul dari fluktuasi karena adanya distribusi elektron pada dua
atom atau molekul yang bertetangga. Fluktuasi dalam satu molekul
manghasilkan dwi kutub sementara yang akan menginduksi dwi kutub
sementara kedua pada atom atau molekul lainnya.
-
Ikatan hidrogenJenis khusus interaksi dipol-dipol antara atom
hidrogen dalam ikatan polar seperti N-H, O-H, atau F-H dengan atom
elektronegatif O, N, atau F.Interaksi ini ditulis A-H.....B atau
A-H....A
-
Gaya antar molekul dalam cairanPada suhu yang sangat tinggi
semua jenis gaya antar molekul yang terdapat dalam cairan dan
padatan diabaikan karena tingginya energi kinetik molekul yang
mengacaukan semua tarikan yang mungkin.Semakin kuat gaya tarikan,
semakin besar kestabilan cairan dibandingkan fasa gasnya dan
semakin tinggi titik didih normalnya.
-
Cairan ionik biasanya memiliki tarikan yang paling kuat karena
interaksi coulomb dari ion bermuatan sehingga titik didihnya sangat
tinggi.Lelehan NaCl mendidih pada 1686K, Helium titik didihnya
4,2K> massa molar, titik didih>
-
Karakteristik AirAir menyusun 0,023% massa total bumi1,4 x 1021
kg tersebar di atas, pada dan di permukaan bumi97,7% di samudra,
1,9%dalam bentuk es atau salju sisanya berupa air tawar di danau,
sungai, air tanah dan uap air di atmosfir.Air memiliki rapatan
maksimum pada 4Cdan akan berexpansi jika dibekukan.
-
Sifat tak lazim air ini disebabkan karena ikatan
hidrogenTransisi fasa yang dialami oleh air : Padat-gas :
sublimasi, deposisi Padat-Cair : pelelehan, pembekuan Gas-cair :
kondensasi, penguapanPendidihanTitik didihTitik didih normal
-
ViskositasViskositas cairan adalah indeks hambatan aliran cairan
.Pengukuran koefisien viskositasViskometer Oswald: yang diukur
adalah waktu yang diperlukan oleh sejumlah tertentu cairan untuk
mengalir melalui pipa kapiler dengan gaya yang disebabkan oleh
berat cairan tersebut.
-
2. Metode Bola Jatuh Berhubungan dengan gaya gravitasi yang
seimbang dengan gerakan aliran pekat
Tegangan PermukaanAdalah kerja yang dilakukan untuk memperluas
permukaan cairan satu satuan luasSudut Kontak= sudut yang dibuat
oleh permukaan cairan dengan permukaan padatan
*