Hukum Gay Lussac dan Avogadro

Kompetensi

Kompetensi Dasar:

Membuktikan dan mengkomunikasikan berlakunya hukum-hukum dasar kimia melalui percobaan serta menerapkan konsep mol dalam menyelesaikan perhitungan kimia

Indikator:

1. Menghitung volum gas pereaksi atau hasil reaksi berdasarkan hukum Gay Lussac.
2. Menentukan rumus molekul berbagai zat.
3. Menghitung volume 1 mol gas (volume molar) dengan menggunakan Hukum Avogadro.

Materi

Pendahuluan

Penemuan Hukum Perbandingan Volume oleh Gay Lussac dan dibantu dengan hipotesis Avogadro dapat menentukan perbandingan massa antar atom dari unsur - unsur yang menyusun suatu senyawa. Oleh karena itu rumus kimia dari berbagai zat dapat ditetapkan dan dapat memecahkan masalah hitungan kimia.

Hukum Gay Lussac

Konsep

Joseph Gay-Lussac menyimpulkan dari eksperimennya sebagai berikut:

"Pada kondisi suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume gas-gas pereaksi dan gas-gas hasil reaksi merupakan bilangan bulat dan sederhana".

Dikenal dengan Hukum Perbandingan / Penggabungan Volume atau Hukum Gay-Lussac (1808).

Pada suatu persamaan reaksi yang sudah setara, misalkan : 

 

satu volume C₃H_8(g) bereaksi dengan lima volume O_2(g) menghasilkan tiga volume CO_2(g) dan empat volume H₂O_(g).

Pada kondisi suhu dan tekanan yang sama, maka untuk suatu persamaan reaksi yang sudah setara
berlaku:

Perbandingan koefisien zat-zat dalam persamaan reaksi sama dengan perbandingan volumenya.

Contoh:

Soal 1

150 L gas H₂S dibakar sesuai dengan persamaan reaksi yang sudah setara sebagai berikut : 

 

Hitung (T,P):

a. Volume gas oksigen yang diperlukan

b. Voulme gas SO₂ yang terbentuk

Jawaban

a. Berdasarkan hukum Gay Lussac, volume gas H₂S dan gas O₂ berbanding 2 : 3.
Jadi volume gas O₂ yang diperlukan :

 

b. Berdasarkan dari persamaan reaksi d atas, dua volume gas H₂S menghasilkan dua volume gas

SO₂. Jadi volume gas SO₂ yang terbentuk : 150 L (sama dengan volume gas SO₂)

Soal 2

Hitunglah volume gas nitrogen (T,P) dan gas hidrogen (T,P) yang dibutuhkan untuk membuat 24 liter amonia sesuai persamaan reaksi berikut : 

 

Jawaban

Dari persamaan reaksi di atas menunjukkan bahwa :
* Perbandingan volume gas N₂ terhadap gas NH₃ adalah 1 : 2.
Jadi, volume gas N₂ :

 

* Volume gas H₂ terhadap volume gas NH₃ berbanding 3 : 2, maka volume gas H₂ yang dibutuhkan: 

 

Hukum Avogadro

Konsep

Amadeo Avogadro menyatakan hipotesanya sebagai berikut :

"Pada kondisi suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang berbeda tetapi mempunyai volume yang sama akan mengandung jumlah partikel yang sama".

Terkenal sebagai Hipotesis Avogadro (1811).

Berdasarkan Hipotesis Avogadro terlihat jelas bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, perbandingan volume menunjukkan juga perbandingan jumlah partikel. Jumlah partikel bisa dinyatakan sebagai koefisiennya. Jadi :

"Perbandingan volume = perbandingan jumlah partikel = perbandingan koefisien reaksi".

Dengan demikian Hipotesis Avogadro dapat menjelaskan hukum Gay Lussac dan juga dapat menentukan rumus molekul berbagai zat.

Contoh Soal:

Soal 1

Satu liter gas nitrogen (N₂ ; T,P) tepat bereaksi dengan 2 liter gas oksigen (O₂ ; T,P) membentuk 1 liter gas X (T,P).
Tentukan rumus moleku gas X tersebut !

Jawaban

Dalam molekul gas X pasti mengandung unsur Nitrogen dan Oksigen, jadi dimisalkan rumus molekul gas X : N_xO_y.
Persamaan reaksinya :

 

Ingat!

Perbandingan vol = perbandingan jumlah partikel = perbandingan koefisien, maka diperoleh: 

 

N kiri = N kanan

2 = x

O kiri = O kanan

4 = y

Jadi, rumus molekul gas X adalah N₂O₄

Soal 2

Sebanyak 10 mL gas hidrokarbon C_xH_y (P,T) tepat dibakar habis dengan 35 mL gas oksigen (P,T).
Persamaan reaksinya : 

 

Jika gas karbondioksida yang dihasilkan sebanyak 20 mL, maka tentukan rumus molekul hidrokarbon
tersebut!

Jawaban

Ingat !
Perbandingan volume = perbandingan jumlah partikel = perbandingan koefisien.

 

C : 2x = 4 ; x = 2

C : 14 = 8 + y ; y = 6

Rumus molekul hidrokarbon tersebut adalah C₂H₆

Aplikasi Hukum Avogadro

A. KEADAAN STANDAR

Hukum Gay Lussac dan hipotesis Avogadro berlaku jika kondisinya pada suhu dan tekanan tetap.
Persamaan gas ideal :

keterangan:

P = tekanan (atmosfir)

V = volume (liter)

n = mol

R = tetapan gas (0,082 L atm mol^-1 K^-1)

T = suhu (K)

Jika P dan T tetap, maka:

- n kecil V kecil

- n besar V besar

Hal ini yang menyebabkan kenapa ban bisa kempes jika terkena paku atau ban pecah jika dipompa terus.
Untuk memahami lebih jauh lagi, pelajari lebih dulu hitungannya.

Berdasarkan hipotesis Avogadro, pada suhu dan tekanan yang sama, gas-gas yang mempunyai volume sama mengandung jumlah molekul yang sama.

Ingat !
1 mol setiap gas = 6,02 x 10²³ molekul

Maka, pada T,P sama berlaku :

1 mol gas mempunyai volum yang sama.

Jadi :
Perbandingan volume gas = Perbandingan jumlah molnya

Pada keadaan standar atau STP (Standard of Temperature and Pressure) yaitu pada tekanan 1 atmosfir dan suhu 273 K (0°C) berlaku : 

 

Jadi, volume molar gas pada STP = 22,4 L.

Contoh:

Soal 1

Diketahui massa atom relatif (Ar) C = 12, dan O = 16.
Berapakah volume standar dari :
a. 0,3 mol karbondioksida ?
b. 5,6 gram karbon monoksida ?

Jawaban

Ingat!

Pada STP, 1 mol gas = 22,4 L, maka:

a) n = 0,3 mol V = 0,3 mol x 22,4 L/mol = 6,72 L

b) n =

            =

            = 0,2 mol

V= 0,2 mol x 22,4 L/mol

        = 4,48 L

Soal 2

Diketahui massa atom relatif (Ar) H = 1, dan C = 12.
Berapakah :
a. massa dari 5,6 liter (STP) gas metana (CH₄) ?
b. jumlah molekul yang terdapat dalam 4,48 liter (STP) gas hidrogen (H₂) ?

Jawaban

Ingat !
Pada STP, 1 mol = 22,4 L dan 1 mol = 6,02 x 10²³ partikel

a. n = = 0,25 mol

massa CH₄ = 0,25 mol x Mr gr/mol

= 0,25 mol x 16 gr/mol

= 4 gram

b. n = = 0,2 mol

Jumlah molekul H₂ = 0,2 mol x 6,02.10²³ molekul/mol

= 1,204.10²³ molekul

B. KEADAAN NON STANDAR

Pada keadaan yang non/bukan standar, volume gas dapat dihitung dengan persamaan gas ideal: 

 

Contoh:

Soal 1

Hitunglah volume 16 gram gas oksigen (O₂) pada 27°C dan 2 atm ! (Ar O = 16)

Jawaban

n= = = 0,2 mol

T = 27 + 273 = 300 K

Karena keadaan standar, maka :

PV = nRT

V =

=

= 2,46 L

Soal 2

Pada suhu dan tekanan tertentu (T,P), 16 gram gas oksigen (O₂) bervolume 20 liter.
Pada suhu dan tekanan yang sama, tentukan volum dari 66 gram gas karbondioksida (CO₂) !
(Ar C = 12 ; O = 16)

Jawaban

Karena suhu dan tekanan tidak diberikan besarannya berapa, tetapi kondisi pada T,P sama maka
INGAT HUKUM GAY LUSSAC dan HUKUM AVOGADRO !
Pada P,T sama berlaku :