Definisi kimia konstanta gas ideal (R)

Konstanta gas, diwakili oleh simbol “R”, adalah konstanta proporsionalitas dari hukum gas ideal . Yang terakhir adalah persamaan matematika yang menghubungkan empat variabel yang sepenuhnya menentukan keadaan gas ideal, yaitu tekanan , volume , suhu, dan jumlah mol . Selanjutnya, hukum ini merupakan gabungan dari semua hukum gas, termasuk hukum Boyle, baik bentuk hukum Charles maupun Gay-Lussac , dan hukum Avogadro.

Di antara banyak kegunaannya, konstanta gas memungkinkan seseorang untuk menghitung nilai tertentu dari P, V, bukan T untuk gas untuk setiap kombinasi dari tiga variabel lainnya, tanpa perlu mengetahui keadaan gas sebelumnya, atau bagaimana gas menjadi gas ke kondisi saat ini.

R, selain menerima nama “konstanta gas”, juga dikenal sebagai konstanta gas universal, konstanta gas ideal dan konstanta gas molar, yang terakhir karena satuannya.

Meskipun disebut konstanta “gas”, yang berasal dari eksperimen yang mengarah pada penemuan aslinya, konstanta R sebenarnya adalah salah satu konstanta dasar alam, dan sangat penting baik dalam kimia maupun fisika. Karena alasan ini, selalu muncul dalam banyak hukum dan persamaan yang, pada prinsipnya, tidak ada hubungannya dengan gas.

Satuan dan nilai R

Seperti konstanta pembanding lainnya yang berdimensi, nilai konstanta gas bergantung pada satuan yang menyatakannya. Hal yang sama berlaku untuk hampir semua konstanta lain dalam sains, karena kuantitas fisik apa pun selalu dapat dinyatakan dalam satuan yang berbeda, senyaman mungkin.

Secara umum, dimensi konstanta R dinyatakan dalam dua cara berbeda di sebagian besar aplikasinya:

Artinya, satuan energi dibagi dengan jumlah mol dan satuan suhu mutlak, atau:

Yaitu, satuan tekanan dikalikan dengan satuan volume, dibagi dengan mol dan satuan suhu mutlak.

Karena itu, tabel berikut menyajikan nilai R dalam satuan yang paling sering digunakan oleh ahli kimia, serta konteks di mana setiap nilai digunakan:

Ada nilai-nilai lain saat menggunakan satuan pengukuran imperial atau satuan teknis, tetapi ini lebih berlaku untuk teknik daripada kimia.

Hukum gas ideal

Seperti disebutkan di atas, konstanta gas pertama muncul sebagai konstanta proporsionalitas dalam hukum gas ideal . Hukum ini diberikan oleh ekspresi matematika berikut:

Dalam persamaan ini, P menyatakan tekanan, V volume, n jumlah mol, dan T suhu mutlak. Bergantung pada satuan yang digunakan untuk P, V, T dan n, nilai R yang benar harus digunakan.Jika tidak, perlu melakukan transformasi satuan sebelum perhitungan dilakukan.

Konstanta gas dan energi kinetik rata-rata gas ideal

Dengan menggunakan model kinetik gas, hubungan yang sangat menarik dapat diperoleh antara tetapan gas dan kecepatan kuadrat rata-rata akar, atau energi kinetik rata-rata partikel gas. Model ini menganggap gas sebagai serangkaian bola keras dengan massa yang terdefinisi dengan baik, tetapi dengan ukuran yang dapat diabaikan dan yang hanya berinteraksi satu sama lain dan dengan dinding wadah melalui tumbukan elastis (seperti bola bilyar). Dengan menggunakan kondisi ini, sedikit fisika dan sedikit statistik, hubungan berikut dapat dicapai:

di mana M adalah massa molar gas, T adalah temperatur, dan ² > adalah akar rata-rata kecepatan kuadrat. Sebagai massa molar M=m/n dan (1/2).m. ² > sama dengan energi kinetik rata-rata partikel gas, R dapat dilihat sebagai rasio energi kinetik rata-rata satu mol partikel terhadap suhu. Dengan kata lain, R adalah konstanta proporsionalitas yang memungkinkan menentukan suhu absolut dalam kaitannya dengan agitasi termal atom dan molekul.

Persamaan Nernst dan konstanta gas

Persamaan Nernst adalah persamaan termodinamika yang memungkinkan untuk menentukan gaya gerak listrik (E) sel elektrokimia dalam kondisi non-standar dari potensial sel dalam kondisi standar (Eº), suhu dan konsentrasi spesies kimia yang terlibat dalam elektrokimia sel Reaksi redoks. Persamaannya adalah sebagai berikut:

Dalam persamaan ini, E dan Eº masing-masing adalah potensial sel dalam kondisi non-standar dan standar, T adalah suhu absolut, n jumlah mol elektron yang ditukar per mol reaksi, F adalah konstanta Faraday, dan Q adalah reaksi hasil bagi. Yang terakhir sesuai dengan produk dari konsentrasi produk reaksi yang dinaikkan ke masing-masing koefisien stoikiometrinya dibagi dengan produk dari konsentrasi reaktan reaksi yang dinaikkan ke masing-masing koefisien stoikiometrinya.

Saat menggunakan persamaan ini, R harus dinyatakan dalam Jouls.K ^-1 mol ^-1 sehingga hasil suku kedua di sisi kanan adalah dalam volt, dan dengan demikian dapat dikurangkan dengan potensial standar sel.

Konstanta gas dan konstanta Boltzmann

Konstanta Boltzmann adalah konstanta universal yang muncul dalam rumus distribusi Boltzmann, serta dalam rumus Boltzmann yang terkenal. Yang pertama memungkinkan kita menentukan jumlah molekul yang dapat memiliki tingkat energi tertentu pada suhu tertentu. Yang kedua memberikan interpretasi entropi sebagai ukuran ketidakteraturan dalam suatu sistem.

Kedua persamaan memiliki implikasi yang mendalam baik dalam kimia dan fisika. Nah, ternyata konstanta Boltzmann tidak lebih dari konstanta gas universal yang sama, hanya dibagi dengan bilangan Avogadro, yang mengubah satuannya dari energi.K -1 ^.mol ​​​​-1 ^menjadi energi.K ^-1 .partikel ^-1 .

Intinya, konstanta Boltzmann dan konstanta gas mewakili hal yang persis sama, hanya pada skala yang berbeda.

Referensi

Hukum Gas Ideal. (2020, 15 Agustus). Diambil dari https://chem.libretexts.org/@go/page/1522

Kotak Alat Rekayasa, (2004). Konstanta Gas Universal dan Individual . Diperoleh dari https://www.engineeringtoolbox.com/individual-universal-gas-constant-d_588.html

Konstanta fisik dasar. (2021, 30 Maret). Diambil dari https://espanol.libretexts.org/@go/page/1989

Tekanan, volume, kuantitas, dan suhu terkait: hukum gas ideal. (2020, 30 Oktober). Diambil dari https://espanol.libretexts.org/@go/page/1869