Hubungan Mol dengan Volume Molar Gas

Materi: perhitungan kimia
Hubungan Mol dengan Volume Molar Gas . Hipotesis Avogadro menyebutkan bahwa pada suhu dan tekanan yang sama, semua gas dengan volume yang sama akan mengandung jumlah partikel yang sama pula. Oleh karena 1 mol setiap gas mempunyai jumlah molekul yang sama, maka pada suhu dan tekanan yang sama pula, 1 mol setiap gas mempunyai volume yang sama. Volume per mol gas disebut volume molar dan dilambangkan $Vm$.

Keterangan :
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol (mol)
$Vm$ = volume molar (liter/mol)
(Martin S. Silberberg, 2000)

Volume molar gas bergantung pada suhu dan tekanan. Beberapa keadaan suhu dan tekanan yang biasa dijadikan acuan penentuan volume gas sebagai berikut:

1. Keadaan standar

Kondisi dengan suhu 0 $^\circ$C dan tekanan 1 atm disebut keadaan standar dan dinyatakan dengan STP (Standard Temperature and Pressure).
   $ P.V = n.R.T $

keterangan:
$P$ = tekanan (atm)
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol (mol)
$R$ = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
$T$ = 0 $^\circ$C = 273 K

$\begin{align} P.V & = n.R.T \\ V & = \frac{n.R.T }{P} \\ & = \frac{1 \times 0,082 \times 273 }{1} \\ & = 22,4 \, \, \text{liter} \end{align} $

Jadi, pada keadaan standar (STP), volume molar (volume 1 mol gas) adalah 22,4 liter/mol.

2. Pada suhu kamar

Kondisi pengukuran gas pada suhu 25 $^\circ$C dan tekanan 1 atm disebut keadaan kamar dan dinyatakan dengan RTP (Room Temperature and Pressure).
   $ P.V = n.R.T $

keterangan:
$P$ = tekanan (atm)
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol (mol)
$R$ = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
$T$ = 25 $^\circ$C = 298 K

$\begin{align} P.V & = n.R.T \\ V & = \frac{n.R.T }{P} \\ & = \frac{1 \times 0,082 \times 298 }{1} \\ & = 24,4 \, \, \text{liter} \end{align} $
Jadi, pada keadaan kamar (RTP), volume molar (volume 1 mol gas) adalah 24,4 liter/mol.

3. Keadaan tertentu dengan tekanan dan suhu diketahui

Volume gas pada suhu dan tekanan yang diketahui dapat dihitung dengan menggunakan persamaan gas yang disebut persamaan gas ideal. Persamaan gas ideal, yaitu $ PV = nRT$, untuk menentukan volume gas menjadi:
$\begin{align} V = \frac{n.R.T }{P} \end{align} $

dengan:
$P$ = tekanan gas (atm)
$V$ = volume gas (liter)
$n$ = jumlah mol gas (mol)
$R$ = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K
$T$ = suhu mutlak gas (K = 273 + suhu celcius)

4. Keadaan yang mengacu pada keadaan gas lain

Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas hanya bergantung pada jumlah molnya. Misalkan gas pertama dengan jumlah mol $n_1$ dan volume $V_1$ dan gas kedua dengan jumlah mol $n_2$ dan volume $V_2$, maka pada suhu dan tekanan yang sama berlaku:
$ \begin{align} \frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2} \, \text{ atau } \, \frac{n_1}{V_1} = \frac{n_2}{V_2} \end{align} $

Contoh soal hubungan mol dengan volume molar gas :
Tentukan volume dari 2 mol gas nitrogen jika diukur pada:
a. keadaan standar (STP)
b. keadaan kamar (RTP)
c. suhu 30 $^\circ$C dan tekanan 1 atm
d. suhu dan tekanan yang sama di mana 0,5 mol gas oksigen mempunyai volume 15 liter

Penyelesaian :
a. Pada keadaan standar (STP),$Vm$ = 22,4 liter/mol
$ \begin{align} V & = n \times Vm \\ & = 2 \text{ mol } \times 22,4 \text{ liter/mol} \\ & = 44,8 \text{ liter} \end{align} $

b. Pada keadaan kamar (RTP), $ Vm $ = 24,4 liter/mol
$ \begin{align} V & = n \times Vm \\ & = 2 \text{ mol } \times 24,4 \text{ liter/mol} \\ & = 48,8 \text{ liter} \end{align} $

c. Pada suhu 30 $^\circ$C dan tekanan 1 atm, dihitung dengan $ PV = nRT$
$\begin{align} T & = 273 + 30 = 303 \, K \\ P.V & = n.R.T \\ V & = \frac{n.R.T }{P} \\ & = \frac{1 \times 0,082 \times 303 }{1} \\ & = 49,692 \, \, \text{liter} \end{align} $

d. Pada suhu dan tekanan yang sama pada saat 0,5 mol gas oksigen volumenya 15 liter
$ \begin{align} \frac{V_1}{V_2} & = \frac{n_1}{n_2} \\ \frac{V_{O_2}}{V_{N_2}} & = \frac{n_{O_2}}{n_{N_2}} \\ V_{N_2} & = \frac{n_{N_2}}{n_{O_2}} \times V_{O_2} \\ & = \frac{2}{0,5} \times 15 \\ & = 60 \, \, \text{liter} \end{align} $

Demikian pembahasan materi Hubungan Mol dengan Volume Molar Gas dan contohnya.