Contoh Soal Dan Pembahasan Hukum Avogadro
Hukum Avogadro adalah salah satu hukum dasar dalam kimia yang menjelaskan hubungan antara volume gas dan jumlah partikel gas dalam sebuah sistem tertutup dengan kondisi tertentu. Hukum ini dinamakan sesuai dengan nama Amedeo Avogadro, seorang ilmuwan Italia yang mengemukannya pada tahun 1811. Dalam artikel ini, kita akan membahas contoh soal dan pembahasan hukum Avogadro.
Hukum Avogadro menyatakan bahwa volume gas pada tekanan dan suhu yang sama sebanding dengan jumlah mol gas dalam sistem tersebut. Dengan kata lain, jika kita menggandakan jumlah mol gas dalam sistem tertutup yang sama, maka volume gas tersebut juga akan mengalami penggandaan. Konstanta proporsional antara volume gas dan jumlah mol gas ini disebut sebagai konstanta Avogadro atau konstanta mol, yang dilambangkan dengan simbol NA. Nilai konstanta Avogadro adalah sekitar 6,022 x 10^23 partikel/mol.
Contoh Soal dan Pembahasan
Soal: Sebuah wadah tertutup berisi gas oksigen dengan tekanan 1 atm dan suhu 25°C. Jika jumlah mol gas oksigen dalam wadah tersebut adalah 2 mol, berapa volume gas oksigen dalam liter?
Pembahasan:
Kita dapat menggunakan hukum Avogadro untuk menyelesaikan soal ini. Persamaan umum hukum Avogadro adalah sebagai berikut:
V1/n1 = V2/n2
Di mana V1 dan n1 adalah volume dan jumlah mol gas pada kondisi awal, sedangkan V2 dan n2 adalah volume dan jumlah mol gas pada kondisi akhir. Karena tekanan dan suhu gas tetap, maka kita dapat menyederhanakan persamaan hukum Avogadro menjadi:
V1/n1 = V2/n2 = k
Di mana k adalah konstanta proporsional antara volume dan jumlah mol gas.
Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu mencari nilai konstanta Avogadro. Karena suhu gas dinyatakan dalam Celsius, kita perlu mengonversinya ke dalam skala Kelvin dengan menggunakan rumus berikut:
T (K) = T (°C) + 273,15
T (K) = 25°C + 273,15
T (K) = 298,15 K
Kemudian, kita dapat mencari volume gas oksigen dengan menggunakan persamaan hukum Avogadro:
V1/n1 = V2/n2
V1/2 mol = V2/4 mol
V1 = (2 mol x V2)/4 mol
V1 = 0,5 x V2
Karena kita ingin mengetahui volume gas dalam liter, maka kita perlu mengonversi volume gas dari satuan mol menjadi liter. Kita dapat menggunakan konversi berikut:
1 mol gas = 22,4 L (pada kondisi standar)
Jadi, volume gas oksigen dalam liter adalah:
V2 = 2 mol x 22,4 L/mol
V2 = 44,8 L
Kemudian, kita dapat menghitung volume gas pada kondisi awal dengan menggunakan persamaan yang telah kita turunkan sebelumnya:
V1 = 0,5 x V2
V1 = 0,5 x 44
V1 = 22 L
Jadi, volume gas oksigen dalam wadah tertutup pada kondisi awal adalah 22 liter.
Soal: Sebuah balon berisi gas helium dengan volume 3 liter dan tekanan 2 atm pada suhu 20°C. Berapa jumlah mol gas helium dalam balon tersebut?
Pembahasan:
Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu menggunakan hukum gas ideal, yang menyatakan bahwa tekanan, volume, dan suhu gas berbanding lurus dengan jumlah mol gas dalam sistem tertutup. Persamaan umum hukum gas ideal adalah sebagai berikut:
PV = nRT
Di mana P adalah tekanan gas dalam atmosfer, V adalah volume gas dalam liter, n adalah jumlah mol gas, R adalah konstanta gas ideal (0,0821 L.atm/mol.K), dan T adalah suhu gas dalam Kelvin.
Kita dapat menggunakan persamaan hukum gas ideal untuk mencari jumlah mol gas helium dalam balon tersebut. Pertama-tama, kita perlu mengonversi suhu gas dari Celsius ke Kelvin dengan menggunakan rumus berikut:
T (K) = T (°C) + 273,15
T (K) = 20°C + 273,15
T (K) = 293,15 K
Kemudian, kita dapat menghitung jumlah mol gas helium dengan menggunakan persamaan hukum gas ideal:
PV = nRT
n = PV/RT
n = (2 atm x 3 L)/(0,0821 L.atm/mol.K x 293,15 K)
n = 0,243 mol
Jadi, jumlah mol gas helium dalam balon tersebut adalah sekitar 0,243 mol.
Soal: Sebuah wadah tertutup berisi gas nitrogen dengan volume 2 liter pada suhu 27°C dan tekanan 3 atm. Jika kita ingin menambahkan gas nitrogen sebanyak 1 mol ke dalam wadah tersebut, berapa volume wadah tersebut setelah penambahan gas nitrogen?
Pembahasan:
Kita dapat menggunakan hukum Avogadro untuk menyelesaikan soal ini. Pertama-tama, kita perlu menghitung jumlah mol gas nitrogen pada kondisi awal. Kita dapat menggunakan persamaan hukum gas ideal untuk mencari jumlah mol gas nitrogen pada suhu 27°C dan tekanan 3 atm:
PV = nRT
n = PV/RT
n = (3 atm x 2 L)/(0,0821 L.atm/mol.K x 300 K)
n = 0,246 mol
Jadi, jumlah mol gas nitrogen pada kondisi awal adalah sekitar 0,246 mol.
Kemudian, kita dapat menggunakan hukum Avogadro untuk mencari volume wadah setelah penambahan 1 mol gas nitrogen. Karena tekanan dan suhu gas tetap, maka kita dapat menyederhanakan persamaan hukum Avogadro menjadi:
V1/n1 = V2/n2 = k
Di mana k adalah konstanta proporsional antara volume dan jumlah mol gas.
Kita dapat menggunakan persamaan hukum Avogadro untuk mencari volume wadah setelah penambahan 1 mol gas nitrogen:
V1/n1 = V2/n2
2 L/0,246 mol = V2/(0,246 mol + 1 mol)
V2 = 2,48 L
Jadi, volume wadah tersebut setelah penambahan 1 mol gas nitrogen adalah sekitar 2,48 liter.
Soal: Sebuah wadah tertutup berisi gas neon dengan tekanan 2 atm pada suhu 25°C dan volume 5 liter. Jika kita meningkatkan suhu wadah menjadi 50°C dan menurunkan tekanan menjadi 1 atm, berapa volume wadah tersebut?
Pembahasan:
Untuk menyelesaikan soal ini, kita perlu menggunakan hukum gas ideal dan hukum Boyle sebagai berikut:
PV = nRT
P1V1/T1 = P2V2/T2
Kita dapat menggunakan hukum gas ideal untuk menghitung jumlah mol gas neon pada kondisi awal. Pertama-tama, kita perlu mengonversi suhu gas dari Celsius ke Kelvin dengan menggunakan rumus berikut:
T (K) = T (°C) + 273,15
T1 = 25°C + 273,15
T1 = 298,15 K
Kemudian, kita dapat menggunakan persamaan hukum gas ideal untuk mencari jumlah mol gas neon pada suhu 25°C, tekanan 2 atm, dan volume 5 liter:
PV = nRT
n = PV/RT
n = (2 atm x 5 L)/(0,0821 L.atm/mol.K x 298,15 K)
n = 0,404 mol
Jadi, jumlah mol gas neon pada kondisi awal adalah sekitar 0,404 mol.
Kemudian, kita dapat menggunakan hukum Boyle untuk menghitung volume wadah setelah peningkatan suhu dan penurunan tekanan. Kita dapat menuliskan persamaan hukum Boyle sebagai berikut:
P1V1/T1 = P2V2/T2
Kita ingin mencari V2, jadi kita dapat menyelesaikan persamaan tersebut untuk V2 sebagai berikut:
V2 = (P1V1T2)/(T1P2)
V2 = (2 atm x 5 L x 323,15 K)/(298,15 K x 1 atm)
V2 = 8,65 L
Jadi, volume wadah setelah peningkatan suhu dan penurunan tekanan adalah sekitar 8,65 liter.