Volume sama, jumlah partikel sama
Dalam gas ideal, partikel memiliki volume yang dapat diabaikan, sehingga volume gas hanya bergantung pada jumlah partikel, bukan jenisnya. Hukum Avogadro: volume yang sama dari semua gas pada suhu dan tekanan yang sama mengandung jumlah partikel yang sama.
Jadi, satu mol setiap gas ideal memiliki volume yang sama pada suhu dan tekanan tertentu. Ini adalah volume molar. Pada suhu dan tekanan standar (STP: $273\ \text{K}$ dan $100\ \text{kPa}$):
$$V_m = 22.7\ \text{dm}^3\ \text{mol}^{-1}$$
$$n = \frac{V}{V_m}$$
Sebagai contoh, $0.500\ \text{mol}$ oksigen atau karbon dioksida pada STP masing-masing menempati $0.500 \times 22.7 = 11.4\ \text{dm}^3$.
Karena volume berbanding lurus dengan jumlah zat, koefisien dalam persamaan setara untuk gas juga memberikan rasio volume-nya. Dalam $\text{N}_2(\text{g}) + 3\text{H}_2(\text{g}) \rightarrow 2\text{NH}_3(\text{g})$, $10\ \text{cm}^3$ nitrogen bereaksi dengan $30\ \text{cm}^3$ hidrogen untuk menghasilkan $20\ \text{cm}^3$ amonia, semuanya diukur pada suhu dan tekanan yang sama.
Persamaan gas ideal
Memasukkan jumlah zat ke dalam hukum gabungan menghasilkan persamaan gas ideal:
$$pV = nRT$$
$R$ adalah konstanta gas, $8.31\ \text{J K}^{-1}\ \text{mol}^{-1}$. Satuan harus sesuai dengan $R$:
| Besaran |
Satuan SI |
Konversi dari |
| $p$ |
Pa |
$1\ \text{kPa} = 10^{3}\ \text{Pa}$ |
| $V$ |
m$^3$ |
$1\ \text{dm}^3 = 10^{-3}\ \text{m}^3$; $1\ \text{cm}^3 = 10^{-6}\ \text{m}^3$ |
| $T$ |
K |
tambah 273 ke °C |
Cara cepat yang berguna: kPa dikalikan dm$^3$ juga menghasilkan joule, sehingga Anda dapat menggunakan kPa dengan dm$^3$ dalam persamaan yang sama.
Contoh penyelesaian: menentukan massa molar. Sampel $0.320\ \text{g}$ gas menempati volume $180\ \text{cm}^3$ pada suhu $300\ \text{K}$ dan tekanan $100\ \text{kPa}$. Tentukan massa molarnya.
- Konversi: $p = 1.00 \times 10^{5}\ \text{Pa}$, $V = 180 \times 10^{-6} = 1.80 \times 10^{-4}\ \text{m}^3$.
- Jumlah zat: $n = \dfrac{pV}{RT} = \dfrac{1.00 \times 10^{5} \times 1.80 \times 10^{-4}}{8.31 \times 300} = 7.22 \times 10^{-3}\ \text{mol}$.
- Massa molar: $M = \dfrac{m}{n} = \dfrac{0.320}{7.22 \times 10^{-3}} = 44.3\ \text{g mol}^{-1}$.
- Interpretasi: ini mendekati $44.0\ \text{g mol}^{-1}$, sehingga gas tersebut bisa berupa karbon dioksida atau propana.