Hukum-hukum gas
Hukum-hukum gas dikembangkan pada akhir abad ke-18, ketika para ilmuwan mulai menyadari bahwa hubungan antara tekanan, volume dan suhu dari sampel gas dapat diperoleh, yang menjadi dasar bagi pendekatan untuk semua gas. Gas berperilaku dengan cara yang sama dalam berbagai kondisi karena semuanya memiliki molekul yang sangat luas, dan persamaan keadaan untuk gas ideal berasal dari teori kinetik. Hukum gas sebelumnya saat ini dianggap sebagai kasus khusus persamaan gas ideal, dengan satu atau lebih variabel tetap dijaga konstan.
Pada tahun 1662, Robert Boyle mempelajari hubungan antara volume dan tekanan gas pada suhu konstan. Dia mengamati bahwa volume massa gas yang diberikan berbanding terbalik dengan tekanannya asalkan suhu tetap konstan.
Hukum Boyle, dipublikasikan pada tahun 1662, menyatakan bahwa, pada suhu konstan, produk dari tekanan dan volume massa tertentu dari gas ideal dalam sistem tertutup selalu konstan. Hukum ini dapat diverifikasi secara eksperimental menggunakan pengukur tekanan dan wadah volume variabel. Persamaan ini juga dapat berasal dari teori kinetik gas: jika wadah, dengan jumlah molekul tetap di dalam, berkurang volumenya, lebih banyak molekul akan menyerang area tertentu dari sisi wadah per satuan waktu, menyebabkan tekanan yang lebih besar.
Pernyataan hukum Boyle adalah sebagai berikut:
Konsepnya dapat diwakili dengan rumus:
Hukum Charles, atau hukum volume, ditemukan tahun 1787 oleh Jacques Charles. Hukum ini menyatakan bahwa, untuk massa tertentu dari gas ideal pada tekanan konstan, volume berbanding lurus dengan suhu absolut, dengan asumsi dalam sistem tertutup.
Pernyataan hukum Charles adalah sebagai berikut:
volume (V) dari massa gas yang diberikan, pada tekanan konstan (Pa), berbanding lurus dengan suhu (K).
Sebagai persamaan matematis, hukum Charles ditulis sebagai:
di mana "V" adalah volume gas, "T" adalah suhu absolut dan "k" adalah konstanta kesebandingan (yang tidak sama dengan konstanta kesebandingan pada persamaan lain di artikel ini).
Hukum Gay-Lussac, hukum Amontons atau hukum tekanan ditemukan oleh Joseph Louis Gay-Lussac pada tahun 1809. Persamaan ini menyatakan bahwa, untuk massa tertentu dan volume konstan gas ideal, tekanan yang diberikan pada sisi wadahnya berbanding lurus dengan suhu absolut.
Sebagai persamaan matematis, hukum Gay-Lussac dinyatakan baik dengan:
K=P dibagi dengan T
Hukum Avogadro diitemukan oleh Amedeo Avogadro pada tahun 1811. Hukum Avogadro menyatakan bahwa volume yang ditempati oleh gas ideal berbanding lurus dengan jumlah molekul gas yang ada dalam wadah. Hal ini menghasilkan volume molar gas, yang pada STP (273.15 K, 1 atm) adalah sekitar 22.4 L. Hubungan ini dinyatakan oleh
Hukum gas gabungan atau Persamaan Gas Umum didapat dengan menggabungkan Hukum Boyle, Hukum Charles, dan Hukum Gay-Lussac. Persamaan ini menunjukkan hubungan antara tekanan, volume, dan suhu bagi gas dengan massa (kuantitas) tetap:
Persamaan ini dapat pula ditulis sebagai:
Dengan penambahan hukum Avogadro, hukum gas gabungan dikembangkan menjadi hukum gas ideal:
di mana konstanta kesebandingannya, dinamai sebagai R, merupakan konstanta gas universal dengan nilai 8.3144598 (kPa∙L)/(mol∙K). Rumusan yang sebanding dituliskan sebagai:
Persamaan ini tepat hanya untuk gas ideal, yang mengabaikan berbagai efek antarmolekul (lihat gas nyata). Namun, hukum gas yang ideal adalah pendekatan yang baik untuk sebagian besar gas di bawah tekanan dan suhu sedang.
Hukum ini memiliki konsekuensi penting berikut:atau