Tetapan gas

Konstanta gas (disebut juga konstanta gas ideal, molar, semesta, atau universal, biasanya dilambangkan dengan huruf R) merupakan sebuah konstanta fisika yang merupakan konstanta dasar dalam berbagai persamaan ilmu fisika, seperti hukum gas ideal dan persamaan Nernst.

Konstanta ini ekivalen dengan konstanta Boltzmann, tetapi dinyatakan dalam satuan energi (yaitu: hasil kali tekanan-volume) per kenaikan suhu per mol (bukan energi per kenaikan suhu per partikel). Tetapan ini juga merupakan kombinasi dari konstanta hukum Boyle, Charles, Avogadro, dan Gay-Lussac.

Secara fisik, kanstanta gas adalah konstanta kesebandingan terhadap kejadian yang menghubungkan skala energi dengan skala suhu, dengan mol partikel pada suhu dasar sebagai acuan. Oleh karena itu, nilai tetapan gas terutama diturunkan dari keputusan dan kejadian historis dalam pengaturan skala energi dan suhu, ditambah pengaturan historikal sejenis nilai skala molar yang digunakan untuk menghitung partikel. Faktor terakhir yang tidak diperhitungkan adalah nilai konstanta Boltzmann, yang memiliki peran yang sama dalam menghitung linearitas skala energi dan suhu.

Nilai tetapan gas adalah:

8.3144598(48) J mol−1 K−1

Dua digit terakhir dalam kurung adalah nilai ketakpastian (standar deviasi). Ketakpastian relatif adalah 9.1 × 10−7. Beberapa orang menyarankan memberi nama tetapan ini dengan simbol R, tetapan Regnault, sebagai penghormatan kepada kimiawan Prancis Henri Victor Regnault, yang data penelitiannya digunakan untuk menghitung nilai awal tetapan ini. Meski demikian, alasan pasti asal muasal penggunaan huruf R untuk tetapan ini masih sukar dipahami.

Konstanta gas muncul dalam hukum gas ideal sebagai berikut:
 
dengan, P adalah tekanan absolut (SI: pascal), V adalah volume gas (SI: meter kubik), N adalah jumlah gas (SI: mol), m adalah massa (SI: kilogram) yang terkandung dalam V, dan T adalah suhu termodinamika (SI: Kelvin). Konstanta gas dinyatakan dalam satuan fisika yang sama dengan entropi molar dan kapasitas panas molar.

Dimensi R 
Dari persamaan umum PV = nRT diperoleh:
 
di mana P adalah tekanan, V adalah volume, n adalah jumlah mol, dan T adalah suhu.

Karena tekanan didefinisikan sebagai gaya per satuan luas, persamaan gas dapat juga ditulis sebagai:
 
Luas dan volume kira-kira adalah (panjang)2 dan (panjang)3. Oleh karena itu:
 
Karena gaya × panjang = kerja:
 
Kebermaknaan fisika R bekerja pada level per derajat per mol. Hal itu dapat dinyatakan dalam semua set satuan yang mewakili kerja dan energi (misalnya joule). Satuan lain yang mewakili suhu (seperti Celsius atau Fahrenheit), dan sistem apapun dengan satuan yang merujuk pada mol atau jumlah kemurnian yang sama yang memungkinkan persamaan massa makroskopik dan jumlah partikel dasar dalam sistem, seperti dalam gas ideal (lihat Bilangan Avogadro)

Hubungan dengan konstanta Boltzmann 
Konstanta Boltzmann kB (sering disingkat k) dapat digunakan menggantikan konstanta gas asalkan bekerja dalam kondisi hitung partikel murni, N, dan bukan jumlah substansi, n, sehingga:
 
dengan NA adalan bilangan Avogadro. Sebagai contoh, hukum gas ideal dengan konstanta Boltzmann adalah
 
dengan N adalah jumlah partikel (dalam hal ini adalah molekul), atau untuk mengeralisir pada sistem yang tidak homogen, persamaan menjadi:
 
dengan n adalah bilangan kerapatan.

Pengukuran 
ca(p, T) dalam argon pada suhu T dari titik tripel air (digunakan untuk mendefinisikan kelvin) pada tekanan p yang berbeda, dan mengekstrapolasinya pada batas tekanan-nol ca(0, T).
 
dengan:
 γ0 adalah rasio kapasitas panas (5/3 untuk gas monoatomik seperti argon);
 T adalah suhu, TTPW = 273.16 K menurut definisi kelvin;
 Ar(Ar) adalah massa atom relatif argon; dan
 Mu = 10−3 kg mol−1.

Konstanta gas spesifik 

Konstanta gas spesifik suatu gas atau campuran gas (Rspesifik) sama dengan konstanta gas molar (R) dibagi dengan massa molar (M) gas atau campuran gas
 
Seperti konstanta gas ideal yang berhubungan dengan tetapan Boltzmann, tetapan gas spesifik juga merupakan hasil dari pembagian konstanta Boltzmann dengan massa molekul gas.
 
Hubungan penting lainnya diperoleh dari termodinamika. Relasi Mayer menghubungkan konstanta gas spesifik dengan panas spesifik pada gas sempurna berkalori.
 
dengan cp adalan panas spesifik pada tekanan tetap dan cv panas spesifik pada volume tetap.

Sudah menjadi hal umum, terutama di bidang teknik, menuliskan konstanta gas spesifik dengan simbol R. Dalam kasus seperti ini, konstanta gas universal biasanya diberikan pembeda seperti R. Apapun itu, konteks dan/atau satuan konstanta gas yang digunakan harus jelas apakah yang dimaksud adalah konstanta gas universal atau spesifik.

Referensi

Pranala luar 
  Ideal gas calculator  - Kalkulator gas ideal yang menyediakan informasi jumlah mol dari gas yang terlibat dengan tepat
  Individual Gas Constants and the Universal Gas Constant — Engineering Toolbox

Konstanta fisika
Gas ideal
Jumlah zat