Gas Ideal: Dari Massa ke Volume

Menghitung Mol dari Massa

Jumlah mol didapatkan dengan membagi massa zat dengan massa molekul relatifnya ($M_{\text{r}}$), bukan sebaliknya. Dalam kimia, mol adalah satuan yang menyatakan jumlah zat. Karena satu mol selalu mewakili jumlah partikel yang sama, timbangan laboratorium mengukur massa total, sedangkan reaksi dan sifat gas ditentukan oleh jumlah partikelnya. Oleh karena itu, kita membutuhkan jembatan perhitungan:

$$n = \frac{\text{massa}}{M_{\text{r}}}$$

Di mana $n$ adalah mol, massa diukur dalam gram, dan Massa Molar ($M_{\text{r}}$) menyatakan massa untuk setiap satu mol zat ($\text{g/mol}$).

Simulasi di atas memperlihatkan bagaimana nilai mol bertambah seiring bertambahnya massa. Jika urutan pembagiannya terbalik ($\frac{M_{\text{r}}}{\text{massa}}$), massa yang semakin sedikit justru secara aneh akan menghasilkan jumlah mol yang semakin besar.

Pada data soal, gas metana ($\text{CH}_4$) memiliki massa $8\text{ g}$ dan $M_{\text{r}} = 16\text{ g/mol}$. Dengan menerapkan rumus yang benar:

$$n_{\text{CH}_4} = \frac{8\text{ g}}{16\text{ g/mol}} = 0{,}5\text{ mol}$$

Diberikan 22 gram gas karbon dioksida dengan massa molekul relatif (Mr) bernilai 44. Berapa jumlah mol gas karbon dioksida tersebut?

  • 0,5 mol, diperoleh dari pembagian massa 22 gram oleh Mr 44
  • 2,0 mol, diperoleh dari pembagian Mr 44 oleh massa 22 gram
  • 968 mol, diperoleh dari perkalian massa 22 gram dengan Mr 44
  • 0,25 mol, diperoleh dari pembagian setengah massa oleh Mr 44

Jawaban: 0,5 mol, diperoleh dari pembagian massa 22 gram oleh Mr 44

Rumus mol adalah n = massa / Mr. Dengan massa 22 gram dan Mr 44 g/mol, diperoleh n = 22 / 44 = 0,5 mol. Opsi B salah karena membalik rumus menjadi Mr / massa. Opsi C salah karena mengalikan keduanya, dan Opsi D adalah hasil hitung yang keliru.

Rumus perhitungan jumlah mol dari massa dan Mr zat

Hukum Avogadro: Volume dan Mol

Pada suhu dan tekanan yang sama, volume gas berbanding lurus dengan jumlah molnya. Prinsip ini dikenal sebagai Hukum Avogadro. Semakin banyak partikel gas yang berada di dalam ruang fleksibel, semakin besar ruang atau volume yang didesak oleh partikel-partikel tersebut untuk menjaga tekanannya tetap seimbang dengan lingkungan luar.

Secara matematis, perbandingan antara dua kondisi gas dinyatakan sebagai:

$$\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2}$$

Simulasi di atas menunjukkan bahwa perbandingan volume dan mol adalah sebanding (lurus), bukan berbanding terbalik. Jika jumlah zat berkurang menjadi setengah dari awalnya, ruang yang ditempati gas tersebut secara fisik juga menyusut menjadi setengahnya, bukan membesar dua kali lipat.

Menganggap volume gas selalu sama tanpa mempedulikan jumlah molnya adalah jebakan pada Opsi C ($24\text{ L}$). Di sisi lain, menganggap perbandingan ini berbalik (mengira mol lebih sedikit butuh ruang lebih luas) adalah awal kekeliruan yang melahirkan jawaban $48\text{ L}$ pada Opsi E.

Pada suhu dan tekanan tertentu, 3 mol gas helium menempati volume 15 L. Sebuah balon lain pada kondisi suhu dan tekanan yang sama berisi 1 mol gas neon. Berapa volume gas neon dalam balon tersebut?

  • 45 L, karena volume gas dianggap berbanding terbalik terhadap mol
  • 5 L, karena volume sebanding lurus dengan sepertiga mol gas mula-mula
  • 15 L, karena volume gas dianggap selalu konstan pada kondisi suhu sama
  • 10 L, karena selisih mol dikurangkan langsung dari volume awal helium

Jawaban: 5 L, karena volume sebanding lurus dengan sepertiga mol gas mula-mula

Berdasarkan Hukum Avogadro (V1/n1 = V2/n2), pada suhu dan tekanan yang sama volume berbanding lurus dengan mol. Maka V2 = V1 * (n2 / n1) = 15 * (1 / 3) = 5 L. Opsi A keliru karena memperlakukan hubungan sebagai perbandingan terbalik (15 * 3 = 45 L). Opsi C keliru karena menganggap volume gas tidak dipengaruhi oleh jumlah partikelnya. Opsi D keliru dalam operasi perbandingan.

Penerapan Hukum Avogadro pada perbandingan volume dan mol dua gas

Menyatukan Perhitungan

Gabungan nilai mol yang benar dan perbandingan volume yang lurus akan menghasilkan volume akhir yang akurat. Dari penentuan mol pada tahap awal, kita telah memperoleh bahwa $8\text{ g}$ gas metana ($\text{CH}_4$) setara dengan $0{,}5\text{ mol}$.

Sekarang, kita hubungkan data tersebut dengan kondisi pembanding gas nitrogen ($\text{N}_2$):

Gunakan persamaan Hukum Avogadro:

$$\frac{V_1}{n_1} = \frac{V_2}{n_2} \implies \frac{24\text{ L}}{1\text{ mol}} = \frac{V_{\text{CH}_4}}{0{,}5\text{ mol}}$$

$$V_{\text{CH}_4} = 24 \times 0{,}5 = 12\text{ L}$$

Hasil ini membuktikan bahwa volume gas metana adalah $12\text{ L}$, yang tepat sesuai dengan Opsi B.