Dalam olimpiade kimia kadang memunculkan soal terkait laju efusi atau laju difusi gas. Soal yang diberikan relatif sederhana dan seharusnya mudah diselesaikan. Namun karena materi ini belum dikenalkan dalam materi kimia di MA/SMA/SMK akhirnya tidak sedikit siswa yang tidak dapat menyelesaikan dengan benar, kecuali siswa yang sudah mempersiapkan diri untuk kompetisi ini. Untuk itu dibuatlah catatan kecil ini.
1. Konsep Dasar
A. Hukum Graham (Graham's Law)
Pernyataan:
"Laju efusi/difusi gas berbanding terbalik dengan akar kuadrat massa molarnya (M) pada suhu dan tekanan yang sama."
Rumus:
$\begin{aligned}
\dfrac{r_1}{r_2} = \sqrt{\dfrac{M_2}{M_1}}
\end{aligned}$
- \( r_1, r_2 \): Laju efusi/difusi Gas 1 dan Gas 2
- \( M_1, M_2 \): Massa molar Gas 1 dan Gas 2
B. Efusi vs Difusi
| Kriteria | Efusi | Difusi |
|---|---|---|
| Definisi | Gas mengalir melalui lubang kecil/pori (contoh: balon kempes) |
Gas menyebar dari area yang lebih pekat ke area yang lebih encer (contoh: bau kopi menyebar di ruangan) |
| Faktor Dominan | Massa molar + tekanan |
Massa molar + perbedaan kepadatan gas |
| Ketetapan Hukum Graham |
Selalu berlaku | Berlaku hanya dalam kondisi ideal (tanpa rintangan) |
2. Contoh Soal & Penyelesaian
Contoh 1 (Efusi)
Gas oksigen (\( O_2 \), \( M = 32 \, \text{g/mol} \)) dan gas hidrogen (\( H_2 \), \( M = 2 \, \text{g/mol} \)) berefusi dari wadah yang sama. Hitung perbandingan lajunya!
Jawab:
$\begin{aligned}
\frac{r_{H_2}}{r_{O_2}} &= \sqrt{\frac{M_{O_2}}{M_{H_2}}} \\
&= \sqrt{\frac{32}{2}} \\
&= \sqrt{16} \\
&= 4
\end{aligned}$
→ \( H_2 \) 4× lebih cepat daripada \( O_2 \).
Contoh 2 (Difusi)
Gas nitrogen (\( N_2 \), \( M = 28 \, \text{g/mol} \)) dan gas karbon dioksida (\( CO_2 \), \( M = 44 \, \text{g/mol} \)) berdifusi dalam ruang hampa. Bandingkan lajunya!
Jawab:
$\begin{aligned}
\frac{r_{N_2}}{r_{CO_2}} &= \sqrt{\frac{M_{CO_2}}{M_{N_2}}} \\
&= \sqrt{\frac{44}{28}} \\
&= \sqrt{1{,}571} \\
&\approx 1{,}25
\end{aligned}$
→ \( N_2 \) 1{,}25× lebih cepat daripada \( CO_2 \).
3. Analogi Sederhana
Efusi seperti:
Lomba melewati pintu putar:
- Orang kurat (massa kecil) lebih cepat melewati pintu
- Tidak ada halangan lain selain ukuran tubuh
Difusi seperti:
Menyebarnya warna teh dalam air panas:
- Warna menyebar dari area pekat (teh) ke area encer (air)
- Semakin panas (suhu tinggi), penyebaran lebih cepat
- Bisa terhambat jika ada pengaduk (analogi interaksi molekul)
4. Aplikasi Praktis
- Pemisahan Uranium:
Gas uranium heksafluorida (\( UF_6 \)) dipisahkan berdasarkan massa untuk pembangkit nuklir - Balon Udara:
Helium (\( He \)) lebih cepat keluar dari balon daripada udara karena massa molekulnya lebih ringan
5. Tips Perhitungan
- Ingat pola:Gas lebih ringan → Lebih cepatGas lebih berat → Lebih lambat
- Rumus cepat:
Bandingkan massa molar lalu dibalik dan diakarkan
Contoh:
$\begin{aligned} \frac{M_1}{M_2} &= \frac{1}{4} \\ \Rightarrow \frac{r_1}{r_2} &= \sqrt{4} = 2 \end{aligned}$
Tidak ada komentar:
Posting Komentar