Hukum gas gabungan menggambarkan apa yang terjadi pada gas yang tertutup rapat dan jumlahnya tetap ketika tekanan, volume, dan suhunya berubah secara bersamaan — memanaskan ban saat berkendara di musim panas, mengompresi udara di dalam tangki scuba, atau menyaksikan balon cuaca mengembang saat naik. Daripada menggabungkan tiga hukum yang berbeda, satu persamaan, P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂, mencakup setiap kombinasi perubahan selama mol gas tetap konstan. Artikel ini membahas dari mana rumus tersebut berasal, mengapa suhu harus dalam satuan Kelvin, bagaimana rumus tersebut dipecah menjadi hukum Boyle, Charles, dan Gay-Lussac sebagai kasus khusus, dan di mana asumsi gas idealnya mulai tidak berlaku.

Dimana P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ berasal

Hukum gas gabungan tidak sesuai dengan hukum gas ideal, PV = nRT. Penataan ulang menghasilkan PV/T = nR, dan karena n (jumlah gas) dan R (konstanta gas) tidak berubah untuk sampel yang disegel, PV/T konstan di dua keadaan gas yang sama. Menuliskan persamaan konstanta untuk keadaan 1 dan keadaan 2 menghasilkan P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂ — tidak perlu mengetahui n atau R sama sekali, karena keduanya menghilangkan rasio.

Kenapa Kelvin, bukan Celsius atau Fahrenheit

Hukumnya adalah perbandingan langsung yang melibatkan T itu sendiri, bukan selisih dari suatu titik acuan. Celcius dan Fahrenheit memungkinkan pembacaan nol dan negatif pada kondisi biasa (0 °C, atau jauh di bawah 0 °F), dan membaginya dengan nol — atau membalik tanda rasio — menghasilkan hal yang tidak masuk akal. Skala Kelvin dimulai dari nol mutlak, suhu terdingin secara fisik, sehingga suhu Kelvin sampel gas nyata selalu merupakan angka positif yang lebih besar dari nol. Kalkulator ini mengonversi entri °C atau °F ke Kelvin secara internal sebelum melakukan pembagian, dan menolak masukan apa pun yang dikonversi ke nol atau lebih rendah.

Tiga kasus khusus

Pertahankan konstanta satu variabel dan hukum gas gabungan disederhanakan menjadi hukum abad ke-19. Suhu konstan memberikan hukum Boyle, P₁V₁ = P₂V₂ — tekanan dan volume bergerak berbanding terbalik. Tekanan konstan memberikan hukum Charles, V₁/T₁ = V₂/T₂ — volume bertambah seiring dengan suhu Kelvin. Volume konstan memberikan hukum Gay-Lussac, P₁/T₁ = P₂/T₂ — tekanan meningkat seiring dengan suhu Kelvin. Tab Kasus Khusus di laman ini menelusuri ketiganya, dengan tautan ke kalkulator khusus Hukum Boyle dan Hukum Charles.

Panduan yang berhasil

Misalkan 2 L gas pada 1 atm dan 300 K dikompresi menjadi 2 atm ketika dipanaskan hingga 350 K. Pemecahan volume baru: V₂ = P₁V₁T₂ / (T₁P₂) = (1 atm × 2 L × 350 K) / (300 K × 2 atm) ≈ 1,167 L. Perhatikan kedua a perubahan tekanan dan perubahan suhu digabungkan menjadi satu penghitungan — itulah inti keseluruhan bentuk gabungan dibandingkan menggunakan hukum Boyle atau Charles saja.

Batasan: gas nyata dan hukum gas ideal

Hukum gas gabungan mengasumsikan gas ideal — partikel berbentuk titik tanpa daya tarik antarmolekul — dan jumlah gas yang tetap (tidak ada kebocoran, tidak ada reaksi yang memakan atau menghasilkan gas). Gas nyata menyimpang dari perilaku ideal pada tekanan sangat tinggi atau suhu sangat rendah, di mana volume molekul dan gaya antarmolekul mulai menjadi penting. Jika jumlah gas itu sendiri berubah antara dua keadaan, atau diperlukan penghitungan P, V, T, n yang sepenuhnya independen, gunakan kalkulator hukum gas ideal lengkap (PV = nRT) dan bukan bentuk gabungan dua keadaan.