TEORI KINETIK GAS

Pengertian Gas Ideal

Gas ideal adalah sekumpulan partikel gas yang tidak saling berinteraksi satu dengan lainnya. Artinya, jarak antarpartikel gas ideal sangat berjauhan dan bergerak secara acak. Adapun sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

  1. Partikelnya berjumlah banyak.
  2. Tidak ada interaksi antarpartikel atau tidak ada gaya tarik menarik antarpartikelnya.
  3. Jika dibandingkan ukuran ruangan, ukuran partikel gas ideal bisa diabaikan.
  4. Tumbukan yang terjadi antara partikel gas dan dinding ruangan merupakan tumbukan lenting sempurna.
  5. Partikel gas tersebar secara merata di dalam ruangan.
  6. Partikel gas bergerak secara acak ke segala arah.
  7. Berlaku Hukum Newton tentang gerak.
  8. Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal sebanding dengan suhu mutlaknya.

 Persamaan Umum Gas Ideal

 Adapun persamaan umum gas ideal adalah sebagai berikut.

Keterangan:

P  = tekanan gas (Pa);

Mr = massa molekul relatif (kg/mol);

V = volume gas (m3);

Na = bilangan Avogadro = 6,02 × 1023 partikel/mol

m = massa 1 partikel gas (kg);

R = tetapan gas ideal (8,314 × 103 J/kmol.K;

k = konstanta Boltzman (1,38 × 10-23 J/K);

N = jumlah partikel gas;

n = jumlah mol (mol);

ρ = massa jenis gas (kg/m3); dan

T = suhu gas (K).

Persamaan Keadaan Gas Ideal

Pada ruang tertutup keadaan suatu gas ideal dipengaruhi oleh tekanan, suhu, volume dan jumlah molekul gas. Ternyata, ada beberapa hukum yang menjelaskan keterkaitan antara keempat besaran tersebut.

1. Hukum Boyle

Hukum Boyle dicetuskan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, yaitu Robert Boyle. Adapun pernyataan Hukum Boyle adalah “jika suhu suatu gas dijaga konstan, maka tekanan gas akan berbanding terbalik dengan volumenya”. Istilah lainnya bisa dinyatakan sebagai hasil kali antara tekanan dan volume suatu gas pada suhu tertentu adalah tetap (isotermal). Secara matematis dirumuskan sebagai berikut.

 

Keterangan:

P1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2);

V1 = volume gas pada keadaan 1 (m3);

P2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2); dan

V2 = volume gas pada keadaan 2 (m3).

2. Hukum Charles

Jika Hukum Boyle membahas pengaruh tekanan dan volume pada suhu tetap, tidak demikian dengan Hukum Charles. Hukum yang ditemukan oleh Jacques Charles ini menyatakan bahwa “jika tekanan suatu gas dijaga konstan, maka volume gas akan sebanding suhu mutlaknya”. Istilah lain dari Hukum Charles ini adalah hasil bagi antara volume dan suhu pada tekanan tetap (isobar) akan bernilai tetap. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

T1 = suhu gas pada keadaan 1 (K);

V1 = volume gas pada keadaan 1 (m3);

T2 = suhu gas pada keadaan 2 (K); dan

V2 = volume gas pada keadaan 2 (m3).

3. Hukum Gay-Lussac

Hukum Gay-Lussac ditemukan oleh seorang ilmuwan Kimia asal Prancis, yaitu Joseph Louis Gay-Lussac pada tahun 1802. Adapun pernyataan Hukum Gay-Lussac adalah “jika volume suatu gas dijaga konstan, tekanan gas akan sebanding dengan suhu mutlaknya”. Artinya, proses berlangsung dalam keadaan isokhorik (volume tetap). Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2);

T1 = suhu gas pada keadaan 1 (K);

P2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2); serta

T2 = suhu gas pada keadaan 2 (K).

4. Hukum Boyle-Gay Lussac

Hukum Boyle- Gay Lussac adalah “hasil kali antara tekanan dan volume dibagi suhu pada sejumlah partikel mol gas adalah tetap”. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P1 = tekanan gas pada keadaan 1 (N/m2);

V1 = volume gas pada keadaan 1 (m3);

T1 = suhu gas pada keadaan 1 (K);

P2 = tekanan gas pada keadaan 2 (N/m2);

T2 = suhu gas pada keadaan 2 (K); serta

V2 = volume gas pada keadaan 2 (m3).

Tekanan Gas Ideal

Keberadaan gas di ruang tertutup bisa mengakibatkan adanya tekanan. Tekanan tersebut disebabkan oleh adanya tumbukan antara partikel gas dan dinding tempat gas berada. Besarnya tekanan gas di ruang tertutup dirumuskan sebagai berikut.

Keterangan:

P = tekanan gas (N/m2);

V = volume gas (m3);

m = massa partikel gas (kg);

N = jumlah partikel gas;

Energi Kinetik Gas Ideal

Energi kinetik gas ideal disebabkan oleh adanya gerakan partikel gas di dalam suatu ruangan. Gas selalu bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan inilah yang nantinya berpengaruh pada energi kinetik gas. Secara matematis, energi kinetik gas ideal dirumuskan sebagai berikut.

 

Keterangan:

k = konstanta Boltzman (1,38 × 10-23 J/K);

T = suhu gas (K);

N = jumlah partikel;

n = jumlah mol gas (mol); dan

R = tetapan gas ideal (8,314 J/mol.K).

Berdasarkan persamaan di atas, diperoleh persamaan untuk kecepatan efektif gas pada ruang tertutup. Adapun persamaan kecepatannya adalah sebagai berikut.

Keterangan:

vrms = kecepatan efektif (m/s);

k = konstanta Boltzman (1,38 × 10-23 J/K);

T = suhu gas (K);

m = massa partikel (kg);

Mr = massa molekul relatif (kg/mol);

n = jumlah mol gas (mol);

R = tetapan gas ideal (8,314 J/mol.K);

P = tekanan gas (Pa); dan

ρ = massa jenis gas (kg/m3).

Energi Dalam Gas Ideal

Rumus energi kinetik tersebut berlaku untuk satu partikel maupun N partikel. Lalu, bagaimana jika seluruh energi kinetik partikel tersebut dijumlahkan? Ternyata, saat seluruh energi kinetik tersebut dijumlahkan, muncullah besaran yang disebut energi dalam gas ideal (U). Energi dalam gas ideal dipengaruhi oleh derajat kebebasannya. Secara matematis, dirumuskan sebagai berikut.

1. Energi dalam untuk gas monoatomik, seperti He, Ne, Ar

2. Energi dalam untuk gas diatomik, seperti O2, N2, H2

a. Pada suhu rendah (±300 K)

b. Pada suhu sedang (±500 K)

c. Pada suhu tinggi (±1.000 K)



Contoh Soal 1

Tentukan volume 5 mol gas pada suhu dan tekanan standar (0o C dan 1 atm)!

Diketahui:

T = 0 + 273 = 273 K

n = 5 mol

R = 8,314 J/mol.K

P = 1 atm = 1,01 × 105 N/m2

Ditanya: V =…?

Pembahasan:

Untuk mencari volume, gunakan persamaan umum gas ideal berikut.

 

Jadi, volume 5 mol gas pada suhu dan tekanan standar adalah 0,112 m3.

Contoh Soal 2

Diketahui:

Ditanya: V2 =…?

Pembahasan:

Untuk mencari volume akhir, gunakan persamaan Hukum Boyle-Gay Lussac.

 

Jadi, volume akhir gas tersebut menjadi dua kali volume semula.

Contoh Soal 3

Suatu gas monoatomik memiliki energi dalam 6 kJ dan berada pada suhu 27o C. Tentukan banyaknya mol gas tersebut!

Diketahui:

U = 6 kJ = 6.000 J

R = 8,314 J/mol.K

T = 27 + 273 = 300 K

Ditanya: n =…?

Pembahasan:

Untuk menentukan banyaknya mol gas monoatomik tersebut, gunakan persamaan energi dalam gas ideal untuk gas monoatomik.

Jadi, banyaknya mol gas tersebut adalah 1,6 mol.


 

 

 

 

 

 

 

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

Gambar
RANGKAIAN ARUS BOLAK BALIK Arus bolak-balik atau altenating current (AC) merupakan arus dan tegangan listrik yang besarnya berubah terhadap waktu dan mengalir dalam dua arah. Arus bolak-balik biasanya dimanfaatkan untuk peralatan elektronik. Sumber arus bolak-balik prinsip kerjanya yaitu terjadi perputaran kumparan dengan kecepatan sudut tertentu yang berada dalam medan magnetik. Jenis-jenis rangkaian dalam rangkaian AC adalah rangkaian resistor, rangkaian induktor, dan rangkaian kapasitor. Rangkaian Arus Bolak Balik 1. Rangkaian Resistor Rangkaian resistor jika dihubungkan dengan arus bolak balik maka akan menghasilkan penurunan potensial listrik dalam rangkaian atau kata lain sebagai pembatas arus yang masuk. 2. Rangkaian Induktor Sebuah induktor juga memiliki nilai hambatan yang biasa disebut reaktansi  induktif saat dialiri arus bolak balik. Nilai hambatan inductor ini bergantuk pada frekuensi sudut dari arus bolak  balik. 3. Rangkaian Kapasitor Rangkaian kapasit...
Baca selengkapnya