TEORI KINETIK GAS

-

 

Teori Kinetik Gas 








Teori kinetik gas adalah teori yang membahas sifat-sifat  makroscopik pada gas, seperti tekanan, suhu dan volume dengan memperhatikan komposisi  molekular mereka dan gerakkannya. seperti yang diduga Isaac Newton, melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori Kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau Teori Tumbukan atau Teori Kinetik pada Gas.

A.    A. GAS IDEAL DAN HUKUM HUKUMNYA

gas ideal adalah gas teoretis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi.[1] Artinya, jarak antarpartikel gas ideal sangat berjauhan dan bergerak secara acak.Hukum dasar dari gas ideal yaitu hukum Boyle-Mariotte, yang dirumuskan bersama oleh Robert Boyle (1627-1691) dan Edme Mariotte (1620-1684).[2] Konsep gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.

 Adapun sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut :

1.      Partikelnya berjumlah banyak.

2.      1. Tidak ada interaksi antarpartikel atau tidak ada gaya tarik menarik antarpartikelnya.

3.      2. Jika dibandingkan ukuran ruangan, ukuran partikel gas ideal bisa diabaikan.

4.      3. Tumbukan yang terjadi antara partikel gas dan dinding ruangan merupakan tumbukan lenting sempurna.

5.      4. Partikel gas tersebar secara merata di dalam ruangan.

6.      5. Partikel gas bergerak secara acak ke segala arah.

7.      6. Berlaku Hukum Newton tentang gerak.

8.      7. Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal sebanding dengan suhu mutlaknya.

Ø  Persamaan Umum Gas Ideal


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).


Ø  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).

A.    GAS PADA RUANG TERTUTUP

1.      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;

2.      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).

3.     Energi Dalam Gas Ideal

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)



Pada suhu rendah, energi dalam gas ideal dirumuskan sebagai berikut.

b. Pada suhu sedang (±500 K)



Pada suhu sedang, energi dalam gas ideal dirumuskan sebagai berikut.

c. Pada suhu tinggi (±1.000 K)



 

1.      Teorema Ekipartisi Energi

Gas Ideal terdapat jenis monoatomik dan jenis diatomik. Untuk keleluasaan bergeraknya pasti juga akan berbeda antara kedua jenis gas ideal tersebut. Pada artikel ini akan dibahas Teorema ekipartisi energi pada gas monoatomik dan diatomik.

Teorema ekipartisi energi yang berarti pembagian energi secara merata merupakan teorema yang menjelaskan hubungan antara derajat kebebasan suatu partikel dengan energi kinetik yang dimilikinya.Dalam teorema ini, energi yang terdapat pada suatu sistem dengan suhu mutlak T akan terbagi secara merata pada setiap molekul yang memenuhi hukum gerak Newton di dalamnya berdasarkan derajat kebebasan sebesar 1/2kT .Derajat kebebasan dalam teorema ekipartisi energi merupakan banyaknya cara gerak yang dapat dilakukan oleh partikel. Rumusan untuk Energi kinetik gas ideal adalah :

dengan f adalah derajat kebebasan, k adalah konstanta Boltzmann dan T adalah suhu mutlak.

Pada molekul gas monoatomik atau beratom tunggal, molekul melakukan gerak translasi pada sumbu x, y, dan z, sehingga memiliki 3 derajat kebebasan. Sedangkan pada molekul gas diatomik, molekul dapat melakukan gerak translasi, rotasi, dan vibrasi, bergantung pada suhu mutlak sistem. Berikut ini pembagian derajat kebebasan menurut suhu mutlaknya :

·         Pada suhu ±250 K, molekul gas diatomik hanya mampu mengadakan gerak translasi, sehingga derajat kebebasan yang dimilikinya sama dengan molekul monoatomik, yaitu 3.

·         Pada suhu ±500 K, molekul gas diatomik mampu mengadakan gerak translasi dan rotasi. Sumbu x merupakan sumbu rotasi sehingga molekul gas diatomik akan melakukan gerak rotasi pada sumbu y dan z. Maka dari itu, derajat kebebasan dari gerak rotasi adalah 2, dan derajat kebebasan totalnya adalah 5.

·         Pada suhu ±1000 K, molekul gas diatomik mampu mengadakan gerak translasi, rotasi, dan gerak vibrasi. Pada gerak vibrasi, molekul gas diatomik memiliki energi kinetik dan energi potensial elastis sehingga memiliki 2 derajat kebebasan, dan derajat kebebasan totalnya adalah 7.

 

Derajat kebebasan dari gerak partikel sangat penting untuk mengetahui bagaimana perilaku gas decara mikroskopis dalam bergerak dan menentukan energi kinetiknya.

 

REFERENSI

https://id.wikipedia.org/wiki/Teori_kinetika_gas

https://www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/teori-kinetik-gas-fisika-kelas-11/

https://www.zenius.net/prologmateri/fisika/a/499/teorema-ekipartisi-energi









Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

SEJARAH ILMUAN FISIKA

-
Gambar
 ROBERT BOYLE Kelahiran :   25 Januari 1627,  Lismore, Irlandia Meninggal :   31 Desember 1691,  London, Britania Raya Saudara kandung :   Katherine Jones, Viscountess Ranelagh ,  LAINNYA Kebangsaan :   Inggris, Irlandia Orang tua :   Richard Boyle, 1st Earl of Cork ,  Catherine Fenton Pendidikan :   Eton College  (1635–1638) Terpengaruh oleh :   Galileo Galilei ,  René Descartes ,  Evangelista Torricelli ,  Otto von Guericke Bapak Kimia Moderen Robert muda adalah seorang jenius. Dia sudah fasih berbahasa Yunani dan Latin ketika mulai belajar di Kolese Eton pada usia 8 tahun. Ketika berumur 12 tahun dia keliling Eropa bersama tutornya, untuk mempelajari karya-karya ilmuwan besar seperti Galileo. Sebagaimana dianjurkan oleh Francis Bacon, Galileo dengan bersemangat menganut pendekatan baru dalam ilmu, yakni metode eksperimen. Padahal sebagian besar ilmuwan zaman itu lebih mengandalkan pikiran para filsuf terkenal ketimbang melakukan eksperimen sebagai dasar gagasan mereka. Sejak remaja,
Baca selengkapnya

Sejarah Ilmuan Fisika Isaac Newton

-
Gambar
 1. ISAAC NEWTON  A. Biografi.   Kelahiran: 4 Januari 1643, Woolsthorpe Manor House, Britania Raya Meninggal: 31 Maret 1727, Kensington, London, Britania Raya Terpengaruh oleh: Galileo Galilei, Johannes Kepler, Nicolaus Copernicus, René Descartes, Robert Boyle, lainnya Kebangsaan: Kerajaan Britania Raya, Kerajaan Inggris Tempat pemakaman: Westminster Abbey, London, Britania Raya Bidang: Fisika; Filsafat alam; Alkimia; Teologi; Matematika; Astronomi; Ekonomi Dikenal atas: Mekanika Newton; Gravitasi universal; Kalkulus; Hukum gerak Newton; ... Penghargaan: FRS (1672); Knight Bachelor (1705) B. Sejarah ~ Kehidupan Awal dan Keluarga Newton lahir pada tanggal 4 Januari 1643, di Woolsthorpe, Lincolnshire, Inggris. Menggunakan kalender Julian "lama", tanggal lahir Newton terkadang ditampilkan sebagai 25 Desember 1642. Newton adalah satu-satunya putra seorang petani lokal yang makmur, juga bernama Isaac, yang meninggal tiga bulan sebelum ia lahir. Bayi prematur yang lahir kecil dan l
Baca selengkapnya