Belajar Teori Kinetik Gas secara Lengkap dengan Penerapannya
Pernah nggak sih kamu ketika lagi mengendarai sepeda tiba-tiba banmu kempes? Fenomena ban kempes ini salah satu dari penyusutan udara. Fenomena penyusutan udara nggak cuman terjadi di ban lho. Kamu juga bisa nemuin fenomena ini pada balon yang diisi gas helium. Fenomena penyusutan udara di bahas dalam teori kinetik gas yang bakalan Burhan jelasin di bawah ini.
Daftar Isi [hide]
Pengertian Teori Kinetik Gas
Pembahasan pertama yang Burhan jelasin adalah pengertian dari teori ini. Teori ini ngejelasin tentang analisis tentang gerak dan energi partikel-partikel gas yang ada buat nyari tahu sifat-sifat gas secara keseluruhan. Teori ini gunain gas ideal buat ngalisasi sifat-sifat gas yang ada secara keseluruhan, jadi para peneliti nggak perlu nyari tahu sifat dari partikel gas yang berbeda secara satu per satu.
Pengertian Gas Ideal
Setelah kamu ngerti tentang teori tersebut, Burhan bakalan jelasin tentang apa itu gas ideal. Gas ideal adalah model dari partikel gas yang dianggap punya seluruh sifat gas yang ada di alam semesta. Sebenarnya gas ideal ini nggak ada karena tidak mungkin ada gas yang dapat menjelaskan tentang semua sifat gas.
Namun beberapa peneliti nganggap jika suatu gas yang berada pada kondisi suhu kamar dan tekanan rendah sebagai gas ideal. Padahal meskipun kondisi suhu kamar atau tekanan rendah, nggak ada partikel gas yang mengalami tumbukan lenting sempurna antar partikel.
Kalo di alam semesta nggak ada gas ideal, terus gas ideal itu seperti apa?
Burhan bakalan jelasin tentang sifat gas ideal yang digunakan para peneliti buat ngejelasin semua sifat gas yang ada di dalam semesta.
- Molekul-molekul pada gas ideal diasumsikan tersebar secara merata dalam wadah
- Memiliki partikel-partikel gas yang jumlah sangat banyak dan nggak ada interaksi antar partikel gas
- Nggak ada gaya tarik menarik antara partikel satu dengan partikel gas yang lain
- Partikel gas bergerak secara acak ke semua arah
- Ukuran partikel gas bisa diabaikan kalo dibandingin dengan ukuran ruangan
- Tumbukan antar partikel gas dan juga tumbukan dengan wadah merupakan tumbukan lenting sempurna
- Partikel gas tidak mengumpul pada satu titik melainkan tersebar secara merata pada ruangan
- Hukum Newton berlaku pada gerak partikel gas dengan energi kinetik rata-rata molekul gas ideal sebanding dengan suhu mutlaknya
Persamaan Umum Gas Ideal dalam Teori Kinetik Gas
Fenomena yang terjadi pada sifat-sifat gas ideal kemudian dirumuskan ke dalam sebuah persamaan umum gas ideal. Persamaan umum gas ini ngejelasin interaksi antara tekanan, volume, dan suhu suatu gas pada tempat tertentu. Persamaan umum ini dirumuskan berdasarkan persamaan keadaan suatu gas ideal. Sehingga rumus persamaan umum gas ideal Burhan tuliskan di bawah ini.
PV = nRT
Keterangan :
- P adalah tekanan gas ideal (Pa)
- V adalah volume gas ideal (m3)
- n adalah jumlah mol partikel (mol)
- R adalah ketetapan gas ideal dengan nilai R untuk semua gas adalah sama. R = 8,314 x 103 J/kmol.K
- T adalah suhu gas ideal (K)
Karena beberapa fenomena nggak diketahui komponennya sehingga Burhan bakalan ngasih beberapa perubahan rumus gas ideal di atas yang disesuaikan dengan komponen lainnya.
Keterangan:
- Mr adalah massa molekul relatif (kg/mol)
- m adalah massa 1 partikel gas ideal (kg)
- Na adalah bilangan avogadro partikel 6,02 x 1023partikel/mol
- kbadalah konstanta Boltzmann 1,38 x 10-23 J/K
- N adalah jumlah partikel gas ideal
- adalah massa jenis gas ideal (kg/m3)
Beberapa fenomena seperti pada gas nyata, perbandingan antara PV dan nT memiliki hasil yang mendekati konstan hingga tekanan gas bernilai besar. Kalo pada gas ideal, perbandingan PV dan nT menghasilkan nilai yang konstan. Kamu bisa ngeliat gambar di bawah ini buat ngeliat fenomena perbandingan PV dan nT.
Persamaan Keadaan
Penelitian gas ideal dilakuin pada suatu bejana silinder yang memiliki piston. Para peneliti mengamati keadaan yang terjadi pas gas ideal dengan melihat gerakan piston. Peneliti ngubah volume dari gas ideal dengan cara naik turunin piston pada bejana silinder dan nganggap jika bejana silinder nggak bocor sehingga volume gas ideal tetap.
- Hukum Boyle
Fenomena pertama yang terjadi pada bejana silinder tersebut diteliti oleh Robert Boyle dan berhasil bikin hukum Boyle. Berdasarkan bejana silinder tersebut, hukum Boyle ngejelasin kalo suhu gas yang berada di dalam bejana silinder dijaga konstan maka tekanan gas bakalan berbanding terbalik dengan volume gas di dalam bejana.
Sehingga kalo kamu mengkalikan tekanan dan volume gas pada suhu konstan bakalan menghasilkan nilai yang tetap atau disebut sebagai isotermal. Keadaan isotermal Burhan tuliskan seperti rumus di bawah ini.
PV = konstan
P1V1 = P2V2
- Hukum Charles
Fenomena kedua diteliti oleh Jacques Charles dan ngehasilin hukum Charles. Hukum Charles ngejelasin kalo tekanan pada baja silinder dijaga tetap atau konstan, maka volume gas di dalam bejana silinder bakalan sebanding dengan suhu mutlaknya atau biasa disebut dengan isobar. Untuk rumus keadaan isobar Burhan tulis di bawah ini.
- Hukum Gay-Lussac
Fenomena ketiga diteliti oleh Louis Gay-Lussac dan ngehasilin hukum Gay-Lussac. Hukum Gay-Lussac ngejelasin kalo volume dalam bejana silinder dijaga konstan nilainya, maka tekanan gas di dalam bejana silinder bakalan sebanding dengan suhu mutlaknya. Keadaan ini disebut sebagai isokhorik atau volume tetap.
- Hukum Boyle-Gay Lussac
Fenomena terakhir yang diteliti menghasilkan hukum Boyle-Gay Lussac yang ngejelasin tentang perbandingan tekanan dan volume pada sejumlah partikel gas di dalam bejana silinder dengan suhu bernilai konstan. Persamaan Boyle-Gay Lussac Burhan tuliskan seperti di bawah ini.
Tekanan Gas Ideal
Setelah kamu ngerti tentang hukum yang berlaku pada gas ideal, Burhan bakalan jelasin tentang tekanan gas ideal. Suatu gas yang berada di ruang tertutup tertutup bakalan mengalami tumbukan secara terus menerus dengan dinding dan partikel gas yang bakalan bikin tekanannya semakin tinggi. Rumus tekanan gas ideal pada ruang tertutup di rumuskan seperti di bawah ini.
Keterangan:
- P adalah tekanan gas pada ruang tertutup (Pa atau N/m2)
- N adalah jumlah partikel gas pada ruang tertutup
- m adalah massa partikel gas pada ruang tertutup (kg)
- V adalah volume gas pada ruang tertutup (m3)
- adalah kecepatan rata-rata partikel gas pada ruang tertutup (m/s)
- adalah energi kinetik partikel gas (J)
Energi Gas Ideal
Suatu gas ideal memiliki dua jenis energi yaitu energi internal atau energi dalam dan energi kinetik pergerakan partikel gas. Burhan bakalan jelasin kedua energi ini di bawah.
- Energi Kinetik
Energi kinetik gas ideal ngejelasin tentang gerakan partikel gas dalam suatu ruangan yang memiliki nilai tertentu.
Keterangan:
- adalah energi kinetik partikel gas (J)
- k adalah konstanta Boltzmann 1,38 x 10-23J/K
- N adalah jumlah partikel gas ideal
- T adalah suhu gas (K)
- R adalah ketetapan gas ideal dengan nilai R untuk semua gas adalah sama. R = 8,314 x 103 J/kmol.K
Burhan juga ngasih rumus kecepatan efektif gas pada ruang tertutup seperti di bawah ini.
- Energi Dalam
Energi dalam suatu gas ideal berdasarkan derajat kebebasan suatu gas seperti gas monoatomik atau gas diatomik dan disimbolkan dengan U. Untuk rumus energi dalam monoatomik dan diatomik seperti di bawah ini.
- Energi dalam gas monoatomik (Ar, He, Ne, dan sejenisnya)
- Energi dalam gas diatomik (H2, O2, N2, dan sejenisnya)
Suhu rendah (< 300 K)
Suhu sedang (300 < T < 500 K)
Suhu tinggi (> 500 K)
Penerapan Teori Kinetik Gas
Beberapa penerapan teori ini dalam kehidupan sehari-sehari seperti ketika kamu sedang mengendarai sebuah kendaraan. Ketika kamu mengendarai kendaraan cukup lama, ban bakalan menjadi panas akibat sering bersentuhan dengan aspal. Peningkatan suhu pada ban ini bakalan bikin tekanan di dalam ban menjadi meningkat.
Selain ban, kamu juga bisa ngeliat penerapan teori ini pada saat kamu lagi masukin minuman panas ke botol. Pada mulanya botol bakalan mengeras karena menerima suhu dan tekanan yang meningkat. Ketika kamu sering membuka tutup botol, maka botol bakalan mengempes dan terlihat menyusut akibat kehilangan tekanan dan turunnya suhu.
Belajar fenomena teori kinetik gas dalam kehidupan sehari-hari sangat membantu untuk memahami lingkungan sekitar lebih baik sehingga bisa menerapkan pemahaman tentang gas ideal pada aktivitas manusia.
Contoh soal Teori Kinetik Gas
Tuan Fredickson pada film UP ingin membuat rumah ballon gas helium untuk pergi ke paradise falls. Jika sebuah balon besar diisi gas helium pada temperatur ruangan , balon memiliki volume sebesar 0,2 m3 dan tekanan dalam balon sebesar 0,038 atm.
Berapakah besar tekanan akhir balon hingga menempati ruang sebesar 0,4 m3 ?
A. 0,0019 atm
B. 0,0076 atm
C. 0,019 atm
D. 0,076 atm
E. 0,76 atm
Pembahasan
Pada kasus tersebut, terlebih dahulu kita harus mengetahui karakteristik pada sistem tersebut. Karena dari awal balon ditiup hingga akhir balon selesai ditiup, temperatur tidak berubah, artinya berupa sistem isotermik maka kita dapat menggunakan persamaan hukum boyle untuk menentukan tekanan akhir balon.
Hukum boyle diberikan dengan persamaan :
PV = konstan
P1V1 = P2V2
Maka untuk menentukan tekanan pada kondisi 2 atau kondisi akhir, dapat digunakan dengan pendekatan persamaan hukum boyle sebagai berikut :
Untuk menentukan besar tekanan, kita dapat memasukan variabel tekanan awal, volume awal, dan volume akhir kedalam persamaan :
Jawaban : C
Jawaban A salah karena terjadi kesalahan perhitungan saat membagi dengan volume akhir
Jawaban B salah karena terjadi kesalahan perhitungan saat membagi dengan volume akhir, serta perhitungan volume awal dan akhir terbalik
Jawaban D salah karena perbandingan volume awal dan akhir terbalik
Jawaban E salah karena terjadi kesalahan perhitungan
