SOAL DAN PEMBHASAN TEORI KINETIK GAS

 Pembahasan soal teori kinetik gas ini diperuntukkan semua siswa yang membutuhkan pengertian dan pemahaman soal secara mandiri.

1.      Suatu gas ideal sebanyak 4 liter memiliki tekanan 1,5 atmosfer dan suhu27oC. Tentukan tekanan gas tersebut jika suhunya 47oC dan volumenya 3,2 liter!

Jawaban :

Dik	Kondisi 1 V = 4 L P = 1,5 atm T = 27+273=300K Kondisi 2 V = 3,2 L T = 47+273=320K
Dit	P2

 jawab : 

2.      Dalam tabung yang tertutup, volumenya dapat berubah-ubah dengan tutup yang dapat bergerak mula-mula memiliki volume 1,2 lt. Pada saat itu tekanannya diukur 1 atm dan suhunya 27o C. Jika tutup tabung ditekan sehingga tekanan gas menjadi 1,2 atm ternyata volume gas menjadi 1,1 lt. Berapakah suhu gas tersebut?

Dik	Kondisi 1 V = 1,2 L P = 1 atm T = 27+273=300K Kondisi 2 P = 1,2 atm V = 1,1 L
Dit	T2

jawab : 

3.      Gas helium sebanyak 16 gram memiliki volume 5 liter dan tekanan 2 x 102 Pa. Jika   R = 8,31 J/mol.K, berapakah suhu gas tersebut?

Dik	m = 16 gram V = 5 liter = 5 x 10-3 m3 P = 2 x 102 Pa R = 8,31 J/mol.K
Dit	T

jawab :

4.      1,2 kg gas ideal disimpan pada suatu silinder. Pada saat diukur tekanannya 2.105Pa dan suhu 27oC. Jika sejumlah gas sejenis dimasukkan lagi ternyata suhunya menjadi 87oC dan tekanan menjadi 3.105Pa. Berapakah massa gas yang dimasukkan tadi?

Dik	Kondisi 1 m = 1,2 kg P = 2.105 Pa T = 27+273=300K Kondisi 2 P = 3.105 Pa T = 87+273=360K
Dit	m2

jawab : 

5.      Sebuah tangki yang volumenya 50 liter mengandung 3 mol gas monoatomik. Jika energi kinetik rata-rata yang dimiliki setiap gas adalah 8,2 x 10-21 J, tentukan besar tekanan gas dalam tangki?

Dik	V = 50 L = 50 dm3 = 50 x 10-3 m3 n = 3 mol Ek = 8,2 x 10-21 J
Dit	P

 jawab : 

6.      Jika konstanta Boltzmann k = 1,38 x 10-23 J/K, berapakah energi kinetic sebuah helium pada suhu 27 oC?

Dik	k = 1,38 x 10-23 J/K T = 300K
Dit	Ek

jawab : 

Ek = 3/2 kT

Ek = 3/2x1,38 x 10-23 x300

Ek = 6,21 x 10-21 J =621 x 10-23 J

7.      Di dalam ruang tertutup terdapat gas yang tekanannya 3,2 x 105 N/ m2. Jika massa jenis gas tersebut adalah 6 kg/ m3, berapakah kecepatan efektif tiap partikel gas tersebut?

Dik	P = 3,2 x 105 N/m2 r = 6 kg/m3
Dit	vrms

 jawab : 

8.      Tentukan perbandingan kecepatan efektif partikel-partikel gas helium (Mr=4 gr/mol) pada suhu 270C dan kecepatan efektif partikel-partikel gas neon (Mr = 10 gr/mol) pada suhu 1270C!

Dik	Kondisi 1 Mr He = 4 gr/mol T1 = 300 K Kondisi 2 Mr neon = 10 gr/mol T2 = 400 K
Dit	vef

jawab : 

9.      Berapakah tekanan dari 20 mol gas yang berada dalam tangki yang volumenya 100 liter jika suhunya 77oC dan g = 9,8 m/s2?      (R = 8,31 J/mol.K)

Dik	V = 100 L  = 10-1 m3 n = 20 mol T = 350 K g = 9,8 m/s2 R = 8,31 J/mol.K
Dit	P

 jawab : 

PV = n

Px10-1 = 20x8,31x350

P=581700 Pa = 5,81700 x 105Pa

10.Berapakah energi dalam 4 mol gas monoatomik ideal pada suhu 107oC, jika diketahui k = 1,38 x 10-23 J/K dan NA = 6,02 x 1026 molekul/kmol?

Dik	n = 4 mol T = 380 K k = 1,38 x 10-23 J/K NA = 6,02 x 1026 molekul/kmol
Dit	U

 jawab : 

11.Gas oksigen pada suhu 27 oC memiliki volume 20 liter dan tekanan     2 x 105 N/m2. Berapakah volume gas ketika tekanannya   16 x 104 N/m2 dan suhunya 47 oC ?

Dik	Kondisi 1 T1 = 27+273 = 300K V1 = 20 liter = 2 x 10-2 m3 P1 = 2 x 105 N/m2 Kondisi 2 P2 = 16 x 104 N/m2 T2 = 320 K
Dit	V2

jawab : 

12.Gas oksigen (Mr = 32) massa 80 gram berada dalam tangki yang volumenya 8 liter. Hitunglah tekanan yang dilakukan oleh gas jika suhunya 27 oC ?

Dik	Mr O2 = 32 m = 80 gram V = 8 liter T = 300K R = 8,31 J/mol.K = 0,082 L.atm/mol.K
Dit	P

jawab : 

13.Suatu gas ideal (Mr = 40) berada dalam tabung tertutup dengan volume 8 liter. Jika suhu gas 57 oC dan tekanan 2 x 105 N/m2, berapakah massa gas tersebut?

Dik	Mr = 40 V = 8 liter T = 330K P = 2 x 105 N/m2 R = 8,31 J/mol.K
Dit	m

                                                                       

jawab : 

14.Jika massa jenis gas nitrogen 1,25 kg/m3, hitunglah kecepatan efektif partikel gas tersebut pada suhu 227 oC dan tekanan 1,5 x 105 N/m2!

Dik	r = 1,25 kg/m3 T = 500K P = 1,5 x 105 N/m2
Dit	vef

 jawab : 

15.Gas ideal berada dalam wadah tertutup pada mulanya mempunyai tekanan P dan volume V. Apabila tekanan gas dinaikkan menjadi 4 kali semula dan volume gas tetap maka perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir gas adalah…

Dik	Tekanan awal (P1) = P Tekanan akhir (P2) = 4P Volume awal (V1) = V Volume akhir (V2) = V

jawab : 

16.Tentukan energi kinetik translasi rata-rata molekul gas pada suhu 57oC!

Dik	T = 57oC + 273 = 330 Kelvin k = 1,38 x 10-23 Joule/Kelvin
Dit	Energi kinetik translasi rata-rata

 jawab : 

17.Suatu gas bersuhu 27oC berada dalam suatu wadah tertutup. Agar energi kinetiknya meningkat menjadi 2 kali energi kinetik semula maka gas harus dipanaskan hingga mencapai suhu…

Dik	Suhu awal (T1) = 27oC + 273 = 300 K Energi kinetik awal = EK Energi kinetik akhir = 2 EK
Dit	Suhu akhir (T2)

jawab : 

18.Suatu gas ideal berada di dalam ruang tertutup. Gas ideal tersebut dipanaskan hingga kecepatan rata-rata partikel gas meningkat menjadi 3 kali kecepatan awal. Jika suhu awal gas adalah 27oC, maka suhu akhir gas ideal tersebut adalah…

Dik	Suhu awal = 27oC + 273 = 300 K Kecepatan awal = v Kecepatan akhir = 3v
Dit	Suhu akhir gas ideal

 jawab : 

19.Tiga mol gas berada di dalam suatu ruang bervolume 36 liter. Masing-masing molekul gas mempunyai energi kinetik 5 x 10–21 Joule.

Konstanta gas umum = 8,315 J/mol.K dan konstanta  Boltzmann = 1,38 x 10-23 J/K. Hitung tekanan gas dalam ruang tersebut!

Dik	Jumlah mol (n) = 3 mol Volume = 36 liter = 36  x 10-3 m3 K.  Boltzmann (k) = 1,38 x 10-23 J/K E. kinetik (EK) = 5 x 10–21 Joule R = 8,315 J/mol.K
Dit	tekanan gas (P)

 jawab : 

20.Gas He (Mr = 4 g/mol) pada suhu 27° C dan volume 1 liter massanya 8 gram. Tentukan energi dalam gas! (R = 8,31 J/mol K).

Dik	m = 8 g Mr = 4 g/mol T = 273 + 27 = 300 K R = 8,31 J/mol K
Dit	Energi dalam U

 jawab : 

21.Di angkasa luar terdapat kira-kira 1 atom hidrogen tiap cm3 dengan suhu 3,5 K. Jika massa atom hidrogen adalah 1 g/mol, tentukanlah kecepatan efektif dan tekanan udara pada tempat tersebut!

Dik	N = 1 atom V = 1 cm3 = 10-6 m3 T = 3,5 K ArH = 1 g/mol = 1 kg/k mol R = 8,31 × 103 J/k mol K
Dit	a. v rms = ... ? b. p = ... ?

 jawab : 

22.Pada sebuah tangki yang bervolume 20 liter terdapat suatu gas yang bermassa 5,32 × 10-26 kg. Saat suhunya 27º C , tekanan gas tersebut sebesar 10 atm. Tentukan kecepatan efektif gas tersebut!

Dik	V = 20 liter T = 270C = 300 K P = 10 atm m = 5,32 × 10-26 kg k = 1,38 x 10-23 J/K
Dit	vef
jawab :

23.Suatu gas ideal dalam ruang tertutup yang suhunya 27° C memiliki energi kinetik partikel sebesar 150 J. Jika energi kinetiknya 300 J, maka tentukanlah suhu gas sekarang!

Dik	T1 = 27° C = 27 + 273 = 300 K Ek1= 150 J Ek2= 300 J
Dit	T2
Jawab

24.Diketahui sebuah tangki dengan kapasitas 10.000 liter berisi gas hidrogen pada tekanan 10 atm dan bersuhu 270 C. Tangki tersebut bocor sehingga tekanannya menjadi 8 atm. Hitunglah banyaknya gas hidrogen yang keluar?

Dik	Mr = 2 V = 10.000 liter p1 = 10 atm T = 300 K p2 = 8 atm R = 8,31 J/mol K R = 0,082 L atm/mol K
Dit	m…

 jawab : 

25.Diketahui di dalam sebuah bejana yang memiliki volume 1 m3 berisi 10 mol gas monoatomik dengan energi kinetik molekul rata-rata 1,5 × 10-20 Joule (bilangan Avogadro 6,02 × 1023 molekul/mol).

Tentukan tekanan gas dalam bejana!

Dik	V = 1 m3 n = 10 mol Ek = 1,5 × 10-20 J NA = 6,02 × 1023 molekul/mol
Dit	P…

 jawab : 

26. Suatu gas yang suhunya 127OC dipanaskan menjadi 227OC pada tekanan tetap. Volume gas sebelum dipanaskan adalah V. Volume gas setelah dipanaskan adalah ....

Dik	T1 = 127 + 273 = 400K T2 = 227 + 273 = 500K V1 = V
Dit	V2 =…

 jawab : 

MAPEL FISIKA TEORI KINETIK GAS

 

Belajar Teori Kinetik Gas secara Lengkap dengan Penerapannya

Agustus 26, 2020 // Fathi Rauf

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
• Pengertian Gas Ideal
• Sifat Gas Ideal menurut Teori Kinetik Gas
• Persamaan Umum Gas Ideal dalam Teori Kinetik Gas
• Persamaan Keadaan
• Tekanan Gas Ideal
• Energi Gas Ideal
• Penerapan Teori Kinetik Gas
• Contoh soal Teori Kinetik Gas
  • Pembahasan

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.

Sifat Gas Ideal menurut Teori Kinetik Gas

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.

1. 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

2. 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.

3. 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.

4. 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.

1. 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.

2. 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

SOAL DAN PEMBAHASAN TEORI KINETIK GAS