Teori Kinetik Gas, Ini Pengertian dan Sifat-sifatnya

VIVA Edukasi – Teori kinetik gas menerangkan mengenai sifat-sifat gas ideal secara teoritis. Berdasarkan teori kinetik gas, gas terbentuk dari molekul-molekul gas yang bergerak secara acak dengan gerak konstan. Molekul gas bergerak dengan kecepatan tinggi dan saling bertubrukan dengan molekul lainnya dan juga dengan dinding secara terus-menerus.

Apa itu gas ideal?

Gas ideal merupakan sekumpulan partikel gas yang tidak saling berinteraksi satu dengan lainnya. Artinya, jarak antarpartikel gas ideal sangat berjauhan dan bergerak secara acak. Berikut beberapa sifat-sifat gas ideal:

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

Persamaan Umum Gas Ideal

Persamaan umum gas ideal yaitu:
PV=Nrt
PV=m/Mr RT
P.Mr=m/V RT
P.Mr=pRT
PV=N/Na RT
PV=NkT
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);
? = 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. Ada beberapa hukum yang menjelaskan keterkaitan antara keempat besaran tersebut. Berikut penjelasannya.

1. Hukum Boyle

Hukum Boyle dicetuskan oleh seorang ilmuwan asal Inggris, yaitu Robert Boyle. 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.
PV=konstan
P1V1=P2V2
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

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.
V/T=konstan
V1/T1=V2/T
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. 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). Berikut rumus secara matematis.
P/T=konstan
P1/T1=P2/T2
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.
PV/T=konstan
P1V1/T1=P2V2/T2
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).

Besaran-besaran teori kinetik gas dan teori ekipartisi energi gas

1. Hubungan tekanan dengan kecepatan rata-rata

P=1/3 m0 (N/V)V rt2
P=tekanan gas (Pa)
M0=massa partikel (kg)
N= jumlah partikel 
V=volume ruangan (m3)
Vrt2=kelajuan kuadrat rata-rata (m2/s2)

2. Hubungan antara tekanan dengan energi kinetik rata-rata gas

Energi kinetik rata-rata sebanding dengan kecepatan rata-rata kuadrat.
P=2/3 Nek/V
P=tekanan gas (Pa)
N= jumlah partikel gas
Ek= energi kinetic rata-rata (joule)
V=volume gas (m3)

3. Hubungan antara suhu dengan energi kinetik gas

Ek=3/2 Kt
Ek=energi kinetik rata-rata (joule) 
k=konstanta Boltzmann (1,38x10-28 J/K)
T=suhu (K)

4. Kecepatan efektif gas ideal

Dalam suatu ruangan dengan banyak molekul gas, molekul-molekul tersebut bergerak secara acak. Gerakan tiap-tiap molekul memiliki kelajuan yang tidak seluruhnya sama. Kecepatan efektif didefinisikan sebagai akar rata-rata kuadrat kecepatan.
Vrms= akar kuadrat (v2)rt atau Vrms 2= (V2)rt
Vrms= akar kuadrat 3Kt/m0
Vrms=kecepatan efektif (m/s)
K=konstanta Boltzman (1,38x10-28 J/K)
T=suhu (k)
M0=massa partikel (kg)

5. Teorema ekipartisi energi

a. energi kinetik keseluruhan
Nilai energi kinetik pada sumbu X, sumbu Y, dan sumbu Z.
(Ekt)rt = (Eky)rt = (Ekz)rt = 1/3 (Ek)rt
b. Derajat kebebasan gas monoatomic
derajat kebebasan berkaitan dengan kemampuan suatu molekul melakukan gerakan satu dimensi sehingga terbentuk energi mekanik molekul. Derajat kebebasan disingkat dengan df (degree of freedom).
c. Teorema ekipartisi energi
sejumlah partikel yang memenuhi hukum gerak Newton pada suatu system dengan suhu mutlak T memiliki energi yang terbagi merata pada setiap derajat kebebasan (df) sebesar ½ Kt. Nilai tersebut dinyatakan sebagai energi mekanik rata-rata yang memiliki nilai sama dengan energi kinetik rata-rata.
(Em)rt=(Ek)rt=df (1/2Kt)

Demikian ulasan tentang teori kinetik gas. Semoga artikel ini membantu dan bermanfaat.

Catat, Mulai Tahun Depan SIM Baru Bisa Tercetak Kalau Ikuti Seluruh Tes

Sistem sentralisasi dalam pembuatan SIM untuk mencegah percaloan.

VIVA.co.id

27 Mei 2024