RESUME
“TEORI KINETIK GAS”
Resume ini di Susun Untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Termodinamika Kimia 1
Dosen Pengampu : Miessya Wardani, M.si
Disusun Oleh :
Nama : Nurhandini
NIM : 11210162000010
Kelas : Pendidikan Kimia 3A
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA FAKULTAS ILMU TARBIYAH DAN KEGURUAN UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA 2022
TEORI KINETIK GAS
Perilaku gas ditinjau secara teori kinetic. Sehingga, dapat menjelaskan mengapa suatu gas Ketika dipanaskan maka tekanannya akan naik. Pembahasan ini akan dijelskan secara kajian teoritik dari Gerakan partikel gas yang mampu menjelaskan hubungan antara temperature gas dengan energi kinetic gas dan tekanan yang dihasilkan. Teori kinetic gas menjelaskan bahwa setiap zat terdiri dari atom dan juga molekul yang kemudian atom dan molekul tersebut bergerak secara terus menerus secara tidak beraturan (Bueche & Hecht, 2006: 128). Teori kinetic gas adalah teori pertama yang menjelaskan tentang tekanan gas berdasarkan konsep tumbukan.
Sebelum membahas mengenai teori kinetic gas, sudah dikenal hukum-hukum gas diantaranya;
1. Hukum gas ideal, Gas ideal sebenarnya tidak ada di alam. Gas ideal merupakan penyederhanaan atau idealisasi dari gas yang sebenarnya (gas nyata) dengan membuang sifat-sifat yang tidak terlalu signifikan sehingga memudahkan analisis. Persamaan ini mempresentasikan hubungan antara tekanan dan volume suatu gas dengan temperature dan jumlah mol gas.persamaan gas ideal didasarkan hukum boyle, hukum Charles, dan hukum gay lussac (Oxtoby et al., 2001: 103).
pV = Nrt PV = 𝑚
𝑀RT pM = ρRT pv =𝑁
𝑁𝐴RT pv = NkT
2. Hukum Boyle, menyatakan bahwa “untuk jumlah tetap gas ideal tetap di suhu yang sama, p (tekanan), dan v (volume) merupakan proporsional terbalik (di mana yang satu ganda, yang satunya setengahnya)” (Oxtoby et al., 2001: 100).
pV = konstan p1V1 = p2V2
3. Hukum Charles, menyatakan “jika gas dalam ruang tertutup tekanananya dijaga konstan maka volume gas dalam jumlah tertentu berbanding lurus dengan temperature mutlaknya”(Oxtoby et al., 2001: 101).
𝑉
𝑇= konstan atau 𝑉1
𝑇1 = 𝑉2
𝑇2.
4. Hukum Gay Lussac, menyatakan bahwa “tekanan dari suatu massa gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas, Ketika volume dipertahankan konstan”(Oxtoby et al., 2001: 101).
𝑝
𝑇= konstan atau 𝑝1
𝑇1 = 𝑝2
𝑇2.
Berikut ini terdapat asumsi yang mendasari teori kinetik gas sangatlah sederhana (Oxtoby et al., 2001: 108):
1. Gas murni terdiri atas sejumlah besar molekul yang sama yang letaknya sangat berjauhan dibandingkan dengan ukurannya.
2. Molekul gas terus-menerus bergerak dalam arah acak dengan kelajuan yang berbeda
3. Molekul-molekul tidak menimbulkan gaya jika tidak berbenturan, dan geraknya lurus dengan kecepatan tetap.
4. Tumbukan molekul dengan dinding wadah bersifat elastik; tidak ada energi yang hilang selama tumbukan.
Makna suhu
Teori kinetic gas untuk mencari hubungan antara tekanan, volume, dan gerak molekul dalam gas ideal. Molekul dalam suatu kotak.
Kecepatan dapat dinyatakan dengan komponen-komponennya pada ketiga sumbu koordinat vx, vy, dan vz. Ini berhubungan dengan kelajuan u oleh teorema Pythagoras.
u2 = vx2 + vy2 + vz2
Suatu molekul yang ada dalam kotak tersebut terus bergerak, sehingga terjadi tumbukan namun tumbukan ini terjadi secara elastic dengan dinding wadah.
Sehingga, melalui penurunan rumus dimulai dari tumbukan, hukum kedua newton, dan tekanan, berakhir dengan persamaan.
PV = 1
3𝑁𝑚𝑢̅̅̅2
Di mana 𝑢̅̅̅2 adalah kelajuan purata kuadrat dari molekul gas. Dari hukum gas ideal, diperoleh
1
3𝑁𝑚𝑢̅̅̅2 = RT
Sehingga, energi kinetic per mol = 1
3 𝑅𝑇
Energi kinetik rerata dari molekul gas bergantung hanya pada suhu dan tidak bergantung pada massa molekul atau rapatannya.
Mengingat bahwa m merupakan massa satu molekul, jadi, Nm ialah massa 1 mol molekul, yaitu massa molar. Pemecahan persamaan ini untuk kelajuan purata kuadrat ialah
Semakin tinggi suhu dan semakin ringan molekul, semakin besar kelajuan purata kuadratnya (Oxtoby et al., 2001: 108-110).
Distribusi kelajuan molekul
Definisikan kelajuan akar purata kuadrat urms sebagai akar kuadrat dari kelajuan purata kuadrat 3RT/M:
Nilai yang digunakan untuk R adalah
R = 8,3145 J mol-1 K-1 = 8,3145 kg m2 s-2 mol-1 K-1 Contoh:
Hitunglah urms untuk (a) satu atom helium, (b) satu molekul oksigen, dan (c) satu atom xenon pada 298 K.
Penyelesaian
Karena faktor 3RT akan muncul dalam ketiga rumus untuk urms
3RT = (3)(8,3145 kg m2 s-2 mol-1 K-1)(298 K-1) = 7,43 x 103 kg m2 s-2 mol-1
Massa molar He, O2, dan Xe berturut-turut adalah 4,00 g mol-1, 32,00 g mol-1, dan 131,3 g mol-1. Konversikan angka-angka ini menjadi 4,00 x 10-3 kg mol-1, 32,00 x 10-3 kg mol-1, dan 131,3 x 10-3 kg mol-1.
Pada suhu yang sama, molekul He, O2, dan Xe memiliki energi kinetik rata-rata yang sama; molekul yang lebih ringan bergerak lebih cepat untuk mengimbangi massanya yang lebih kecil. Molekul rata-rata bergerak sangat cepat pada suhu kamar. Kelajuan rms ini berturut-turut dikonversi menjadi 3050, 1080, dan 532 mph(Oxtoby et al., 2001: 110-111).
Teorema Ekipartisi Energi
Molekul-molekul gas ideal dalam suatu wadah bergerak dalam arah sembarang.
Namun, arah semabarang tersebut selalu dapat diuraikan atas tiga arah yang saling tegak lurus, yaitu: sejajar sumbu x, sejajar sumbu y, dan sejajar sumbu z. Makin besar suhu gas maka makin besar kecepatan gerak molekulnya, yang berarti makin besar energi kinetiknya.
Persamaan yang mengubungkan energi kinetik molekul gas ideal dengan suhu gas diberikan oleh teorema partisi energi. Teori ini menyatakan bahwa Energi rata-rata untuk tiap derajat kebebasan yang dimiliki molekul sama dengan kT/2,
Misalkan wadah dibuat sangat tipis dianggap molekul mungkin bergerak secara bebas dalam dua arah saja, yaitu arah x dan arah y maka dikatakan molekul memiliki dua derajat kebebasan gerak. Dengan demikian, energi rata-rata yang berkaitan dengan gerak molekul, yaitu energi kinetiknya, adalah
2 𝑥 1
2𝑘𝑇 = 𝑘𝑇 (Abdullah, 2016: 951).
Energi Dalam Gas Ideal
Dalam wadah yang bersuhu T, molekul gas selalu bergeral dengan acak ke segala arah. Jika energi yang dimiliki molekul gas hanya disumbangkan oleh geraknya, maka energi rata-rata yang dimiliki satu molekul gas adalah
3 2𝑘𝑇
Jika terdapat n mol gas, maka jumlah molekul gas adalah N = nNA. Energi total semua molekul gas menjadi
3 2𝑛𝑅𝑇
Ini berlaku untuk gas monoatomic, sedangkan diatomic;
1. Jika suhu gas diatomik cukup rendah, maka jarak antar atom hampir tidak mengalami perubahan. Energi yang dimiliki tiap partikel gas praktis hanya energi geraknya. Dengan demikian, ungkapan energi dalam gas diatomik pada suhu rendah sama dengan untuk gas monoatomic.
2. Jika suhu gas diatomik dinaikkan maka getaran mendekat dan menjauh atom penyusun molekul gas mulai terjadi. Atom-atom gas dikatakan bervibrasi.
Vibrasi tersebut menyebabkan munculnya dua derajat kebebasan baru yaitu perubahan jarak dua atom.
5 2𝑘𝑇
Jika terdapat n mol gas, maka energi dalam gas diatomik pada suhu sedang adalah
5 2𝑛𝑅𝑇
3. Jika suhu dinaikkan lagi maka muncul rotasi molekul terhadap pusat massanya.
Rotasi yang terjadi memiliki dua kemungkinan arah seperti yang ditunjukkan.
Rotasi yang dapat terjadi adalah rotasi mengelilingi sumbu x dan rotasi mengelilingi sumbu z.
7 2𝑘𝑇
Jika terdapat n mol gas, maka energi dalam gas diatomik pada suhu sedang adalah
7
2𝑛𝑅𝑇(Abdullah, 2016: 961-965).
Penafsiran Hukum Gas dari Kinetik Gas
a. Energi kinetic Ek = ½ mv2 jika NA = tetapan Avogadro
b. Hubungan kecepatan gerak molekul gas dengan T Vrms = √3𝑅𝑇
𝑀 (Rusman, 2020: 39-41).
