Home / Fisika / teori kinetik gas

Teori Kinetik Gas

  • 11 min read
Loading...

Penulis : Ditheosvi Alvira Gusti, Mahasiswi Teknik Elektro PNJ

Ditinjau dan edit oleh Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia, 5 Agustus 2020

Pengertian Teori Kinetik Gas

Teori Kinetik Gas merupakan sebuah konsep dalam ilmu fisika yang mempelajari sifat atau perilaku partikel gas yang bergerak acak. Pada teori ini dalam menjelaskan perilaku gas dikeadaan tertentu menggunakan beberapa pendekatan dan asumsi mengenai sifat-sifat gas yang disebut dengan gas ideal.

Teori kinetik gas mempelajari perilaku gerak (kinetik) dari gas itu sendiri. Gas termasuk kedalam fluida yang dinamis.

Pergerakan molekul gas bergerak secara acak dan jarak antar molekulnya jauh lebih renggang daripada molekul air maupun zat padat. Kecepatan gerak molekulnya pun lebih cepat daripada molekul zat cair atau pun zat padat.

Kecepatannya sebanding dengan peningkatan suhu ruang tempat molekul gas berada. Semakin tinggi suhunya, maka semakin cepat geraknya, dan sebaliknya.

Untuk mempelajari sifat dari molekul gas, diperlukan suatu pendekatan berupa gas ideal. Gas ideal adalah gas dalam

Loading...
keadaan ideal dan besifat sempurna dimana tidak ada interaksi antar molekul gas dan jarak antar molekulnya pun sangat jauh.

Pada gas ideal, molekul gasnya tidak saling berinteraksi pada suhu 0 K. Gas ideal merupakan gas teoritis dan mustahil untuk didapat karena harus dibutuhkan suhu sebesar 0 K.

Gas ideal tidak berlaku pada suhu yang rendah dan tekanan yang tinggi karena terdapat gaya intermolekular. Gas ideal tidak mengalami fase transisi.

Berikut syarat dari gas ideal, yaitu molekul gas bergerak secara acak, molekulnya tersebar merata di setiap titik yang ditempati, molekulnya tidak saling berinteraksi, sekali pun berinteraksi maka interaksinya merupakan tumbukan lenting sempurna dalam waktu yang singkat, gas ideal terjadi pada suhu 0 K, pada gas ideal berlaku hukum Newton tentang gerak.

Bagi kamu yang ingin lebih memahami tentang gas ideal dan hukum Newton tentang gerak, maka kamu dapat membaca tulisan gas ideal dan hukum Newton (gerak).

Gas ideal adalah gas yang dianggap ideal dimana memiliki sifat tertentu yang bergerak secara acak dan memiliki jarak yang berjauhan antarpartikel gas. Sifat-sifat gas ini dapat dibedakan menjadi dua yaitu sifat makroskopis dimana gas dapat diamati dan diukur seperti temperatur, tekanan dan volume dan yang kedua adalah sifat mikroskopis yaitu tidak dapat diamati dan diukur seperti halnya kelajuan, massa tiap partikel, penyusun inti, momentum, serta energi yang dikaitkan dengan tingkah laku partikel gas.

Baca juga tulisan lain dari bacaboy:

Sifat Gas

Adapun sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.

  1. Memiliki partikel berjumlah sangat banyak dan bergerak secara acak ke segala arah tetapi tidak terdapat interaksi atau tidak adanya gaya tarik-menarik antarpartikel.
  2. Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruangan tempat gas berada.
  3. Partikel gas tersebar merata di dalam ruangan.
  4. Tumbukan yang terjadi antarpartikel gas dan antara partikel gas dengan dinding ruangan merupakan tumbukan lenting sempurna.
  5. Energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu mutlak dan berlakunya Hukum Newton tentang gerak.

Hukum Yang Mendasari Teori Kinetik Gas

Keadaan suatu gas ideal pada ruang tertutup dipengaruhi oleh tekanan, suhu, volume dan jumlah molekul gas yang berkaitan satu sama lain dan dijelaskan oleh beberapa hukum berikut:

1. Hukum Boyle

Robert Boyle (1627 – 1691) menyelidiki hubungan antara tekanan dan volume gas dalam wadah tertutup pada temperatur tetap dan menemukan hasil bahwa:

Hasil kali tekanan dan volume gas pada temperatur tetap adalah konstan”

Hasil temuan Boyle ini kemudian dikenal sebagai Hukum Boyle. Hukum ini menyatakan jika suhu gasnya dipertahankan konstan maka tekanan gasnya akan berbanding terbalik terhadap volumenya atau bisa dikatakan perkalian antara tekanan dengan volume adalah konstan. Hukum ini secara matematis dapat dituliskan dalam bentuk:

atau

rumus hukum boyle

Keterangan:

P1 = tekanan gas awal (N/)

P2 = tekanan gas akhir (N/)

V1 = volume gas awal ()

V2 = volume gas akhir ()

Hubungan tekanan dan volume dari persamaan Hukum Boyle dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti berikut.

Hukum Boyle

Grafik hubungan tekanan dan volume pada temperatur tetap.

2. Hukum Charles

Jacques Charles (1747 – 1823) menemukan hasil dari penyelidikannya yaitu:

“Volume gas akan sebanding dengan suhu mutlaknya apabila tekanan suatu gas dijaga konstan”

Hal ini kemudian dikenal sebagai Hukum Charles. Hukum ini juga menyatakan bahwa volume suatu gas akan berbanding terbalik terhadap suhunya jika diukur pada tekanan yang konstan. Hukum ini secara matematis dapat dituliskan dalam bentuk:

hukum charles 2

atau

hukum charles

Keterangan:

V1 = volume gas awal ()

V2 = volume gas akhir ()

T1 = temperatur mutlak awal (K)

T2 = temperatur mutlak akhir (K)

Hubungan temperatur dan volume menurut Hukum Charles dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti berikut.

Hukum Charles

Grafik hubungan volume dan temperatur pada tekanan tetap.

3. Hukum Gay Lussac

Joseph Gay Lussac menyelidiki hubungn tekanan dan temperatur gas pada volume tetap dan ia menyatakan bahwa:

“Tekanan gas berbanding lurus dengan temperatur gas apabila volume gas pada ruang tertutup dibuat konstan”

Pernyataan ini dikenal sebagai Hukum Gay Lussac

Pada hukum ini menyatakan bahwa tekanan suatu gas berbanding terbalik dengan suhu gasnya jika volume tempat gas berada dipertahankan konstan. Rumus dari hukum Gaya Lussac dapat dituliskan dalam bentuk metematis seperti berikut:

hukum gay lussac

atau

hukum gay lussac 2

Keterangan:

P1 = tekanan gas awal (N/)

P2 = tekanan gas akhir (N/)

T1 = temperatur mutlak awal (K)

T2 = temperatur mutlak akhir (K)

Hubungan tekanan dan temperatur menurut Hukum Gay Lussac dapat digambarkan dalam bentuk grafik seperti berikut.

Hukum Gay Lussac

Grafik hubungan tekanan dan temperatur pada volume tetap

4. Hukum Boyle – Gay Lussac

Hukum Boyle – Gay Lussac merupakan gabungan persamaan hukum Boyle dan Gay Lussac

Hasil kali antara tekanan dan volume dibagi suhu pada sejumlah partikel mol gas adalah tetap”

Hukum Boyle – Gay Lussac dinyatakan dalam bentuk persamaan matematis:

Keterangan:

P = tekanan gas (N/)

V = volume gas ()

T = temperatur mutlak(K)

Persamaan Gas Ideal

Persamaan gas ideal didasari oleh Hukum Boyle – Gay Lussac. Tekanan, volume, dan temperatur memiliki karakteristik berbeda dengn jumlah molekul yang sama sehinggga memerlukan satu konstanta agar dapat digunakan untuk semua jenis gas.

Berikut rumus dari persamaan gas ideal:

gas ideal

(1)

Loading...

Keterangan:

N = Jumlah partikel gas (partikel)

NA = Bilangan Avogadro (6,02 x molekul/mol)

n = Jumlah mol gas

k = konstanta Boltzman gas ideal 2

V = volume gas m3

T = temperatur gas (K)

R = Konstanta gas ideal Konstanta gas ideal

Energi Kinetik Gas

Energi kinetik gas (Ek) merupakan energi yang dimiliki gas akibat bergerak atau dapat dikatakan bahwa energi kinetik adalah energi yang dimiliki gas karena pergerakan dari molekul. Energi kinetik rata-rata suatu partikel gas dirumuskan secara umum sebagai berikut :

Menurut teori ekuipartisi energi yang menjelaskan bahwa energi kinetik rata-rata dipengaruhi oleh kebebasan partikel gas untuk bergerak dalam ruang akibat gerak translasi(vibrasi) dan gerak rotasi sehingga dapat dibedakan menjadi gas monoatomik dan diatomik. Berikut penjelasannya:

Gas monoatomik

Gas monoatomik (terdiri dari satu atom) hanya melakukan gerak translasi (vibrasi) ke tiga sumbu, sehingga memiliki derajat kebebasan, f, sama dengan 3 dengan ilustrasi sbb:

Gas monoatomik

Gas diatomik

Gas diatomik (terdiri dari dua atom) melakukan gerak translasi (vibrasi) ke tiga sumbu dan melakukan gerak rotasi pada sumbu y dan z , sehingga f = 5.

Gas ideal memiliki kecepatan rata-rata atau efektif (Vrms) yang dirumuskan secara matematis sebagai berikut:

Gas diatomik

Total energi kinetik seluruh partikel gas dalam suatu ruangan disebut dengan Energi dalam gas (U) dengan derajat kebebasan gas pada energi dalam gas dipengaruhi oleh suhu yaitu:

1. Gas monoatomik yang memiliki f = 3, tidak dipengaruhi suhu.

2. Gas diatomik dipengaruhi suhu:

a. Suhu rendah (0-200 K) memiliki f = 3, dengan rumus energi dalam:

b. Suhu sedang (300 – 500 K) memiliki f =5, dengan rumus energi dalam:

rumus energi dalam

c. Suhu tinggi (500 -1000 K) memiliki f = 7, dengan rumus energi dalam:

Sehingga energi dalam gas diatomik (U) dirumuskan secara matematis seperti berikut ini:

Energi dalam gas

Keterangan:

U = Energi dalam gas (J)

N = Jumlah partikel (partikel)

Tekanan Gas Ideal

Tekanan gas ideal dalam ruang tertutup yang umumnya disebabkan karena adanya tumbukan antara partikel gas dan dinding ruangan dirumuskan sebagai berikut.

Tekanan gas ideal

Keterangan:

P = tekanan gas (N/)

V = volume gas ()

m = massa partikel gas (kg)

N = jumlah partikel gas

Ek = energi kinetik rata-rata partikel gas (J)

v = kecepatan rata-rata partikel gas (m/s)

Jadi, dapat disimpulkan bahwa teori kinetik gas membahas tentang kinetika gas. Untuk mudah dalam memahaminya, dilakukan pendekatan dengan menggunakan gas ideal.

Gas ideal adalah gas teoritis dan gas yang sempurna serta tidak akan pernah ada karena untuk membuat keadaannya ideal diperlukan suhu sebesar 0 K. Gas ideal dapat diartikan sebagai gas yang tidak bergerak dan jarak antar gasnya berjauhan.

Perilaku gas ideal diatur dalam hukum kinetik gas, yaitu hukum Boyle, hukum Charles, hukum Gay-Lussac, dan hukum Boyle-Gay Lussac. Penentuan energi kinetik gas dapat dibedakan berdasarkan jenis molekulnya, yaitu gas monoatomik dan diatomik.

Melalui pendekatan gas ideal, perhitungan kinetik gas dapat dengan mudah dilakukan.

Demikian materi mengenai Teori Kinetik Gas, agar lebih memahami materi ini, yuk kerjakan soal latihan berikut. Selamat mengerjakan!

Contoh Soal Latihan

1. Suatu gas ideal sebanyak 2 liter memiliki tekanan 2 atm dan suhu 320K. Tentukanlah tekanan gas tersebut jika suhunya 330K dan volumenya 4 liter!

2. Suatu gas dalam ruang tertutup dengan suhu 300 K. Berapakah energi kinetik rata-rata molekul gas tersebut?

3. Jika suhu gas dinaikkan, kecepatan rata-rata partikel gas bertambah hal itu karena…

Jawaban Soal Latihan

1. Diketahui :

V1 = 2 liter

V2 = 4 liter

T1 = 320 K

T2 = 360 K

P1 = 2 atm

Ditanya: P2 = …?

Jawab :

teori kinetik gas 2

Jadi, P2 = 1,125 atm

2. Diketahui :

n = 1 mol

k = konstanta Boltzman (1,38 x )

T = 300K

Ditanya : Ek = ..?

Jawab :

3. Kecepatan rata-rata partikel gas bertambah ketika suhu gas dinaikan dikaenakan kecepatan gas sebanding dengan akar suhu mutlak.

Hal tersebut sesuai dengan hukum Gay-Lussac dimana ketika volumenya dipertahankan konstan maka besar tekanan akan berbanding terbalik dengan suhunya. Semakin besar suhu, maka akan semakin kecil tekanannya, dan sebaliknya.

Tekanan yang kecil berarti kecepatan gerak molekulnya besar. Dengan demikian, adanya penambahan suhu akan mengakibatkan gerak molekul gas akan semakin bertambah cepat. Kecepatan molekul gas akan sebanding dengan suhu mutlaknya.

Daftar Pustaka

  • Halliday, David; Resnick, Robert; and Walker, Jearl.2001. Fundamental of Physics. New York: John Wiley & Sons
  • Haryadi, Bambang.2009. Fisika untuk SMA/MA kelas XI. Jakarta : Pusat Perbukuan
  • Tipler, P.A. 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga
  • Sereliciouz. 2019. Teori Kineitk Gas – Fisika Kelas 11. Diperoleh dari www.quipper.com/id/blog/mapel/fisika/teori-kinetik-gas-fisika-kelas-11/amp/ (diakses pada 5 Agustus 2020).

Baca juga:

Loading...