TEORI KINETIK GAS By. marhen

Model Gas Ideal Terdiri atas partikel (atom atau molekul) yang jumlahnya besar Partikel-partikel tersebut tersebar merata dalam seluruh ruang Partikel-partikel tersebut bergerak acak ke segala arah Jarak antar partikel jauh lebih besar dari ukuran partikel Tidak ada gaya interaksi antar partikel kecuali bila bertumbukan Semua tumbukan (antar partikel atau dengan dinding) bersifat lenting sempurna dan terjadi dalam waktu yang sangat singkat Hukum Newton tentang gerak berlaku

Partikel-partikel selalu bergerak dengan laju Gas terdiri dari partikel-partikel yang tersusun tidak teratur. Jarak antarpartikel relatif jauh sehingga gaya tarik antarpartikel sangat lemah. Partikel-partikel selalu bergerak dengan laju tinggi memenuhi tempatnya, sehingga pada saat terjadi tumbukan antarpartikel, gaya tarik tidak cukup kuat untuk menjaga partikel-partikelnya tetap dalam satu kesatuan.

Teori kinetik muncul dengan anggapan bahwa partikelpartikel gas selalu bergerak terus-menerus. Gas yang tersusun atas satu unsur atom disebut gas monoatomik. Semua unsur gas mulia (golongan VIII) merupakan gas monoatomik, yaitu helium (He), neon (Ne), radon (Rn), argon (Ar), kripton (Kr), dan xenon (Xe).

Pembahasan dibatasi pada gas ideal, yaitu gas yang mempunyai sifat-sifat yang sama pada kondisi yang sama. Dalam kondisi riil, gas yang berada pada tekanan rendah dan jauh dari titik cair, dianggap mempunyai sifat-sifat seperti gas ideal.

Persamaan persamaan tentang gas ideal adalah Hukum Boyle, Hukum Gay Lussac, Hukum Boyle-Gay Lussac, Persamaan gas ideal = P V = n R T

Gas ideal adalah gas yang memenuhi anggapan- anggapan berikut ini. 1. Gas terdiri atas partikel-partikel yang jumlahnya sangat banyak. 2. Partikel-partikel gas bergerak dengan laju dan arah yang beraneka ragam, serta memenuhi Hukum Gerak Newton. 3. Partikel gas tersebar merata pada seluruh bagian ruangan yang ditempati. 4. Tidak ada gaya interaksi antarpartikel, kecuali ketika partikel bertumbukan. 5. Tumbukan yang terjadi antarpartikel atau antara partikel dengan dinding wadah adalah lenting sempurna. 6. Ukuran partikel sangat kecil dibandingkan jarak antara partikel, sehingga bersama-sama volumenya dapat diabaikan terhadap volume ruang yang ditempati.

Istilah kimia yang berkaitan dengan gas ideal. a. Massa atom relatif (Ar), adalah perbandingan massa rata-rata sebuah atom suatu unsur terhadap kali massa sebuah atom b. Massa molekul relatif (Mr), adalah jumlah keseluruhan massa atom relatif (Ar) unsur-unsur penyusun senyawa. c. Mol (n), adalah satuan banyaknya partikel yang besarnya merupakan hasil bagi massa suatu unsur (senyawa) dengan massa relatifnya (Ar atau Mr). .

d. Bilangan Avogadro, adalah bilangan yang menyatakan jumlah partikel dalam satu mol. N adalah jumlah total partikel.

P V = n R T P V = n R T

Latihan Tulis data –data yang diketahui !

Soal

Persamaan Gas ideal Persamaan gas ideal PV = nRT R = tetapan gas umum = 8,314 J K-1mol-1 = 8,206 . 10-2 L atm K-1 mol-1 = 1,987 kal K-1 mol-1 Volume molar (Vm) pada P dan T standar (1 atm, 0oC) Vm=22,4 L mol -1 Pada P,T kamar standar (1 bar, 25 oC) Vm=24,790 L mol-1

Persamaan Keadaan Gas Ideal P = Tekanan gas [N.m-2] V = Volume gas [m3] n = Jumlah mol gas [mol] N = Jumlah partikel gas NA = Bilangan Avogadro = R = Konstanta umum gas = 8,314 J.mol-1 K-1 kB = Konstanta Boltzmann = 1,38 x 10-23 J.K-1 T = Temperatur mutlak gas [K] kB = R/ NA

Tekanan Gas Ideal Tinjau N buah partikel suatu gas ideal dalam kotak, masing-masing dengan kecepatan: ………….

Tinjau 1 partikel ... Kecepatan partikel mula2: Kecepatan partikel setelah menumbuk dinding kanan (asumsi: tidak ada tumbukan antar partikel): Perubahan momentum partikel: Selang waktu partikel tsb dua kali menumbuk dinding kanan: Besarnya momentum yg diberikan partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu:

Bagaimana dengan N partikel ? Besarnya momentum total yg diberikan N buah partikel pada dinding kanan tiap satuan waktu: Tekanan gas pada dinding kanan: Tetapi dan sehingga

Temperatur Gas Ideal Dari persamaan dan persamaan gas ideal dapat diperoleh hubungan atau sehingga Energi kinetik translasi partikel gas

maka persamaan dapat ditulis menjadi sebagai berikut : Kecepatan efektif gas ideal vrms (rms = root mean square) didefinisikan sebagai akar dari rata-rata kuadrat kecepatan. atau maka persamaan dapat ditulis menjadi sebagai berikut :

maka persamaan dapat ditulis menjadi sebagai berikut :

Silahkan Dicatat PR

PR No : 1

PR No : 2

Energi Dalam Gas Ideal Dari hubungan terakhir di atas dapat dituliskan yaitu energi kinetik gas, yg juga merupakan energi total dan energi dalam gas Perbandingan dengan eksperimen ? Kapasitas kalor pada volume tetap: atau kapasitas kalor pd tekanan tetap: Perbandingan CP dan CV adalah suatu konstanta:

Bandingkan dengan hasil eksperimen ... Persesuaian dengan hasil eksperimen hanya terdapat pada gas mulia monoatomik saja !

Penyimpangan nilai CP dan CV pada gas-gas selain gas mulia monoatomik ? Penyimpangan nilai CV, CP dan  pada gas-gas selain gas monoatomik (tabel) disebabkan oleh kontribusi energi kinetik rotasi dan vibrasi disamping energi kinetik translasi. Contoh molekul diatomik (misalnya H2, O2, NaCl, dll.)

Energi (kinetik) total gas diatomik: Kontribusi tambahan pada energi kinetik translasi (thd sub-x, y dan z) diasosiasikan dengan energi kinetik rotasi (thd sb-x dan z) dan energi kinetik vibrasi (thd sb-y): Ix = Iz : momen inersia thd sb x & z K : Konstanta “pegas” M : Massa tereduksi m1 dan m2 Energi (kinetik) total gas diatomik:

Asas Ekipartisi Energi Asas Ekipartisi Energi: untuk tiap derajat kebebasan yang energinya berbanding dengan kuadrat variabel bebasnya, energi rata-ratanya adalah 1/2 kBT Jadi untuk molekul gas diatomik: ; ; Dari tabel, hasil eksperimen utk gas diatomik,   1,40 !

Ketidaksesuaian dgn hasil eksperimen? Pada kenyataannya, CV gas diatomik bergantung pada suhu! Hasil eksperimen CV dari gas H2 *) Pada temperatur rendah molekul diatomik (H2) hanya bertranslasi saja; pada temperatur kamar molekul H2 bertranslasi dan berotasi; pada temperatur tinggi molekul H2 bertranlasi, berotasi dan bervibrasi. vibrasi rotasi translasi *) Gambar diambil dari buku Halliday Resnick, FISIKA, edisi ketiga, jilid 1, hal. 787

Hasil eksperimen dari suhu rotasi & vibrasi beberapa gas diatomik