Teori Kinetik Gas

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

Teori kinetik gas merupakan teori pertama yang menjelaskan tekanan gas berdasarkan tubrukan molekul-molekul, bukan berdasarkan gaya statik yang menyebabkan molekul menjauh satu sama lain. Teori kinetik gas juga menjelaskan bagaimana ukuran molekul di dalam gas dapat mempengaruhi kecepatan gerak molekul tersebut.

Lihat juga materi StudioBelajar.com lainnya:
Gaya Lorentz
Induksi Elektromagnetik
Besaran Pokok & Besaran Turunan

Asumsi yang Dipakai Pada Teori Kinetik Gas

Agar teori kinetik gas dapat menjelaskan alasan kenapa gas bereaksi seperti seharusnya, maka diperlukan asumsi-asumsi yang mendukung properti gas tersebut. Berdasarkan teori kinetik:

Gas terbentuk dari molekul-molekul gas yang bergerak secara konstan dan acak. Molekul bergerak secara lurus hingga bertubrukan dengan molekul lainnya atau dengan dinding.
Molekul dianggap titik bermassa yang tidak memiliki volume. (molekul berukuran sangat kecil dibandingkan dengan jarak antar molekul, maka pada gas ideal ukuran molekul diabaikan)
Tidak terdapat gaya molekular yang bekerja. (tidak ada gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antar molekul)
Tekanan gas disebabkan karena tubrukan molekul-molekul gas. Tidak ada energi yang hilang atau terbentuk karena tubrukan.
Waktu terjadinya tubrukan diabaikan dibandingkan dengan waktu antara tubrukan.
Energi kinetik gas merupakan sebuah pengukuran yang berdasarkan temperatur gas dalam Kelvin. Setiap molekul-molekul gas memiliki kecepatan yang erbeda-beda, akan tetapi temperatur dan energi kinetik gas tersebut diukur berdasarkan kecepatan rata-rata molekul-molekul tersebut.
Energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan temperaturnya. Semakin meningkat temperaturnya, maka kecepatan gerak molekul-molekul gas juga semakin meningkat.
Semua gas pada temperatur yang ditentukan memiliki energi kinetik rata-rata yang sama.
Molekul gas yang lebih ringan bergerak lebih cepat dibandingkan molekul gas yang lebih berat.

Energi Termal

Temperatur merupakan besaran yang didapat dari rata-rata energi kinetik suatu gas. Besarnya energi kinetik suatu molekul didapat dengan persamaan:

$Ek = \frac{1}{2} mv^2$

dimana m merupakan massa molekul dan v^2 adalah kuadrat kecepatannya. Temperatur suatu sistem adalah rata-rata besar energi kinetik setiap molekulnya dan energi termal adalah total energi kinetik dari semua molekul di sistem tersebut. Semakin besar kecepatannya molekul-molekulnya, maka energi kinetiknya akan semakin besar, begitu pula dengan temperatur dan energi termalnya.

Hukum Standar ABC Gas

Hukum Avogrado

Hukum Avogrado menyatakan bahwa volume suatu gas sebanding dengan jumlah molekul atom gas tersebut. Persamaan Hukum Avogrado dinyatakan dengan:

$\frac{V}{n} = k$

dimana V merupakan volume gas, n merupakan banyaknya mol atom-atom gas, dan k merupakan bilangan konstanta.

Hukum Boyle

Hukum Boyle menyatakan bahwa tekanan dan volume suatu gas, jika salah satu besaran dinaikkan maka besaran yang lain akan menurun selama temperatur dan dan banyaknya mole dijaga konstan. Hukum Boyle dinyatakan dengan:

PV = k

Dimana P adalah tekanan gas, V merupakan volumenya, dan k merupakan bilangan konstansta.

Hukum Charles

Hukum Charles menyatakan bahwa temperatur dan volume suatu gas sangat berhubungan dan dinyatakan dengan:

$\frac{V}{t} = k$

Dimana V merupakan volume gas, T merupakan temperaturnya dalam Kelvin, dan k merupakan besaran konstansta. Sesuai dengan hukum ini, gas akan mengembang jika dipanaskan.

Hukum Tekanan Gas (Hukum Gay-Lussac)

Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa besarnya temperatur dan tekanan suatu gas sangat berhubungan dan dinyatakan dengan

Hukum Gas Ideal

Kesemua rumus tersebut dapat dijadikan satu dan dinyatakan sebagai persamaan hukum gas ideal:

$\frac{PV}{T} = k$

Karena k merupakan besaran yang memiliki nilai yang selalu konstan, maka persamaan diatas dapat dinyatakan dengan:

$\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_2 V_2}{T_2}$

Dengan memakai hukum Avogadro, kita dapat menyatakan hukum gas ideal berdasarkan molekul atom-atom pembentuknya.

PV = nRT

Dimana r merupakan konstanta sebesar 0,082057 L.atm/mol.k

Contoh Soal Teori Kinetik Gas dan Pembahasan

Contoh Soal Teori Kinetik Gas 1

Kamu sedang mengadakan sebuah pesta ulang tahun dan menginginkan sebuah ruangan agar diisi dengan sebuah balon helium yang besar. Temperatur ruangan sebesar 24^o Celcius. Balon diisi dengan gas helium dan memiliki volume sebesar 0,24 m³ serta tekanan didalamnya sebesar 0,038 atm. Berapa besar tekanan akhir balon besar tersebut hingga menempati ruangan sebesar 0,4 m³?

Pembahasan:

Diketahui dari soal bahwa temperatur ruangan tidak berubah-ubah (konstan). Sehingga kita dapat menggunakan Hukum Boyle.

PV = k

P₁V₁ = P₂V₂

Maka besar P₂ didapat sebesar:

$P_2 = \frac{P_1V_1}{V_2}$

$P_2 = \frac{(0,038 atm)(0,24 m^3)}{(0,4 m^3)} = 0,0028 atm$

Contoh Soal Teori Kinetik Gas 2

Sebuah tangki selam mengandung udara dengan temperatur . Tangki selam berbentuk silinder dan memiliki volume sebesar . Berapa besar tekanan udara di dalam tangki tersebut.

(diketahui besar konstanta gas R = 8,3 J/mol . K)

Pembahasan:

Karena tidak ada perubahan volume dan temperatur pada sistem, maka dengan menggunakan persamaan gas ideal, bisa dicari besar tekanannya. Besar temperatur harus dikonversikan dahulu menjadi Kelvin.

PV = nRT

$P = \frac{nRT}{V}$

$P = \frac{(150 mol)(8,3 J/mol \cdot K)(288 Kelvin)}{0,012 m^3}$

$P = 30 \times 10^6 Pa$

P = 30 MPa

Kontributor: Ibadurrahman
Mahasiswa S2 Teknik Mesin FT UI

Materi StudioBelajar.com lainnya: