Teori Kinetik Gas

TEORI KINETIK GAS

Gas Ideal adalah gas yang memenuhi sifat-sifat berpartikel banyak, antarpartikel tidak berinteraksi, arah gerak setiap partikel sembarang, ukuran partikel terhadap ruang tempatnya dapat diabaikan, tumbukan antarpartikel bersifat lenting sempurna, partikel gas terdistribusi merata di seluruh ruang, dan berlaku Hukum Newton tentang gerak.

Hukum Boyle berlaku pada proses isotermal

             pV = konstan

            p1V1 = p2V2

Hukum Gay-Lussac berlaku pada proses isobarik

        V/T = konstan atau V₁/T₁ = V₂/T₂

Hukum Charles berlaku pada proses isokhorik

        P/T = konstan atau P₁/T₁ = P₂/T₂

Hukum Boyle-Gay Lussac merupakan penggabungan antara Hukum Boyle dan Hukum Gay- Lussac

          pV/T = konstan atau  P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂

Persamaan keadaan gas ideal

           pV = nRT atau   pV = NkT

Tekanan gas ideal

          P= 1/3 Nmv²/V

Energi rata-rata Partikel Gas

         EK = 3/2 kT = 3/2 RT

Kecepatan Partikel Gas

Energi dalam gas ideal

a. Gas monoatomik

     U=NEK =3/2 NkT =3/2 nRT

b. Gas diatomik

1) Pada suhu rendah:

     U = NEK =3/2NkT =3/2 nRT

2) Pada suhu sedang:

     U = NEK =5/2NkT =5/2nRT

3) Pada suhu tinggi:

      U = NEK =7/2NkT =7/2 nRT

SOAL DAN PEMBAHASAN

1. Setetes raksa berbentuk bola memiliki jari-jari, r = 0,4 mm. 
   Berapa banyak atom raksa dalam tetesan tersebut jika diketahui Mr raksa = 202 kg/kmol dan massa jenis raksa ρ = 13.600 kg/m³?

   Jawab

   Diketahui: r = 0,4 mm, Mr = 202 kg/kmol, dan ρ = 13.600 kg/m³.

 

  
   Banyak atom raksa :

    N = n NA = (1,78 × 10^–5) (6,02 × 10²³) = 1,07 × 10¹⁹ atom.

2. Sebuah silinder mengandung 20 liter gas pada tekanan 2,5 × 10⁶ Pa. Keran yang ada pada silinder dibuka sampai tekanannya turun menjadi 2,0 × 10⁶ Pa, kemudian keran ditutup. Jika suhu dijaga tetap, berapakah volume gas yang dibebaskan pada atmosfer bertekanan 1 × 10⁵ Pa?

   Jawab

   Diketahui pada keadaan awal:

   V₁ = 20 L = 20 × 10^–3 m³ dan p₁ = 2,5 × 10⁶ Pa

   Keadaan akhir:

   V₂ = volume semestinya dan p₂ = 2,0 × 10⁶ Pa.

    

   Dengan demikian,volume gas yang dibebaskan sebesar 100 L 

3. Seorang siswa ingin menerapkan hukum Boyle untuk menentukan tekanan udara luar dengan menggunakan peralatan, seperti tampak pada gambar. Ia mendapatkan bahwa ketika h = 50 mm, V = 18 cm³ dan ketika h = 150 mm, V = 16 cm³. Berapa mmHg tekanan udara luar di tempat siswa tersebut melakukan percobaan?

  Jawab

  Diketahui: h₁ = 50 mm, V₁ = 18 cm³, h₂ = 150 mm, dan V₂ = 16 cm³.

  Sesuai dengan sifat bejana berhubungan, tekanan gas dalam V adalah:

  • Keadaan 1: p₁ = (po + h₁) mmHg = (po + 50) mmHg .... (a)

  • Keadaan 2: p₂ = (po + h₂) mmHg = (po + 150) mmHg .... (b)

  
  Tekanan udara luar adalah 750 mmHg atau 75 cmHg.

4. Neon (Ne) adalah suatu gas monoatomik. Berapakah energi dalam 2 gram gas neon pada suhu 50°C jika massa molekul relatifnya Mr = 10 g/mol?

  Jawab

  Diketahui: m = 2 gram, T = 50°C, dan Mr = 10 g/mol.

   

5. Sebuah tangki bervolume 2,4 m³ diisi dengan 2 kg gas. Tekanan dalam tangki 1,3 atm.  Berapakah kecepatan efektif molekul-molekul gas ini?

  

   Jawab

   Diketahui: 
   V = 2,4 m³, m = 2 kg,dan p = 1,3 atm = 1,3 x 1,01 x 10⁵ Pa.

   

   v = 687,52 m/s.

6. Diketahui sebuah tangki dengan kapasitas 10.000 liter berisi gas hidrogen pada tekanan 10 atm dan bersuhu 27^o C. Tangki tersebut bocor sehingga tekanannya menjadi 8 atm. Hitunglah banyaknya gas hidrogen yang keluar?

   Diketahui : 

   a. M = 2

   b. V = 10.000 liter

   c. p₁ = 10 atm

   d. T = 300 K

   e. p₂ = 8 atm

   Ditanyakan : m = ...?

   Jawab:

   Keadaan awal (1)

         

       Setelah bocor (2)

 

          

Gas hidrogen yang keluar:

     n = n₁ – n₂

= (4,065 – 3,252)x10³

= 813 mol

      n =m/M         è  m = n × M

         = 813 × 2

         = 1,626 gram

Jadi, banyaknya gas hidrogen yang keluar adalah 1,626 gram.

  

7. Diketahui di dalam sebuah bejana yang memiliki volume 1 m3 berisi10 mol gas monoatomik dengan energi kinetik molekul rata-rata 1,5 × 10^-20 Joule (bilangan Avogadro 6,02 × 10²³  molekul/mol).

   Tentukan tekanan gas dalam bejana!

Diketahui : a. V = 1 m³

b. n = 10 mol

c. Ek = 1,5 × 10^-20 J

d. Na = 6,02 × 10²³ molekul/mol

Ditanyakan: p = ...?

Jawab:

N = n × Na

   = 10 × (6,02 × 10²³)

= 60,2 × 10²³ molekul

 

                  

    
Jadi, besarnya tekanan gas dalam bejana adalah 6,02 × 10⁴ Nm^-2.

8. Di angkasa luar terdapat kira-kira 1 atm hidrogen tiap cm³ dengan suhu 3,5 K. Jika massa atom hidrogen adalah 1 g/mol, tentukanlah kecepatan efektif dan tekanan udara pada tempat tersebut!

    Diketahui :

a. N = 1 atom

b. V = 1 cm³ = 10^–6 m³

c. T = 3,5 K

d. ArH = 1 g/mol = 1 kg/k mol

e. R = 8,31 × 10³ J/k mol K

    Jawab:

     a.   Kecepatan efektif

           

     


      b.   Tekanan udara

             

 

9.    Gas He (Mr = 4 g/mol) pada suhu 27° C dan volume 1 liter massanya 8    gram. Tentukan energi dalam gas! (R = 8,31 J/mol K).

Diketahui :

a. m = 8 g

b. Mr = 4 g/mol

c. T = 273 + 27 = 300 K

d. R = 8,31 J/mol K

Ditanyakan : U = ...?

Jawab:

Gas He merupakan gas monoatomik sehingga derajat kebebasannya f = 3.

               

QUIZ TEORI KINETIK GAS