KIMIA FISIKA I TC20062 Dr. Ifa Puspasari
TEORI KINETIK GAS (1) Dr. Ifa Puspasari
Apa itu Teori Kinetik? • Teori kinetik menjelaskan tentang perilaku gas yang
didasarkan pada pendapat bahwa gas terdiri dari atomatom atau molekul-molekul yang bergerak cepat. padatan
cairan
gas
Pembuktian Teori Kinetik • Teori kinetik memberikan penjelasan secara molekuler tentang
tekanan dan suhu. • Biasanya tekanan dan suhu diberikan sebagai suatu parameter
pengukuran yaitu hanya digunakan untuk mengukur suatu kuantitas. • Tetapi dengan teori kinetik, tekanan dan suhu dapat dijelaskan secara molekuler. Hal ini dapat juga dilihat melalui persamaannya yang diturunkan berdasarkan teori kinetik. • Teori kinetik konsisten dengan hukum-hukum gas dan hipotesis
Avogadro. • Teori kinetik sesuai dengan apa yang telah diberikan dalam hukum-
hukum gas seperti hukum Boyle, Charles, Gay Lussac, dsb, dan juga hipotesis Avogadro. • Teori kinetik dapat menjelaskan dengan benar tentang kapasitas
panas spesifik banyak jenis gas. • Kapasitas panas spesifik yang dihitung berdasarkan teori kinetik adalah
sama dengan atau mendekati nilai sebenarnya atau nilai eksperimen.
Sifat Molekuler Zat • Dasar teori kinetik: gas terdiri atas molekul-molekul atau atom-atom
yang bergerak cepat. • Banyak saintis yang memberikan pendapat untuk membuktikan tentang sifat molekuler suatu zat. • Mereka juga membuat hipotesis atom yaitu bahwa semua zat di bumi ini terdiri dari atom-atom yaitu partikel-partikel kecil yang bergerak secara terus-menerus. • Teori molekuler materi = teori atom Dalton. • Teori yang membuktikan bahwa zat terdiri dari molekul-molekul yang terdiri dari
atom-atom => sifat molekuler zat
• Teori ini menyatakan bahwa setiap zat terdiri dari
molekul yang bergerak cepat secara terus-menerus.
molekul-
Sifat Molekuler Zat • Terdapat beberapa hukum yang membuktikan sifat molekuler
zat selain dari Teori Atom Dalton. • Sifat molekuler zat inilah yang menjadi dasar teori kinetik. Teori kinetik ini menjelaskan tentang perilaku gas. • Hipotesis Atom: • Semua obyek di dunia ini terdiri dari atom-atom. • Atom-atom adalah partikel-partikel kecil yang bergerak secara terus-
menerus dan saling tarik-menarik apabila jaraknya berdekatan, tetapi saling menolak apabila berhimpitan. • Hukum Gay Lussac: • Apabila gas-gas dicampurkan secara kimia untuk menghasilkan gas lain, rasio volume-volumenya merupakan bilangan integer. • Hukum Avogadro: • Gas-gas dengan volume yang sama pada suhu dan tekanan yang sama mempunyai jumlah molekul yang sama. • Jumlah molekul yang sama ini dikenal dengan nama bilangan Avogadro yang merupakan suatu konstanta.
Pembuktian Teori Atom Dalton • Teori ini pada awalnya tidak diterima, tetapi akhirnya dapat diterima
karena terbukti sesuai dengan hukum-hukum gas seperti misalnya hukum Avogadro. • Teori atom Dalton dapat dibuktikan karena adanya alat mikroskopi elektron yang dapat digunakan untuk melihat struktur atom.
Zat
Molekul
Atom
Struktur Molekul Zat padatan
cairan
gas
Jarak antar-atom
• Karena jarak antar-molekul dalam gas besar, maka molekul-molekul
dalam gas dapat bergerak bebas. • Sehingga molekul-molekul tersebut dapat bergerak secara acak ke segala arah. • Apabila terdapat banyak molekul, maka terjadi tumbukan. • Jalan bebas rata-rata: jarak rata-rata yang ditempuh oleh molekul sebelum tertumbuk dengan molekul lain.
Sifat-sifat Gas • Gas pada tekanan rendah dan suhu tinggi akan memenuhi suatu
hubungan antara tekanan, suhu dan volumenya: PV = KT • K: konstanta (bervariasi dengan volume gas)
K = N kB • N: jumlah molekul gas
• kB: konstanta Boltzmann = 1.38064852x10-23 JK-1
PV = NkBT
𝑃𝑉 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 𝑁𝑇
• Misalnya untuk 2 jenis gas, maka:
𝑃1 𝑉1 𝑃2 𝑉2 = 𝑁1 𝑇1 𝑁2 𝑇2
(=kB) sama untuk semua jenis gas
Hipotesis Avogadro • Jika P, V dan T adalah sama,
maka N juga sama untuk semua gas. • Jumlah molekul per satuan volume adalah sama untuk semua gas pada P dan T yang tetap. • Bilangan Avogadro dilambangkan dengan NA. • NA = 6.022140857×1023 mol−1
Persamaan Gas Sempurna • Gas sempurna: gas teoritis yang berbeda dari gas nyata supaya lebih
mudah melakukan perhitungan. • Sifat-sifatnya lebih sederhana dibanding gas ideal (yang juga merupakan gas teoritis). • Gaya antar-molekul diabaikan, yang berarti bahwa kita dapat menggunakan hukum gas ideal tanpa batasan dan mengabaikan kompleksitas yang mungkin timbul akibat gaya Van der Waals.
PV = nRT
• n: jumlah mol
• R: tetapan gas umum = kBNA
Persamaan Gas Sempurna 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑁 𝑛= 𝑁𝐴 𝑁 𝑁 𝑃𝑉 = 𝑅𝑇 = 𝑁 𝑘 𝑇 = 𝑁𝑘𝐵 𝑇 𝑁𝐴 𝑁𝐴 𝐴 𝐵
𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑛=
𝑚 𝑀𝑚
𝑚 𝑃𝑉 = 𝑅𝑇 𝑀𝑚
𝑁 𝑃 = 𝑘𝐵 𝑇 𝑉
𝑚 1 𝑃= 𝑅𝑇 𝑉 𝑀𝑚
𝑷 = 𝝆 𝑵 𝒌𝑩 𝑻
𝝆𝑹𝑻 𝑷= 𝑴𝒎
ρN: number density yaitu jumlah molekul per satuan volume
Mm: massa molar ρ: mass density yaitu massa per satuan volume
Gas Nyata dan Gas Ideal • Gas ideal: gas yang memenuhi persamaan gas sempurna secara tepat •
• • •
pada semua tekanan dan suhu. Biasanya gas memenuhi persamaan ini pada tekanan rendah dan suhu tinggi. Tetapi jika ada gas yang memenuhi persamaan tersebut pada semua tekanan dan suhu, maka gas tersebut disebut sebagai gas ideal. Namun dalam realitasnya, tidak ada gas ideal. Karenanya gas ideal hanyalah konsep teoritis saja. Gas nyata mendekati perilaku gas ideal pada tekanan rendah dan suhu tinggi. Pada P rendah dan T tinggi, jarak antar-molekul berjauhan, interaksi antar-molekul dapat diabaikan. Maka gas berperilaku seperti gas ideal.
Deviasi Gas Nyata dari Gas Ideal 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 • Untuk 1 mol gas, n = 1
𝑃𝑉 = 𝑅𝑇 𝑃𝑉 = 𝑘𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛 𝑅𝑇
Hukum Boyle dan Hukum Charles • Hukum Boyle: • Jika T dan n tetap, maka PV = tetapan. • Pada suhu tetap, tekanan suatu gas dengan jumlah tertentu berbanding terbalik dengan volumenya. • Hukum Charles: • Jika P tetap, maka V/T = tetapan. • Pada tekanan tetap, volume suatu gas berbanding lurus dengan suhu absolutnya.
Hukum Dalton • Tekanan total dari suatu campuran gas ideal adalah jumlah dari
tekanan-tekanan parsialnya. • P = ntotal (RT/V) = (nA + nB + nC + ... ) (RT/V) = nA (RT/V) + nB (RT/V) + nC (RT/V) + ... = PA + PB + PC + ...
Teori Kinetik Gas Ideal • Dasar teori kinetik: • Molekul-molekul suatu gas bergerak acak secara terus-menerus,
bertumbukan terhadap satu sama lain dan dengan dinding-dinding bejana. • Semua tumbukan yang terlibat adalah elastis. • Total energi kinetik adalah kekal. • Total momentum adalah kekal.
• Total energi kinetik dan
total momentum sebelum tumbukan sama dengan total energi kinetik dan total momentum setelah tumbukan.
Teori Kinetik Gas Ideal • Teori kinetik pada dasarnya menjelaskan bahwa pada suhu dan tekanan
biasa, ukuran molekulnya lebih kecil dari jarak antar-molekul. • Oleh karena itu, interaksi antara molekul-molekulnya dapat diabaikan. • Jika tidak ada interaksi antar-molekul, tidak ada gaya yang bekerja pada molekul-molekul tersebut karena tidak berinteraksi dengan apapun. • Maka dalam hal ini, molekul-molekul bergerak secara bebas mengikuti hukum Newton I. • yaitu jika resultan gaya yang bekerja pada benda adalah sama dengan nol, maka
benda yang mula-mula diam akan tetap diam. Benda yang mula-mula bergerak lurus beraturan akan tetap lurus beraturan dengan kecepatan tetap. • Jika molekul tidak berinteraksi dengan molekul lain, tidak ada hambatan
untuk pergerakannya, maka molekul-molekul tersebut akan bergerak dengan lancar di sekitar garis lurus. • Tetapi terkadang molekul-molekul bergerak berdekatan satu sama lain dan mengalami gaya antar-molekul. Sebagai hasilnya, molekul berubah kecepatannya. • Fenomena inilah yang disebut dengan tumbukan, dimana dua molekul bertumbukan dan terjadi perubahan kecepatan.
Kuis 1.
Berapakah rasio volume molekuler terhadap volume aktual yang ditempati oleh gas oksigen pada keadaan STP? Andaikan diameter molekul oksigen adalah 3 Ǻ. • Volume molekuler adalah volume yang ditempati oleh semua molekul-molekul gas
oksigen. • Volume aktual adalah volume yang ditempati oleh 1 mol gas oksigen pada keadaan STP.
2.
3.
Sebuah bejana berisi dua gas-gas non-reaktif: neon (monoatomik) dan oksigen (diatomik). Rasio tekanan parsialnya adalah 3:2. Berapakah rasio: (a) jumlah molekul dan (b) densitas dari neon dan oksigen di dalam bejana tersebut. Massa atom Ne = 20,2 u dan massa molekuler O2 = 32,0 u. Sebuah gelembung udara dengan volume 1 cm3 bergerak ke atas dari dasar danau dengan kedalaman 40 m pada suhu 12 °C. Apabila gelembung udara tersebut sampai ke permukaan dimana suhunya adalah 35 °C, berapakah volume gelembung udara tersebut?
