TKG revisi.pdf
-
Upload
novita-tri-widianingsih -
Category
Documents
-
view
87 -
download
13
description
Transcript of TKG revisi.pdf
-
1
TEORI KINETIK GAS
KOMPETENSI DASAR
3.8 Memahami teori kinetik gas dalam menjelaskan karakteristik gas pada ruang tertutup.
PETA KONSEP
besaran
yang
Memenuhi terdiri digunakan
variabelnya
memiliki
menghasilkan
memerlukan
A. Persamaan Keadaan Gas Ideal
Dalam bahasan awal, memodelkan suatu gas dengan menggunakan teori kinetik gas
untuk menunjukan bahwa tekanan gas yang dikerjakan pada dinding-dinding wadah
merupakan konsekuensi dari tumbukan molekul-molekul gas dengan dinding-dinding
wadah. Teori kinetik gas didasarkan pada beberapa asumsi tentang gas ideal, yaitu
sebagai berikut.
Teori Kinetik Gas
Gas Ideal
Hk. Boyle
Hk. Charles-
Gay Lussac
Hk. Boyle-
Gay Lussac
Persamaan Umum
Gas Ideal
Partikel/
Molekul
Mol
Massa
Molekul
Volume
Tekanan
Temperatur
Kecepatan
Momentum
Energy Kinetik
Gaya pada
dinding akibat
tumbukan
Energy Dalam
-
2
1. Gas terdiri dari molekul-molekul yang sangat banyak dan jarak pisah antar molekul
jauh lebih besar daripada ukurannya. Ini berarti bahwa molekul-molekul menempati
volume yang dapat diabaikan terhadap wadahnya.
2. Molekul-molekul memenuhi hukum gerak Newton, tetapi secara keseluruhan mereka
bergerak lurus secara acak dengan kecepatan tetap. Gerak secara acak maksudnya
bahwa tiap molekul dapat bergerak sama dalam setiap arah.
3. molekul-molekul mengalami tumbukan lenting sempurna satu sama lain dan dengan
dinding wadahnya. Jadi, dalam tumbukan, energi kinetik adalah konstan.
4. gaya-gaya antar molekul dapat diabaikan, kecuali selama satu tumbukan yang
berlangsung sangat singkat.
5. Gas yang dipertimbangkan adalah suatu zat tunggal, sehingga semua molekul adalah
identik.
Gambar (1) Model gas menurut teori kinetik gas yaitu terdiri dari molekul-molekul
yang sangat banyak yang bergerak cepat dan acak.
Besaran yang akan kita bicarakan dalam topik ini adalah tekanan, volume, dan suhu
yang merupakan besaran makroskopik. Besaran-besaran tersebut dapat kita ukur.
Besaran lain adalah kecepatan rata-rata molekul yang merupakan besaran mikroskopik.
Besaran mikroskopik tidak dapat kita ukur, tetapi dapat kita hitung. Antara besaran-
besaran tersebut dihubungkan oleh massa dan kerapatan gas.
1. Pengertian Mol dan Massa Molekul
Bilangan Avogadro (NA) adalah banyaknya atom karbon (partikel) dalam 12 g
C-12 yaitu sebesar 6,022 x 1023 mole. Bilangan ini digunakan untuk mendefinisikan
satuan ukuran banyak zat yang disebut mole (disingkat mol). Satu mol zat adalah
banyaknya zat yang mengandung NA molekul (partikel).
-
3
Sebagai contoh, satu mol kelereng mengandung 6,022 x 1023 buah molekul
kelereng. Secara analogi, satu mol air mengandung NA molekul air. Jadi, mol
bukanlah massa, tetapi ukuran banyaknya partikel. Dapatlah dikatakan:
Bilangan Avogadro = NA = 6,022 x 1023 molekul setiap mol.
Massa molekul (atau massa atom), M, suatu zat adalah massa dalam kilogram
dari satu kilomol zat. Oleh karena 12 kg C-12 didefinisikan mengandung NA atom,
maka 1 kmol C-12 memiliki massa atom M = 12 kg/kmol tepat.
Hubungan massa molekul (M) dengan massa sebuah atom (mo)
=
(8.1)
Hubungan antara massa total zat, m, dan besar mol, n
= atau =
(8.2)
Sebagai contoh 9 g H2O dengan M = 18 g/mol mengandung mol sebanyak
= 9 g 1
18 g mol = 0,5 mol. Sementara itu, 2 mol gas oksigen (O2) dengan M = 32
g/mol memiliki massa = 2 mol 32 g mol = 64 g.
2. Penurunan Persamaan Keadaan Gas Ideal
Perhatikan sejenis gas ideal yang terdapat dalam suatu
bejana silinder. Volume gas ideal ini dapat diubah dengan
menggerakkan piston ke atas dan ke bawah. Anggap bahwa
bejana tidak bocor sehingga massa atau banyak mol gas itu
tetap. Persamaan keadaan gas ideal kita peroleh dengan dua
cara berikut.
Cara pertama, suhu gas dijaga tetap dan volume diubah-
ubah dengan menggerakkan piston. Misalnya, tekanan gas mula-mula P0 dan volume
gas mula-mula V0. Jika piston digerakkan ke bawah hingga volume gas berkurang
menjadi 1
20, ternyata tekanan gas bertambah menjadi 2P0. Jika piston terus
digerakkan ke bawah sehingga volume gas berkurang menjadi 1
40, ternyata tekanan
gas bertambah menjadi 4P0. Hasil ini dapat disimpulkan oleh pernyataan berikut:
-
4
Jika suhu gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak bocor)
dijaga tetap, tekanan gas berbanding terbalik dengan
volumenya.
= tetap
11 = 22
Jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup (tidak
bocor) dijaga tetap, volume gas sebanding dengan suhu
mutlaknya.
Secara matematis, pernyataan di atas dinyatakan sebagai
=
Hukum Boyle
(8.3)
Persamaan di atas pertama kali dinyatakan oleh Robert Boyle pada tahun 1666,
sehingga disebut hokum Boyle.
Cara kedua, tekanan gas dijaga tetap dan volume gas diubah-ubah dengan
menggerakkan piston. Diasumsikan suhu mutlak gas mula-mula T0 dan volume gas
mula-mula V0. Jika piston digerakkan ke atas sehingga volume gas bertambah menjadi
2 V0, ternyata suhu mutlak gas bertambah menjadi 2 T0. Jika piston terus digerakkan
ke atas sehingga volume gas bertambah menjadi 4 V0, ternyata suhu mutlak gas
bertambah menjadi 4 T0. Hasil ini disimpulkan dengan pernyataan berikut:
Pernyataan di atas secara matetatis dinyatakan sebagai:
~
=
1
1=
2
2 (8.4)
Persamaan di atas dinyatakan pertama kali oleh Jacques Charles (1747-1823)
dan Joseph Gay Lussac (1778-1805), dan disebut hukum Charles-Gay Lussac.
Data suhu gas lebih sering dinyatakan dalam t0C. suhu mutlak gas T yang
dinyatakan dalam satuan kelvin (K) dihitung dengan persamaan
= + 273 (8.5)
-
5
Sekaang kita dapat menyatakan persamaan gas ideal yang memenuhi hukum
Boyle dan Charles-Gay Lussac dengan menyatukan persamaan (8.3) dan (8.4)
Persamaan
Boyle-Gay Lussac (8.6)
Persamaan (8.6) dikenal dengan sebutan persamaan Boyle-Gay Lussac.
Persamaan (8.6) melibatkan tiga variable utama gas, yaitu tekanan P, volume V, dan
suhu mutlak T, maka persamaan ini lebih dikenal sebagai persamaan keadaan gas.
Persamaan ini sebaiknya Anda gunakan untuk menyelesaikan soal-soal suatu gas yang
jumlah molnya tetap (massanya tetap) dan mengalami dua keadaan (keadaan 1 dan
keadaan 2). Massa suatu zat adalah tetap jika diletakkan dalam suatu wadah yang
tidak bocor.
Jika suhu mutlak T tetap, dihasilkan PV = tetap; jika tekanan P tetap,
dihasilkan
tetap. Persamaan (8.6) berlaku untuk percobaan gas ideal dalam bejana
tertutup (tidak ada kebocoran) sehingga massa gas tetap selama percobaan. Jika
massa atau mol gas diubah, missal kita menggandakan mol gas, n, dengan menjaga
tekanan dan suhu tetap, ternyata dihasilkan volume V yang ganda (lipat dua) juga.
Oleh karena itu, kita boleh menulis bilangan tetap di ruas kanan Persamaan (8.6)
dengan nR, dengan R diperoleh dari percobaan, dan kita memperoleh persamaan
umum yang berlaku untuk gas ideal, yang disebut persamaan umum gas ideal.
Persamaan umum gas ideal = (8.7)
Persamaan gas ideal (Persamaan (8.7)) juga dapat dinyatkan dalam besaran massa gas
(satuan g atau kg). Caranya dengan mensubstitusi =
(lihat Persamaan (8.2)) ke
dalam persamaan (8.7)
=
=
(8.8)
Persamaan umum gas ideal (Persamaan (8.7)) juga dapat dinyatakan dalam besaran
massa jenis gas, (satuan kg/m3)
=
=
(8.9)
=
111
=22
2
-
6
Persamaan umum gas ideal juga dapat dinyatakan dalambesaran banyaknya partikel
gas, N. banyak partikel N adalah hasil kali banyak mol gas n dengan bilangan
Avogadro, NA.
= atau =
(8.10)
Jika n ini dimasukkan ke persamaan (8.7) diperoleh:
=
= (
)
dengan
= , maka
Persamaan
umum gas ideal (8.11)
k disebut tetapan Boltzman, yang bernilai:
B. Tekanan dan Energi Kinetik Menurut Teori Kinetik Gas
1. Formulasi Tekanan Gas dalam Wadah Tertutup
Mekanika Newton dapat menjelaskan
tentang keadaan gerak molekul gas. Dapat
dimodelkan dengan sebuah ruang kubus
dengan rusuk L(Gambar 2). Kubus tertutup
berupa gas ideal yang didalammnya terkurung
suatu gas ideal. Sebuah molekul gas bermassa
yang sedang bergerak menuju dinding A,
dan misalkan komponen kecepatannya terhadap
=
=
=8,314 /
6,022 1023 /
= 1,38 1023 /
-
7
sumbu X adalah vx,. molekul ini akan memiliki komponen momentum terhadap X
sebesar vx ke arah dinding. Molekul ini menumbuk dinding dengan lenting
sempurna sehingga kecepatannya menjadi vx, dan momentumnya vx.
Perubahan momentum molekul gas adalah ,
= momentum akhir-momentum awal
= -vx - (vx) = -2vx
Molekul harus menempuh jarak 2L (dari dinding B ke A dan kembali lagi ke B)
sebelum selanjutnya bertumbukan dengan dinding B. selang waktu untuk perjalanan
ini adalah,
t =
=
2
v
Laju perubahan momentum molekul sehubungan dengan tumbukan dengan dinding B
adalah,
p
=
2v2v
=v
2
Dari bentuk umum hukum ke-2 Newton telah diketahui bahwa laju perubahan
momentum tidak lain adalah gaya yang dikerjakan molekul pada dinding, sehingga
=p
=
v2
Oleh karena luas dinding B adalah L(kuadrat), maka tekanan gas P adalah gaya per
satuan luas, sehingga
=
=
v2
. 2
Jika ada sejumlah N molekul gas dalam ruang tertutup dan kecepatan komponen X-
nya adalah1, 2....., tekanan total gas pada dinding B diberikan oleh
=
=
3
(v12 + v2
2 + v2
=
(8.12)
Dengan v2 adalah rata-rata kuadarat kelajuan pada sumbu X.
-
8
Dalam gas, molekul-molekul bergerak ke segala arah dalam tiga dimensi.
Sesuai dengan anggapan (2) bahwa setiap molekul bergerak acak dengan kelajuan
tetap, maka rata-rata kuadrat kelajuan pada arah X, Y dan Z adalah sama besar.
v2 = v2 = v2 Dari resultan rata-rata kuadrat kecepatan v diperoleh
2 = v2 + v2 + v2 = 3v2
=
(8.13)
jadi nilai v2 dimasukkan ke persamaan (8.12), diperoleh
=3
(1
32 )
=
( ) (8.14)
besaran 3 tidak lain adalah volume gas V, sehingga persamaan (3) dapat ditulis :
Tekanan gas =1
3 2
(8.15)
dengan :
P = tekanan gas (Pa)
= massa sebuah molekul (kg)
2 = rata-rata kuadrat kelajuan (/)2
N = banyak molekul (partikel)
V = Volume gas (m3)
juga disebut sebagai kerapatan molekul
2. Energi Kinetik Rata-rata Molekul Gas
Penurunan hubungan suhu multak T dan energi kinetik rata-rata partikel gas,
EK, dari dua persamaan. Persamaan tekanan gas ideal dan persamaan (4).Persamaan
tekanan gas ideal dapat ditulis dalam bentuk :
=
=
(8.14)
Persamaan (8.14) dapat ditulis dalam bentuk
=2
3(1
2 2 )(
)
Atau
-
9
=
(8.15)
Ruas kiri persamaan (8.14) sama dengan ruas kiri persamaan (8.15), sehingga
2
3
=
2
3 =
=2
3 (8.16)
Didapat energi kinetik rata-rata :
=3
2 (8.17)
Dengan nilai k = 1,38 x 1023J1disebut tetapan Boltzman.
Misalnya suhu suatu gas T = 7 = 280 K maka energi kinetik rata-rata molekul gas
adalah =3
2 =
3
2(1,38 x 1023J1)(280 ) = 5,80 1021
Dari dua persamaan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1. Suhu gas pada persamaan (8.16) tidak mengandung besaran N/V. ini berarti,
banyak molekul per satuan volume N/V tidak memengaruhi suhu gas.
2. Persamaan (8.17) menyatakan bahwa suhu gas hanya berhubungan dengan gerak
molekul (energi kinetik atau kecepatan molekul ) semakin cepat gerak molekul
gas, semakin tinggi juga suhu gas.
Energi kinetik rata-rata molekul gas pada persamaan (8.17) hanya berlaku jika
jenis gas adalah gas monoatomik dan tidak berlaku bagi gas diatomik atau
poliatomik. Dari persamaan (7), jika grafik energi kinetik terhadap suhu mutlak gas
(grafik -T) diberikan, maka dari gradien grafik dapat ditentukan nilai tetapan
Boltzmann k.
= tan =3
2 =
2
3tan
-
10
Gambar 3. Grafik energi kinetik terhadap suhu mutlak
3. Kelajuan Efektif Gas
Tekanan gas berhubungan dengan rata-rata dari kuadrat kelajuan 2 .Oleh
karena molekul-molekul gas tidak seluruhnya bergerak dengan kecepatan yang
sama, maka definisi arti 2 dapat dimisalkan dalam suatu wadah tertutup ada 1
molekul bergerak dengan kecepatan 1, 2 molekul bergerak dengan kecepatan 2,
dan seterusnya, maka rata-rata kuadrat kelajuan partikel gas, 2 ,dapat dinyatakan
dengan persamaan berikut.
2 =11
2 + 222 + 33
2 +
1 + 2 + 3
=(
2)
=(
2)
(8.18)
= 1 + 2 + 3 + = (8.19)
Kelajuan efektif (RMS = root mean square) didefinisikan sebagai akar dari
rata-rata kuadrat kelajuan, 2 .
Definisi
= 2 .
a. Hubungan Kelajuan Efektif Gas dengan Suhu Mutlaknya
Dengan menggunakan kelajuan efektif, , energi kinetik rata-rata
partikel gas dapat kita nyatakan sebagai
=1
2
2 (8.20)
Dengan menyamakan ruas kanan persamaan (8.20) dan (8.17) diperoleh
-
11
1
2
2 =3
2
2 =
3
= 3
(8.21)
Dengan adalah massa sebuah molekul gas.
b. Perbandingan Kelajuan Efektif Berbagai Gas
Untuk mencari kelajuan efektif berbagai gas dapat dicari dengan mengubah
bentuk persamaan (8.21) sehingga dapat dinyatakan dalam massa molekul gas,
M.
Diketahui =
dan =
diperoleh
= 3
=
3
Kelajuan efektif
= 3
(8.22)
c. Menghitung Kelajuan Efektif dari Data Tekanan
Massa total gas adalah hasil kali banyak molekul N dengan massa sebuah
molekul , ditulis
= atau =
(8.23)
PV = NkT
kT =
(8.24)
dengan memasukkan nilai kT dari persamaan (8.14) dan dari persamaan
(8.13) ke persamaan (8.11) diperoleh
= 3
=
3
= 3
=
3
karena = , maka
-
12
= 3
(8.25)
Dengan adalah massa jenis gas.
Rumus dasar bukan pada persamaan (8.15) tetapi pada persamaan
(8.12). Persamaan ini menyatakan bahwa suatu gas hanya bergantung pada
suhu mutlak T. Jadi, walaupun tekanan gas Anda ubah dari P menjadi 2P atau 3P,
sepanjang suhu T tetap maka kelajuan efektif, tetaplah sama dengan
semula. Yang artinya bahwa tekana tidak mempengaruhi kelajuan efektif suatu
gas.
4. Teorema Ekipartisi Energi
Menurut persamaan (8.17) energi kinetik rata-rata molekul suatu gas pada
suhu mutlak T dinyatakan oleh
=1
22 =
3
2 = 3(
1
2)
Menentukan asal faktor pengali 3 pada persamaan di atas. Faktor pengali ini
pertama kali muncul pada persamaan (2): 2 = 3v2 . Ini muncul karena ekivalensi
dari rata-rata kuadrat komponen-komponen kecepatan.
2 = v2 + v2 + v2 = 3v2
Ekivalensi ini menunjukkan fakta bahwa kelakuan gas tidak bergantung pada
pemilihan orientasi (arah) sistem koordinat XYZ. Dan dapat ditulis dalam bentuk
energi kinetik:
1
2v2 =
1
2v2 =
1
2v2 =
1
2
Jumlah ketiga kontribusi ini memberikan persamaan (8.17).
Angka 3 muncul karena gerak translasi molekul gas monoatomik memiliki 3
komponen, yaitu sumbu X, Y dan Z. Monoatomik memiliki tiga derajat kebebasan,
sehingga energi kinetik rata-rata per molekulnya adalah
Energi kinetik monoatomik = = 3 (1
2) (8.26a)
Pernyataan umum dari hasil di atas dikenal sebagai teorema ekipartisi energi yang
berbunyi sebagai berikut.
Untuk suatu sistem molekul-molekul gas pada suhu mutlak T dengan tiap
molekul memiliki f derajat kebebasan, rata-rata energi kinetik per molekul EK
adalah
-
13
Ekipartisi energi = = (1
2) (8.26b)
Persamaan (16b) menyimpulkan bahwa, secara rata-rata, energi kinetik kT
berhubungan dengan tiap derajat kebebasan. Untuk gas ideal monoatomik, hanya
ada tiga derajat kebebasan translasi, f = 3, sehingga dihasilkan persamaan (8.17).
Teorema ekipartisi energi diusulkan pertama kali oleh Ludwig Boltzmann.
a. Derajat Kebebasan Molekul Gas Diatomik
Gas diatomik dapat divisualisasikan sebagai suatu molekul berbentuk batang
pendek dengan pemberat atom pada kedua ujungnya (seperti barbel pada angkat
besi), (gambar 4). Dalam model ini, pusat massa molekul dapat bergerak translasi
dalam arah X, Y dan Z (4a). selain gerak translasi, molekul diatomik juga dapat
berotasi pada sumbu X, Y dan Z. perhatikan, barbel (molekul) terletak pada sumbu
Y dan kedua atom dianggap massa titik. Lengan torsi kedua atom terhadap sumbu
Y sangat kecil sehingga momen inersia terhadap sumbu sangat kecil. Ingat, =
112 + 22
2
Nilai yang sangat kecil menghasilkan energi kinetik rotasi terhadap sumbu
Y juga sangat kecil (ingat = 2). Oleh karena energi kinetik rotasi
terhadap sumbu Y dapat diabaikan terhadap energi kinetik rotasi sumbu X, dan Z,
maka rotasi pada arah sumbu Y dapat diabaikan. Sehingga, ada 5 derajat kebebasan
untuk gas diatomik, tiga berkaitan dengan gerak translasi dan dua berkaitan dengan
gerak rotasi.
(a) (b) (c)
Gambar 4.Kemungkinan gerak dari sebuah molekul diatomik: (a)gerak translasi
pusat massa, (b) gerak rotasi terhadap berbagai sumbu, (c) gerak vibrasi sepanjang
sumbu-sumbu molekul
Derajat kebebasan gas diatomik yang berkaitan dengan getaran. Dalam
model vibrator (penggetar), kedua atom dihubungkan oleh sebuah pegas khayal.
Gerak getaran menambah dua lagi derajat kebebasan, berkaitan dengan energi
-
14
kinetik dan potensial karena getaran sepanjang pegas khayal molekul. Dengan
demikian, sebuah molekul gas diatomik boleh memiliki sampai tujuh derajat
kebebasan yang memberi kontribusi terhadap energi mekaniknya : tiga translasi,
dua rotasi, dan dua vibrasi.
Beberapa molekul gas diatomik, seperti 2 dan 2 tidak bergetar pada suhu
kamar. Jadi, secara eksperimental hanya diperoleh lima derajat kebebasan saja
pada gas diatomik suhu kamar yang memberi kontribusi pada energi mekanik atau
energi kinetik tiap molekul: tiga translasi dan dua rotasi. Bahkan pada suhu rendah,
molekul-molekul gas diatomik hanya bergerak translasi saja. Ini berarti pada suhu
rendah gas diatomik hanya memiliki 3 derajat kebebasan (f = 3).
Jadi, derajat kebebasan gas diatomik seperti hidrogen (2 ), oksigen (2) dan
nitrogen (2), bergantung pada suhunya dan ini akan menentukan persamaan
energi kinetiknya seperti dinyatakan sebagai berikut .
Energi Kinetik gas diatomic
Suhu rendah = 3 = 3(1
2)=
3
2
Suhu kamar = 5 = 5 (1
2) =
5
2 (8.27)
Suhu tinggi = 7 = 7 (1
2) =
7
2
Catatan : apabila tidak ada keterangan tentang suhu, maka diasumsikan sebagai
suhu kamar dan
=5
2
Gas yang memiliki lebih dari dua atom (gas poliatomik ) tentu memiliki derajat
kebebasan yang lebih banyak dan getarannya juga lebih kompleks.
b. Energi dalam gas
Gas ideal yang terkurung dalam sebuah wadah tertutup mengandung banyak
sekali molekul. Tiap molekul gas memiliki energi kinetik rata-rata (1
2). Energi
dalam suatu gas ideal didefinisikan sebagai jumlah energi kinetik seluruh molekul
gas yang terdapat di dalam wadah tertutup. Jika ada sejumlah N molekul gas dalam
wadah, energi dalam gas U merupakan hasil kali N dengan energi kinetik tiap
molekul, .
= = (1
2) =
1
2 (8.28)
-
15
Untuk gas monoatomik
(f=3) ; = 3 (1
2) =
3
2 (8.29)
Untuk gas diatomik / suhu kamar.
(f=5) ; = 5 (1
2) =
5
2 (8.30)
Dengan n = jumlah mol gas.
-
16
DAFTAR PUSTAKA
Humaidi, Abdul Haris dan Maksum. 2009. Fisika SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat
Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional.
Kanginan, Marthen. 2014. Fisika untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Erlangga
Palupi, Dwi Satya dkk. 2009. FISIKA untuk Kelas XI SMA dan MA. Jakarta: Pusat Perbukuan
Departemen Pendidikan Nasional.
Widodo, Tri. 2009. FISIKA untuk SMA/MA Kelas XI. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen
Pendidikan Nasional.
-
17
SOAL-SOAL
1. Sejumlah gas ideal menjalani proses isobaric sehingga suhu Kelvinnya menjadi 4 kali
semula. Maka volumenya menjadi .... kali semula.
a. 4
b. 3
c. 2
d.
e.
2. Gas dalam ruang tertutup bersuhu 42 dan tekanan 7 atm serta volumenya 8 L.
apabila gas dipanaskan sampai 87, tekanan naik sebesar 1 atm, maka volume gas
adalah...
a. 6,4 L
b. 7,2 L
c. 8 L
d. 8,8 L
e. 9,6 L
3. Massa jenis suatu gas ideal pada suhu T dan tekanan p adalah rho. Jika tekanan gas
dinaikkan menjadi 2p dan suhunya diturunkan menjadi 0,5T maka massa jenis gas
adalah...
a. 0,12rho
b. 0,25rho
c. 0,5rho
d. 2rho
e. 4rho
4. Suatu gas ideal pada tekanan P dan suhu 27, dimampatkan sampai volumenya
setengah kali semula. Jika suhunya dilipatduakan menjadi 54, tekanannya
menjadi...
a. 0,25P
b. 0,54P
c. P
d. 2P
e. 2,18P
5. Jika temperatur mutlak suatu gas ideal dinaikkan menjadi sembilan kali semula, maka
kecepatan partikel-partikel itu menjadi ...
a. 1/9 kali
b. 1/3 kali
c. 1 kali
d. 3 kali
e. 9 kali
-
18
6 Sebuah tabung berisi gas ideal. Menurut teori kinetik gas dan prinsip ekuipartisi
energi diketahui:
1) molekul gas mengalami perubahan momentum ketika bertumbukan dengan dinding
tabung,
2) energi yang tersimpan dalam gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya,
3) energi yang tersimpan dalam gas berbanding lurus dengan jumlah (banyaknya)
derajat kebebasannya, dan
4) pada saat molekul bertumbukan dengan dinding tabung, molekul gas kehilangan
energi.
Pernyataan yang benar adalah .
a. 1 dan 3
b. 2 dan 4
c. 1, 2, dan 3
d. 3 dan 4
e. 1, 2, 3, dan 4.
7. Jika konstanta Boltzmann k = 1,38 1023 J/K maka energi kinetik sebuah atom gas
helium pada suhu 27C adalah .
a. 1,14 1021 J
b. 2,07 1021 J
c. 2,42 1021 J
d. 5,59 1021 J
e. 6,21 1021 J
8. Laju rms molekul-molekul helium pada suhu 300 K sama dengan laju rms
molekul-molekul oksigen pada suhu...
(massa molekul relatif oksigen = 32, helium = 4 ).
a. 38 K
b. 849 K
c. 1440 K
d. 2400 K
e. 2650 K
9. Suatu gas ideal memiliki energi dalam U pada saat suhunya 27C. Besar kenaikan
energi dalamnya jika suhu gas dinaikkan menjadi 87C adalah .
a. 0,2 U
b. 0,4 U
c. 0,6 U
d. 0,8 U
e. 1,2 U
-
19
10. Massa molekul oksigen 16 kali lebih besar dari molekul hidrogen. Pada
temperatur ruang, perbandingan kecepatan rms (vrms) antara molekul
oksigen dan hidrogen adalah...
a. 16
b. 4
c. 1
d.
e. 1/16
Eessay
1. Gas bermassa 4 kg bersuhu 27oC berada dalam tabung yang berlubang.
Jika tabung dipanasi hingga suhu 127oC, dan pemuaian tabung diabaikan tentukan:
a) massa gas yang tersisa di tabung
b) massa gas yang keluar dari tabung
c) perbandingan massa gas yang keluar dari tabung dengan massa awal gas
d) perbandingan massa gas yang tersisa dalam tabung dengan massa awal gas
e) perbandingan massa gas yang keluar dari tabung dengan massa gas yang tersisa
dalam tabung.
2. A dan B dihubungkan dengan suatu pipa sempit. Suhu gas di A adalah 127oC dan
jumlah partikel gas di A tiga kali jumlah partikel di B.
Jika volume B seperempat volume A, tentukan suhu gas di B!
3. Suatu gas ideal berada di dalam ruang tertutup. Gas ideal tersebut dipanaskan hingga
kecepatan rata-rata partikel gas meningkat menjadi 3 kali kecepatan awal. Jika suhu
awal gas adalah 27oC, maka suhu akhir gas ideal tersebut adalah
-
20
4. Tentukan energi kinetik rata-rata dan energi dalam 2 mol gas ideal pada suhu 400K
jika gas tersebut:a. Monoatomik(f=3)b. Diatomik(f=5)
5. Suatu gas ideal memiliki energi dalam U pada saat suhunya 27 . Berapa
besar kenaikan energi dalamnya bila suhu dinaikkan menjadi 127?
-
21
SOAL MINI RISET
Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini sesuai pengetahuan Anda !
1. Dalam pembahasan teori kinetik gas, kita sering menggunakan besaran mol. Jelaskan apa
pengertian dari mole (disingkat mol)?
2. Apakah yang akan terjadi jika kalian membuka botol minuman bersoda yang dikocok
terlebih dahulu? Apakah yang menyebabkan kejadian itu?
3. Gas ideal memiliki tekanan, dari mana asal tekanan pada gas ideal tersebut? Jelaskan !
4. Gas ideal yang memuai secara isotermis tekanannya akan turun. Sebab kecepatan rms
molekul-molekulnya menjadi lebih kecil. (BENAR/SALAH)
Alasan:
5. Jelaskan mengapa derajat kebebasan gas monoatomik = 3; diatomik = 5; poliatomik = 7 !
6. Jika di dalam ruang tertutup terdapat sejumlah molekul gas, maka besar energi dalam
merupakan rata-rata dari energi kinetik seluruh molekul gas yang terdapat dalam ruang
tersebut. (BENAR/SALAH)
Alasan:
-
22
HASIL MINI RISET
No.siswa Skor tiap nomor Skor
Total 1 2 3 4 5 6
1 5 3 5 0 0 0 13
2 3 3 0 0 0 0 6
3 5 3 0 0 0 0 8
4 3 3 0 0 0 0 6
5 5 3 0 0 0 0 8
6 0 3 3 0 0 0 3
7 3 0 0 0 0 0 6
8 5 0 5 0 0 0 10
9 3 0 5 0 0 2 10
10 3 3 5 0 0 0 11
11 3 0 3 0 0 0 6
12 3 3 3 0 0 0 9
13 3 3 3 0 0 0 9
14 0 3 3 0 0 0 9
15 3 3 3 0 0 0 9
16 3 3 3 0 0 0 9
17 3 3 3 0 0 2 11
18 3 0 3 0 0 2 8
19 0 0 3 0 0 0 3
20 3 0 3 0 0 0 6
21 3 0 3 2 0 0 8
22 3 3 3 0 0 0 9
23 3 3 3 0 0 0 9
24 3 3 3 0 0 2 11
25 3 3 3 0 0 2 11
26 3 3 3 0 0 2 11
27 0 3 0 0 0 0 3
Berdasarkan data hasil mini riset yang telah dilakukan kepada responden mahasiswa
Kimia semester 1 dapat diperoleh beberapa kesimpulan.dari 27 responden tidak ada yang dapat
menjawab seluruh soal dengan benar. Soal yang paling banyak tidak dijawab adalah nomor 4,
nomor 5, dan nomor 6. Dapat disimpulkan bahwa mahasiswa belum banyak yang benar-benar
memahami materi teori kinetik gas.