Teori Kinetik Gas

Pada pertengahan abad yang ke-19, ilmuwan mengembangkan sebuah teori baru yang digunakan untuk menggantikan teori kalorik. Teori tersebut berdasarkan pada anggapan bahwa zat disusun oleh sebuah partikel yang sangat kecil dan selalu bergerak. Binyu dari teori tersebut yaitu: “Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin.” Teori kinetik gas berusaha untuk menjelaskan mengenai sifat-sifat gas, seperti misalnya tekanan, suhu, ataupun volume, dengan cara memperhatikan komposisi molekuler mereka dan gerakannya.

Intinya, teori yang satu ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh denyut-denyut statis yang ada diantara molekul, seperti yang diduga oleh Isaac Newton. Tapi justru disebabkan oleh tumbukan antar molekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori kinetik gas ini juga dikenal dengan istilah teori kinetik molekular atau teori tumbukan atau teori kinetik.

Pengertian Teori Kinetik Gas

Teori kinetik gas menjelaskan bahwa setiap zat terdiri dari atom ataupun molekul. Kemudian atom dan juga molekul tersebut bergerak secara terus menerus secara tidak beraturan. Teori kinetik gas adalah teori pertama yang menjelaskan tentang tekanan gas berdasarkan konsep tumbukan molekul. Bukan berdasar pada gaya statik yang menyebabkan molekul menjauh satu sama lain. Dimana teori yang satu ini menjelaskan tentang bagaimana ukuran molekul dapat mempengaruhi kecepatan gerak molekul dalam suatu gas. Di dalam teori kinetik gas juga mempunyai beberapa asumsi atau postulat .

Postulat Teori Kinetik Gas

1. Gas akan tersusun dari banyak partikel kecil.
2. Jumlah molekul yang sangat banyak tersebut menjadikan perlakukan statistik dapat diterapkan.
3. Molekul akan bergerak dengan acak dan konstan, dimana partikel tersebut bergerak secara cepat, konstan, dan acak sehingga nantinya akan saling bertabrakan dengan dinding.
4. Tumbukan partikel terhadap dinding ini bersifat lenting sempurna.
5. Interaksi molekul dapat tidak dianggap.
6. Volume molekul gas ini bisa diabaikan bila dibandingkan dengan volume wadahnya.
7. Subu dari sistem ini merupakan salah satu yang menyebabkan pengaruh energi kinteik partikel gas.
8. Efek-efek Mekanika kuantum bisa diabaikan.
9. Berbagai efek relativistik bisa diabaikan.
10. Waktu terjadinya tumbukan dapat diabaikan karena nilainya berbanding lurus dengan waktu tumbukan.
11. Waktu berbanding terbalik terhadap persamaan gerak molekul.

Pengertian Gas Ideal

Gas ideal merupakan sekelompok partikel gas yang tidak saling berinteraksi satu sama lainnya. Itu artinya, jarak antar partikel gas ideal sangat berjauhan dan bergerak dengan acak. Berikut ini adalah sifat-sifat gas ideal:

1. Jumlah partikelnya banyak.
2. Tidak ada interaksi antar partikel atau tidak ada gaya tarik menarik yang terjadi antar partikel.
3. Apabila dibandingkan dengan ukuran ruangan, ukuran partikel gas ideal ini dapat diabaikan.
4. Tumbukan yang terjadi antara partikel gas dan juga dinding ruangan adalah tumbukan lenting sempurna.
5. Partikel gas tersebar secara merata di dalam ruangan.
6. Partikel gas akan bergerak secara acak ke semua arah.
7. Berlaku Hukum Newton mengenai gerak.
8. Energi kinetik rata-rata molekul gas sebanding dengan suhu mutlaknya.

Persamaan Keadaan Gas Ideal

Di ruangan tertutup, keadaan sebuah gas ideal akan dipengaruhi oleh tekanan, suhu, volume, dan juga jumlah molekul gas. Ternyata, terdapat beberapa hukum yang menjelaskan mengenai keterkaitan antara keempat besaran tersebut, antara lain:

1. Hukum Boyle

Hukum Boyle ini dicetuskan oleh seorang ilmuwan yang berasal dari Inggris, yakni Robert Boyle. Adapun pernyataan Hukum Boyle ini yaitu “jika suhu suatu gas dijaga konstan, maka tekanan gas akan berbanding terbalik dengan volumenya”. Istilah lainnya dapat dinyatakan sebagai hasil kali antara tekanan dan juga volume suatu gas pada suhu tertentu, yakni tetap atau isotermal. 

Berikut rumus hukum boyle: 

2. Hukum Charles

Hukum yang ditemukan oleh Jacques Charles ini menyatakan bahwa “jika tekanan suatu gas dijaga konstan, maka volume gas akan sebanding suhu mutlaknya”. Adapun istilah lain dari Hukum Charles ini yaitu hasil bagi antara volume dan juga suhu pada tekanan tetap atau isobar akan bernilai tetap.

Berikut rumus hukum charles : 

3. Hukum Gay-Lussac

Hukum Gay-Lussac ini ditemukan oleh seorang ilmuwan Kimia yang berasal dari Perancis, yakni Joseph Louis Gay-Lussac di tahun 1802. Adapun pernyataan dari Hukum Gay-Lussac ini yaitu “jika volume suatu gas dijaga konstan, tekanan gas akan sebanding dengan suhu mutlaknya”. Itu artinya, proses berlangsung dalam kondisi isokhorik atau volume tetap.

Berikut rumus hukum gay-lussac :

4. Hukum Boyle-Gay Lussac

Hukum Boyle-Gay Lussac merupakan “hasil kali antara tekanan dan volume dibagi suhu pada sejumlah partikel mol gas adalah tetap”.

Berikut rumus hukum  boyle -gay lussac : 

Faktor dan Rumus Teori Kinetik Gas

1. Tekanan

Tekanan bisa dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan dari adanya gaya yang dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang menabrak dinding wadah.  Rumus : P = F/A = Nmv2rms/3Al

2. Suhu dan Energi Kinetik

Berangkat dari hukum gas ideal, kita bisa menjelaskan mengenai faktor suhu dan juga energi kinetik dari teori kinetik gas, yakni: PV = NkBT

Dimana B merupakan konstanta boltzman dan T merupakan suhu absolut. Dari persamaan di atas, kita bisa merumuskan menjadi. PV = Nmv2rms / 3

3. Banyak Tumbukan pada Dinding

Jumlah tumbukan atom terhadap dinding wadah tiap satuan luas tiap satuan waktu bisa kita ketahui. Dari asumsi gas ideal tersebut menghasilkan persamaan sebagai berikut: A = N vavg / 4V

4. Laju RMS Molekul

Dari persamaan energi kinetik bisa ditunjukkan bahwa: V2rms = 3RT/massa mol dengan v pada m/s, T pada kelvin, dan juga R merupakan konstanta gas. Massa molar akan diberikan sebagai kg/mol. Kelajuan paling mungkin yaitu 81,6% dari kelajuan RMS dan rata-rata kelajuannya yaitu 92,1%.

Energi Kinetik Gas Ideal

Energi kinetik gas ideal disebabkan oleh adanya gerakan partikel gas yang ada di dalam sebuah ruangan. Gas akan selalu bergerak dengan kecepatan tertentu. Kecepatan itulah yang nantinya akan berpengaruh pada energi kinetik gas.  Rumus : 

 

Keterangan: 

   k = konstanta Boltzman (1,38 × 10-23 J/K);

T = suhu gas (K);

N = jumlah partikel;
n = jumlah mol gas (mol); dan
R = tetapan gas ideal (8,314 J/mol.K).