Ciriciri gas ideal. Ciri-ciri gas ideal sangat unik dibandingkan dengan gas lainnya, yaitu: Gas ideal terdiri dari molekul dengan jumlah yang sangat banyak dengan jarak antar molekulnya jauh lebih besar dibandingkan dengan ukuran molekul. Hal ini membuat gaya tarik molekul menjadi sangat kecil sehingga diabaikan. Dalamtabung yang tertutup, (Mr=4 gr/mol) pada suhu 27 0 C dan kecepatan efektif partikel-partikel gas neon (Mr = 10 gr/mol) pada suhu 127 0 C! Dik. Kondisi 1. Mr He = 4 gr/mol. T 1 = 300 K. Kondisi 2. Mr neon = 10 gr/mol. T 2 = 400 K. Dit. v ef . jawab : 9. Berapakah tekanan dari 20 mol gas yang berada dalam tangki yang volumenya 100 liter 2 Jika dalam ruang tertutup terdapat n mol gas oksigen, tuliskan hubungan volume, suhu, tekanan dan jumlah partikel gas tersebut! 3. Jika dalam tabung kompresor terdapat gas 25 dengan tekanan 2 atm dan suhu 27 , gas tersebut dipanaskan hingga suhunya naik menjadi 37 dan tekanannya menjadi 3 atm. Berapakah volume gas di dalam kompresor tersebut? 4. Sebanyakx gram gas N 2 O (Ar N = 14; O = 16) dimasukkan ke dalam suatu tabung tertutup. Jika jumlah partikel gas tersebut = 3,01 × 10 22 molekul, maka massa gas N 2 O adalah . A. 1,1 gram B. 2,2 gram C. 3,3 gram D. 4,4 gram E. 5,5 gram. Soal PAT (UAS Semester Genap) Kimia Kelas X - Nomor 29. Dua buah tabung mempunyai volume yang sama. 9ySsM. Teori kinetik merupakan suatu teori yang secara garis besar adalah hasil kerja dari Count Rumford 1753-1814, James Joule 1818-1889, dan James Clerk Maxwell 1831-1875, yang menjelaskan sifat-sifat zat berdasarkan gerak acak terus menerus dari molekul-molekulnya. Dalam gas misalnya, tekanan gas adalah berkaitan dengan tumbukan yang tak henti-hentinya dari molekul-molekul gas terhadap dinding-dinding wadahnya. Gas yang kita pelajari adalah gas ideal, yaitu gas yang secara tepat memenuhi hukum-hukum gas. Dalam keadaan nyata, tidak ada gas yang termasuk gas ideal, tetapi gas-gas nyata pada tekanan rendah dan suhunya tidak dekat dengan titik cair gas, cukup akurat memenuhi hukum-hukum gas ideal. A. Sifat-Sifat Gas Ideal Gas yang paling sederhana dan mendekati sifat-sifat gas sejati adalah gas ideal. Adapun sifat-sifat gas ideal diantaranya adalah sebagai berikut 1. Gas terdiri dari molekul-molekul yang sangat banyak, dengan jarak pisah antar molekul lebih besar dari ukuran molekul. Hal ini meunjukkan bahwa gaya tarik antar molekul sangat kecil dan diabaikan. 2. Molekul-molekul gas bergerak acak ke segala arah sama banyaknya dan memenuhi hukum Newton tentang gerak 3. Molekul-molekul gas hanya bertumbukan dengan dinding tempat gas secara sempurna 4. Dinding wadah adalah kaku sempurna dan tidak akan bergerak B. Persamaan Umum Gas Ideal Persamaan umum gas ideal dapat dituliskan PV = nRT dengan P = tekanan gas N/m2 = Pa V = volume gas m3 n = jumlah mol gas mol T = suhu gas K R = tetapan umum gas = 8,314 J/mol K Persamaan umum gas ideal tersebut di atas dapat juga dinyatakan dalam bentuk n = N / NA PV = nRT PV = NRT / NA dengan R / NA = k Maka diperoleh PV = NkT k = tetapan Boltzman = 1,38 . 10-23J/k CONTOH SOAL Sebuah tabung bervolume 590 liter berisi gas oksigen pada suhu 20°C dan tekanan 5 atm. Tentukan massa oksigen dalam tangki ! Mr oksigen = 32 kg/kmol Penyelesaian Diketahui V = 5,9 . 10-1 m3 P = 5 . 1,01 . 105 Pa T = 20°C = 293 K Ditanyakan m = ….? Jawaban PV = nRT dan n = M / Mr sehingga PV = mRT / Mr m = PVMr / RT = 5. 1,01 . 105 .0,59 . 32 / 8,314 . 293 = 3,913 kg C. Hukum-Hukum pada Gas Ideal 1. Hukum Boyle Hukum Boyle menyatakan bahwa dalam ruang tertutup pada suhu tetap, tekanan berbanding terbalik dengan volume gas, yang dinyatakan dalam bentuk persamaan PV = konstan dengan P = tekanan gas N/m2 V = volume gas m3 CONTOH SOAL Tangki berisi gas ideal 6 liter dengan tekanan 1,5 atm pada suhu 400 K. Tekanan gas dalam tangki dinaikkan pada suhu tetap hingga mencapai 4,5 atm. Tentukan volume gas pada tekanan tersebut ! Penyelesaian Diketahui V1 = 6 liter P1 = 1,5 atm T1 = 400 K P2 = 4,5 atm T2 = 400 K Ditanyakan V2 = ….? Jawaban P1V1 = P2V2 V2 = P1V1 / P2 = 1,5 . 6 / 4,5 = 2 liter 2. Hukum Gay-Lussac Hukum Gay-Lussac menyatakan bahwa “Dalam ruang tertutup dan volume dijaga tetap, tekanan gas akan sebanding dengan suhu gas”. Jika dinyatakan dalam bentuk persamaan, menjadi P / T = konstan dengan P = tekanan gas N/m2 T = suhu gas K CONTOH SOAL Udara dalam ban mobil pada suhu 15°C mempunyai tekanan 305 kPa. Setelah berjalan pada kecepatan tinggi, ban menjadi panas dan tekanannya menjadi 360 kPa. Berapakah temperatur udara dalam ban jika tekanan udara luar 101 kPa ? Penyelesaian Diketahui T1 = 288 P1 = 305 + 101 = 406 kPa P2 = 360 +101 = 461 kPa Ditanyakan T2 = ….? Jawaban P1 / T1 = P2 / T2 406 / 288 = 461 / T2 T2 = 327 K = 54°C 3. Hukum Boyle Gay-Lussac Penggabungan hukum Boyle Gay-Lussac membentuk hukum Boyle Gay-Lussac yang menyatakan bahwa “Gas dalam ruang tertutup jika suhunya berubah, maka akan diikuti perubahan tekanan dan volume gas”. Sehingga dapat dinyatakan dalam persamaan PV / T = konstan D. Tekanan Gas dan Energi Kinetik Partikel Gas 1. Tekanan Gas Pada pembahasan sifat-sifat gas ideal dinyatakan bahwa gas terdiri dari partikel-partike gas. Partikel-partikel gas senantiasa bergerak hingga menumbuk dinding tempat gas. Dan tumbukan partikel gas dengan dinding tempat gas akan menghasilkan tekanan. P = Nmv2 / 3V dengan P = tekanan gas N/m2 v = kecepatan partikel gas m/s m = massa tiap partikel gas kg N = jumlah partikel gas V = volume gas m3 2. Hubungan antara Tekanan, Suhu, dan Energi Kinetik Gas Secara kualitatif dapat diambil suatu pemikiran berikut. Jika suhu gas berubah, maka kecepatan partikel gas berubah. Jika kecepatan partikel gas berubah, maka energi kinetik tiap partikel gas dan tekanan gas juga berubah. Hubungan ketiga faktor tersebut secara kuantitatif membentuk persamaan Persamaan P = Nmv2 / 3V dapat disubstitusi dengan persamaan energi kinetik, yaitu Ek = ½ mv2 , sehingga terbentuk persamaan P = Nmv2 / 3V sedangkan mv2 = 2 Ek P = N2Ek / 3V p = 2NEk / V dengan Ek = energi kinetik partikel gas J Dengan mensubstitusikan persamaan umum gas ideal pada persamaan tersebut, maka akan diperoleh hubungan energi kinetik dengan suhu gas sebagai berikut. PV = NkT P = NkT / V = 2/3 . N / V Ek Ek = 3/2 kT dengan T = suhu gas K CONTOH SOAL Tekanan gas dalam tabung tertutup menurun 64% dari semula. Jika kelajuan partikel semula adalah v, tentukan kelajuan partikel sekarang ! Penyelesaian Diketahui P2 = 36% P1 V1 = v Ditanyakan V2 = …. ? Jawaban Kita mengetahui P = Nmv2 / 3V Berarti P = v2 atau akar P = v v1 / v2 = akar P1 / P2 = akar 0,36 P1 / P1 = 0,6 v2 = 1/ 0,6 v1 = 10 / 6 v1 = 5/3 v1 Sejumlah gas berada dalam ruang tertutup bersuhu 327°C dan mempunyai energi kinetik Ek. Jika gas dipanaskan hingga suhunya naik menjadi 627°C. Tentukan energi kinetik gas pada suhu tersebut ! Penyelesaian Diketahui T1 = 327+273 K = 600 K Ek1 = Ek T2 = 627+273 K = 900 K Ditanyakan Ek2 = ….? Jawaban Ek = 3/2 kT Ek = T Ek2 / Ek1 = T2 / T1 Ek1 / Ek2 = 900 / 600 Ek2 = 1,5 Ek1 Ek2 = 1,5 Ek E. Energi dalam Gas Gas terdiri atas partikel-partikel gas, setiap partikel memiliki energi kinetik. Kumpulan dari energi kinetik dari partikel-partikel gas merupakan energi dalam gas. Besar energi dalam gas dirumuskan U = N Ek dengan U = energy dalam gas J N = jumlah partikel F. Prinsip Ekuipartisi Energi Energi kinetik yang dimiliki oleh partikel gas ada tiga bentuk, yaitu energi kinetik translasi, energi kinetik rotasi, dan energi kinetik vibrasi. Gas yang memiliki f derajat kebebasan energi kinetik tiap partikelnya, rumusnya adalah Ek = f/2 kT Untuk gas monoatomik misalnya gas He, Ar, dan Ne, hanya memiliki energi kinetik translasi, yaitu pada arah sumbu X, Y, dan Z yang besarnya sama. Energi kinetik gas monoatomik memiliki 3 derajat kebebasan dan dirumuskan Ek = 3/2 kT Dan untuk gas diatomik missal O2, H2, selain bergerak translasi, juga bergerak rotasi dan vibrasi. Gerak translasi mempunyai 3 derajat kebebasan. Gerak rotasi mempunyai 2 derajat kebebasan. Gerak vibrasi mempunyai 2 derajat kebebasan. Jadi, untuk gas diatomik, energi kinetik tiap partikelnya berbeda-beda. Untuk gas diatomik suhu rendah, memiliki gerak translasi. Energi kinetiknya adalah Ek = 3/2 kT Untuk gas diatomik suhu sedang, memiliki gerak translasi dan rotasi. Energi kinetiknya adalah Ek = 5/2 kT Sedangkan untuk gas diatomik suhu tinggi, memiliki gerak translasi, gerak rotasi, dan gerak vibrasi. Energi kinetiknya adalah Ek = 7/2 kT CONTOH SOAL Satu mol gas ideal monoatomik bersuhu 527°C berada di dalam ruang tertutup. Tentukan energi dalam gas tersebut ! k = 1,38 . 10-23 J/K Penyelesaian Diketahui n = 1 mol T = 527+273 K = 800 K Ditanyakan U = ….? Jawaban U = N Ek U = n NA 3/2 kT = 1 . 6,02 . 1023 . 3/2 .1,38 . 10-23 . 800 = 1 . 104 joule Dua mol gas ideal diatomik memiliki 5 derajat kebebasan bersuhu 800 K. Tentukan energi dalam gas tersebut ! k = 1,38 . 10-23 J/K Penyelesaian Diketahui n = 2 mol T = 800 K f = 5 Ditanyakan U = ….? Jawaban U = f/2 N Ek U = n NA f/2 kT = 2 . 6,02 . 1023 . 5/2 . 1,38 . 10-23 . 800 = 3,32 . 104 joule 1. Gas ideal berada dalam wadah tertutup pada mulanya mempunyai tekanan P dan volume V. Apabila tekanan gas dinaikkan menjadi 4 kali semula dan volume gas tetap maka perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir gas adalah… Pembahasan Diketahui Tekanan awal P 1 = P Tekanan akhir P 2 = 4P Volume awal V 1 = V Volume akhir V 2 = V Ditanya Perbandingan energi kinetik awal dan energi kinetik akhir EK 1 EK 2 Jawab Hubungan antara tekanan P, volume V dan energi kinetik EK gas ideal energi kinetik awal dan energi kinetik akhir 2. Tentukan energi kinetik translasi rata-rata molekul gas pada suhu 57 o C! Pembahasan Diketahui Suhu gas T = 57 o C + 273 = 330 Kelvin Konstanta Boltzmann k = 1,38 x 10 -23 Joule/Kelvin Ditanya Energi kinetik translasi rata- suhu gas Energi kinetik translasi rata- rata 3. Suatu gas bersuhu 27 o C berada dalam suatu wadah tertutup. Agar energi kinetiknya meningkat menjadi 2 kali energi kinetik semula maka gas harus dipanaskan hingga mencapai suhu… Pembahasan Diketahui Suhu awal T 1 = 27 o C + 273 = 300 K Energi kinetik awal = EK Energi kinetik akhir = 4 EK Ditanya Suhu akhir T 2 Jawab Suhu akhir gas adalah 600 K atau 327 o C. 4. 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 27 o C, maka suhu akhir gas ideal tersebut adalah… Pembahasan Diketahui Suhu awal = 27 o C + 273 = 300 Kelvin Kecepatan awal = v Kecepatan akhir = 2v Ditanya Suhu akhir gas ideal Jawab Kecepatan rata-rata akhir = 2 x Kecepatan rata-rata awal 5. Tiga mol gas berada di dalam suatu ruang bervolume 36 liter. Masing-masing molekul gas mempunyai energi kinetik 5 x 10 – 21 Joule. Konstanta gas umum = 8,315 J/ dan konstanta Boltzmann = 1,38 x 10 -23 J/K. Hitung tekanan gas dalam ruang tersebut! Pembahasan Diketahui Jumlah mol n = 3 mol Volume = 36 liter = 36 dm 3 = 36 x 10 -3 m 3 Konstanta Boltzmann k = 1,38 x 10 -23 J/K Energi kinetik EK = 5 x 10 – 21 Joule Konstanta gas umum R = 8,315 J/ Ditanya tekanan gas P Jawab Hitung suhu T menggunakan rumus energi kinetik gas dan suhu Hitung tekanan gas menggunakan rumus hukum Gas Ideal dalam jumlah mol, n Tekanan gas adalah 1,67 x 10 5 Pascal atau 1,67 atmosfir. Soal No. 1 16 gram gas Oksigen M = 32 gr/mol berada pada tekanan 1 atm dan suhu 27 o C. Tentukan volume gas jika a diberikan nilai R = 8,314 J/ b diberikan nilai R = 8314 J/ Pembahasan a untuk nilai R = 8,314 J/ Data R = 8,314 J/ T = 27 o C = 300 K n = 16 gr 32 gr/mol = 0,5 mol P = 1 atm = 10 5 N/m 2 b untuk nilai R = 8314 J/ Data R = 8314 J/ T = 27 o C = 300 K n = 16 gr 32 gr/mol = 0,5 mol P = 1 atm = 10 5 N/m 2 Soal No. 2 Gas bermassa 4 kg bersuhu 27 o C berada dalam tabung yang berlubang. Jika tabung dipanasi hingga suhu 127 o C, 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 Pembahasan Data Massa gas awal m 1 = 4 kg Massa gas tersisa m 2 Massa gas yang keluar dari tabung Δ m = m 2 − m 1 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

partikel partikel gas oksigen didalam tabung tertutup pada suhu 20