TERMOFISIKATEORI KINETIK GAS

Disusun oleh :

Dita Puji Issriza (133224023)

Intan Puji Lestari (133224033)

Zulfi Tegar Reynaldi (133224022)

Muhammad Sulhin (133224025)

Kelas 2013 D

Jurusan Fisika

Teori Kinetik Gas

Teori kinetik gas menghubungkan sifat-sifat makroskopik gas (misalnya, tekanan dan temperatur) dengan sifat-sifat mikroskopik dari molekul-moluekul (misalnya, laju dan energi kineti)

Bilangan Avogadro

Satu mol dari sebuah zat memuat sebanyak bilangan Avogadro) partikel elementer (biasanya atom atau molekul) di mana telah diketahui secara ekperimental . Satu massa molar dari sesuatu zat adalah massa dari satu mol zat tersebut. Besaran ini terkait dengan massa dari sebuah molekul zat itu melalui hubungan

Jumlah mol yang ada di dalam sebuah sampel zat bermassa yang mengandung sebanyak molekul dapat ditentukan dengan rumus :

Gas Ideal

Sebuah gas ideal adalah gas yang tekanannya , volumenya , dan temperatur terkait melalui hubungan

Sifat-sifat gas ideal atom tunggal :

1. Molekul-molekulnya berupa titik massa

2. Gaya Tarik menarik antar molekul tidak ada

3. Gas ini tidak dapat menjadi cair atau padat

Gas-gas tersebut tidak di alam tetapi didekati oleh gas-gas mulia

Kelajuan molekul berbeda bagi satu molekul dengan molekul lain. Oleh karena itu didefinisikan :

• Kelajuan rerata molekul

• Kelajuan akar purata kuadrat

Untuk sebuah molekul dalam waktu menempuh jarak , pada arah sumbu dan dalam dalam waktu tersebut menumbuk bidang ABCD sebanyak kali. Pada setiap kali tumbukan, [perubahan momentum molekul adalah yaitu dari menjadi . Jadi perubahan momentum dalam suatu waktu adalah :

Untuk semua molekul, perubahan momentum menjadi

Besar gaya benturan pada bidang ABCD adalah

Tekanan pada bidang tersebut adalah

Atau

Tenaga kinetic molekul-molekul gas adalah :

Sehingga

Gas ideal mula-mula pada suhu mempunyai tekanan , volume dan mengandung mol gas. Gas memuai pada tekanan tetap dari keadaan (1) sampai keadaan (2) mengikuti hukum Charles, sehingga volume gas menjadi , yaitu

Dengan : = koefisien muai volume gas =

= kenaikan suhu dinyatakan dengan

Hingga dapat ditentukan volume

Kemudian gas mengalami proses isothermal dari keadaan (2) ke keadaan (3) mengikutu hokum Boyle

1 23

p0

p

V(liter)VtVV0

p(atm)

Dari diagram tampak bahwa titik-titik bergantung pada T, maka makin besar T makin besar pula nilai . Akan tetapi untuk suatu nilai T tertentu, nilai adalah sama untuk semua kurva (untuk semua jenis gas)

Jadi, nilai tidak nbergantung pada zat dan ia merupakan konstanta alam yang kemudian disebut sebagai konstanta gas universal

Untuk tekanan rendah p = 0, dapat ditulis menjadi

Persamaan keadaan gas ideal untuk 1 mol gas, karena , maka

Persamaan tersebut memenuhi beberapa syarat tertentu mengenai partikel, yaitu tidak berstruktu dan tidak saling tarik menarik

A (1)0

A (2)0

T2

T1

H2

N2

H2

N2

O2

O2

p (atm)0 40 80 120 160

pV

Temperatur gas ideal

Gambar : Pembacaan thermometer gas volume tetap untuk mengatur pengembunan uap air dan benda yang dingin. Bila gas berbeda-beda dipakai pada pembagian harga

Grafik ini memberikan informasi bahwa walaupun pembacaan thermometer gas volume tetap bergantung pada sifat gas pada harga biasa dari semua jenis gas menunjuk pada temperature yang sama, ketika diturunkan dan mendekati nol.

Jadi kita dapat mendefinisikan temperature gas ideal Ti menurut persaman :

N2

H2

He

g (uap air) = 373,125 K

T(p)

373,20

373,10

373,30

373,40

373,50

373,60

20 40 600 120

N2

H2

He

160,0 K

T (p)

159,70

159,60

159,80

159,90

160,00

16010

20 40 600 120

Gas Sejati (Gas Nyata)

Sifat-sifat gas nyata berbeda dengan sifat-sifat gas sempurna. Molekul-molekul gas nyata tarik menarik dan mempunyai volume. Oleh karena itu, Claussius melakukan koreksi dengan menyatakan bahwa tidak seluruh volume bejana bebas bagi gerakan molekul-molekul gas nyata, sebab molekul-molekul sudah memakan tempat. Koreksi ini adalah volume efektif, molekul-molekul dan disebut kovolume (b), sehingga persamaan dapat ditulis menjadi :

atau

Persamaan ini dikenal sebagai persamaan keadaan Claussius

Tekanan yang dialami dinding bejana disebabkan oleh benturan molekul-molekul gas. Tekanan ini lebih kecil dari , karena molekul-molekul yang membentur itu saling melakukan gaya tarik-menarik. Suku koreksi ini berbanding langsung dengan jumlah molekul yang tertarik (membentur) dan dengan jumlah molekul yang menarik. Jadi, berbading terbalik dengan kuadrat kerapatannya atau berbanding terbalik dengan kuadrat volume jenis, persamaannya dapat ditulis menjadi :

atau

Persamaan ini disebut persamaan Van der Waals

PERSAMAAN KEADAAN

Persamaan keadaan suatu sistem adalah ialah hubungan antara variabel-variabel keadaan atau koordinat termodinamik sistem itu pada suatu keadaan setimbang. Besaran-besaran fisis yaitu p, V, T, dan juga ditentukan massa atau massa jenis merupakan variabel keadaan atau koordinat termodinamik.

Saling ketergantungan variabel-variabel keadaan tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan keadaan sistem yang dapat ditulis,

atau

= jumlah mol, bila jumlah mol adalah 1 ditulis persamaan

PERSAMAAN KEADAAN GAS SEMPURNA (GAS IDEAL)

Secara umum dapat dikatakan bahwa gas ideal adalah gas yang ikatan antar molekul-molekulnya dapat diabaikan.

• untuk n mol

• untuk m kg

Keterangan :

= bobot molekul = massa tiap 1 mol gas

= tetapan gas umum untuk 1 mol yang mempunyai nilai :

dalam satuan yang lain atau

PERSAMAAN KEADAAN GAS NYATA

Pada persamaan tersebut a dan b adalah tetapan, yang disebut tetapan Van der Waals yang mempunyai nilai berbeda untuk gas yang berbeda.

Bidang p.V.T

Gambar (a) proses isothermal gas sempurna (gas ideal)

(b) proses isothermal gas nyata (gas sejati)

Pada gas ideal setiap pemampatan (pengecilan volume) selalu diikuti oleh kenaikan tekanan, dan hal ini sesuai dengan hokum Boyle

Pada gas nyata ketika tekanan masih rendah (volume bernilai besar) penampilan juga diikuti oleh kenaikan tekanan seperti pada gas ideal. Meskipun volume diperkecil, tekanan tidah berubah. Pemampatan lebih lanjut akan diikuti oleh kenaikan tekanan yang besar.

p

v

T4

T3

T2

T1

p

v(a) (b)

Gambar bidang pVT zat

(a) Bidang pVT yang menguncup saat membeku

(b) Bidang pVT yang mengembang saat membeku

Pada kedua gambar ialah jangkauan tertentu variabel-variabel

(a) (b)

Diagram pV menyatakan proses isotermal

Diagram pT menyatakan proses isokhorik

• Garis melting ialah pertemuan antara padat-cair

• Garis vaporization ialah pertemuan antara cair-gas

• Garis sublimation ialah pertemuan antara padat-gas

Tetapan Gas Van der Waals Persamaan Van der Waals

Jika ruas kiri dan kanan dikalikan dengan maka diperoleh:

Selanjutnya didapat persamaan sebagai berikut:

Persamaan derajat tiga dalam , jadi mempunyai tiga akar, yaitu . Pada suhu kritis ketiga akar berimpit.

[𝑝+𝑎𝑣2 ] (𝑣−𝑏 )=𝑅𝑇

Persamaan tersebut mempunyai tiga akar nyata yang sama yaitu . Akan tetapi persamaan derajat tiga dalam yang ketiga akarnya sama dengan

Koefisien pada persamaan tersebut disamakan

Dari ketiga persamaan ini dapat diperoleh :

Persamaan dapat dijabarkan dengan mengingat bahwa isotherm kritis dalam diagram pV di titik kritis mempunyai titik belok dengan garis singgung mendatar sehingga

Persamaan Van der Waals dapat diubah menjadi :

Dengan demikian diperoleh

𝑇 𝑘=8 𝑎27𝑏𝑅

𝑑𝑎𝑛𝑝𝑘=𝑎27𝑏2