TEORI KINETIK GAS

D. MATERI

1. Gas Ideal

Definisi gas secara umum

Definisi gas yaitu suatu keadaaan zat yang molekul-molekulnya dapat

bergerak sangat bebas, dan dapat mengisi seluruh ruangan yang ditempatinya.

Kondisi gas ditentukan oleh tiga faktor yaitu : tekanan, suhu dan volume. 

Sifat gas secara umum :

Gas mudah berubah bentuk dan volumenya

Gas dapat digolongkan sebagai fluida, hanya kerapatannya jauh lebih kecil.

Definisi gas ideal

Pengertian gas ideal adalah keadaan gas yang dianggap sempurna,

memiliki sifat tertentu sehingga dapat diterapkan pada teori kinetik gas. Anggapan

gas ideal harus memenuhi syarat sebagai berikut :

Jumlah partikel gas banyak sekali tetapi tidak ada gaya tarik–menarik

(interaksi) antar partikel

Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang / acak

A. Standar Kompetensi

Menerapkan konsep termodinamika dalam mesin

kalor

B. Kompetensi dasar

3.1 Mendeskripsikan sifat-sifat gas ideal

monoatomik

C. Tujuan pembelajaran

Setelah mepelajari bab ini, diharapkan peserta

didik dapat :

1. Memformulasikan bebarapa hukum tentang gas

Sumber : http://fisikasmasmk.blogspot.com

Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran ruang

Setiap tumbukan yang terjadi adalah tumbukan lenting sempurna

Sumber : http://fisikasmasmk.blogspot.com

Partikel gas terdistribusi merata pada seluruh ruangan dalam wadah

Partikel gas memenuhi hukum Newton tentang gerak baik itu hukum Newton

pertama, Hukum Newton ke-2 juga hukum Newton ke-3 yang biasa disebut

hukum aksi reaksi.

Pada kenyataannya tidak ditemukan gas yang memenuhi syarat-syarat

diatas, hanya bersifat mendekati ideal. Tujuan utama membuat asumsi gas

ideal adalah untuk memudahkan mempelajari gas. Akan tetapi, sifat itu dapat

didekati oleh gas pada temperatur tinggi dan tekanan rendah.

2. Beberapa hukum tentang gas

Hukum Boyle

Bunyi Hukum Boyle :

Jika suhu gas yang berada dalam bejana tertutup

(tidak bocor) dijaga konstan, maka tekanan gas

pV=konstanatau p1V 1=p2V 2

Boyle menemukan bahwa apabila suhu gas dijaga agar selalu konstan,

maka ketika tekanan gas bertambah, volume gas semakin berkurang. Demikian

juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, volume gas semakin bertambah.

Sumber : http://k15tiumb.blogspot.com

Hasil kali tekanan (P) dan volume (V) gas pada suhu tertentu adalah tetap.

Proses seperti ini disebut juga dengan isotermal (terjadi pada temperatur tetap).  

Secara matematis, peryataan diatas dapat ditulis :

dengan :

p = tekanan (N/m2 = Pa)

V = volume (m3)

pV = konstan

T2 > T1

Tidak berlaku

pada uap jenuh

V ∝ 1p

→ T konstan

Grafik isotermal

Grafik ini menyatakan hubungan tekanan

dengan volume pada suhu tetap.

Hukum Gay Lussac

Bunyi Hukum Gay Lussac :

Gay Lussac menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu

konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, maka suhu mutlak gas juga

bertambah. Sebaliknya, ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlaknya juga

berkurang.

Secara matematis, peryataan diatas dapat ditulis :

VT

=konstan atauV 1

T 1

=V 2

T 2

dengan :

V = volume (m3)

T = suhu mutlak gas (K), jika t dalam oC maka T = t + 273

Jika tekanan gas yang berada dalam bejana tertutup

(tidak bocor) dijaga konstan, maka volume gas

p∝T → V konstan

Grafik isobarik

Grafik ini menyatakan hubungan volume dengan suhu

pada tekanan tetap.

Hukum Charles

Bunyi Hukum Charles :

Apabila tekanan gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika suhu mutlak

gas bertambah, maka volume gas juga bertambah. Sebaliknya, ketika suhu mutlak

gas berkurang, volume gas juga berkurang.

Secara matematis, peryataan diatas dapat ditulis :

pT

=konstanataup1

T 1

=p2

T 2

dengan :

p = tekanan (N/m2 = Pa)

T = suhu mutlak gas (K), jika t dalam oC maka T = t + 273

Jika volume gas yang berada dalam bejana tertutup

(tidak bocor) dijaga konstan, maka tekanan gas

V ∝T → p konstan

Grafik isokhorik

Grafik ini menyatakan hubungan tekanan

dengan suhu pada volume tetap.

Hukum Boyle-Gay Lussac

Bunyi Hukum Charles :

Secara matematis, peryataan diatas dapat ditulis :

pVT

=konstan ataup1V 1

T 1

=p2V 2

T 2

dengan :

p = tekanan (N/m2 = Pa)

V = volume (m3)

T = suhu mutlak gas (K), jika t dalam oC maka T = t + 273

3. Hubungan antara massa gas (m) dengan volume (V)

Setiap zat / materi, termasuk juga zat terdiri dari atom – atom atau molekul –

molekul. Karena atom atau molekul mempunyai massa, maka tentunya gas

mempunyai massa.

Ketika kita meniup balon, semakin banyak udara yang masuk, maka semakin

kembung balon tersebut. Dengan kata lain, semakin besar massa gas, semakin besar

Apabila tekanan, volume dan suhu gas dalam suatu

bejana mengalami perubahan, maka berlaku

penggabungan hukum Boyle dan Hukum Gay – Lussac

volume balon. Sehingga bisa disimpulkan bahwa massa gas (m) sebanding dengan

volume gas (V).

4. Pengertian mol dan massa molekul

Mol adalah perbandingan massa (m) suatu partikel

terhadap massa relatifnya (Ar atau Mr). Satu mol zat

adalah banyaknya zat yang mengandung NA molekul

(partikel)

Bilangan Avogadro (NA) = 6,022 X 1023 molekul/mol

atau NA = 6,022 X 1026 molekul/kmol

Massa atom relatif (Ar) perbandingan massa satu

atom unsur terhadap massa atom unsur lain

Contoh :

Ar C = 12

Artinya massa satu atom karbon (C) 12 kali lebih

besar daripada massa satu atom hidrogen

Massa molekul relatif (Mr) adalah jumlah seluruh

massa atom relatif (Ar) dari atom – atom penyusun

unsur atau senyawa tersebut

Hubungan antara bil. Avogadro (NA) , Massa atom

relatif (Ar), Massa molekul relatif (Mr), jumlah partikel

(N) dan mol (n) dirumuskan :

m=n M r atau n= mM r

N=n N A ataun= NN A

V ∝m

Jika pV ∝T

Maka,pV ∝mT

5. Konstanta gas universal

Apabila kita menggunakan jumlah mol (n) untuk menyatakan ukuran suatu zat

maka konstanta erbandingan unttuk setiap gas memiliki besar yang sama. Konstanta

yang dimaksud adalah konstanta gas universal atau konstanta gas umum (R).

6. Persamaan keadaan gas ideal

Besar R tergantung pada satuan – satuan yang

digunakan :

Jika digunakan satuan SI, yaitu p dalam Pa (Nm-2), V

dalm m3, n dalam kmol dan T dalam K. Maka R =

8314 J/kmol K

Jika digunakan satuan CGS, yaitu p dalam atm, V

Persamaan gas ideal dalam besaran massa gas :

pV=nRT ↔ pV= mM r

RT= NN A

RT=NR

N A

T

Dengan R

N A

=k

Persamaan gas ideal dalam besaran banyaknya

partikel N :

pV=NkT

k = tetapan Boltzman, yang bernilai :

k= RN A

= 8314 Jkmol−1 K−1

6 ,022 x 1026molekul /kmol=1 , 38 x10−23 JK−1

Persamaan gas ideal dalam besaran massa jenis gas :

pV= mM r

RT

ρ=mV

=p M r

RT

7. Aplikasi persamaan gas ideal dalam kehidupan sehari-hari

Pada proses pernapasan

Sumber : Asribudiyulianti.blogspot.com

Pada saat menarik napas, otot-otot akan menarik diafragma. Paru-paru

yang mengembang (volume besar) akan menyebabkan tekanan didalam paru-paru

berada dibawah tekanan atmosfer. Hal itu yang menyebabkan udara dapat masuk

ke paru-paru. Ketika otot rileks, maka jaringan paru-paru juga rileks. Paru-paru

yang mengempis (volume kecil) akan menaikkan tekanan dalam paru-paru,

sehingga udara dalam paru-paru keluar.

Kantong udara pada mobil

Sumber : http://www.yousaytoo.com

Persamaan gas ideal menjadi pedoman dalam perancangan gas udara

pengaman yang sekarang banyak digunakan pada mobil-mobil. Dalam suatu

tabrakan, kantong ini mengembang dan berfungsi sebagai bantalan ketikn terjadi

benturan antara pengemudi dengan batang setir. Untuk mengembangkan kantong,

gas nitrogen dipaksa masuk kedalam kantong. Tekanan dan volume serta berapa

banyak jumlah mol nitrogen untuk mengembangkan kantong udara pada suhu

yang sesuai ditentukan dengan persamaan gas ideal n = pV/RT.

CATATAN :

STP adalah Standard Temperature and Pressure. Dalam

bahasa Indonesia, STP artinya Temperatur dan Tekanan

Standar.

Temperatur standar (T) = 0 oC = 273 K

Tekanan standar (P) = 1 atm = 1,013 x 105 N/m2 =

1,013 x 102 kPa = 101 kPa

Dalam menyelesaikan soal-soal hukum gas, suhu alias

temperatur harus dinyatakan dalam skala Kelvin (K)

Apabila tekanan gas masih berupa tekanan ukur, ubah

terlebih dahulu menjadi tekanan absolut.

Tekanan absolut = tekanan atmosfir + tekanan ukur

(tekanan atmosfir = tekanan udara luar)

Jika yang diketahui adalah tekanan atmosfir (tidak ada

tekanan ukur), yang digunakan adalah tekanan

atmosfir

SOAL – SOAL LATIHAN

1. Tekanan gas dalam ruang tertutup:

(1) sebanding dengan suhu gas

(2) berbanding terbalik dengan suhu gas

(3) tidak tergantung pada banyaknya partikel gas

(4) berbanding terbalik dengan volum gas

Pernyataan yang benar adalah….

A. (1), (2) dan (3)

B. (1), (2), (3) dan (4)

C. (1) dan (3)

D. (2) dan (4)

E. (4) saja

Jawaban : E

Berdasarkan persamaan :

pVT

=konstan

pV=nRT

tekanan (p) berbanding terbalik dengan volume, sebanding dengan suhu dan dipengaruhi

oleh banyaknya partikel (n)

2. Jika suatu gas ideal dimampatkan secara isotermik sampai volumenya menjadi

setengahnya, maka …

A. tekanan dan suhu tetap

B. tekanan menjadi dua kali dan suhu tetap

C. tekanan tetap dan suhu menjadi dua kalinya

D. tekanan menjadi dua kalinya dan suhu menjadi setengahnya

E. tekanan dan suhu menjadi setengahnya

Jawaban : B

Diketahui :

V2 = ½ V1

Ditanya : p2 dan T2?

Jawab :

p1V 1

T1

=p2V 2

T2

p1V 1

T1

=

12

V 1

T2

p1

T1

=p2

2T 2

Maka,

p2

T2

=2 p1

T 1

Jadi, perbandingannya, tekanan akhirnya (p2) menjadi 2 kali p1 dan suhu (T) tetap

3. Suatu gas ideal pada tekanan P dan suhu 27oC dimampatkan sampai volumenya setengah

kali semula. Jika suhunya dilipat duakan menjadi 54oC, tekanannya sekarang adalah …

A. 0,25P

B. 0,54P

C. 0,67P

D. 1,75P

E. 2,18P

Jawaban : E

Diketahui :

p1 = P

V2 = ½ V1

T1 = 27oC = 300K

T2 = 54oC = 327K

Ditanya : p2…?

Jawab :

p1V 1

T1

=p2V 2

T2

P V 1

300=

p212

V1

327

p2=327 2300

P

p2 = 2,18P

4. Pada tekanan atmosfer (101 kPa), suhu gas karbon dioksida = 20 oC dan volumenya = 2

liter. Apabila tekanan diubah menjadi 201 kPa dan suhu dinaikkan menjadi 40 oC, hitung

volume akhir gas karbon dioksida tersebut sebesar … L

A. 1 L

B. 1,5 L

C. 1,86 L

D. 2 L

E. 2,24 L

Jawaban : C

Diketahui :

P1 = 101 kPa

P2 = 201 kPa

T1 = 20 oC = 293 K

T2 = 40 oC = 313 K

V1 = 2 liter

Ditanya :

V2 = ?

p1V 1

T1

=p2V 2

T2

1011293

=201V 2

313

V 2=201293

313 1101

V 2=1,86 L

Volume akhir gas karbon dioksida = 1,86 liter

5. Sebanyak 3 liter gas Argon bersuhu 27°C pada tekanan 1 atm( 1 atm = 105 Pa) berada di

dalam tabung. Jika konstanta gas umum R = 8,314 J mol−1 K−1 dan banyaknya partikel

dalam 1 mol gas 6,02 x 1023 partikel, maka banyak partikel gas Argon dalam tabung

tersebut adalah…..

A. 0,83 x 10 23 partikel

B. 0,72 x 10 23 partikel

C. 0,42 x 10 23 partikel

D. 0,22 x 10 23 partikel

E. 0,12 x 10 23 partikel

Jawaban : B

Diketahui :

V = 3 liter = 3 .10-3 m3

T = 27oC = 300K

p = 1 atm = 1 x 105 Pa

R = 8,314 J/mol K

N per mol = 6,02.1023 Partikel

Ditanya : N dalam tabung?

Jawab :

pV=nRT

n= pVRT

n=1 x105. 3 x10−3

8,314.300

n=0,12 mol

Maka, N dalam tabung adalah

Ntabung = n.Nper mol

= 0,12 x 6,02.1023

= 0,72.1023 partikel

6. Pada keadaan normal (T = 0°C dan p = 1 atm), 4 gram gas oksigen O2 (berat molekul M =

32 g/mol) memiliki volum sebesar (R = 8314 J/kmol K; 1 atm = 105 N/m2) …

A. 1,4 x 10−6 m3

B. 2,8 x 10−3 m3

C. 22,4 x 10−3 m3

D. 2,8 m3

E. 22,4 m3

Jawaban :

Diketahui : B

T = 0°C = 273 K

p = 1 atm = 105N/m2

m O2 = 4 gram

Mr = 32 g/mol

R = 8314 J/kmol K

Ditanya : V?

Jawab :

pV=nRT

pV= nM r

RT

105 .V = 432

.8314 .273

V= 4.8314 .273

32. 105

V=2,8 L

V=2,8.10−3m3

UJI KOMPETENSI

1. Gas ideal yang berada dalam suatu bejana dimampatkan (ditekan), maka gas akan

mengalami….

A. penurunan laju partikel

B. penurunan suhu

C. kenaikan suhu

D. penambahan volume

E. penambahan tekanan

Jawaban : E

Berdasarkan persamaan :

pVT

=konstan

Jika gas dimampatkan berarti volume menjadi kecil, tekanan (p) berbanding terbalik

dengan volume sehingga ketika volume kecil, maka tekanannya akan bertambah.

2. Dalam gambar, volume tabung B sama dengan 2 kali volume tabung A.

Sistem tersebut diisi dengan gas ideal, volume tabung B dua kali volume tabung A.

Jumlah molekul sama dengan N dalam tabung A dan 3N dalam tabung B. Bila gas dalam

A bersuhu 300 K maka dalam tabung B suhu gas adalah …

A. 100 K

B. 150 K

C. 200 K

D. 450 K

E. 600 K

Jawaban : C

Diketahui :

VB = 2 VA

NA = N

NB = 3N

TA = 300K

Ditanya : TB…?

Jawab :

pV=nRT

pV= NN A

RT

p= NRTN A V

Maka,

pA=pB

N A T A

N AvV A

=N B T B

N AvV B

N A T A

V A

=N BT B

V B

N .300V A

=3 N .T B

2 V A

T B=300.2

3

T B=200 K

3. Suatu gas ideal mula-mula menempati ruang yang volumenya V dan tekanan P. Jika suhu

gas menjadi 5/4  T dan volumenya menjadi 3/4  V, maka tekanannya menjadi …

A. 3/4 P

B. 4/3 P

C.  3/2 P

D.  5/3 P

E. 2 P

Jawaban : D

Diketahui :

p1 = P

V2 = 34

V1

T2 = 54

T1

Ditanya : p2?

Jawab :

p1V 1

T1

=p2V 2

T2

P V 1

T1

=p2

34

V 1

54

T1

p2=53

P

5. Balon cuaca yang diisi dengan helium mempunyai volume 1,0 x 104 L pada 1,00 atm dan

30 °C. Balon ini sampai ketinggian yang tekanannya turun menjadi 0,6 atm dan suhunya -

20°C. Berapa volume balon sekarang? Andaikan balon melentur sedemikian sehingga

tekanan di dalam tetap mendekati tekanan di luar.

A. 1,6 x104 L

B. 2 x104 L

C. 2,6 x104 L

D. 3 x104 L

E. 4 x104 L

Jawaban : A

Diketahui :

V1 = 1,0 x 104 L

p1 = 1,00 atm

T1 = 30 °C = 303 K

p2 = 0,6 atm

T2 = 20°C = 293 K

Ditanya : V2?

Jawab :

p1V 1

T1

=p2V 2

T2

1. 1,0 x104

303=

0,6 .V 2

293

V 2=293.1 .1,0 x 104

303.0,6

V 2=1,6 104 L

6. Sebuah tangki berisi 4 liter gas oksigen (O2). Suhu gas oksigen tersebut = 20 oC dan

tekanan terukurnya = 20 x 105 N/m2. Tentukan massa gas oksigen tersebut (massa

molekul oksigen = 32 kg/kmol = 32 gram/mol)

A. 0,1 kg

B. 1 kg

C. 1,3 kg

D. 1,5 kg

E. 1,7 kg

Diketahui :

V = 4L = 4.10-3 m3

T = 20 oC = 293K

P = 20 x 105 N/m2

Mr = 32 kg/kmol = 32 gram/mol

Ditanya m?

Jawab :

pV= mM r

RT

m=pV M r

RT

m=20. 105 .4 .10−3.328314.293

m=0,1 kg

7. Massa jenis suatu gas ideal pada suhu T dan tekanan P adalah ρ. Jika tekanan gas itu

menjadi 2p dan suhunya diturunkan menjadi 0,5T. Massa jenis zat itu menjadi …

A. 0,5ρ

B. ρ

C. 2ρ

D. 4ρ

E. 6ρ

Jawaban : D

Diketahui :

T1 = T

p1 = P

ρ1= ρ

P2 = 2P

T2 = 0,5T

Ditanya : ρ2?

Jawab :

ρ1T 1

p1

=ρ2T 2

p2

ρ2=ρ1 T1 p2

p1T 2

ρ2=ρ . T .2PP .0,5 T

ρ=4 P

8. Gas hidrogen mula-mula bertekanan 10 atm. Jika 2/5 bagian massa keluar, tekanan gas

sekarang adalah …

A. 2 atm

B. 4 atm

C. 6 atm

D. 10 atm

E. 25 atm

Jawaban : E

Diketahui :

p1 = 10 atm

n2 = 2/5 n1

Ditanya : p2?

Jawab :

p1

n1

=p2

n2

p2=10. n25

n

p2=25 atm