Gas Nyata

GAS NYATA

v  PENYIMPANGAN HUKUM GAS IDEAL

Hukum gas ideal, PV = nRT merupakan contoh sederhana suatu persamaaan kedaan yang menghubungkan tekanan, suhu, jumlah bahan kimia dan volume. Berdasarkan sifat dan prilakunya, molekul-molekul gas ideal bergerak ke segala arah dalam suatu ruangan sehingga terjadi tumbukan antar partikel dengan wadah dimana tumbukannya bersifat lenting sempurna. Selain itu juga pada gas ideal, tidak terdapat gaya tarik menrik antar molekul dan volume molekulnya sangat kecil, bahkan dapat diabaikan. Berbeda dengan gas ideal, volume molekul gas nyata tidak dapat diabaikan. Adanya interaksi atau gaya tarik menarik antar molekul gas nyata yang sangat kuat, menyebabkan gerakan molekulnya tidak lurus, dan tekana ke dinding menjadi kecil, lebih kecil daripada gas ideal.

Adanya perbedaan sifat antara gas`ideal dengan gas nyata menyebabkan persamaan tau hukum gas`ideal tidak dapat digunakan untuk gas`nyata pada kondisi tertentu. Pada kenyataannya gas` yang kita jumpai yakni gas gas alam, tidak secara ketat mengikuti hukum gas ideal. Gas nyata hanya mengikuti persamaan gas ideal hanya pada suhu dan tekanan standar, sedangkan pada keadaan suhu dan tekanan tinggi, gas nyata tidak mengikuti persamaan gas`ideal.

Penyimpangan persamaan gas`ideal muncul dalam berbagai bentuk, antara lain : 

a).

Gambar 1

                                                                                                                          

Keterangan : apabila gas didinginkan ( semakin rendah suhu), isipadunya mengecil lebih    rendah dari nilai Charles, kemudian bahan tersebut akan terkondensasi, sedangkan untuk gas yang bersifat unggul, maka akan mematuhi hukum Charles V/T =konstan dan mengikuti garis lurus (menunjukkan prilaku gas ideal ).

b).

              Gambar 2a                          Gambar 2b.

Apabila gas bertekanan semakin tinggi, maka semakin kecil jarak intermolukulnya sehingga semakin jauh atau semakin besar` deviaasinya dari prilaku gas`ideal seperti ditunjukkan pada Gambar 2a dan Gambar 2b.  hal ini tidak sesuai dengan hukum Boyle. Hukum Avogadro pun tidak dapat dipegang secara  ketat pada tekanan menengah.

Pada tekanan atmosfer, hukum gas ideal memuaskan atau sesuai untuk kebanyakan gas, tetapi untuk beberapa (misalnya uapaiar dan amonia) ada penyimpangan sebesar 1 sampai 2%. Penyimpangan ini disebut faktor ketermampatan kompresibilitas (Z), dengan persamaan

           Z=PV/nRT

Dengan perubahan suhu dan tekanan seperti yang telah disebutkan, maka Z ≠ 1. Artinya pada kondisi tertentu Z bisa kurang ataupun lebih dari satuy. Ini menunjukkan penyimpangan hukum gas ideal.

Ø  Persamaan keadaan Van der Waals

Untuk memperbaiki keadaan gas ideal pada suhu dan tekanan tertentu, maka pada tahun 1873, fisiskawan belanda, Johanes diderik Van der Waals mengusulkan persamaan keadaan gas yang dikenal dengan persamaan Van der Waals. Ia memodifikasi persamaan gas ideal dengan cara menambahkan faktor koreksi pada volume dan tekanan.

Volume memerlukan faktor koreksi karena partikel-partikel gas nyata mempunyai volume yang tidak dapat diabaikan, sehuingga Van der Waals mengurangi volume gas terukur dengan volume efektif total molekul-molekul gas sebesar nb dengan tujuan untuk memperhitungkan ukuran partikel-partikel gas.

V_ideal = V_eks – nb

V_ideal = volume gas`ideal

V_eks =volume yang terukur pada waktu percobaan

n= jumlah mol gas

b= konstanta Van der Waals

• Faktor koreksi yang kedua yaitu pada tekanan

Gambar 3.

Pada gambar tersebut terlihat perbedaan sifat antara sebuah molekul gas yang terdapat di dalam gas (A) dengan sebuah molekul lain yang hampir bertumbukan dengan dinding wadah. Gaya tarik menarik molekul A samna untuk ke segala arah sehuingga akan saling menghilangkan. Sedangkan molekul B hampir bertubukkan dengan dinding sehingga gaya tarik menarik antar molekul gas tersebut dengan molekul lain cenderung dapat menurunkan momentum molekul gas tersebut ketika bertumbukkan dengan dinding dan akibatnya akan mengurangi tekanan gas tersebut. Oleh karena itu, tekanan gas tersebut akan lebih kecil daripada tekanan gas ideal karena pada gas ideal dianggap tidak terjadi gaya tarik menarik antar molekul.

Makin besar jumlah molekul persatuan volume, makin besar jumlah tumbukan yang dialami oleh dinding wadah serta makin besar pula gaya tarik menarik yang dialami oleh molekul-molekul gas yang hampir menumbuk dinding wadah. Karena itu, faktor koreksi untuk tekanan adalah a(n₂/V₂) dimana a=konstanta dan n=jumlah mol gas.

Dengan memasukkan kedua faktor koreksi tersebut ke dalam persamaan gas ideal, maka diperoleh persamaan Van der Waals :

[P + (n²a/V²)] (V – nb) = nRT

P  = tekanan absolut gas (atm)

V  =volume spesifik gas (liter)

R  = konstanta gas (0,082 L.atm/mol atau 8,314J/Kmol)

T  =suhu /temperatur absolut gas (K)

n  =jumlah mol gas

a,b =konstanta Van der Waals

tabel beberapa nilai konstanta Van der Waals a dan b:

gas	a (atm dm6 mol-2)	b (atm dm6 mol-2)
He	0,0341	0,0237
Ne	0,2107	0,0171
H2	0,244	0,0266
NH3	4,17	0,0371
N2	1,39	0,0391
C2H	4,47	0,0571
CO2	3,59	0,0427
H2O	5,46	0,0305
CO	1,49	0,0399
Hg	8,09	0,0170
O2	1,36	0,0318

Bila dibandingkan dengan persamaan gas ideal, persamaan Van der Waals ini dapat digunakan pada gas nyata denga besaran suhu dan tekanan yang lebih besar. Disamping itu juga persamaan Van der Waals juga dapat menjelaskan penyimpangan gas nyata dari gas ideal. Namun walaupun demikian, persamaan Van der Waals ini belum dapat secara sempurna menggambarkan sifat0sifat gas sehingga digunakan persamaan lain yang dikenal persamaan Virial.

Ø  Persamaan Virial

Persamaan virial dapat dirumuskan sebagai berikut :

Dari persamaan di atas terlihat bahwa apabila konstanta Virial mempunyai nilai yang dapat diabaikan ,maka persamaan diatas menjadi persamaan gas ideal. Pada tekanan 1 atm, nalai B>>C>>D dan seterusnya sehingga pada tekanan yang rendah hanya nilia B yang berperan. Pada tekanan yang lebih tinggi, koefisien C,D, dst menjadi semakin besar sehingga harus dimasukkan ke dalam persamaan. Nilai-nilai B,C,D dst harus diperoleh dari percobaan dan berbeda dengan konstanta pada persamaan Van dxer Waals. Tidak terdapat hubungan yang jelas antara besaran B,C,D dengan sifat-sifat miolekular, tetapi persamaan Virial ini dapat digunakan untuk mengetahui secara jelas mengenai sifat-sifat gas nyata secara tepat.

Untuk melengkapi kekurangan pada kedua persamaan di atas maka digunakan persamaan tiga persamaan keadaan yang lain yaitu :

1.         Persamaan Berthelot

P  =

2.         Persamaan Dieterici

P  = 

3.         Persamaan Virial

P  = 

4. Persamaan Redlich-Kwong

persamaan Redlich-Kwong adalah persamaan dua-konstanta yang dianggap paling baik oleh banyak pihak. Persamaannya yaitu :

Persamaan ini yang diajukan pada tahun 1949bersifat empiris dan tidak memilki pembuktianyang menyeluruh dalam argumentasi molekul. Persamaan Redlich-Kwongbersifat ekplisit untuk tekanan tetapi tidak untuk volume spesifik maupun temperature.

Walawpun persamaan Redlich-Kwong lebih sulit untuk dimanipulasi secara matematis dibandingkan persamaan Van der Waals, tapi persamaan ini lebih akurat, terutama pada tekanan tinggi. Persamaan Redlich-Kwong dua konstanta memberikan hasil yang lebih baik daripada beberapa persaman keadaan yang lain yang memeliki konstanata yang dapat diubah-ubah.walawpu demikian persamaan dua-konstanta ttap hanya memberikan nilaiakurasi yang terbatas apabila tekanan (atau kerapatan ) ditingkatkan.

v  Hukum atau persamaan keadaan gas nyata lainnya yang dapat digunakan yaitu :

• Hukum Boyle (Hubungan antara volume dan tekanan gas (suhu gas konstan))

Robert Boyle (1627-1691) melakukan eksperimen alias percobaan untuk menyelidiki hubungan kuantitaif antara tekanan dan volume gas. Percobaan ini dilakukan dengan memasukan sejumlah gas tertentu ke dalam sebuah wadah tertutup. Sampai pendekatan yang cukup baik, om obet 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. Istilah kerennya tekanan gas berbanding terbalik dengan volume gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Boyle. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

P₁V₁=P₂V₂

Arti dari persamaan 1 adalah : pada suhu (T) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, apabila tekanan gas bertambah, maka volume gas berkurang atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka volume gas bertambah, sehingga hasil kali antara tekanan dan volume selalu konstanCatatan :

§  Hukum Charles (Hubungan antara suhu dan volume gas (tekanan gas bernilai tetap))

Seorang ilmuwan berkebangsaan Perancis yang bernama Jacques Charles (1746-1823) menyelidiki hubungan antara suhu dan volume gas. Berdasarkan hasil percobaannya, ia menemukan bahwa apabila tekanan gas selalu konstan, maka ketika suhu gas bertambah, volume gas pun bertambah. Sebaliknya ketika suhu gas berkurang, volume gas pun  berkurang atau V/T= konstan sehingga secara matenatis dapat ditulis sebagai baerikut:      

                                                            V₁/T₁  =  V₂/T₂

Arti dari persamaan 1 adalah : pada tekanan (P) konstan, apabila suhu mutlak (T) gas berubah maka volume (V) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara suhu mutlak dan volume selalu konstan. Dengan kata lain, jika suhu mutlak gas bertambah, maka volume gas juga bertambah atau sebaliknya jika suhu mutlak gas berkurang maka volume gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara suhu dan volume selalu konstan.

§  Hukum Gay-Lussac(Hubungan antara Tekanan gas dan Suhu gas (volume gas bernilai tetap)

. Berdasarkan percobaan yang dilakukannya, Gay-Lussac menemukan bahwa apabila volume gas dijaga agar selalu konstan, maka ketika tekanan gas bertambah, suhu mutlak gas pun ikut2an bertambah. Demikian juga sebaliknya ketika tekanan gas berkurang, suhu mutlak gas pun ikut2an berkurang. Istilah kerennya, pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlak gas. Hubungan ini dikenal dengan julukan Hukum Gay-Lussac. Secara matematis ditulis sebagai berikut :

P₁/T₁=P₂/T₂

Arti dari persamaan 1 adalah : pada volume (V) konstan, apabila tekanan (P) gas berubah maka suhu mutlak (T) gas juga berubah sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu mutlak selalu konstan. Dengan kata lain, jika tekanan gas bertambah, maka suhu mutlak gas juga bertambah atau sebaliknya jika tekanan gas berkurang maka suhu mutlak gas juga berkurang, sehingga hasil perbandingan antara tekanan dan suhu selalu konstan.

Perlu diketahui bahwa hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac memberikan hasil yang akurat apabila tekanan dan massa jenis gas tidak terlalu besar. Di samping itu, ketiga hukum tersebut juga hanya berlaku untuk gas yang suhunya tidak mendekati titik didih. Berdasarkan kenyataan ini, bisa disimpulkan bahwa hukum Boyle, hukum Charles dan hukum Gay-Lussac tidak bisa diterapkan untuk semua kondisi gas. Namun hukum Boyle, Hukum Charles dan hukum Gay-Lussac tidak bisa berlaku untuk semua kondisi gas nyata.

DAFTAR PUSTAKA

Atkins, P.W. 1986.Physical Chemistry Third Edition.Oxford:Oxford Univeristy Press.

Bird, Tony.1987.Kimia Fisika untuk Universitas.Jakarta:Gramedia.

Dogra,S.K dan Dogra S.1990.Kimia Fisika dan Soal-Soal.Jakarta:UI Press.

Http/gasidealdangasnyata-Chem-is-try-Org-SituskimiaIndonesia.com

        Diambil pada tanggal10 September.Waktu:11.45 WITA.

Tim Penyusun.2004.Kimia 1a SMA.Klaten:PT Intan Pariwara.

Teori Kinetika Gas Ideal

Teori kinetika gas, didasarkan pada 3 asumsi :

1. Volume molekul-molekul gas dapat kita abaikan karena diameter rata-rata partikel relatif jauh lebih kecil daripada jarak bebas rata-rata antara partikel-partikel gas.
2. Molekul-molekul gas bergerak secara acak ke segala arah. Molekul-molekul itu bergerak lurus kecuali bila terjadi tumbukan baik dengan molekul lain atau dengan atau dengan dinding wadah.
3. Tumbukan yang terjadi lenting sempurna, artinya energi kinetik partikel tidak berubah menjadi bentuk energi lain seperti vibrasi pertikel misalnya.
4. Energi kinetik gas berbanding langsung dengan volume.

Tekanan yang dikenakan oleh suatu gas adalah akibat tumbukan molekul-molekul pada dinding batas.

kelajuan molekul gas, v

-- terdiri daripada komponen-komponen kelajuan dalam arah x, y dan z   Þ  vx,   vy,  vz

                                                            z

 

                                                                       v

                                                                        v_z

                                       x                    v_y           v_x          y

Diketahui bahwa:              v²  =  v_x²  + v_y²  +  v_z²

atau                 v  =  (v_x²  + v_y²  +  v_z²)^½                                     (1)

Kelajuan rata-rata pangkat dua ialah

     (2)

di mana  N = bilangan molekul

Anggaplah   = =

            \     =  3   Þ       =         (3)

(sama juga bagi v_y dan v_z)

Kita andaikan satu molekul gas yang bermassa m, bergerak dalam sebuah kubus dengan laju v_x yang searah dengan sumbu x. Molekul ini menumbuk dinding kanan dan memantul balik dengan laju –v_x. Kita tujukan perhatian kita pada salah satu komponen kecepatan saja yaitu yang searah dengan koordinat x.

                               mv

                                                      -mv

    F      = 

            =

            =  

                        = 

               P  = 

(A = luas dinding, V = volume kubus)

Andaikan dalam kubus itu ada N molekul dan tumbukan berlaku ke semua arah dengan laju rata-rata  maka 

P_x =    ;    P_y =   ;    P_z =    

Dari (3),   = = =   jika P_x = P_y = P_z = P

     \          P  =        

atau                                         PV  =                                (4)

 

atau                                         PV   =                                (5)

 disebut laju rata-rata pangkat dua. Oleh karena ia hanya bergantung kepada suhu, maka pada suhu tetap,

PV  =  konstan    Þ  Hukum Boyle

energi Kinetik rata-rata

Bagi 1 molekul:      

Bagi N molekul:                                                             (6)

Bagi N_A molekul (1 mol) :     =          (7)

Hubungan tekanan dan volume dengan energi kinetik

Dari (6),                                   PV  = 

                                          = 

 

\                    

PV   =                           (8)

Suhu dan Energi Kinetik Partikel Gas

Berdasarkan persamaan (8) di atas dan persamaan gas ideal      

=

Berdasarkan persamaan diatas terlihat bahwa energi kinetik gas berbanding lurus dengan suhu dan tidak bergantung pada volume maupun banyak pertikel gas. Sehingga dalam hal ini kita dapat menentukan besar kecepatan rata-rata sedangkan besar kecepatan efektifnya (root mean square) adalah akar dari kuadrat kecepatan rata-rata. Telah diketahui bahwa dan persamaan . Apabila kedua persamaan disubtitusikan, maka diperoleh

dalam hal ini

Jadi

Contoh Soal :

Berapa km/jam laju rata-rata sebuah molekul H₂ yang bersuhu 30°C?

           

                    = 1943.9 m/det

             1 m/det = 3.6 km/jam

             jadi  6998.0 km/jam

             (atau ≈ 7000 km/jam)

Suatu gas dapat juga mengalami difusi melalui rongga. Difusi gas yaitu perpindahan molekul gas dari konsentrasi besar ke konsentrasi kecil sampai konsentrasinya sama. Waktu yang diperlukan oleh suatu gas untuk difusi berbanding lurus dengan berat molekul gas tersebut sehingga makin tinggi berat molekul suatu gas maka waktu yang diperlukan untuk difusi makin lama. Teori difusi gas ini bisa digunakan untuk mengukur berat molekul suatu gas.

Laju Efusi

Jika gas pada tekanan p dan temperatur T dipisahkan dari ruang vakum dengan lubang yang sangat kecil, maka laju keluarnya molekul sama dengan laju pembentukan molekul pada luas lubang itu. Jadi jika luar lubang : A_o, jumlah molekul yang keluar per satuan waktu adalah :

Z_wA_o = pA_o / (2pmkT)^1/2

Kenyataan bahwa sisi sebelah kanan sebanding dengan 1/m^1/2 merupakan asal usul hukum efusi Graham yaitu bahwa laju efusi berbanding terbalik dengan kuadrat akar massa molar.

Contoh :

Hitung suhu dinding luar pesawat ruang angkasa yang memasuki atmosfer bumi dengan kecepatan 8,2 km/detik. Suhu udara pada ketinggian 65 km di atas permukaan bumi, dimana terjadi pemanasan yang maksimum) adalah -23 derajat celcius. Asumsikan komposisi atmosfer pada ketinggian tersebut sama dengan komposisi udara pada permukaan bumi.

Penyelesaian :

Jika kita asumsikan roket tidak bergerak, maka laju partikel-partikel gas pada ketinggian 65 km dari permukaan bumi dapat dicari dengan persamaan :

c_rms = 3RT / M = (3kT / m)

Jika berat molekul rata-rata udara = 0.029 kg/mol

Maka :

Jadi laju partikel terhadap roket jika roket tidak bergerak adalah sebesar 4.6 x 10² m/detik. Dalam hal seperti di atas (roket tidak bergerak) roket akan mencapai keseimbangan termal dengan partikel – partikel gas tersebut dan suhunya akan menjadi 250 K.

Tetapi kita ketahui bahwa roket bergerak dengan kecepatan 82 x 10² m/detik, sehingga kecepatan relatif maksimum antara roket dengan partikel – partikel gas akan menjadi :

 c_rel       = (82 + 4.6) x 10² m/det

            = 86.6 x 10² m/det.

Dengan memasukkan nilai ini ke dalam rumus c_rms, maka didapat : t = (m/3r) c² = 0.029 / 3 (8.314) x (86.6 x 10²)² = 8.7 x 10⁴ K.

            Jadi menurut teori kinetik gas, suhu dinding luar pesawat ruang angkasa aakn mencapai suhu 8700 K. Pada kenyataannya dinding luar pesawat angkasa tidak akan mencapai suhu setinggi itu karena asanya efek lain. Molekul – molekul gas akan terpantul dari dinding luar pesawat ruang angkasa dan akan bertumbukan dengan partikel – partikel gas lain di muka pesawat ruang angkasa tersebut. Partikel – partikel gas yang terpantul tersebut akan terbawa di depan pesawat ruang angkasa sehingga partikel – partikel gas lain tidak bertumbukan dengan dinding pesawat melainkan dengan partikel – partikel gas yang terbawa di muka pesawat tersebut. Sebenarnya pada titik inilah suhu yang sangat tinggi tersebut akan terjadi dan biasanya yang akan terurai membentuk plasma panas dan shock wave berbentuk kerucut yang memancarkan energi panas. Untuk partikel seperti meteorit, shock wave tidak terbentuk karena ukuran objek kecil. Dalam hal ini, meteorit akan terbakar dan menguap pada atmosfer bagian atas serta menghasilkan cahaya terang yang tampak di langit pada waktu malam.

Tumbukan antar Molekul Gas

Dengan menganggap partikel gas mempunyai volume dan ukuran tertentu, kita dapat mengembangkan teori kinetik gas untuk menghitung tumbukan antar molekul – molekul gas. Hal di atas dapat dilakukan dengan menganggap bahwa partikel – partikel gas terdiri dari bola – bola yang keras, licin, berdiameter d, dan bermassa m. Karena partikel – partikel gas keras dan licin, maka dalam setiap tumbukan antara partikel – partikel gas tersebut energi kinetik dan momentum partikel tidak berubah atau dengan kata lain bersifat lenting sempurna.

Anggapan bahwa partikel – partikel gas mempunyai volume tertentu memungkinkan kita untuk menurunkan sebuah persamaan untuk menghitung jumlah tumbukan per satuan waktu yang dialami oleh sebuah partikel gas. Selain itu juga kita dapat menentukan jarak rata – rata yang ditempuh oleh partikel sebelum partikel bertumbukan dengan gas lain.

Suatu tumbukan terjadi apabila permukaan dua partiekl saling bersentuhan pada suatu titik. Pada keadaan ini jarak antara kedua pusat partiekl tersebut adalah d dimana d adalah diameter sebuah partikel gas.

            Andaikan kita mempunyai N partikel gas dalam sebuah wadah yang bervolume V. Dan kita memiliki sebuah partikel A yang memiliki laju rata – rata c; setelah t detik. Partikel ini akan bergerak sejauh ct. Semua partikel gas lain yang terletak pada jarak d atau kurang dari pusat partikel A ini akan mengalami tumbukan dengan partikel A ini. Dengan kata lain, banyaknya partikel gas yang bertumbukan dengan partikel A akan terletak dalam silinder seperti volume silinder biasa dinamakan pula sebagai volume "tumbukan".

Volume silinder = pd²ct. Karena jumlah partikel per satuan volume = N/V, maka jumlah partikel di dalam silinder = (N/V) pd²ct dan jumlah tumbukan per satuan waktu = pd²c.

            Faktor yang paling penting dalam tumbukan adalah laju relatif yaitu laju molekul yang satu relatif terhadap laju molekul yang ditumbuknya. Tumbukan yang sering terjadi atau disebut tumbukan "rata – rata" berlangsung dengan sudut 90^o. hal ini berarti laju relatif dua partikel gas yang bertumbukan tersebut adalah .

Dengan mensubstitusikan nilai ini ke dalam persamaan di atas, akan diperoleh jumlah tumbukan yang dialami oleh sebuah partikel gas per satuan waktu per satuan volume (Z_A) sebagai berikut :

           

Karena itu, jumlah total tumbukan Z_AA adalah :

           

 

                    d

            Gerakan partikel gas A dan volume "tumbukan" gas A (volume "tumbukan" = volume silinder)

            Pembagian dengan angka 2 tujuannya adalah agar kita tidak menghitung satu tumbukan dua kali. Persamaan ini hanya berlaku untuk suatu gas tunggal dengan asumsi bahwa tumbukan yang melibatkan tiga partikel sekaligus tidak terjadi.

            Sekarang jarak bebas rata – rata L, yaitu jarak rata – rata yang ditempuh partikel sebelum bertumbukan dengan partikel lain dapat diperoleh dengan jalan membagi laju rata – rata Z_A, sehingga akan diperoleh :

           

Untuk tumbukan dua jenis gas yang berbeda persamaannya yaitu :

           

           

d_A = diameter partikel A

d_B =diameter partikel B

m_A = massa partikel A

m_B = massa partikel B

n_A = jumlah partikel A

n_B = jumlah partikel B

NAMA: FATMAWATI

     FOVI FAUZIAH

DISTRIBUSI KECEPATAN MOLEKULER GAS

Distribusi kecepatan molekuler gas menyatakan tentang adanya pergerakan molekul gas kesegala arah. Dimana jumlah molekul yang bergerak mempengaruhi distribusi kecepatan, pada penyeban laju-laju partikel gas yang telah dipelajari oleh Maxwell dan boltzman. Pada teori Maxwell dan boltzman menyatakan bahwa partikel-artikel gas yng bergerak tidak hanya berinteraksi satu sama lain melainkan partikel-partikel tersebut bergerak bebas dan bertubrukan. Selain itu maxwell dan boltzman menyatakan adanya fungsi distribusi yang menyatakan pada setiap arah kecepatan, terdapat kecepatan yang berbeda sehingga jumlah molekul dan komponen kecepatan tiap molekul berbeda-beda yang dinyatakan dalam

dN/N = Fraksi partikel yang bergerak dengan laju diantara C dan C+ dC

m= massa satu partikel gas

T=Suhu dalam satuan Kelvin

Pada distribusi kecepatan molekuler gas dijelaskan pula factor-faktor yang dapat mempengaruhi pergerakan molekul. Faktor tersebut antara lain adalah suhu atau panas. Bagi setiap kecepatan terdapat sejumlah molekul tertentu yang berbeda , dimana setiap molekul ini apabila diberikan panas yang berbeda akan memberikan hasil distribusi kecepatan yang berbeda pula.

            Pada kecepatan molekuler gas dengan adanya panas, molekuler gas bergerak kesegala arah dan dari pergerakan ini kita dapat mengetahui distribuís kecepatan molekul pada arah pergerakan tertentu. Berdasarkan asumsi tentang sifat acak molekul gas, diketahui bahwa molekul-molekul gas memiliki kecepatan yang berbeda-beda atau dengan kata lain memiliki distribusu kecepatan.

Perhatikan kurva distribusi kecepatan berikut:

Dari kurva diatas kita dapat mengetahui bahwa pada suhu yang berbeda akan memberikan ditribusi kecepatan yang berbeda pula. Pada suhu rendah seperti suhu ruang pola distribusi partikel gas memperlihatkan  pola yang langsing yang berarti kerapatan molekul semakin tinggi yang menyebabkan kecepatannya rendah  dan pergerakannya semakin melambat karena pada kondisi ini ruang gerak molekul-molekul tersebut begitu sempit yang menyebabkan molekul-molekul tersebut tidak bebas bergerak sehingga pada suhu rendah dikatakan tidak memiliki distribusi kecepatan. Sedangkan pada suhu tinggi, kurva terlihat lebar yang menunjukkan kerapatan molekul yang rendah sehingga molekul-molekul tersebut dapat bergerak bebas kesegala arah karena pada kondisi ini molekul-molekul tersebut memiliki ruang gerak yang luas dan menyebabkan kecepatan laju molekul semakin tinggi atau pada kondisi ini molekul-molekul dikatakan memiliki kecepatan yang berbeda atau memiliki distribusi kecepatan. Jadi dari kurva diatas kita dapat mengetahui pengaruh suhu terhadap pergerakan molekul yaitu ketika suhu rendah, pergerakan molekul semakin lambat sebaliknya ketika suhu tinggi pergerakan molekul semakin cepat.

            Selain itu distribusi kecepatan juga dipengaruhi oleh banyaknya molekul atau atom yang bergerak dengan kecepatan yang bermacam-macam kesegala arah. Adanya pergerakan molekul kesegala arah menyebabkan adanya tubrukan antarmolekul. Tubrukan antarmolekul ini semakin sering apabila pergerakan molekul semakin cepat. Sehingga pada kondisi ini kemungkinan atau peluang untuk molekul saling bertubrukan sangat besar. Kondisi ini hanya  terjadi pada saat temperaturnya tinggi. Sehingga dari pernyataan diatas laju fraksi molekul pada suhu tertentu dapat diketahui dengan menggunakan rumus:

           

Dengan rumus diatas kita dapat mengetahui hubungan kecepatan standar molekul pada temperatur tertentu sedangkan untuk mengetahui kecepatan efektif suatu molekul dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

                  dengan m= massa molekul

Pada distribusi molekuler gas yang bergerak dengan adanya jumlah yang banyak dan bergerak pada arah yang berbeda pula, maka kita dapat menghitung kecepatan rata-rata molekul gas pada suhu tertentu yakni dengan menggunakan rumus:

             

Sehingga dengan rumus ini kita dapat menghitung kecepatan rata-rata sejumlah molekul tertentu yang bergerak dengan kecepatan yang berbeda-beda.

            Keseluruhan teori diatas telah dibuktikan oleh maxwell-boltzman secara eksperimental dengan menggunakan intensitas seberkas sinar molekuler partikel gas dengan menggunakan sebuah selektor kecepatan yang dapat menentukan ditribusi laju molekuler. Mekanisme percobaan tersebut adalah gas dilewatkan pada selektor arah sehingga gas tersebut akan menuju satu arah, selanjutnya gas tersebut menuju selektor kecepatan dan berakhir disebuah detektor. Pada detektor ini, ditemukan bahwa atom atau molekul-molekul gas memiliki kecepatan yang berbeda-beda.

Jadi dengan teori tersebut kita dapat mengetahui pengaruh suhu terhadap kecepatan molekuler gas yaitu pada suhu rendah kecepatan molekuler gas semakin rendah sebaliknya pada suhu tinggi kecepatan molekuler gas semakin tingg

DAFTAR PUSTAKA

Alberty, Robert A. 1984. Kimia Fisik  Jilid 2 Edisi Kelima. Jakarta : Erlangga.

Atkins, P.W.1994. Kimia Fisik. Jakarta: Erlangga

Bird, Tony. 1987. Kimia Fisik Untuk Universitas. Jakarta: PT.Gramedia