1. A. Teori Kinetik Gas
Gas yang ada di sekitarmu merupakan gas nyata. Gas nyata memiliki karakteristik yang
lebihvariabel sehingga lebih sukar untuk diteliti. Oleh karena itu, dalam kajian ini akan
dikhususkan padagas yang bersifat ideal. Adapun sifat-sifat gas ideal adalah sebagai berikut.1.
Gas ideal terdiri atas partikel-partikel (atom-atom atau molekul-molekul) dalam jumlah
yangbesar sekali yang satu sama lainnya sama.2. Partikel-partikel tersebut dianggap sebagai
bola kecil yang keras, licin, pejal, dan lentingsempurna.3. Antara partikel yang satu dan partikel
yang lain tidak ada gaya kohesi atau gaya tarik-menarik antarpartikel sejenis, kecuali jika
bertumbukan.4. Jarak antarpartikel satu sama lain jauh lebih besar daripada ukuran partikel
sendiri sehinggavolumenya bersama-sama dapat diabaikan jika dibandingkan dengan volume
ruang yangditempati oleh gas seluruhnya.5. Partikel-partikel tersebut senantiasa bergerak
secara sembarang arah dan tersebar merata dalamruang kecil.6. Hukum Newton tentang gerak
berlaku untuk partikel-partikel tersebut.Gas yang memenuhi anggapan di atas dinamakan gas
ideal walaupun pada kenyataannya tidak ada gas yang bersifat ideal. Akan tetapi, pada tekanan
rendah dan pada suhu kamar, gas nyatamempunyai sifat yang tidak jauh berbeda dari sifat gas
ideal. Oleh karena itu, dalam batas-batastertentu, sifat-sifat gas nyata dapat diturunkan dari
tinjauan gas ideal.Dari anggapan-anggapan di atas, juga tersirat bahwa arah gerakan partikel-partikel
ke atas samabanyaknya dengan arah gerakan ke bawah. Sementara itu, gerakan
partikel-partikel ke kanan juga samabanyaknya dengan gerakan partikel-partikel ke kiri.
Tekanan Gas
Dengan menggunakan Hukum II Newton, dapat diturunkan rumus tekanan
P
yang disebabkanoleh molekul-molekul gas dalam ruang tertutup yang volumenya
V
.Perhatikanlah sebuah ruang yang berbentuk balok dengan sisi-sisi a,b dan c.
Dalam ruangtersebut, terdapat N molekul yang massa tiap molekulnya adalah m
dan masing-masing bergerak dengan kecepatan sama, yaitu v
. Jika momentum molekul sebelum menumbuk dinding adalahm.v
danmomentum molekul setelah menumbuk dinding adalah –mv
(tumbukan lenting sempurna), perubahanmomentumnya dapat dituliskan dalam persamaan di
bawah ini.
2
mv
- (-
mv
) = 2
m.v
Dalam waktu
t
sekon, sebuah molekul dapat menempuh jarak sejauh(
v.t
) meter. Jumlah tumbukan dalam waktu
t
sekon tersebut, dapatdinyatakan dalam persamaan berikut.
n
=
a2t.v
Sementara itu, menurut Hukum II Newton, dapat dinyatakan perumusan di bawah ini.Gaya =
waktubukan jumlah tumxmomentumperubahan
F

2. =
t
)a2t.v (.v)m(2
=
avm
2
.
Jika terdapat
N
molekul dalam kotak tersebut, jumlah gaya pada sumbu x adalah
F
=
avm N
2
..
Dengan demikian, tekanan yang dihasilkan oleh molekul yang bergerak sejajar dengan sumbu
x adalah
P
x
=
luasgaya
=
cbavm N
...
2
=
cbavm N
....
2
Oleh karena hasil perkalian
a.b.c
merupakan volume balok, tekanan yang dihasilkan oleh gerakanmolekul yang sejajar sumbu x
juga dapat dirumuskan sebagai berikut.
P
x
=
V vm N
2
..
Oleh karena dalam ruangan terdapat banyak sekali molekul yang bergerak ke segala arah,
yangtidak ada satupun arah yang dominan, dianggap bahwa hasil tumbukan pada tiga pasang
sisi itu samasehingga
P
x
=
P
y
=
P
z
=

3. P
Jumlah tekanan total dalam ruang berbentuk kotak di atas adalahTekanan total =
P
x
+
P
y
+
P
z
= 3
P
3
P
=
V vm N
2
..
P . V
=
31
N . m . v
2
Keterangan:
P
= tekanan gas pada dinding (Pa)
V
= volume (m
3
)
m
= massa tiap molekul (kg)
v
= kecepatan rata-rata dari semua molekul dalam ruang (m/s)Jika nilai
N
,
v
, dan
m
konstan, nilai persamaan di atas adalah konstan. Hal tersebut tidak lainmerupakan pernyataan
Hukum Boyle,
yaitu

5. 3
P . V
= konstanJika energi kinetik rata-rata tiap molekul dinyatakan dalam
E
k
= ½ .
m
v
2
, perumusan tekanan dapatpula dinyatakan dalam bentuk sebagai berikut.
P . V
=
31
N . m . v
2

6. P . V
=
31
N
. 2 .
21
m
. v
2
P . V
=
32
N
.
E
k
Keterangan:
E
k
= energi kinetik rata-rata tiap molekul gas (joule)Sementara itu, Gay Lussac mengamati bahwa
perbandingan volume (
V
) suhu gas dengan suhumutlaknya ternyata selalu konstan sehingga ia mengemukakan
persamaan
Gay Lussac
sebagai berikut.
T V
= konstanKeterangan:
V
= volume (m
3
)
T
= suhu mutlak (K), dengan
T
= (
t
°C + 273) KApabila hukum Boyle dan Gay Lussac digabungkan, akan diperoleh hukum Boyle-
Gay Lussacsebagai berikut.
T V P
.
= konstan
222111
..
T V PT V P
=

7. Oleh karena dari pengamatan diperoleh bahwa
T V P
.
tergantung pada banyaknya partikel
N
,persamaan di atas kemudian dinyatakan dalam persamaan seperti di bawah ini.
T V P
.
=
k N
, dengan
N
=
n . Na
dan
n
=
Mr m
T V P
.
=
n R
P.V
=
n R T
Keterangan:
k
= konstanta Boltzmann = 1,3807 . 10
-23
J/K
N
= banyaknya partikel gas (partikel)
n
= jumlah mol (kmol)
m
= massa sebuah partikel (kg)
M
r
= massa rumus sebuah molekul (kg/kmol)
Na
= bilangan Avogadro (6,022 . 10
26
molekul/kmol)
R
= 8,31 . 10
3
J/kmol K atau R = 0,082 liter.atm/mol K
P
= tekanan (Pa)

8. T
= suhu (K)
V
= volume (m
3
)Catatan:1 kg = 1.000 gram1 atm = 1,01 x 10
5
Pa1 L = 1 dm
3
= 10
-3
m
3
Keadaan STP: tekanan 1 atm, suhu 0 °C, dan setiap 1 mol gas apa saja memiliki volume 22,4
liter.Dengan perumusan tersebut, energi kinetik rata-rata gas dapat diturunkan sehingga
diperolehpersamaan:
4
E
k
=
23
N k T
Keterangan:
E
k
= energi kinetik rata-rata tiap molekul gas (joule)Dari rumus tersebut dapat disimpulkan bahwa
semakin tinggi temperatur suatu gas maka semakin besarenergi kinetiknya dan semakin cepat
gerakan partikel gas tersebut.
Contoh
1. Volume gas oksigen pada tekanan 1 atm dan suhu 27 °C adalah 10 liter. Tentukan volume
gassaat tekanan 5 atm dan suhunya 127 °C!

9. Penyelesaian:
T
1
= 27 °C = 27 + 273 K = 300 K
T
2
= 127 °C = 127 + 273 = 400 K
P
1
= 1 atm = 1,01 . 10
5
Pa
P
2
= 5 atm = 5 x 1,01 . 10
5
Pa = 5,05 . 10
5
Pa
V
1
= 10 liter = 10 . 10
-3
m
3
= 10
-2
m
3
sehingga
222111
..
T V PT V P
=
400.10.05,5 30010.10.01,1
2525
V
=
−
V
2
= 0,00267 m
3
= 2,67 liter2. Tentukan massa sebuah gas dengan berat molekul 32 kg/kmol, volume 1000 liter,
suhu 27 °C,dan tekanan 5 atm jika diketahui
R
= 8,31 . 10
3
J/kmol K!

10. Penyelesaian:
P
= 5 atm = 5,05 . 10
5
Pa
T
= 27 °C = 27 + 273 K = 300 K
V
= 1.000 L = 1.000 x 10
-3
m
3
= 1 m
3
R
= 8,31 . 10
3
J/kmol K
n
=
Mr m
=
32
m
P.V = n R T
5,05 . 10
5
. 1.000 x 10
-3
=
32
m
8,31 . 10
3
. 300
m
= 6,48 kg3. Tentukan volume 8 gram oksigen pada kondisi STP jika berat molekul oksigen 32
kg/kmol dan
R
= 8,31 . 10
3
J/kmol K!
Penyelesaian:
Kondisi STP:
P
= 1 atm = 1,01 . 10
5
Pa
T

11. = 0 °C = 273 K
m
= 8 gram = 8 . 10
-3
kg
P.V = n R T
1,01 . 10
5
.
V
= (8.10
-3
/ 32) . 8,31 . 10
3
. 273
V
= 0,0056 m
3
= 5,6 liter4. Tentukan banyaknya atom dalam 10 gram gas helium jika berat atom helium adalah
4 kg/kmol!
Penyelesaian:
m
= 10 gram = 10 . 10
-3
kg
n
=
Mam
=
410.10
3
−
= 2,5.10
-3
kmolsehingga
N = n . Na N
= 2,5.10
-3
. 6,02 . 10
26

12. 5
N
= 1,505 . 10
24
atom5. Sebuah tabung yang volumenya 1 liter mempunyai lubang yang memungkinkan udara
keluar daritabung. Mula-mula suhu udara dalam tabung 27 °C. Tabung dipanaskan sehingga
suhunya 127°C. Tentukan perbandingan antara massa gas yang keluar dari tabung dan massa
awalnya!
Penyelesaian:
T
1
= 27 °C = 300 K
T
2
= 127 °C = 400 KKarena
tabung bocor, tekanan udara akan tetap
meskipun dipanaskan sehingga
P.V = n R T P.V =
Mr m
R T m =
T R Mr V P
...
Oleh karena
R Mr V P
..
adalah konstan,
m ~
T
1
Jika massa awal adalah
m
1
dan massa akhir adalah
m
2
, diperoleh
2112
T T mm

13. =
sehingga
400300
12
=
mm
m
2
=
43
m
1
Dengan demikian, tampak bahwa massa gas yang telah keluar adalah ¼
m
1
karena yang tersisakini ¾
m
1
.Oleh karena itu, perbandingan massa gas yang keluar dengan massa gas awal adalah
1
mm
Δ
=
11
41
mm
Jadi,
1
mm
Δ
=
41
Pelatihan
1. Gas oksigen (
M
r
= 16 kg/kmol) dengan volume 600 liter dan suhu 27 °C berada dalam tekanan 5atm. Tentukan
massanya!2. Sebuah tangki berisi gas oksigen (
M
r
= 16 kg/kmol) pada tekanan 4 atm bersuhu 47 °C. Jikakemudian tangki bocor sehingga
tekanannya tinggal 3 atm dan suhunya 27 °C, berapa massa gasoksigen yang telah keluar!3.
Massa jenis gas nitrogen pada keadaan STP adalah 1,25 kg/m
3
. Tentukan massa jenis gas nitrogenpada suhu 60 °C dan tekanan 72 cmHg!4. Gas helium
dengan massa molekul 4 kg/kmol pada suhu 15 °C bertekanan 480 mmHg. Jikavolume gas
helium 75 liter, tentukan massa gas helium!
B. Termodinamika

14. Termodinamika adalah bagian dalam bidang fisika yang mempelajari proses perpindahan
energisebagai kalor dan sebagai kerja. Berbeda dengan kalor yang merupakan transfer energi
yangdisebabkan oleh perbedaan temperatur, kerja merupakan transfer energi yang tidak
disebabkan olehperbedaan temperatur.Dalam membahas konsep termodinamika, akan sering
kalian jumpai istilah sistem danlingkungan. Sistem adalah benda atau sekumpulan benda apa
saja yang akan diteliti atau menjadi pusatperhatian kita. Sementara benda-benda lainnya di luar
sistem tersebut dinamakan sebagai lingkungan.Sistem tertutup adalah sistem tempat tidak ada
massa yang masuk ataupun keluar, tetapi energi dapatdipertukarkan dengan lingkungan.
Sementara pada sistem terbuka, massa bisa masuk atau keluar,demikian pula energinya.
Dalam fisika, banyak dipelajari sistem tertutup yang dianggap ideal.Sementara pada hewan
atau tumbuhan, sistem yang berlaku adalah sistem terbuka karena pada hewandan tumbuhan
terjadi pertukaran materi, seperti makanan, oksigen, hasil pembuangan denganlingkungan.
Pada sistem tertutup, tempat tidak ada energi dalam bentuk apapun yang melintasibatasnya
disebut sistem tertutup terisolasi. Namun jika masih ada energi yang dapat
melintasinya,dikatakan sistem tertutup tersebut tidak terisolasi.