Teori Kinetika Gas

Di pertengahan abad ke-19, ilmuwan mengembangkan suatu teori baru untuk menggantikan teori kalorik. Teori ini berdasarkan pada anggapan bahwa zat disusun oleh partikel-partikel sangat kecil yang selalu bergerak. 

Bunyi teori kinetik adalah sebagai berikut:

Dalam benda yang panas, partikel-partikel bergerak lebih cepat dan karena itu memiliki energi yang lebih besar daripada partikel-partikel dalam benda yang lebih dingin.

Teori Kinetik berupaya menjelaskan sifat-sifat makroskopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya. Intinya, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidaklah disebabkan oleh denyut-denyut statis di antara moleku-molekul, seperti yang diduga Issac Newton, melainkan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda. Teori kinetik dikenal pula sebagai Teori Kinetik-Molekular atau Teori Tumbukan atau Teori Kinetik pada Gas. Gas yang ditinjau dalam bab ini adalah gas ideal. Gas ideal adalah gas yang memenuhi asumsi-asumsi sebagai berikut :

1.   Jumlah partikel gas banyak sekali tetapi tidak ada gaya tarik-menarik (interaksi) antar partikel.

2.      Setiap partikel gas selalu bergerak dengan arah sembarang (acak)

3.      Ukuran partikel gas dapat diabaikan terhadap ukuran wadah

4.      Setiap tumbukan yang terjadi bersifat lenting sempurna

5.      Partikel gas terdisdribusi merata pada seluruh ruangan dalam wadah

6.      Partikel gas memenuhi hukum Newton tentang gerak

            Keadaan yang timbul saat gas mengalami perubahaan dari keadaan awal dan akhir, asumsi yang mendasari teori kinetik gas yaitu:

1. Gas murni terdiri dari sejumlah besar molekul yang sama yang letaknya sangat berlawanan dibandingkan dengan ukurannya.

2.  Molekul gas terus-menerus bergerak dalam arah acak dengan kelajuan yang berbeda

3. Molekul-molekul tidak menimbulkan gaya yang tidak berbenturan dan geraknya lurus dengan kecepatan tetap

4. Tumbukan molekul dengan dinding wadah bersifat elastis, tidak ada energi yang hilang selama tumbukan.

  A. Tekanan Gas

              Tekanan dijelaskan oleh teori kinetik sebagai kemunculan dari gaya yang dihasilkan oleh molekul-molekul gas yang menabrak dinding wadah. Andaikan satu molekul gas yang bermassa m, bergerak dalam sebuah kubus dengan laju vx yang searah dengan sumbu x.  Molekul ini akan menumbuk dinding sebelah kanan dan memantul balik denagn laju –vx. Besarnya perubahan momentum pada dinding kanan untuk satu tumbukan = mv x – (– mvx) = 2 mvx.

 Misalkan ukuran kubus itu dengan luas A. Bagi setiap tumbukan, molekul akan bergerak sejauh vx.∆t dalam selang waktu ∆t.

Tekanan pada gas,  berbeda untuk ruangan terbuka dan ruangan tertutup. Untuk lebih jelasnya, pelajari uraian berikut ini.

1.      Tekanan pada Gas dalam Ruang Terbuka

            Tekanan pada gas dalam ruang terbuka lebih akrab disebut dengan tekanan udara yang didefinisikan sebagai gaya per satuan luas yang bekerja pada suatu bidang oleh gaya berat kolom udara yang berada di atasnya. Tekanan udara diukur menggunakan alat yang disebut barometer. Alat ini pertama kali dibuat secara sederhana oleh Evangista Torricelli (1608-1647). Saat ini, terdapat 4 macam barometer, yaitu barometer raksa sederhana (sesuai yang dibuat oleh Torricelli), barometer Foertin (barometer raksa yang dapat mengukur tekanan udara sampai dengan ketelitian 0,01 cmHg), barometer aneroid (barometer kering tanpa zat cair), dan barometer air (barometer yang menggunakan air sebagai pengganti raksa). Adanya perbedaan tekanan udara di suatu tempat dapat menimbulkan angin. Angin bertiup dari daerah yang tekanan udaranya tinggi ke daerah yang tekanannya lebih rendah. Pengaruh tekanan udara dapat dirasakan pada beberapa peristiwa, di antaranya:

            Ketika memasak air, di pegunungan akan lebih cepat mendidih dibandingkan memasak air di pantai. Hal ini disebabkan tekanan udara di pegunungan lebih rendah daripada di pantai sehingga gas oksigennya pun lebih rendah.

            Ketika kita pergi ke daerah yang lebih tinggi (misalnya dari pantai ke pegunungan), pada ketinggian tertentu kita akan merasakan dengungan di telinga kita. Hal ini disebabkan oleh  selaput gendang telinga yang lebih menekuk keluar pada tekanan udara yang lebih rendah.

            Pada tekanan udara tinggi, suhu terasa dingin, tetapi langit cerah. Sebaliknya, saat tekanan udara rendah, dapat dimungkinkan terjadinya hujan, bahkan badai.

Ketiga peristiwa di atas memberikan gambaran bahwa tekanan udara memiliki hubungan yang cukup erat dengan ketinggian suatu tempat. Hal ini ternyata telah dibenarkan melalui suatu penelitian yang dilakukan para ahli. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa setiap kenaikkan 10 m, tekanan udara berkurang 1mmHg sehingga makin tinggi suatu tempat dari permukaan air, makin rendah tekanan udaranya. Pernyataan ini dapat digunakan untuk memperkirakan ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut, asalkan tekanan udara di sekitarnya diketahui.

2.      Tekanan pada Gas dalam Ruang Tertutup

            Ilustrasi yang akan mudah membantumu memahami materi ini adalah tekanan pada balon gas yang telah diisi udara, kemudian perlahan-lahan kamu buat beberapa lubang pada balon tersebut. Setelah itu, kamu tekan balon dan rasakan tekanan gas yang keluar dari masing-masing lubang.

            Jika dalam tekanan udara digunakan barometer untuk mengukurnya, maka tekanan pada gas dalam ruang tertutup dapat diukur menggunakan manometer. Ada tiga macam manometer, yaitu manometer terbuka, manometer tertutup, dan manometer bourdon.