Definisi dan Persamaan Umum Gas Ideal dalam Ilmu Fisika
Pada pertengahan abad ke-19 perkembangan ilmu fisika sangatlah pesat. Para ilmuwan banyak mengembangkan berbagai teori dari berbagai macam partikel yang sangat kecil dan memiliki dimensi untuk selalu banyak bergerak.
Salah satu yang ditemukan adalah mengenai teori kinetik atau yang memiliki nama lain teori kinetik pada gas. Teori tersebut berupaya menjelaskan sifat-sifat makroscopik gas, seperti tekanan, suhu, atau volume, dengan memperhatikan komposisi molekular mereka dan gerakannya.
Mengutip buku Kimia Fisika Kinetika Kimia karya Irma Mon, Yerimadesi, dan Hardeli, teori ini menyatakan bahwa tekanan tidak disebabkan denyut-denyut statis di antara molekul-molekul, seperti yang diduga Isaac Newton. Tekanan disebabkan oleh tumbukan antarmolekul yang bergerak pada kecepatan yang berbeda-beda.
Pengertian Gas Ideal
Dalam perkembangannya ditemukan juga teori lain yang menyebutkan beberapa penjelasan terkait gas ideal. Gas ideal adalah sekumpulan partikel gas yang tidak saling berinteraksi satu dengan lainnya. Artinya, jarak antarpartikel gas ideal sangat berjauhan dan bergerak secara acak.
Gas ideal juga memiliki beberapa sifat yang menjadi pertanda mengenai sifat tersebut:
1. Memiliki partikel dalam jumlah banyak.
2. Tidak memiliki interaksi antarpartikel atau tidak ada gaya tarik menarik pada setiap partikelnya.
3. Apabila dilakukan perbandingan, kuran ruangan, ukuran partikel gas ideal bisa diabaikan.
4. Adanya tumbukan yang menimpa antara partikel gas dan dinding ruangan merupakan tumbukan lenting sempurna.
5. Setiap partikel gas memiliki persebaran secara merata di dalam satu buah ruangan.
6. Setiap partikel gas memiliki pergerakan secara serampang ke segala arah.
7. Hukum Newton berlaku dalam penerapan hukum tentang gerak.
8. Energi kinetik memiliki rata-rata molekul gas idela yang sebanding dengan suhu mutlaknya.
Persamaan Umum Gas Ideal
Secara umum gas ideal memiliki rumus untuk menentukan proses penghitungan, antara lain:
PV = nRT
PV = m/Mr RT
P.Mr = m/V RT
P.Mr = pRT
PV = N/N RT
PV = NkT
Keterangan:
P = tekanan gas (Pa);
Mr = massa molekul relatif (kg/mol);
V = volume gas (m3);
Na = bilangan Avogadro = 6,02 × 1023 partikel/mol
m = massa 1 partikel gas (kg);
R = tetapan gas ideal (8,314 × 103 J/kmol.K;
k = konstanta Boltzman (1,38 × 10-23 J/K);
N = jumlah partikel gas;
n = jumlah mol (mol);
ρ = massa jenis gas (kg/m3); dan
T = suhu gas (K).
Postulat
Dalam persamaan umum gas ideal ada asumsi-asumsi yang dicatat oleh para ilmuwan, antara lain:
- Gas terdiri dari partikel-partikel sangat kecil, dengan massa tidak nol.
- Banyaknya molekul sangatlah banyak, sehingga perlakuan statistika dapat diterapkan.
- Molekul-molekul ini bergerak secara konstan sekaligus acak. Partikel-partike yang bergerak sangat cepat itu secara konstan bertumbukan dengan dinding-dinding wadah.
- Tumbukan-tumbukan partikel gas terhadap dinding wadah bersifat lenting (elastis) sempurna.
- Interaksi antarmolekul dapat diabaikan (negligible). Mereka tidak mengeluarkan gaya satu sama lain, kecuali saat tumbukan terjadi.
- Keseluruhan volume molekul-molekul gas individual dapat diabaikan bila dibandingkan dengan volume wadah. Ini setara dengan menyatakan bahwa jarak rata-rata antarpartikel gas cukuplah besar bila dibandingkan dengan ukuran mereka.
Molekul-molekul berbentuk bulat (bola) sempurna, dan bersifat lentur (elastic).
- Energi kinetik rata-rata partikel-partikel gas hanya bergantung kepada suhu sistem.
- Efek-efek relativistik dapat diabaikan.
- Efek-efek Mekanika kuantum dapat diabaikan. Artinya bahwa jarak antarpartikel lebih besar daripada panjang gelombang panas de Broglie dan molekul-molekul dapat diperlakukan sebagai objek klasik.
- Waktu selama terjadinya tumbukan molekul dengan dinding wadah dapat diabaikan karena berbanding lurus terhadap waktu selang antartumbukan.
- Persamaan-persamaan gerak molekul berbanding terbalik terhadap waktu.
Demikianlah penjelasan mengenai gas deal dari segi definisi hingga pesamaannya yang memiliki penjelasan postulat di akhir.
