iqmal-kinetika-13-teori-kinetika-gas.pdf

8/16/2019 iqmal-kinetika-13-teori-kinetika-gas.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/iqmal-kinetika-13-teori-kinetika-gaspdf 1/5

11/25/

KINETIKA KIMIATeori Kinetika Gas

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia - FMIPA

Universitas Gadjah Mada (UGM)

Drs. Iqmal Tahir, M.Si.

Laboratorium Kimia Fisika,, Jurusan Kimia

Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Gadjah Mada, Yogyakarta, 55281

Tel : 0857 868 77886 838 565 047; Fax : 0274-545188Email :

[email protected] atau [email protected]

Website :http://iqmal.staff.ugm.ac.id

http://iqmaltahir.wordpress.com

Teori K inetika GasTeori kinetika gas berkaitan dengan perhitungan laju proses-proses tertentu :

• kebolehjadian kecepatan molekul dan kecepatan rata-rata,• frekuensi tumbukan• sifat perpindahan.

Teori kinetika gas dapat membantu pemahaman akan sifat-sifat termodinamikatertentu dalam tumbukan secara molekular dan pemahaman tentang laju

perpindahan.

Gas harus diasumsikan bahwa molekul-molekulnya harus mengikuti aturan gas

2

LABORATORIUM KIMIA FISIKAJurusan Kimia – FMIPA, UGM

sempurna :

• Gas terdiri dari molekul-molekul bermassa m dan berdiameter d yangbergerak secara acak.

• Ukuran molekul dapat diabaikan

(diameter molekul yang relatif sangat kecil dibandingkan jarak tempuh rata-rata tumbukan antar molekul)

• Molekul tidak saling berinteraksi dan membentuk tumbukan lentingsempurna sepanjang sumbu tumbukan.

Teori K inetika GasPada gas sempurna :Molekul selalu bergerak dan mengalami tumbukan-tumbukan yang lentingsempurna dimana total energi kinetik translasi dari pasangan molekul samapada keadaan sebelum dan sesudah tumbukan.

Pengertian tumbukan lenting sempurna yaitu :• Eksebelum = Eksesudah tumbukan

• v sebelum= v sesudah tumbukan• Tidakada energiyang dipindahkan

Adanya tumbukan mengakibatkan partikel gas berubah kecepatan dan arahnya

3


secara ons an.

Teori K inetika GasFrekuensi tumbukan (z) adalah jumlah tumbukan rata-rata per satuan waktuyang dibuat oleh satu partikel tunggal.Jalan bebas rata-rata () adalah jarak rata-rata yang ditempuh satu molekulantar tumbukan.

Asumsi kedua menyatakan bahwa d << . Pengukuran harga-harga m, dan1/z dapat digunakan untuk penentuan sifat mekanik dari suatu gas.

5


TekananDalam teori kinetik gas :Tekanan yang dihasilkansuatu gas adalahhasilbentukan tumbukan antar molekul

dengan dinding wadah.

Tumbukanini berlangsungdalam jumlahyang sangat besar sehingga menghasilkan

suatu gaya dalam jumlahkonstan danhalinilah yang disebut sebagai tekanan

6


Tekanan didefinisikansebagai gaya persatuan luas.

Tekanan

Pada sistem tertutup, ketikasatu partikel bermassa m menumbuk dinding, maka

7


omponenmomentum sepanangsum ux eru a ar mvmena –mv.Perubahan momentum untuksetiap tumbukan adalah 2m|vx|.

Jumlahtumbukanpada interval t sama denganjumlah partikel yang dapatmencapai dinding pada interval waktu tersebut.Karenapartikel dengankomponen kecepatan vx dapat menempuhjarak |vx|t

selamaselang t, semuapartikel pada jarak |vx|t dari dinding akan menumbuk. JJikadinding memiliki luasan A, semuapartikel pada volume A|vx|t akan mencapaidinding.

Jikakerapatan yaitu jumlah partikel per satuan volume dinyatakansebagai N maka jumlah tumbukan dalam volume A|vx|t adalah NA|vx|t.



11/25/

TekananSecara rata-rata, separuh partikel bergerak ke kanan dan sisanya ke

kiri. Dengan demikian jumlah tumbukan rata-rata dengan dinding dalam

selama selang t adalah ½NA|vx|t. Perubahan momentum total

pada selangwaktu tersebut adalahhasil kali dari perubahan2m|vx|

yaitu :

Perubahan momentum = ½ NA|vx| t X 2m |vx| = Namvx2 t

Laju perubahan momentum dibagi dengan selang waktu t

8


meng as an :

Laju perubahan momentum = NAmvx2

Laju perubahan momentum tersebut sama dengan gaya (sesuai hukum

Newton kedua) sehingga gaya yang dihasilkan gas pada dinding juga

sebesar NAmvx2. Dengan demikian gaya per satuan luas yang terjadi

adalah:

Tekanan = p = Nmvx2

Tekanan rata-rataTidak semuapartikel menempuh jarak dengan kecepatan yang sama sehingga

tekanan dapat dideteksisebagai rata-rata kuantitas.Tekanan rata-rata

p = m.N. <VX2>

Didefinisikanakar kecepatan kuadrat rata-rata, c, (kecepatan rms)

9


Karenakecepatan ke semua arah sama, maka :

Sehingga tekanan

P = 1/3.N.m.c2

Kecepatan akar kuadrat rata-rata (Crms) Angka kerapatan N adalah sama dengan N’/V dimana N’ adalah jumlah partikel

total yang ada pada volume V. Kemudian karenaN = n.N A denganN A adalahbilangan avogadro maka

PV = 1/3.n.Na.m.c2

Untuk gas ideal berlakuPV = nRT = n. N A . k.T

Dengan k adalah konstanta Boltzman maka

10

Contoh soal :


Hitung akar kecepatankuadrat rata-rata dari molekul CO2 pada suhu 25C !

Jawab :

Distribusi kecepatan molekul menurut Maxwell

Teori kinetika gas dapat digunakanuntukmenghitung sifat fisik, halini juga akanbermanfaat lebihjauh.Hargasifat X rata-rata memiliki kisaran harga dari suatujarak nilaikontinyu(contohkecepatan) adalah:

Fungsi f(X) disebut sebagai distribusi sifatX yang memberikan gambaranprobabilitas dari sifatyang ada pada kisaran X sampaiX + dX.Contoh f(v) yang merupakan distribusikecepatanv dan f(v)dvadalah probablitias

11


ecepa anpa a saran v sampa v = v.Distribusikecepatan molekul bermassa molar M padatemperatur T adalah :

Kebolehjadian suatumolekul yang memiliki kecepatan V adalahP f (v) . v

Persamaan ini menyatakandistribusiMaxwell tentang kecepatan.

:

Peralatan untuk evaluasi distribusi kecepatan molekul

• Rotasi cepatakanmemilihmolekulyang

bergerakcepat

• Rotasi lambatakanmemilih molekul yang

bergeraklambat

Skemaalatselektor kecepatan


Distribusi kecepatan Maxwell –Boltzman

Hargakecepatanrata-rata diperolehdari integral :

denganf adalahdistribusi kecepatan maxwell, maka


13




11/25/

Pengaruh temperatur pada kecepatan molekul

C = akar kecepatankuadrat rata-rata

Molekul yang lebih panas lebih cepat;Molekul yang lebih dingin lebih lambat;

R = 8.314 J/(mol K)


Distribusi kecepatan dari tiga jenisgas pada temperatur yang sama.

smassa molekular pada kecepatan molekul

C = akar kecepatankuadrat rata-rata

R = 8.314 J/(mol K)

Molekul yang lebih berat lebih lambat;Molekul yang lebih ringan lebih cepat;



16


Gambaran distribusiMaxwell pada berbagai temperatur.

Kecepatan yang paling mungkin c* : merupakan kecepatan dengandistribusi maksimum(dimana harga differensial f(v) terhadap v memiliki harga 0).

Distribus i kecepatan molekulRangkuman definisi kecepatan :

C* = kecepatanpaling mungkin

= kecepatanrata-rata

17


C = akar kecepatan kuadrat rata-rata

Hubungan Tumbukan dan ReaksiPemahaman bagaimana reaksi dapat terjadi dipahami melalui teori tumbukan

18


• Supaya molekul dapat terjadi reaksimaka harus mengalamitumbukan.

• Jumlahtumbukansemakin tinggimaka laju reaksiakan semakin cepat.

• Semakin banyakjumlah molekul yang tersedia, maka probabilitastumbukansemakin tinggidan laju reaksi akan meningkat.

• Pada temperatur yang lebih tinggimaka energimolekul akan semakin besar dankonsekuensinyalaju reaksi meningkat.

• Komplikasi : Tidaksemuatumbukan efektif menghasilkanproduk reaksi. Dalamkenyataannya hanyasedikit sekali tumbukan yang mampu menghasilkan produk.

Hubungan Tumbukan dan ReaksiReaksi dapat terjadi jika terdapat tumbukan antar molekul dengan energi yangmencukupi.

19


Hubungan energi dengan profil

reaksi kimia.



11/25/

Hubungan Tumbukan dan ReaksiReaksi dapat terjadi jika energi

kinetik (Ek) tumbukan lebih tinggidaripada energi aktivasi (Ea)

20


Hubungan Tumbukan dan ReaksiDistribusi Maxwell kecepatan dari

atom atau molekul.Temperatur meningkat makakecepatan partikel semakin

meningkat.

21


Orientasi molekul haruslah sesuai

supaya dapat terjadi reaksi

Tumbukan ditinjau dari teori kinetika gasTumbukanantar molekul

Tumbukanantarmolekul dapat terjadi bila pada duamolekul bila bertemu dengan jarak d satu sama lain.

Dengan d adalah diameter tumbukan yang merupakanorder dari diameter aktualuntukmolekul (untukmolekul bulat maka d adalahdiameter molekul).

Ilustrasiapabila ada satu molekul yang dianggap diam di pusat tabungtumbukandan beberapa molekul bergerak dengan kecepatan rata-ratać selama waktu t.Jikaluas tampang lintang tumbukan = d2 dan panjang = . t, maka volumenya

22


= .

Tumbukan ditinjau dari teori kinetika gas

Perhitun anluas am an lintan umbukan

23


Latihan

24


Tumbukan ditinjau dari teori kinetika gasJumlah molekul diam yang terdapat pada tabungtumbukan denganvolume V dan

kerapatan N = N’/V, dinyatakan sebagai N. .t.Jumlah tumbukan yang terjadi pada selang t adalah sama denganjumlah bilangantersebut dan frekuensi tumbukan (z) yaitujumlah tumbukan per satuan waktu

sebagai N.Meskipun demikian molekul tidak selaludiam danuntuk itukita harus menggunakan

kecepatan relatif dari molekul.

Untuktumbukan dengan massayang berbeda, maka kecepatan relatif rata-rataadalah:

25


dimana =massa tereduksiUntukmassa yang identik

= ½ m sehingga

Frekuensi tumbukan :

Karena maka



11/25/

TumbukanPengertian:

• Frekuensitumbukanz adalahjumlah tumbukan oleh satu molekul tunggal.• Kerapatantumbukan (Z) adalahtotal frekuensitumbukanyaitu jumlah

semua tumbukan darisemuamolekul dalam gas.

maka z harus dikalikan ½ N (faktor ½ muncul karena tumbukan A –A’ dan A’ – A dihitungsatu kali).

Jumlah tumbukan untukmolekul sejenis dinyatakan denganpersamaan

26


Karena dan

dimana[A] = konsentrasi molar, maka

Hubungan Z dan z :

Contoh soal :Hitung jumlahtumbukan oleh 1 atom Cs yang dialamiper detik pada T = 500 C.

Jika diketahui volume wadah 50,00 cm3, berapa jumlah total tumbukan pada wadahper detik. Tekanan uap Cs (l) pada 500C adalah 80 torr. Diameter tumbukanCs540 pm = 5,4 .10-8mJawab:

Tampang lintang tumbukan

= d2 = 9,16. 10-19 m2

27


P = 80 torr = 1,07.104 Pa (Catatan : 1 torr = 133,75 Pa)Maka

Sehingga pada wadah50,0 cm3

Z = 2,3.1032 m-3. detik-1.

= 1,15.1028 detik-1

Tumbukan antar molekul berbedaUntuk tumbukan antara dua molekul yang berbeda, luas tampang lintangnya

adalah = d2 dengan d = ½ (d A + dB).

Jumlah tumbukan molekul A terhadap N’ molekul B per satuan waktu

Karenaterdapat N molekulA maka total tumbukan A – B per satuan waktuadalah

sehingga kerapatan tumbukan Z AB yaitu jumlah total tumbukanA-B per satuan

28


waktu per satuan volume adalah :

Tumbukan antar molekul berbedaJalanbebas rata-rata () adalahjarak rata-rata suatumolekul yang ditempuh

sebelum mengalami tumbukan berikutnya.Jikasatu molekul bergerak dengan kecepatan rata-rata bergerak denganfrekuensi z, molekul tersebut akan membutuhkanwaktu 1/z bebas dari

tumbukan dan menempuh jarak

Dengan demikian jalanbebas rata-rata dapat dinyatakan sebagai :

Apabila dimasukkan harga suku-sukunya

29


KarenaPV = nRT sehingga

Pada volume tetap, jalanbebas rata-rata untuk suatugas tidak tergantung daritemperatur. Jarakantar tumbukan hanya ditentukanjumlah molekul bukan laju

kecepatan.

Tumbukan antar molekul berbedaJalanbebas rata-rata ()

Faktor-faktor yang mempengaruhi :• Kerapatan :

Kerapatan gas meningkat, makamolekul-molekul akan semakin rapat satu

sama lain. Akibatnya molekuk akan lebihbertumbukan, maka semakinkecil.

30


kerapatan meningkat. Hal ini akan menurunkan .

• Jari-jari molekulKenaikan jari-jari molekul akan menurunkan ruang kosong di antaramolekul

sehingga menurun.• Tekanan, temperatur dan faktor lain yang menyebabkan perubahan

kerapatan akan mengubah juga nilai .

Tumbukan dengan dinding

Pertimbangkan untuk suatudinding denganluasan A yang tegaklurus terhadap

sumbux.• Jikasatumolekulmemilikivx > 0 akan menumbuk dinding dengan selang

waktu t terbentang pada jarak vx.t.• Jika vx < 0 berarti molekul bergerak menjauhi dinding.Dengan demikian semuamolekul pada volume A.vx.t dandengankecepatan

positif akan menumbuk dinding pada selang waktu t.Jumlah tumbukan dengan dinding per satuan waktu per satuan luas adalah

31


Pada tekanan = 1 atm dan T = 300 K, suatu

wadahdapat berisi3.1023 tumbukan per detik percm2.Tumbukanpada dinding tergantung dari tekanan

danmassamolekul danhal inisangat pentinguntukmempelajari prosesyang terjadi pada

permukaan padatan.

iqmal-kinetika-13-teori-kinetika-gas.pdf

Documents