Teori Kinetik Gas
259
Kita telah mempelajari teori kinetik gas yang meliputi tekanan, energi kinetik, dan kecepatan molekul gas. Energi kinetik yang telah kita pelajari
di depan berlaku pada gas yang terdiri dari satu macam atom gas mono- atomik. Bagaimanakah jika di dalam ruangan tertutup terdapat gas yang
terdiri dari dua atom gas diatomik? Kalian akan mengetahuinya dengan mempelajari uraian di bawah ini.
C Teori Ekuipartisi dan Energi dalam Gas
Kalian tentunya mengetahui bahwa di udara terdapat pelbagai macam gas. Gas-gas di udara ada yang berupa atom yang berdiri sendiri
atau gas-gas yang merupakan senyawa, yang terdiri dari dua atom atau lebih. Gas yang terdiri dari satu macam atom disebut gas monoatomik,
seperti gas helium He. Sementara gas yang terdiri dari dua atom disebut gas diatomik, seperti gas oksigen O
2
, gas nitrogen N
2
, dan gas hidro- gen H
2
. Sedangkan gas yang terdiri dari tiga atom atau lebih disebut gas poliatomik, seperti uap air H
2
O, gas karbondioksida CO
2
, dan gas etana C
2
H
6
. Energi kinetik yang telah kita bahas di depan berlaku untuk gas
monoatomik. Lalu, bagaimanakah persamaan energi kinetik untuk gas- gas diatomik atau gas poliatomik? Ikuti terus keterangan selanjutnya.
1. Teori Ekuipartisi
Sesuai anggapan dasar teori kinetik gas, partikel-partikel gas senan- tiasa bergerak. Pada gas monoatomik, molekul gas bergerak secara translasi
dengan arah gerak pada sumbu x, y, dan z. Dari penjelasan di depan, persa-
maan energi kinetik gas monoatomik dituliskan dalam bentuk E = kT
K
3 2
Angka 3 pada persamaan energi kinetik tersebut sebenarnya meru- pakan jumlah energi kinetik akibat gerak molekul pada sumbu
x, sumbu y, dan sumbu z, dengan kecepatan v
x
, v
y
, dan v
z
. Jadi:
E = mv + mv + mv
x y
z K
1 2
1 2
1 2
E
K
= E
K x
+ E
K y
+ E
K z
Dari persamaan tersebut dapat dikatakan bahwa gas monoatomik menyerap energi dari tiga arah, yaitu arah
x, arah y, dan arah z. Dari
keadaan ini, dapat dikatakan bahwa gas monoatomik mempunyai tiga derajat kebebasan. Tiga derajat kebebasan ini disebabkan gerak translasi
molekul gas. Lalu, bagaimanakah dengan gas diatomik?
Di unduh dari : Bukupaket.com
Fisika Kelas XI
260
Gas diatomik mempunyai dua atom yang saling berikatan. Akibat- nya, setiap atom akan berputar mengelilingi atom lainnya. Gerak berputar
ini disebut gerak rotasi. Karena setiap atom berputar mengelilingi atom lainnya, maka ada dua gerak rotasi. Selain melakukan gerak rotasi, kedua
atom juga melakukan gerak translasi, seperti gas monoatomik. Jadi, gas diatomik melakukan 5 gerak yaitu, 3 gerak translasi dan 2 gerak rotasi.
Apakah akibat dari 5 macam gerak yang dilakukan gas diatomik?
Dengan adanya 5 macam gerak, berarti gas diatomik menyerap energi
dari 5 arah. Ini berarti gas diatomik mempunyai 5 derajat kebebasan. Lalu, berapakah energi yang dimiliki gas diatomik? Untuk mencari besar
energi kinetik gas diatomik, kita dapat menggunakan teori ekuipartisi energi. Teori ekuipartisi menyebutkan bahwa Suatu sistem molekul-
molekul gas pada temperatur mutlak T dengan tiap molekul memi- liki f derajat kebebasan, maka rata-rata energi mekanik per molekul
E
M
dan rata-rata energi kinetik permolekul E
K
adalah sama, yaitu sebesar f
1 2
kT . Nah, berdasarkan teori ekuipartisi energi tersebut, maka energi ki-
netik pada gas diatomik adalah sebesar: E
K
= f
1 2
kT Untuk gas diatomik,
E
K
= 5 1
2 kT
E
K
= 5
kT 2
Teori ekuipartisi energi dapat dijelaskan sebagai berikut. Energi kinetik rata-rata setiap molekul gas adalah sebesar
1 2
kT yang berhubungan dengan derajat kebebasan yang dimiliki sebuah
molekul. Tiap derajat kebebasan memperlihatkan cara molekul meman- faatkan energi.
Energi sebuah molekul yang bergerak secara translasi akan bertam- bah dalam sekejap. Ini disebabkan tumbukan molekul dengan molekul
lain. Tumbukan ini akan mendistribusikan ulang energi tambahan agar keadaan gas kembali seimbang. Energi ini terbagi rata di antara energi
kinetik translasi dalam arah x, y dan z. Sesuai dengan teori ekuipartisi di
atas, energi kinetik translasi yang terdistribusi adalah: E
mv mv
mv
x y
z K
1 2
= +
+ 1
2 1
2
2 2
2
Keterangan: f = derajat kebebasan
Di unduh dari : Bukupaket.com
Teori Kinetik Gas
261
Distribusi energi kinetik pada arah x, y, z dapat dilihat pada gambar 7.7.
Gambar 7.7 Komponen energi kinetik pada gerak translasi.
Untuk gas diatomik, selain melakukan gerak translasi, tiap molekul berinteraksi dengan molekul lain. Interaksi ini menyebabkan gerak rotasi
ataupun vibrasi. Untuk gas diatomik pada temperatur sedang ± 500 K, memiliki lima derajat kebebasan, yaitu tiga dari gerak translasi dan dua
dari gerak rotasi. Energi kinetik gas diatomik karena gerak translasi dan rotasi dinyatakan dengan persamaan barikut.
E = mv + mv + mv + I + I
x y
z x
y y
K 2
2 2
’ x’
2 ’
’ 2
1 2
1 2
1 2
1 2
1 2
ω ω
Jika molekul gas melakukan gerak vibrasi, maka energinya sebesar: E = mv + mv
x y
K 2
1 2
1 2
2 2
2 2
2
1 2
1 2
1 2
+ mv + Kx + Ky
z
Dengan, K adalah konstanta gaya efektif dari pegas khayal.
Kalian mungkin pernah mendengar istilah tenaga dalam atau energi dalam. Dengan energi dalam, orang bisa melemparkan benda dari jarak
jauh. Namun, samakah pengertian energi dalam ini dengan energi dalam yang akan kita bahas selanjutnya? Mari kita ikuti uraian berikutnya.
2. Energi Dalam
