Gas Ideal: Pengertian, Syarat, Hukum, Rumus, Energi Kinetik, dan Contoh Soalnya

Sobat Pijar, kamu pasti pernah mengisi ban sepeda. Saat kamu mengisi ban sepeda dengan udara menggunakan pompa, udara yang masuk kamu masukkan ke dalam ban dianggap lebih stabil.

Ketika kamu melakukan ini ternyata kamu melakukan aktivitas yang berkaitan dengan materi gas ideal. Udara yang masuk ke dalam ban termasuk gas ideal karena tekanan dan volume ban sepeda dapat disebut sebagai gas ideal pada suhu dan tekanan tertentu.

Ingin tau lebih jelas dan lengkap tentang gas ideal? Yuk, kita baca sampai habis artikel kali ini yang akan mengupas habis tentang materi Gas Ideal dan teori kinetik gas.

Baca juga: Fluida Dinamis: Pengertian, Ciri-Ciri, Rumus, Azas, Penerapan, dan Contoh Soalnya

Pengertian Gas Ideal

Gas ideal adalah sekumpulan partikel gas yang tidak berinteraksi satu sama lain. Dengan kata lain, partikel-partikel gas ideal tersebar dengan jarak yang besar di antara mereka dan bergerak secara acak.

Syarat Gas Ideal

Syarat-syarat gas ideal adalah prasyarat yang harus terpenuhi agar suatu gas dapat dianggap sebagai gas ideal. Terdapat tiga syarat utama yang perlu dipenuhi untuk memperlakukan suatu gas sebagai gas ideal:

Suhu Gas Ideal

Suhu gas ideal harus dalam kelvin (K). Pemakaian suhu dalam kelvin sangat penting karena kelvin merupakan skala suhu absolut yang dimulai dari nol mutlak (0 K), di mana semua gerakan partikel gas ideal akan berhenti. Ini memastikan bahwa perbandingan suhu dapat dilakukan secara benar dalam hukum-hukum gas ideal.

Tekanan Gas Ideal

Tekanan gas ideal harus dalam pascal (Pa) atau atmosfer (atm). Pascal adalah unit standar untuk tekanan dalam sistem internasional (SI), sementara atmosfer adalah unit yang sering digunakan dalam konteks kimia dan fisika. Konversi dapat dilakukan sesuai kebutuhan.

Volume Gas Ideal

Ketika mempertimbangkan syarat gas ideal, volume gas juga sering diperhatikan. Namun, volume gas tidak selalu menjadi syarat yang harus dipenuhi. Beberapa definisi gas ideal tidak memasukkan syarat volume, tetapi asumsi ini sering digunakan dalam hukum-hukum gas ideal, seperti Hukum Boyle-Mariotte dan Hukum Charles.

Jadi, dalam rangka menggunakan konsep gas ideal, penting untuk memastikan bahwa suhu diukur dalam kelvin, tekanan dalam pascal atau atmosfer, dan volume, jika relevan, juga diperhatikan. Dengan memenuhi syarat-syarat ini, kita dapat menggunakan hukum-hukum gas ideal untuk memodelkan dan menganalisis perilaku gas secara lebih akurat dalam berbagai situasi.

Hukum Gas Ideal

Hukum Boyle

Hukum Boyle, yang dirumuskan oleh ilmuwan asal Inggris, Robert Boyle. Hukum Boyle berbunyi "jika suhu gas tetap konstan, tekanan gas akan berbanding terbalik dengan volumenya." 

Hukum Boyle berlaku jika suhu gas tetap konstan, artinya suhu gas tidak berubah selama proses yang diamati. Hukum Boyle berlaku pada keadaan gas yang mengalami proses pada suhu yang tidak berubah atau konstan. 

Dalam konteks ini, proses tersebut bisa menjadi perubahan tekanan dan volume gas, asalkan suhunya tetap. Dalam istilah lain, ini dapat diungkapkan sebagai hasil perkalian antara tekanan dan volume gas pada suhu tertentu, yang tetap atau isotermal. 

Dalam bentuk matematis, berikut adalah rumus Hukum Boyle.

$PV=konstan$

$P_1V_1=P_2V_2$

Keterangan: 

$P_1$ = tekanan gas pada keadaan 1 ($N/m^2$)

$P_2$ = tekanan gas pada keadaan 2 ($N/m^2$)

$V_1$ = volume gas pada keadaan 1 ($m^3$)

$V_2$ = volume gas pada keadaan 2 ($m^3$)

Hukum Charles

Jika Hukum Boyle membahas tentang pengaruh tekanan dan volume pada suhu tetap, Hukum Charles, yang ditemukan oleh Jacques Charles, berbeda. Hukum ini menyatakan bahwa "jika tekanan suatu gas dijaga tetap, maka volume gas akan berbanding lurus dengan suhu mutlaknya." 

Dalam istilah lain, Hukum Charles dapat diungkapkan sebagai hasil bagi antara volume dan suhu pada tekanan yang konstan, juga dikenal sebagai isobar, akan selalu memiliki nilai yang sama. Berikut ini adalah rumus Hukum Charles dalam bentuk matematis.

$VT=konstan$

$\frac{v_1}{T_1} = \frac{v_2}{T_2}$

Keterangan: 

$T_1$ = suhu gas pada keadaan 1 ($K$)

$T_2$ = suhu gas pada keadaan 2 ($K$)

$V_1$ = volume gas pada keadaan 1 ($m^3$)

$V_2$ = volume gas pada keadaan 2 ($m^3$)

Hukum Gay Lussac

Hukum Gay-Lussac berlaku pada proses dimana volume gas tetap atau dalam kondisi isokhorik. Hukum Gay-Lussac ditemukan oleh seorang ahli kimia asal Perancis, Joseph Louis Gay-Lussac, pada tahun 1802. 

Hukum ini menyatakan bahwa "jika volume gas tetap konstan, maka tekanan gas akan berbanding lurus dengan suhu mutlaknya." Dengan kata lain, proses ini terjadi dalam kondisi isokhorik, dimana volume gas tetap. Berikut adalah rumus Hukum Gay-Lussac dalam bentuk matematis.

$\frac{P}{T} = konstan$

$\frac{P_1}{T_1} = \frac{P_2}{T_2}$

Keterangan: 

$P_1$ = tekanan gas pada keadaan 1 ($N/m^2$)

$P_2$ = tekanan gas pada keadaan 2 ($N/m^2$)

$T_1$ = suhu gas pada keadaan 1 ($K$)

$T_2$ = suhu gas pada keadaan 2 ($K$)

Rumus Gas Ideal

$P.V = n.R.T$

Keterangan: 

$P$ = tekanan ($atm$)

$V$ = volume ($L$)

$n$ = $mol$

$R$ = tetapan gas ideal ($0,082 L.atm/mol.K$ )

Energi Kinetik Gas Ideal

Kecepatan Gas Ideal

Gas ideal adalah gas yang mematuhi Hukum Newton 2 tentang gerak. Karena gas ideal bergerak, maka gas ini memiliki kecepatan efektif ($v_{rms}$). Kecepatan efektif suatu gas ideal dapat diungkapkan sebagai berikut:

$V_rms = \sqrt{\frac{3kT}{m}}$

Apabila kita mengaitkan persamaan tersebut dengan persamaan gas ideal ($PV = nRT$ ), kita akan mendapatkan kecepatan efektif dalam bentuk yang berbeda.

$V_rms=\sqrt{\frac{3RT}{m_r}}$ atau $V_rms=\sqrt{\frac{3P}{_\rho }}$

Energi Kinetik Gas

$E_k = \frac{1}{2}mv^2$

Dengan mensubstitusikan kecepatan efektif gas, kita dapat menemukan hubungan yang lebih lanjut.

$E_k = \frac{3}{2}KT$

Contoh Soal Gas Ideal

Sebuah tabung berisi 3 mol gas nitrogen (N2) pada suhu 300 K. Jika volume tabungnya adalah 10 liter, berapa tekanan gas nitrogen dalam tabung ini dalam satuan atm?

Jawaban:

Dalam soal ini, kita dapat menggunakan rumus gas ideal $P . V = n . R . T$

Jumlah mol gas ($n$) = $3 mol$

Suhu ($T$) = $300 K$

Volume ($V$ ) = $10 liter$

Tetapan gas ideal ($R$) = $0,082 L.atm/mol.K$ (telah diberikan)

$P . V = n . R . T$

$P . (10 L) = (3 mol) . (0,082 L.atm/mol.K) . (300 K)$

$P=\frac{3 mol . 0,082 L atm/mol K . 300 K}{10L}$

$P=7,38 atm$

Jadi, tekanan gas nitrogen dalam tabung tersebut adalah 7,38 atm.

Baca juga: Fluida Statis: Pengertian, Rumus, Hukum, dan Contoh Soalnya

_____________________________________

Semoga penjelasan ini membantu Sobat Pijar untuk lebih memahami konsep dan penerapan gas ideal dalam berbagai situasi. Dengan pemahaman yang baik tentang sifat-sifat gas ideal, kamu dapat menjelaskan berbagai fenomena fisika dan kimia yang melibatkan gas dengan lebih baik. Teruslah belajar dan eksplorasi pengetahuan lebih lanjut!

Jika masih belum puas dengan penjelasan di atas, kamu perlu belajar lebih lanjut nih di aplikasi Pijar Belajar! Selain terdiri dari beragam konten, kamu juga bisa belajar banyak materi pelajaran lainnya seperti Biologi, Matematika, Fisika, hingga Kimia, lho! Lengkap banget, ‘kan? 

Yuk, unduh Pijar Belajar sekarang juga!