Pilihan Ganda
- Gas ideal berada dalam wadah tertutup. Jika suhu gas dinaikkan, apa yang terjadi pada energi kinetik rata-rata molekul gas?A. MenurunB. TetapC. MeningkatD. Tidak dapat ditentukanE. Tergantung jenis gas
- Tekanan gas ideal dalam wadah tertutup berbanding lurus dengan apa?A. Volume dan suhuB. Volume dan jumlah molC. Suhu dan jumlah molD. Hanya volumeE. Hanya suhu
- Sebuah gas ideal memiliki volume V pada suhu T dan tekanan P. Jika volume gas diperkecil menjadi 1/2 V dan suhu dinaikkan menjadi 2T, berapa tekanan gas sekarang?A. P/4B. PC. 2PD. 4PE. 8P
- Hukum Boyle menyatakan bahwa pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya. Persamaan yang benar untuk Hukum Boyle adalah:A. PV = konstanB. V/T = konstanC. P/T = konstanD. PV/T = konstanE. P₁V₁ = P₂V₂
- Energi kinetik translasi rata-rata per molekul gas ideal monoatomik adalah:A. 1/2 kT B. 3/2 kTC. 5/2 kTD. kTE. 2kT
- Konstanta Boltzmann (k) memiliki nilai sekitar:A. 8,314 J/(mol·K)B. 6,022 × 10²³ mol⁻¹C. 1,38 × 10⁻²³ J/KD. 9,8 m/s²E. 3 × 10⁸ m/s
- Jika kecepatan rata-rata kuadrat (vrms) molekul gas meningkat dua kali lipat, maka suhu mutlak gas akan:A. TetapB. Meningkat 2 kaliC. Meningkat 4 kaliD. Menurun 2 kaliE. Menurun 4 kali
- Gas ideal monoatomik memiliki derajat kebebasan sebanyak:A. 1B. 2C. 3D. 5E. 7
- Suatu gas ideal berekspansi secara isotermal. Proses ini berarti:A. Tekanan konstanB. Volume konstanC. Suhu konstanD. Energi internal konstanE. Tidak ada pertukaran kalor
- Pernyataan yang benar mengenai gas ideal adalah:A. Molekul-molekulnya memiliki volume yang signifikan.B. Antar molekul terdapat gaya tarik-menarik yang kuat.C. Tumbukan antar molekul bersifat tidak elastis.D. Energi kinetik rata-rata molekul berbanding lurus dengan suhu mutlak.E. Berlaku pada suhu rendah dan tekanan tinggi.
- Jika suhu mutlak suatu gas ideal dinaikkan dari T menjadi 2T, maka energi internal gas ideal monoatomik akan:A. TetapB. Meningkat 2 kaliC. Meningkat 4 kaliD. Menurun 2 kaliE. Menurun 4 kali
- Volume 2 mol gas pada STP (Suhu dan Tekanan Standar) adalah:A. 22,4 LB. 44,8 LC. 11,2 LD. 2,24 LE. 0,224 L
- Hukum Charles menyatakan bahwa pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan apa?A. Suhu CelsiusB. Suhu FahrenheitC. Suhu KelvinD. Jumlah molE. Massa jenis
- Sebuah tangki berisi gas dengan tekanan 2 atm pada suhu 27 °C. Jika suhu dinaikkan menjadi 127 °C, berapa tekanan gas sekarang (volume konstan)?A. 2,67 atmB. 3 atmC. 3,5 atmD. 4 atmE. 5 atm
- Kecepatan efektif (vrms) molekul gas berbanding lurus dengan akar kuadrat dari:A. Massa molekulB. Suhu mutlakC. TekananD. VolumeE. Jumlah mol
- Sebuah gas diatomik pada suhu kamar memiliki derajat kebebasan sebanyak:A. 3B. 4C. 5D. 6E. 7
- Jumlah molekul dalam 1 mol zat disebut:A. Konstanta BoltzmannB. Konstanta gas idealC. Bilangan AvogadroD. Konstanta PlanckE. Bilangan Reaksi
- Proses adiabatik adalah proses termodinamika di mana:A. Suhu konstanB. Tekanan konstanC. Volume konstanD. Tidak ada pertukaran kalor dengan lingkunganE. Energi internal konstan
- Persamaan gas ideal adalah PV = nRT. Apa yang dilambangkan oleh ‘R’?A. Konstanta BoltzmannB. Konstanta gas umumC. Bilangan AvogadroD. Energi internalE. Kalor jenis
- Jika suatu gas mengalami kompresi isotermal, maka:A. Suhunya akan naikB. Suhunya akan turunC. Energi internalnya tetapD. Energi internalnya berubahE. Tekanan dan volume keduanya meningkat
Isian Singkat
- Tuliskan persamaan gas ideal.
- Sebutkan tiga asumsi dasar dalam teori kinetik gas ideal.
- Apa yang dimaksud dengan energi internal gas ideal?
- Jika suhu gas ideal dinaikkan, bagaimana perubahan frekuensi tumbukan molekul gas dengan dinding wadah?
- Hitunglah energi kinetik rata-rata satu molekul gas pada suhu 300 K. (Gunakan k = 1,38 × 10⁻²³ J/K)
Uraian
- Jelaskan perbedaan antara gas nyata dan gas ideal berdasarkan asumsi teori kinetik gas.
- Turunkan persamaan tekanan gas ideal P = 1/3 (N/V) m v²rms dari konsep tumbukan molekul dengan dinding wadah.
- Bagaimana hubungan antara energi kinetik rata-rata molekul gas dengan suhu mutlaknya? Jelaskan mengapa demikian.
- Sebuah wadah tertutup berisi 4 mol gas oksigen (O₂) pada suhu 27 °C dan tekanan 2 atm. Hitunglah volume wadah tersebut. (R = 0,082 L·atm/(mol·K)).
- Jelaskan apa yang dimaksud dengan derajat kebebasan pada molekul gas dan berikan contohnya untuk gas monoatomik dan diatomik pada berbagai suhu.
Menjodohkan
- Jodohkan istilah-istilah berikut dengan definisinya yang tepat:
- A. Hukum Boyle
- B. Hukum Charles
- C. Hukum Gay-Lussac
- D. Hukum Avogadro
Dengan:
- 1. Pada tekanan dan suhu yang sama, semua gas memiliki volume yang sama jika jumlah molekulnya sama.
- 2. Pada suhu konstan, tekanan gas berbanding terbalik dengan volumenya.
- 3. Pada volume konstan, tekanan gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya.
- 4. Pada tekanan konstan, volume gas berbanding lurus dengan suhu mutlaknya.
- Jodohkan besaran-besaran berikut dengan satuan SI-nya:
- A. Tekanan
- B. Volume
- C. Suhu
- D. Energi Kinetik
Dengan:
- 1. Joule (J)
- 2. Pascal (Pa)
- 3. Kelvin (K)
- 4. Meter kubik (m³)
Kunci Jawaban
Pilihan Ganda
- C. Meningkat. Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal berbanding lurus dengan suhu mutlaknya.
- C. Suhu dan jumlah mol. Berdasarkan persamaan gas ideal PV = nRT, P berbanding lurus dengan n dan T.
- D. 4P. Menggunakan P₁V₁/T₁ = P₂V₂/T₂, maka P(V)/(T) = P₂(1/2 V)/(2T) → P = P₂/4 → P₂ = 4P.
- A. PV = konstan. Hukum Boyle menyatakan P₁V₁ = P₂V₂ pada suhu konstan.
- B. 3/2 kT. Ini adalah rumus energi kinetik translasi rata-rata per molekul untuk gas ideal monoatomik.
- C. 1,38 × 10⁻²³ J/K. Ini adalah nilai konstanta Boltzmann.
- C. Meningkat 4 kali. Karena vrms² ∝ T, jika vrms menjadi 2 kali, maka vrms² menjadi 4 kali, sehingga T juga menjadi 4 kali.
- C. 3. Gas monoatomik hanya memiliki 3 derajat kebebasan translasi.
- C. Suhu konstan. Proses isotermal adalah proses pada suhu tetap.
- D. Energi kinetik rata-rata molekul berbanding lurus dengan suhu mutlak. Ini adalah salah satu postulat utama teori kinetik gas ideal.
- B. Meningkat 2 kali. Energi internal gas ideal monoatomik U = 3/2 nRT. Jika T menjadi 2T, U juga menjadi 2U.
- B. 44,8 L. 1 mol gas pada STP memiliki volume 22,4 L, jadi 2 mol memiliki volume 2 × 22,4 L = 44,8 L.
- C. Suhu Kelvin. Hukum Charles berlaku untuk suhu mutlak (Kelvin).
- A. 2,67 atm. T₁ = 27 + 273 = 300 K, T₂ = 127 + 273 = 400 K. Menggunakan P₁/T₁ = P₂/T₂, maka 2/300 = P₂/400 → P₂ = (2 × 400)/300 = 8/3 ≈ 2,67 atm.
- B. Suhu mutlak. vrms = √(3kT/m) atau √(3RT/M), yang menunjukkan vrms berbanding lurus dengan akar kuadrat suhu mutlak.
- C. 5. Gas diatomik pada suhu kamar memiliki 3 derajat kebebasan translasi dan 2 derajat kebebasan rotasi.
- C. Bilangan Avogadro. Bilangan Avogadro adalah jumlah partikel dalam satu mol (sekitar 6,022 × 10²³).
- D. Tidak ada pertukaran kalor dengan lingkungan. Ini adalah definisi dari proses adiabatik.
- B. Konstanta gas umum. R adalah konstanta gas ideal atau umum.
- C. Energi internalnya tetap. Karena suhu konstan (isotermal) dan energi internal gas ideal hanya bergantung pada suhu.
Isian Singkat
- PV = nRT atau PV = NkT
- Asumsi dasar teori kinetik gas ideal antara lain: molekul-molekul gas bergerak acak dan tak beraturan; volume molekul gas dapat diabaikan dibandingkan volume wadah; tidak ada gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antar molekul; tumbukan antar molekul dan dengan dinding wadah bersifat lenting sempurna; waktu tumbukan sangat singkat.
- Energi internal gas ideal adalah total energi kinetik translasi, rotasi, dan vibrasi dari semua molekul gas. Untuk gas ideal monoatomik, ini hanya energi kinetik translasi.
- Frekuensi tumbukan molekul gas dengan dinding wadah akan meningkat karena molekul bergerak lebih cepat.
- EK = 3/2 kT = 3/2 × (1,38 × 10⁻²³ J/K) × 300 K = 6,21 × 10⁻²¹ J.
Uraian
- Gas ideal adalah model teoretis di mana molekul dianggap titik massa, tidak ada gaya antarmolekul, dan tumbukan lenting sempurna. Gas nyata memiliki volume molekul yang signifikan, ada gaya antarmolekul (Van der Waals), dan tumbukan tidak selalu lenting sempurna. Gas nyata mendekati perilaku gas ideal pada suhu tinggi dan tekanan rendah.
- Penurunan persamaan tekanan gas ideal melibatkan perhitungan momentum yang ditransfer oleh molekul saat menumbuk dinding wadah. Misalkan ada N molekul dalam volume V. Setiap tumbukan molekul dengan dinding akan mengubah momentumnya. Perubahan momentum ini menghasilkan gaya rata-rata pada dinding. Dengan menjumlahkan kontribusi dari semua molekul dan memperhitungkan gerak acak (1/3 dari molekul bergerak searah sumbu x), dan menggunakan hubungan energi kinetik, didapatkan P = 1/3 (N/V) m v²rms.
- Energi kinetik rata-rata molekul gas ideal berbanding lurus dengan suhu mutlaknya (EK = 3/2 kT untuk monoatomik). Hal ini karena suhu adalah ukuran dari energi kinetik rata-rata molekul. Semakin tinggi suhu, semakin cepat molekul bergerak, sehingga energi kinetiknya juga semakin besar.
- Diketahui n = 4 mol, T = 27 °C = 300 K, P = 2 atm, R = 0,082 L·atm/(mol·K).Menggunakan persamaan gas ideal PV = nRT:V = nRT/P = (4 mol × 0,082 L·atm/(mol·K) × 300 K) / 2 atm = 98,4 / 2 L = 49,2 L.Jadi, volume wadah adalah 49,2 L.
- Derajat kebebasan (f) adalah jumlah cara independen di mana sebuah molekul dapat bergerak atau menyimpan energi.Untuk gas monoatomik (He, Ne, Ar): f = 3 (hanya translasi, yaitu gerak dalam sumbu x, y, dan z) pada semua suhu.Untuk gas diatomik (O₂, N₂, H₂):
- Suhu rendah (sekitar 0-100 K): f = 3 (hanya translasi).
- Suhu sedang (sekitar 100-1000 K): f = 5 (3 translasi + 2 rotasi).
- Suhu tinggi (di atas 1000 K): f = 7 (3 translasi + 2 rotasi + 2 vibrasi).
Menjodohkan
- A-2, B-4, C-3, D-1.
- A-2, B-4, C-3, D-1.