Gas ideal adalah keadaan materi secara teoritis yang digunakan oleh fisikawan dalam analisis teori probabilitas. Gas ideal terdiri dari molekul yang memantul dari satu sama lain jika tanpa berinteraksi sama sekali. Tidak ada gaya tarik atau tolak antara molekul, dan tidak ada energi yang hilang selama tumbukan. Gas ideal dapat sepenuhnya dijelaskan oleh volume mereka, kerapatan dan suhu.
Pengertian Gas ideal
Gas ideal adalah gas teoretis yang tersusun dari sekumpulan partikel titik yang dipindahkan secara acak yang tidak saling berinteraksi. Konsep gas ideal berguna karena berperilaku sesuai dengan hukum gas ideal, persamaan keadaan yang disederhanakan, dan yang dapat dianalisis oleh mekanika statistik.
Dalam kondisi normal seperti tekanan normal dan kondisi suhu, sebagian besar gas nyata berperilaku kualitatif sebagai gas ideal. Banyak gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen, gas mulia, dan beberapa gas berat seperti karbon dioksida dapat diperlakukan sebagai gas ideal dalam toleransi yang wajar. Umumnya, menjauh dari kondisi gas ideal cenderung lebih rendah pada suhu yang lebih tinggi dan kepadatan yang lebih rendah (yaitu pada tekanan yang lebih rendah), karena pekerjaan yang dilakukan oleh gaya antarmolekul kurang penting dibandingkan dengan energi kinetik partikel, dan ukuran molekul kurang penting dibandingkan dengan ruang kosong di antara mereka.
Model gas ideal cenderung gagal pada suhu yang lebih rendah atau pada tekanan tinggi, ketika gaya antarmolekul dan ukuran antarmolekul penting. Juga secara umum, model gas ideal tidak sesuai untuk sebagian besar gas berat, seperti uap air atau banyak cairan pendingin. Pada suhu rendah dan tekanan tinggi tertentu, gas nyata mengalami transisi fase, seperti cairan atau padatan. Model gas ideal, bagaimanapun, tidak menggambarkan atau memungkinkan transisi fase. Fenomena ini harus dimodelkan oleh persamaan keadaan yang lebih kompleks.
Model gas ideal telah diselidiki baik di bidang dinamika Newton (seperti “teori kinetik”) dan dalam mekanika kuantum (seperti “partikel dalam kotak”). Model gas ideal juga telah digunakan untuk memodelkan perilaku elektron dalam logam (dalam Model Drude dan dalam model elektron bebas), dan merupakan salah satu model paling penting yang digunakan dalam mekanika statistik.
Gas ideal adalah gas yang tekanannya P, volume V, dan suhu T dihubungkan oleh hukum gas ideal:
PV = nRT
di mana n adalah jumlah mol gas dan R adalah konstanta gas ideal. Gas ideal didefinisikan memiliki molekul dengan ukuran yang dapat diabaikan dengan rata-rata energi kinetik molar yang hanya bergantung pada suhu. Pada suhu rendah, sebagian besar gas berperilaku cukup seperti gas ideal sehingga hukum gas ideal dapat diterapkan padanya.
Gas yang ideal juga dikenal sebagai gas yang sempurna.
Hukum gas ideal
Persamaan keadaan untuk gas ideal, umumnya dikenal dengan hukum gas ideal, adalah PV = NKT. Dalam persamaan, N adalah jumlah molekul dan k adalah konstanta Boltzmann, yang sama dengan sekitar 1.4 x 10-23 joule per kelvin. Apa yang biasanya menjadi lebih penting adalah tekanan dan volume adalah berbanding terbalik, dan masing-masing sebanding dengan suhu. Ini berarti, misalnya, bahwa jika tekanan dua kali lipat, sementara suhu tetap konstan, maka volume gas harus terbagi dua, jika volume gas yang dua kali lipat, sementara tekanan tetap konstan, suhu juga harus dua kali lipat. Dalam kebanyakan contoh, jumlah molekul dalam gas dianggap konstan.
Tentu saja, ini hanya perkiraan. Tumbukan antara molekul gas tidak elastis sempurna, beberapa energi yang hilang, dan gaya elektrostatik antara molekul gas memang ada. Tetapi pada kebanyakan situasi sehari-hari, hukum gas ideal erat mendekati perilaku gas yang sebenarnya. Bahkan jika tidak digunakan untuk melakukan perhitungan, menjaga hubungan antara tekanan, volume dan suhu dalam pikiran dapat membantu ilmuwan untuk memahami perilaku gas intuitif.
Hukum gas ideal seringkali menjadi persamaan yang pertama orang ketika belajar mempelajari gas dalam pengantar fisika atau kelas kimia. Persamaan Van der Waal, yang mencakup koreksi kecil beberapa asumsi dasar hukum gas ideal itu, juga diajarkan di banyak pendahuluan kuliah. Dalam prakteknya, bagaimanapun, koreksi sangat kecil sehingga jika hukum gas ideal tidak cukup akurat untuk aplikasi tertentu, persamaan Van der Waal tidak akan cukup bagus juga.
Seperti dalam kebanyakan termodinamika, gas ideal juga diasumsikan dalam keadaan kesetimbangan. Asumsi ini jelas keliru jika tekanan, volume atau suhu berubah, jika variabel ini berubah perlahan-lahan, keadaan yang disebut keseimbangan statis kuasi, namun mungkin kesalahan kecil diterima. Melepaskan asumsi keseimbangan statis quasi berarti meninggalkan termodinamika di belakang untuk dunia yang lebih rumit yakni fisika statistik.
Sifat gas ideal
Sifat-sifat gas ideal adalah:
- mereka kompresibel,
- mereka selalu bergerak, bertabrakan secara elastis di dalam sebuah wadah,
- mereka mengambil bentuk wadah,
- mereka berperilaku inert.
Gas-gas ideal dapat dikompres dalam arti karena mereka memiliki begitu banyak energi, membuatnya mudah untuk memaksa mereka bergerak ke arah dalam, sehingga menekannya.
Gas-gas ideal selalu bergerak, bertabrakan secara elastis dengan wadah, yang berarti bahwa mereka tidak kehilangan energi setelah tabrakan dan dengan demikian dapat terus bergerak.
Gas-gas ideal berbentuk wadah sebagai akibat kompresibilitasnya, sehingga volume wadah tersebut dapat dianggap sebagai volume keseluruhan gas di dalamnya.
Gas-gas ideal berperilaku inert, artinya mereka diasumsikan tidak bereaksi satu sama lain. Ini membuat hal-hal sederhana, sehingga sifat mereka dapat dipelajari tanpa adanya komplikasi di mana gas bisa digunakan dalam reaksi gas.
Karakteristik
Gas yang ideal adalah gas dengan karakteristik tertentu.
- Partikel-partikel tidak memiliki volume
- Semua tumbukan antar partikel adalah tumbukan elastis dan tidak kehilangan energi kinetik
- Partikel-partikel tidak menarik satu sama lain atau menolak
- Mereka memiliki gerakan acak
Gas ideal adalah hipotetis yang artinya tidak ada dalam bentuk aslinya.
Persamaan
Hukum gas ideal yang menghubungkan volume, tekanan, suhu dan jumlah partikel dalam gas ideal adalah:
P V = n R T
Dimana:
- n = jumlah mol gas
- T = suhu di Kelvin (K)
- R = 8,314 J⋅K − 1⋅mol − 1, yang merupakan konstanta gas universal
- V = volume dalam Liter (L)
- P = tekanan dalam Pascals (Pa)
Sumber gini.com
EmoticonEmoticon