Gas ideal adalah
Gas teoretis yang terdiri dari partikel-partikel titik yang bergerak secara acak dan tidak saling berinteraksi. Hukum dasar dari
Gas ideal yaitu hukum Boyle-Mariotte, yang dirumuskan bersama oleh Robert Boyle (1627-1691) dan Edme Mariotte (1620-1684). Konsep
Gas ideal sangat berguna karena memenuhi hukum
Gas ideal, sebuah persamaan keadaan yang disederhanakan, sehingga dapat dianalisis dengan mekanika statistika.
Pada kondisi normal seperti temperatur dan tekanan standar, kebanyakan
Gas nyata berperilaku seperti
Gas ideal. Banyak
Gas seperti nitrogen, oksigen, hidrogen,
Gas mulia dan karbon dioksida dapat diperlakukan seperti
Gas ideal dengan perbedaan yang masih dapat ditolerir. Secara umum,
Gas berperilaku seperti
Gas ideal pada temperatur tinggi dan tekanan rendah, karena kerja yang melawan gaya intermolekuler menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan energi kinetik partikel, dan ukuran molekul juga menjadi jauh lebih kecil bila dibandingkan dengan ruangan kosong antar molekul.
Model
Gas ideal tak dapat dipakai pada suhu rendah atau tekanan tinggi, karena gaya intermolekuler dan ukuran molekuler menjadi penting. Model
Gas ideal juga tak dapat dipakai pada
Gas-
Gas berat seperti refrigeran atau
Gas dengan gaya intermolekuler kuat, seperti uap air. Pada beberapa titik ketika suhu rendah dan tekanan tinggi,
Gas nyata akan menjalani fase transisi menjadi liquid atau solid. Model
Gas ideal tidak dapat menjelaskan atau memperbolehkan fase transisi. Hal ini dapat dijelaskan dengan persamaan keadaan yang lebih kompleks.
Sifat
Gas ideal merupakan partikel
Gas yang dicirikan dengan jumlah sangat banyak, tetapi antarpartikel tidak terjadi gaya tarik menarik sama sekali. Setiap partikel
Gas selalu bergerak secara acak dengan arah sembarang. Ukuran ruangan tidak dijadikan acuan untuk membandingkan ukuran partikel
Gas, karena ukuran partikel
Gas ideal jauh lebih kecil daripada jarak atar partikel. Partikel
Gas ideal yang mengalami tumbukan yang bersifat lenting sempurna akan mengalami penyebaran secara merata pada seluruh ruang dengan jumlah yang banyak. Hukum gerak Newton berlaku selama penyebaran berlangsung. Sifat dari
Gas ideal tidak ditemukan sama persis pada
Gas apapun, tetapi
Gas yang mendekati sifat ini adalah
Gas yang berada pada temperatur tinggi dan tekanan rendah atau
Gas pada kondisi jauh di atas titik kritis dalam diagram P-T.
Gas ideal termodinamika klasik
Karakteristik termodinamika
Gas ideal dapat dijelaskan dengan 2 persamaan:
Persamaan keadaan
Gas ideal adalah hukum
Gas ideal
P
V
=
n
R
T
{\displaystyle PV=nRT\,}
Persamaan ini diturunkan dari Hukum Boyle:
V
=
k
/
P
{\displaystyle V=k/P}
(pada n dan T konstan); Hukum Charles:
V
=
b
T
{\displaystyle V=bT}
(pada P dan n konstan); dan Hukum Avogadro:
V
=
a
n
{\displaystyle V=an}
(pada P dan T konstan). Dengan menggabungkan ketiga hukum tersebut, maka menjadi
3
V
=
k
b
a
(
T
n
P
)
{\displaystyle 3V=kba\left({\frac {Tn}{P}}\right)}
yang artinya
V
=
(
k
b
a
3
)
(
T
n
P
)
{\displaystyle V=\left({\frac {kba}{3}}\right)\left({\frac {Tn}{P}}\right)}
.
Pada kondisi
ideal,
V
=
R
(
T
n
P
)
{\displaystyle V=R\left({\frac {Tn}{P}}\right)}
;
maka,
P
V
=
n
R
T
{\displaystyle PV=nRT}
.
Energi dalam
Gas ideal dinyatakan dengan::
U
=
c
^
V
n
R
T
{\displaystyle U={\hat {c}}_{V}nRT}
dengan
P
{\displaystyle P}
tekanan
V
{\displaystyle V}
volume
n
{\displaystyle n}
jumlah substansi
Gas dalam mol
R
{\displaystyle R}
konstanta
Gas
T
{\displaystyle T}
temperatur mutlak
k
{\displaystyle k}
konstanta Hukum Boyle
b
{\displaystyle b}
konstanta proporsional, sama dengan
V
/
T
{\displaystyle V/T}
a
{\displaystyle a}
konstanta proporsional, sama dengan
V
/
n
{\displaystyle V/n}
U
{\displaystyle U}
energi dalam
c
^
V
{\displaystyle {\hat {c}}_{V}}
kapasitas panas spesifik pada volume konstan, ≈ 3/2 untuk
Gas monoatom, 5/2 untuk
Gas diatom dan 3 untuk molekul lain yang lebih kompleks. Untuk mengubah dari besaran makroskopik ke mikroskopik, maka digunakan
n
R
=
N
k
B
{\displaystyle nR=Nk_{B}\ }
dengan
N
{\displaystyle N}
adalah jumlah partikel
Gas
k
B
{\displaystyle k_{B}}
adalah konstanta Boltzmann (1.381×10−23J·K−1).
Kemungkinan distribusi partikel dari kecepatan atau energi dapat menggunakan distribusi kecepatan Maxwell.
Hukum
ideal Gas adalah lanjutan dari hukum
Gas yang ditemukan secara percobaan. Fluida nyata pada densitas rendah dan temperatur tinggi hampir mengikuti hukum
Gas ideal. Namun, pada temperatur rendah atau densitas tinggi, fluida nyata mengalami penyimpangan jauh dari sifat
Gas ideal, terutama karena terkondensasi menjadi liquid atau terdeposisi menjadi padat. Penyimpangan ini dinyatakan dalam faktor kompresibilitas.
Model
Gas ideal mengikuti asumsi berikut ini:
Molekul
Gas tidak dibedakan, berukuran kecil, dan berbentuk bola
Semua tabrakan antar
Gas bersifat elastis dan semua gerakannya tanpa friksi (tidak ada energi hilang pada gerakan atau tabrakan)
Menggunakan hukum Newton
Jarak rata-rata antar molekul jauh lebih besar daripada ukuran molekul
Molekul secara konstan bergerak pada arah acak dengan distribusi kecepatan
Tidak ada gaya atraktif atau repulsif antara molekul atau sekitarnya
Referensi
