【SMA Fisika Edisi Rendah, Pilihan Wajib Semester 3】: Masuk ke Dunia Mikro: Dasar Teori Kinetik Molekuler

Bayangkan jika kita mengecilkan Bumi hingga sebesar sebuah apel, maka bola berdiameter hanya 1 cm yang diperkecil dalam proporsi yang sama akan kira-kira seukuran molekul. Selamat datang didunia mikrodi sini, materi bukan lagi 'benda padat' yang kontinu, melainkan gambaran hidup dari miliaran partikel kecil.

1. 巨量与极小：阿伏加德罗常数

Untuk menghubungkan massa makroskopik dengan jumlah partikel mikroskopik, kita mendefinisikankonstanta Avogadro $N_A = 6.02 \times 10^{23} \text{ mol}^{-1}$. Angka astronomis ini berarti bahwa 1 mol zat apa pun memiliki jumlah partikel yang sama. Hanya karena adanya 'jumlah besar' ini, molekul-molekul yang sangat kecil (diameter sekitar $10^{-10} \text{ m}$) membentuk dunia makroskopik yang dapat kita lihat dengan mata telanjang.

2. Ruang Kosong dan Pergerakan antar Molekul

Zat tidak rapat tanpa celah. Seperti halnya volume total air 50 mL dan alkohol 50 mL yang dicampur menjadi kurang dari 100 mL, hal ini secara kuat membuktikanadanya ruang kosong antar molekul cair. Danfenomena difusi(seperti kecap meresap ke dalam putih telur) lebih lanjut memberi tahu kita: molekul tidak pernah diam, mereka terus bergerak secara acak tanpa henti, melewati batas, saling masuk satu sama lain.

PERTANYAAN 1

Jika kita membandingkan ukuran Bumi dengan ukuran apel, maka itu setara dengan membandingkan bola berdiameter 1 cm dengan molekul. Terlihat jelas bahwa molekul sangat kecil. Kita pernah mempelajari gerakan benda, maka bagaimana gerakan molekul kecil yang membentuk benda tersebut?

Molekul hanya mulai bergerak ketika ada gaya luar makroskopik

Molekul terus bergerak secara acak dan tak henti-hentinya akibat gerak termal

Molekul hanya bergerak dalam bentuk cair dan gas, diam dalam bentuk padat

Lintasan gerak molekul adalah gerak lurus atau melingkar yang teratur

PERTANYAAN 2

Tuangkan 50 mL air ke dalam silinder pengukur A dan 50 mL alkohol ke dalam silinder pengukur B (lihat Gambar 1.1-6), kemudian tuangkan air dari silinder A ke silinder B. Amati bahwa volume total cairan setelah pencampuran menjadi kurang dari 100 mL. Fenomena eksperimen ini menunjukkan apa?

Molekul alkohol lebih berat daripada molekul air

Terjadi reaksi kimia hebat selama pencampuran

Ada ruang kosong antar molekul cair

Sebagian cairan menguap selama penuangan

PERTANYAAN 3

Xiao Zhang mengamati gerakan serbuk kapur yang mengambang di air, lalu menyimpulkan bahwa gerakan acak partikel padat kecil membuktikan bahwa gerakan molekul air juga acak. Xiao Li berpendapat: 'Partikel bergerak dalam garis lurus berkelok-kelok, artinya molekul air bergerak secara teratur dalam waktu singkat.' Pendapat Anda tentang hal ini?

Xiao Zhang benar, garis berkelok hanya menghubungkan posisi pada titik waktu tertentu, bukan lintasan sebenarnya

Xiao Li benar, garis lurus melambangkan bahwa tumbukan molekul memiliki arah

Keduanya salah, serbuk kapur terlalu besar sehingga tidak mengikuti hukum gerak Brown

PERTANYAAN 4

Diketahui kerapatan tembaga adalah $8.9 \times 10^3 \text{ kg/m}^3$, massa molar adalah $6.4 \times 10^{-2} \text{ kg/mol}$. Jika molekul tembaga dianggap sebagai bola yang rapat, perkirakan orde diameter nya:

$10^{-8} \text{ m}$

$10^{-10} \text{ m}$

$10^{-12} \text{ m}$

PERTANYAAN 5

Dalam dua wadah 1 L masing-masing berisi oksigen dengan massa yang sama pada suhu $0^\circ\text{C}$ dan $100^\circ\text{C}$, mengenai distribusi kecepatan molekul:

Kurva distribusi kecepatan keduanya identik

Keduanya mengikuti pola 'lebih banyak di tengah, sedikit di ujung', namun pada suhu $100^\circ\text{C}$ proporsi molekul berkecepatan tinggi lebih tinggi

Semua molekul pada suhu $100^\circ\text{C}$ memiliki kecepatan lebih besar dibandingkan pada suhu $0^\circ\text{C}$