Soal 2: Hidrogen di Luar Angkasa

Hidrogen, unsur terbanyak di alam semesta, menyusun sekitar 75 % massa alam semesta. Sisanya, sebagian besar helium dengan  sedikit unsur-unsur lain. Hidrogen tidak hanya melimpah, hidrogen juga pembangun unsur-unsur lain.

Hidrogen melimpah di bintang-bintang, seperti di matahari. Dengan demikian galaksi Bima Sakti yang terdiri dari 100 juta bintang, kaya akan hidrogen. Jarak antar bintang rata-rata adalah beberapa tahun cahaya. Hidrogen juga merupakan penyusun utama ruang antar bintang. Di alam semesta,  ada sekitar 100 milyar galaksi. Ruang kosong antargalaksi sangat luas. Misalnya, galaksi Bima Sakti dipisahkan dengan tetangga terdekatnya, galaksi Adromeda, dengan jarak sekitar 2 juta tahun cahaya. Hidrogen merupakan pengisi ruang antargalaksi walaupun kerapatannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan di ruang antarbintang. Kerapatan rata-rata materi di ruang antargalaksi, dimana suhu saat ini adalah 2,7 K, sekitar 1 atom/m3.

2.1 Hitung kecepatan rata-rata, (8 RT/ πM)1/2 atom hidrogen di ruang antargalaksi.

Jawab

R = 0,082 L atm K-1 mol-1 = 8,3 JK1 mol-1;

M (masa atom relatif suatu atom)=  gr/mol = 10-3kg mol-1

VRata-rata = (8 RT/ πM)1/2

VRata-rata = [8 x 8,3 JK-1 mol-1 x 2,7 K)/(3,14)(10-3kg mol-1)]1/2

VRata-rata = 240 m detik-1

 

2.2 Hitung volume silinder tumbukan yang dilalui oleh satu atom hidrogen dalam satu detik dengan mengalikan luas penampang lintang (πd2) dengan kecepatannya, dimana d adalah diameter atom hidrogen (1 x 10-8 cm)! Molekul yang pusatnya dalam silinder tersebut akan megalami tumbukan.

Jawab

Volume silinder tumbukan

V = (2)1/2 πd2.v

V = (2)1/2 (3,14) (10-8 cm)2 (2,4 x 104 cm det-1)

V = 1,1 x 10-11 cm3 det-1

2.3 Hitung jumlah tumbukan per detik yang dialami atom hidrogen dengan mengalikan volume di atas dengan kerapatan! Berapa tahun yang diperlukan atom hidrogen agar bertemu dengan atom lain di ruang antargalaksi?

Jawab

Atom/ satuan volume = 1/1 m3 = 1/106 cm3 = 10-6 cm-3

Jumlah tumbukan/ detik = (volume silinder) x (atom/satuan volume)

Jumlah tumbukan/ detik = (1,1 x 10-11 cm 3 s-1) (10-6 cm-3)

Jumlah tumbukan/ detik = 1,1 x 10-17 S-1

Waktu antara tumbukan = 1/ (Jumlah tumbukan/ detik)

Waktu antara tumbukan = 1/(1,1 x 10-17) s-1

Waktu antara tumbukan = 9 x 1016 detik

2.4 Hitung panjang lintasan bebas rata-rata (the mean free path) λ hidrogen di ruang antargalaksi λ adalah jarak rata-rata yang dilalui suatu partikel di antara tumbukan-tumbukan. Atom hidrogen cukup melimpah di ruang antarbintang dalam galaksi, sekitar 1 atom per cm3, suhu kira-kiranya 40 K.

Jawab

Panjang Lintasan bebas rata-rata = VRata-rata x waktu antara tumbukan

Panjang Lintasan bebas rata-rata = (240 ms-1)(9 x 1016 s)

Panjang Lintasan bebas rata-rata = (2,2 x 1019 m  (± 2000 tahun cahaya)

2.5   Hitung kecepatan rata-rata atom hidrogen di ruang antar bintang!

Jawab

Laju berbanding lurus dengan akar kuadrat temperatur

(240 m s-1) (40/2,7)1/2 = 920 m detik-1

2.6   Hitung (λ) hydrogen diruang antarbintang!

Volume silinder tumbukan

V = (2)1/2 (3,14) (10-8 cm)2 (9,2 x 104 cm det-1)

V = 4,1 x 10-11 cm3 det-1

Tumbukan/ detik = (volume tersapu per detik) x (atom/satuan volume)

Tumbukan/ detik = (4,1 x 10-11 cm 3 s-1) (1 cm-3)

Tumbukan/ detik = 4,1 x 10-11 S-1

Waktu antara tumbukan = 1/(4,1 x 10-11) s-1

Waktu antara tumbukan = 2,4 x 1010 detik

Panjang Lintasan bebas rata-rata = (920 ms-1)(2,4 x 1010 s)

Panjang Lintasan bebas rata-rata = (2,2 x 1013 m

λ (ruang antar galaksi)/λ (ruang antar bintang) = (2,2 x 1019 m)/ (2,2 x 1013 m)

λ (ruang antar galaksi)/λ (ruang antar bintang) = sekitar satu juta meter

2.7   Dari hasil di atas, bagaimana kemungkinan reaksi kimia di ruang angkasa!

Jawab

Sangat kecil, karena panjang lintasan antar tumbukannya sangat besar

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: