Parsel Udara Paling Ringan di Atmosfer: Ini Penjelasan Ilmiahnya!

Contoh Soal OSN Kebumian:

Pada kondisi volume, suhu, dan tekanan yang sama, parsel udara manakah yang paling ringan?

a. udara kering

b. udara kering dengan banyak CH4

c. udara kering dengan banyak H2O

d. udara kering dengan banyak NOx

e. udara kering dengan banyak CO2

Pembahasan Lengkap

---

1. Prinsip Fisika Dasar

Untuk gas ideal dengan volume (V), suhu (T), dan tekanan (P) yang sama, kerapatan (ρ) ditentukan oleh mean molecular weight (M̅) campuran gas.

Karena P dan T konstan, maka semakin kecil M̅, semakin ringan (ρ makin kecil) parsel udara tersebut.

---

2. Molar Mass (M) Beberapa Gas Penting

Gas	Rumus	M (g mol⁻¹)	Relasi dgn udara kering*
Udara kering	(≈ N₂ + O₂ + Ar)	28,97	—
CH₄ (metana)	CH₄	16,04	jauh lebih ringan
H₂O (uap)	H₂O	18,02	lebih ringan
NO (nitrogen monoksida)	NO	30,01	sedikit lebih berat
NO₂ (nitrogen dioksida)	NO₂	46,01	jauh lebih berat
CO₂ (karbon dioksida)	CO₂	44,01	jauh lebih berat

*Perbandingan terhadap udara kering (≈ 29 g mol⁻¹).

---

3. Pengaruh Penambahan Gas terhadap M̅

Gas tambahan	M̅_{f=0{,}10} (g mol⁻¹)	Dampak ke ρ
CH₄	27,67	paling kecil (paling ringan)
H₂O	27,87	ringan
NO / NOx(~NO+NO₂)	≈ 30–33	lebih berat
CO₂	32,08	jauh lebih berat

Bahkan bila fraksi CH₄ dan H₂O sama besar, CH₄ tetap menurunkan M̅ lebih banyak karena selisih molar mass-nya dengan udara kering lebih besar (≈ −13 g mol⁻¹) dibanding H₂O (≈ −11 g mol⁻¹).

---

4. Analisis Setiap Pilihan

a. Udara kering – M̅ ≈ 29 g mol⁻¹ → referensi standar.

b. Udara kering + banyak CH₄ – M̅ turun paling besar → paling ringan.

c. Udara kering + banyak H₂O – juga lebih ringan, tetapi tidak serendah campuran CH₄.

d. Udara kering + banyak NOx – NO (30) sedikit lebih berat; NO₂ (46) jauh lebih berat → ρ naik.

e. Udara kering + banyak CO₂ – CO₂ sangat berat → ρ bertambah signifikan.

---

5. Kesimpulan

Dengan kondisi V, T, dan P sama, parsel udara paling ringan adalah:

b. udara kering dengan banyak CH₄

Karena penambahan metana (M = 16 g mol⁻¹) menurunkan mean molecular weight campuran lebih besar dibanding penambahan uap air atau gas lain, sehingga densitasnya paling kecil.