KESETIMBANGAN FASA DALAM SISTEM SEDERHANA

KESETIMBANGAN FASA DALAM SISTEM SEDERHANA1. Kondisi KesetimbanganKesetimbangan Kimia * tiap zat sama dalam sistemKesetimbangan fasa * tiap zat sama dalam setiap fasaSistemUntuk sistem dengan satu komponen

1 Persamaan dasar :

Dimana :S = entropi molarV = volume molar maka :

(2a) ...............(2b) 2(1) 2. Stabilitas dari Fasa Zat MurniKarena persamaan

= Selalu negatif (- ) Akibatnya slope (Tangen arah ) kurva hubungan vs T pada P konstan akan mempunyai harga negatif (-) Untuk 3 fase dari zat tunggal berlaku :

Fasa padat Fasa CairFasa gas.. (3) 3 Pada beberapa suhu :

Jika persamaan (3) dibuat kurva vs T pada P konstan maka : S (padat) L (cair) G (Gas) Tl Td Gambar 1T 4Bila:

Fasa cair fasa gas, maka cair = gas pada TdBila :

Sumbu suhu dibagi atas 3 bagian yaitu : 1. Dibawah Tl Padatan mempunyai terendah2. Antara Tl Td Cairan mempunyai terendah

3. diatas Td Gas mempunyai terendah Catatan : Fase dengan terendah adalah fase stabil Gambar 2.Tla (cair) b ( padat) a b Fasa Padat Fasa cair, maka pdt = cair pada Tlcair = a pdt = b Diketahui :Jika zat dalam sistem berada di bawah suhu lebur ( Tl ) maka :Jika cairan dalam sistem berada pada suhu dibawah Tl Maka : pada suhu ini cairan akan membeku

secara spontan & Energi bebas akan turun. suhu di atas Tl maka :

pdt >cair Pada suhu ini padatan akan melelehsecara spontan & Energi bebas akanturun.

Jika suhu pada titik Tl maka :pdt = cair Terjadi kesetimbangan pdt 0, Pd umumnya V < 0, Mis :H2O

Maka :

Bergantung Karena padat < cair PTPadatCairGambar 4. Padat- Cairb. Kesetimbangan Cair GasPerubahan Cair ke Gas

S=Sgas Scair = S penguapan

V=Vgas - Vcair= V penguapan

Pada suhu kesetimbangan, proses transformasinyareversibel sehingga S penguapan = HPenguapan TKarena Pada :

Proses penguapan, Cair gas , selalu menyerap energi sehingga : H = (+) juga S = (+) Vpenguapan = (+) untuk semua zat

Maka :

CairGasPadat Gambar 5. Cair UapTPc. kesetimbangan Padat GasPerubahan Padat ke GasS=Sgas Spadat = S Sublimasi

V=Vgas - Vpadat = V SublimasiPada suhu kesetimbangan, proses transformasinyareversibel sehingga :S sublimasi=

Hsublimasi TKarena Pada :

Proses Sublimasi, Padat gas , selalu menyerap energi sehingga : H = (+) juga S = (+) VSublimasi = (+) untuk semua zat Maka :

TPgasCairpadatGambar 6. Diagram Fasa Pada Triple Point H Sub. = H Peleburan + H PenguapanTlTdTP6. Diagram Fasa Diagram Fasa adalah : hubungan antara fasa, suhu, dan Tekanan. Padat Cair Gas A OBC P(atm) 1 0,006 T (0 C) 0 0,0098 100 Gambar 7. Diagram Fasa H2 O P (atm) 67 5,111 Cair Gas Padat A -78,2 -56,6 25 C B T( 0 C) O Gambar 8. Diagram Fasa CO2Kegunaan diagram fasa :

Menentukan suhu lebur (Tl) atau suhu didih (Td) dalam berbagai tekanan Menentukan perubahan fasa akibat perubahan suhu atau tekanan Menentukan fasa zat pada suhu dan tekanan tertentu.Menjelaskan sifat anomali air ( penyimpangan sifat air)

Garis kesetimbangan, Padat Cair

Untuk air adalah condong kekiri, akibatnya bila P meningkat, maka Tl menurun. Demikian sebaliknya. 2. Garis kesetimbangan, Padat Cair Untuk zat lain condong ke kanan, akibatnya bila P meningkat, makaTl juga meningkat. Demikian sebaliknya.7. Pengaruh Tekanan Thd Tekanan uap

Pada Kesetimbangan cair Uap diasumsikan ada dua fasa pada tekanan yang sama. Cairan berada dibawah tekanan P

uap berada dibawah tekanan uap p tetapi bergantung pada P.

Cairan P = puap + p Uap + gas lainDari gambar dapat dilihat :Andaikan Suatu ruang tertutup berisi cairan dan cairan tsb akan menguap sampai ruangan jenuh dan saat itu terjadi kesetimbangan antara cairan dengan uap.Pada kesetimbangan Cair uap, maka

uap (T,p ) = cair(T, P ) ...............(11)

Pada T tetap , p = f (P) . Jika persamaan (11) didefrensialkan terhadap P pada T tetap maka,

dengan menggunakan persamaan (2b), diperoleh:

......................(12)Persamaan (12) menunjukkan bahwa :

tekanan uap(p) meningkat dengan tekanan total (P) pada cairan. tetapi :peningkatannya sangat kecil karena Vcair < V uap Jika uapnya bersifat ideal maka :

Dimana : p= Tekanan Uap dibawah suatu tekanan Pp0 =Tekanan uap ketika cairan dan uap dibawah tekanan yang sama

8. Aturan FasaFasa adalah bagian dari sistem yang secara kimia dan fisika sama (homogen) di seluruh bagian sistem tersebut dan benar-benar terpisah dari bagian yang lain oleh batasan yang jelas. Misalnya : Minyak AirJumlah fasaFase tidak selamanya sama dengan wujudWujud zat = 3 ( padat, cair, dan gas)Fase = 3 atau lebih

gas, cairan murni, larutan, dan padatan murni adalah satu fase Sedangkan :

Padatan yang mempunyai dua bentuk kristal atau lebih adalah lebih dari satu fasa.Misal: Karbon mempunyai dua bentuk kristal:IntanGrafit Konstituen adalah banyaknya spesies kimia,molekul,ion atau atom yang terdapat dalam suatu sistemMisal :Campuran alkohol dan

Air (saling melarutkan)

Fasa : 1 Konstituen :2 (air dan alkohol) Komponen adalah jumlah minimum Konstituen yang secara bebas (independent) diperlukan untuk menentukan komposisi dari semua fasa yang ada dalam suatu sistemMisal :

1. CaCO3(P) CaO(P) + CO2 (g) Fasa : 3 ( 2 padat dan 1 gas ) Konstituen : 3 (CaCO3(P), CaO(P), dan CO2 (g) Komponen :2 (CaCO3(P) = CaO(P)) dan CO2 (g) NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)

Fasa : 2 ( padat dan gas )

Konstituen : 3 (NH4Cl(s), NH3(g), dan HCl(g))Komponen : 1 {NH4Cl(s) Derajat kebebasan (Variance =F)Adalah jumlah variabel intensif yang dapat diubah secara bebas tanpa mengganggu jumlah fasa dalam kesetimbangan sistem tersebut 1. Variabel Intensif : variabel yang tidak dipengaruhi oleh ukuran.Misal: Suhu, Tekanan,dan konsentrasi2. Variabel Ekstensif:Variabel yang dipengaruhi oleh ukuran.Misal: massa , Volume, dll.Menurut Aturan Fasa Gibbs :

F = C P + 2 Dimana:F = Derajat kebebasanC = KomponenP = FasaUntuk sistem satu komponena. Jika 1 fasaF = C P + 2F = 1 1 + 2F = 2 Sistem mempunyai 2 derajat kebebasan(bivarian) berarti ada 2 variabel intensif, misalnya T dan P

b. Jika 2 FasaF = C P + 2F = 1 2 + 2F = 1Sistem mempunyai 1 derajat kebebasan (Univarian) berarti hanya diperlukan 1 variabel intensif misal : T atau Pc. Jika 3 FasaF = C P + 2F = 1 3 + 2F = 0Sistem tidak mempunyai derajat kebebasan (invarian)

Kesimpulan :Untuk sistem dengan satu komponen Jumlah FasaDerajat kebebasan123210