MAKALAH KIMIA FISIK II KESTIMBANGAN FASA

Transkripsi

1 MAKALAH KIMIA FISIK II KESTIMBANGAN FASA DISUSUN OLEH KELOMPOK III SYAFRIAN AZMI LUCIANA SIHOTANG (F1C114042) (F1C114046) PATRICIA THEODORA S (F1C114050) SYUHADA FRATIWI PUTRI CYNTHIA D. (F1C114054) (F1C114060) DOSEN PENGAMPU: PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS JAMBI 2016

2 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaiakan makalah dengan judul KESETIMBANGAN FASA. Makalah ini disusun dalam rangka memenuhi tugas kelompok dalam mata kuliahan Kimia Fisik II. Atas bimbingan ibu dosen dan saran dari teman-teman maka disusunlah makalah ini. Semoga dengan tersusunnya makalah ini diharapkan dapat berguna bagi kami semua dalam memenuhi salah satu syarat tugas kami di perkuliahan. Karya tulis ini diharapkan bisa bermanfaat dengan efisien dalam proses perkuliahan. Dalam menyusun makalah ini, penulis banyak memperoleh bantuan dari berbagai pihak, maka penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang terkait. Dalam menyusun karya tulis ini penulis telah berusaha dengan segenap kemampuan untuk membuat karya tulis yang sebaik-baiknya. Sebagai pemula tentunya masih banyak kekurangan dan kesalahan dalam makalah ini, oleh karenanya kami mengharapkan kritik dan saran agar makalah ini bisa menjadi lebih baik. Demikianlah kata pengantar makalah ini dan penulis berharap semoga makalah ini dapat digunakan sebagaimana mestinya. Amin. Jambi, 28 Maret 2013 Penulis 1

3 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR...i DAFTAR ISI...ii BAB I...1 PENDAHULUAN Latar Belakang Tujuan Rumusan Masalah Manfaat...2 BAB II...3 PEMBAHASAN Kesetimbangan Fasa...3 a. Perbedaan Kesetimbangan Kimia dan Kesetimbangan fasa...3 b. Kriteria Kesetimbangan Istilah Istilah Dalam Kesetimbang Fasa...6 a. Fasa (P)...6 b. Komponen (C)...6 c. Derajad Kebebasan (F)...7 d. Aturan Fasa Grafik Dan Diagram Dalam Kestimbangan Fasa...7 a. Berdasarkan bentuk Diagram fasa 2 D Diagram fasa 3 D...10 b. Berdasarkan jumlah komponen Sistem Satu Komponen Sistem Dua Komponen (Biner) Sistem Tiga Komponen (Terner) Hukum-Hukum Dalam Kestimbangan Fasa...21 a. Hukum Raoult...21 b. Hukum Hendry

4 BAB III...24 KESIMPULAN...24 DAFTAR PUSTAKA

5 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Bagian sesuatu yang menjadi pusat perhatian dan dipelajari disebut sebagai sistem. Suatu sistem heterogen terdiri dari berbagai bagian yang homogen yang saling bersentuhan dengan batas yang jelas. Bagian homogen ini disebut sebagai fasa dapat dipisahkan secara mekanik. Tekanan dan temperatur menentukan keadaan suatu materi kesetimbangan fasa dari materi yang sama. Kesetimbangan fasa dari suatu sistem harus memenuhi syarat berikut : a. Sistem mempunyai lebih dari satu fasa meskipun materinya sama b. Terjadi perpindahan reversibel spesi kimia dari satu fasa ke fasa lain c. Seluruh bagian sistem mempunyai tekanan dan temperatur sama Kesetimbangan fasa dikelompokan menurut jumlah komponen penyusunnya yaitu sistem satu komponen, dua komponen dan tiga komponen Pemahaman mengenai perilaku fasa berkembang dengan adanya aturan fasa Gibbs. Sedangkan persamaan Clausius dan persamaan Clausius Clayperon menghubungkan perubahan tekanan kesetimbangan dan perubahan suhu pada sistem satu komponen. Adanya penyimpangan dari sistem dua komponen caircair ideal konsep sifat koligatif larutan dapat dijelaskan. 1.2 Tujuan a) Mempelajarai tentang kesetimbangan fasa. b) Mengetahui apa saja istilah istilah dalam kesetimbang fasa. c) Mengetahui perbedaan grafik dan diagram serta macam-macam diagram dalam kestimbangan fasa. d) Mengetahui hukum-hukum yang berlaku di dalam kestimbangan fasa. 1.3 Rumusan Masalah a) Apa perbedaan kesetimbangan fasa dengan kestimbangan kimia? b) apa saja istilah istilah dalam kesetimbang fasa? 1

6 c) Apa perbedaan grafik dan diagram serta macam-macam diagram dalam kestimbangan fasa? d) Apa saja hukum-hukum yang berlaku di dalam kestimbangan fasa? 1.4 Manfaat a) Mengetahui tentang kesetimbangan fasa. b) Mengetahui apa saja istilah istilah dalam kesetimbang fasa. c) Mengetahui perbedaan grafik dan diagram serta macam-macam diagram dalam kestimbangan fasa. d) Mengetahui hukum-hukum yang berlaku di dalam kestimbangan fasa. 2

7 BAB II PEMBAHASAN 2.1 Kesetimbangan Fasa a. Perbedaan Kesetimbangan Kimia dan Kesetimbangan fasa Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang teramati selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada perubahan yang teramati dalam sistem. Meskipun demikian, aktivitas molekul tetap berjalan, molekul-molekul reaktan berubah mnjadi produk secara terus-menerus sambil molekul-molekul produk berubah menjadi reaktan kembali dengan kecepatan yang sama. Jika kecepatan reaksi maju dan reaksi balik adalah sama, dan dikatakan bahwa kesetimbangan kimia telah dicapai. Harus diingat bahwa kesetimbangan kimia melibatkan beberapa zat yang berbeda sebagai reaktan dan produk. Kesetimbangan antara dua fase zat-zat yang sama disebut kesetimbangan fisika, perubahan yang terjadi adalah proses fisika. Dalam peristiwa ini, molekul air yang meninggalkan fase cair adalah sama dengan jumlah molekul yang kembali ke fase cair. H 2 O (C) H 2 O (g) Perhatian para kimiawi tercurah kepada proses kesetimbangan kimia, misalnya reaksi dapat dibalik yang melibatkan nitrogen disebut oksida (NO 2 ) dan nitrogen tetraosida (N 2 O 4 ) yang dinyatakan sebagai berikut. N 2 O 4(g) 2NO 2(g) Kemajuan reaksi ini mudah dimonitor karena N 2O 4 adalah suatu gas tak berwarna, sedangkan NO 2 adalah gas berwarna coklat tua. Andaikan sejumah tertentu gas N 2 O 4 diinjeksikan ke dalam labu tertutup, maka segera tampak warna coklat yang menunjukkan terbentuknya molekul NO 2. Intensitas warna terus meningkat dengan berlangsungnya peruraian N 2 O 4 terus-menerus sampai kesetimbangan tercapai. Pada keadaan ini, tidak ada lagi perubahan warna yang diamati. Kesetimbangan Fasa adalah suatu keadaan dimana suatu zat memiliki komposisi yang pasti pada kedua fasanya pada suhu dan tekanan tertentu, 3

8 biasanya pada fasa cair dan uapnya. Diagram fasa merupakan cara mudah untuk menampilkan wujud zat sebagai fungsi suhu dan tekanan. Dalam diagram fasa, diasumsikan bahwa zat tersebut diisolasi dengan baik dan tidak ada zat lain yang masuk atau keluar sistem. Pemahaman tentang diagram fasa akan terbantu dengan pemahaman hukum fasa Gibbs, hubungan yang diturunkan oleh fisikawanmatematik Amerika Josiah Willard Gibbs ( ) di tahun Aturan ini menyatakan bahwa untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas-disebut derajat kebebasan F- yang sama dengan jumlah komponen C ditambah 2 dikurangi jumlah fasa P, yakni, F=C+2-P Jadi, dalam titik tertentu di diagram fasa, jumlah derajat kebebasan adalah 2 yakni suhu dan tekanan; bila dua fasa dalam kesetimbangan-sebagaimana ditunjukkan dengan garis yang membatasi daerah dua fasa hanya ada satu derajat kebebasan-bisa suhu atau tekanan. Pada ttik tripel ketika terdapat tiga fasa tidak ada derajat kebebasan lagi. Dari diagram fasa, dapat mengkonfirmasi apa yang telah diketahui, dan lebih lanjut, dapat mempelajari apa yang belum diketahui. Misalnya, kemiringan yang negatif pada perbatasan padatan-cairan memiliki implikasi penting sebagaimana dinyatakan di bagian kanan diagram, yakni bila tekanan diberikan pada es, es akan meleleh dan membentuk air. Berdasarkan prinsip Le Chatelier, bila sistem pada kesetimbangan diberi tekanan, kesetimbangan akan bergeser ke arah yang akan mengurangi perubahan ini. Hal ini berarti air memiliki volume yang lebih kecil, kerapatan leb besar daripada es; dan semua kita telah hafal dengan fakta bahwa s mengapung di air. Sebaliknya, air pada tekanan 0,0060 atm berada sebagai cairan pada suhu rendah, sementara pada suhu 0,0098 C, tiga wujud air akan ada bersama. Titik ini disebut titik tripel air. Tidak ada titik lain di mana tiga wujud air ada bersama. Selain itu, titik kritis (untuk air, 218 atm, 374 C), yang telah Anda pelajari, juga ditunjukkan dalam diagram fasa. Bila cairan berubah menjadi fasa gas pada titik kritis, muncul keadaan antara (intermediate state), yakni keadaan antara cair dan gas. Dalam diagram fasa keadaan di atas titik kritis tidak didefinisikan. 4

9 b. Kriteria Kesetimbangan Kesetimbangan antara beberapa fasa dapat dinyatakan dengan besaranbesaran intensif T (suhu), P (tekanan) dan μ (potensial kimia). Kriteria suatu kesetimbangan diperlihatkan oleh perubahan energi bebas Gibbs (ΔG) yang dinyatakan melalui persamaan : dengan potensial kimia (μ) : Pada keadaan setimbang, potensial kimia suatu komponen adalah sama pada setiap fasa, contoh pada kesetimbangan H 2 O (l ) H 2 O (g) maka μ H2O (l ) = μ H 2 O (g ), yang dapat dibuktikan sebagai berikut : Artinya potensial kimia akan berharga sama bila sistem dalam kesetimbangan. Persamaan (7) memperlihatkan bila μi α > μi β maka akan terjadi aliran potensial dari fasa α menuju fasa β dan sering disebut sebagai kesetimbangan material. Demikian pula bila T α >T β maka akan terjadi aliran suhu dari fasa α menuju fasa β hingga tercapai kesetimbangan termal. Kesetimbangan mekanik akan tercapai bila terjadi aliran tekanan dari fasa α menuju fasa β. 5

10 2.2 Istilah Istilah Dalam Kesetimbang Fasa a. Fasa (P) Sering istilah fasa diidentikkan dengan wujud atau keadaan suatu materi, misalnya es berwujud padat, air berwujud cair atau uap air yang berwujud gas. Konsep ini tidak benar karena sistem padatan dan sistem cairan dapat terdiri dari beberapa fasa. Sedangkan gas cenderung bercampur sempurna sehingga dalam sistem gas hanya terdapat satu fasa. Fasa dapat didefinisikan sebagai setiap bagian sistem yang : a) homogen dan dipisahkan oleh batas yang jelas. b) sifat fisik dan sifat kimia berbeda dari bagian sistem lain. c) dapat dipisahkan secara mekanik dari bagian lain sistem itu. Contoh sistem satu fasa : Dua cairan yang bercampur homogen sistem 2 fasa : cairan polar (misal air) dan non polar (misal :minyak) sistem belerang padat (monoklin dan rombik) sistem 3 fasa : es, uap air dan air CaCO 3 (s) CO 2 (g) + CaO (s) b. Komponen (C) Jumlah komponen suatu sistem dinyatakan sebagai jumlah meinimum spesi kimia yang membentuk sistem tersebut yang dapat menentukan susunan setiap system fasa sistem. Contoh : H 2 O (g) H 2 O (l ) jumlah komponen C = 1 N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 2 (g) jumlah komponen C = 3 untuk perbandingan mol N 2 dan H 2 1:3 jumlah komponen C = 2 bila perbandingan mol N2:H2 = 1 : 3 c. Derajad Kebebasan (F) Derajad kebebasan (F) dari suatu sistem setimbang merupakan variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan sistem tersebut. Untuk menentukan derajad kebebasan dibutuhkan aturan fasa. d. Aturan Fasa Aturan fasa mengatur hubungan antara jumlah komponen, jumlah fasa dan 6

11 derajad kebebasan suatu sistem. Menurut aturan fasa F = C-P+2 Contoh Soal : Dalam gelas tertutup terdapat kesetimbangan antara es dan air maka derajad kebebasan sistem tersebut : F = = 1 artinya jika temperatur tertentu, maka tekanan dan komposisi tertentu. 2.3 Grafik Dan Diagram Dalam Kestimbangan Fasa Diagram Fasa adalah diagram yang menampilkan hubungan antara temperatur dimana terjadi perubahan fasa selama proses pendinginan dan pemanasan yang lambat dengan kadar karbon. Tidak seperti struktur logam murni yang hanya dipengaruhi oleh suhu, sedangkan struktur paduan dipengaruhi oleh suhu dan komposisi. Pada kesetimbangan, struktur paduan ini dapat digambarkan dalam suatu diagram yang disebut diagram fasa (diagram kesetimbangan) dengan parameter suhu (T) versus komposisi (mol atau fraksi mol). (Fase dapat didefinisikan sebagai bagian dari bahan yang memiliki struktur atau komposisi yang berbeda dari bagian lainnya). Diagram fasa khususnya untuk ilmu logam merupakan suatu pemetaan dari kondisi logam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( Konsentrasi dan temperatur). Diagram fasa secara umum dipakai ada 3 jenis : 1. Diagram fasa tunggal/uner ( 1 komponen/komposisi sama dengan Paduan ) 2. Diagram fasa Biner ( 2 komponen unsur dan temperatur) 3. Diagram fasa Terner ( 3 komponen unsur dan temperatur) Diagram fasa tunggal memiliki komposisi yang sama dengan paduan, misalnya timbale dan timah. Diagram fasa biner misalnya paduan kuningan ( Cu-Zn), (Cu- Ni) dll. Diagram fasa terner misalnya paduan stainless steel (Fe-Cr-Ni) dll. Diagram pendinginan merupakan diagram yang memetakan kondisi struktur mikro apa yang anda akan dapatkan melalui dua variabel utama yaitu ( Temperatur dan waktu) disebut juga diagram TTT atau juga dua variabel utama yaitu (temperatur dan cooling rater) disebut juga diagram CCT. Diagram ini berguna untuk mendapatkan sifat mekanik tertentu dan mikrostruktur tertentu, 7

12 Fasa bainit misalnya pada baja hanya terdapat pada diagram TTT bukan diagram isothermal Fe-Fe3C. Kegunaan Diagram Fasa adalah dapat memberikan informasi tentang struktur dan komposisi fase-fase dalam kesetimbangan. Diagram fasa digunakan oleh ahli geologi, ahli kimia, ceramists, metallurgists dan ilmuwan lain untuk mengatur dan meringkas eksperimental dan data pengamatan serta dapat digunakan untuk membuat prediksi tentang proses-proses yang melibatkan reaksi kimia antara fase. Komponen umum diagram fasa adalah garis kesetimbangan atau batas fase, yang merujuk pada baris yang menandai kondisi di mana beberapa fase dapat hidup berdampingan pada kesetimbangan. Fase transisi terjadi di sepanjang garis dari ekuilibrium. Titik tripel 2 adalah titik pada diagram fase di mana garis dari ekuilibrium berpotongan. Tanda titik tripel kondisi di mana tiga fase yang berbeda dapat ditampilkan bersama. Sebagai contoh, diagram fase air memiliki titik tripel tunggal yang sesuai dengan suhu dan tekanan di mana padat, cair, dan gas air dapat hidup berdampingan dalam keadaan kesetimbangan yang stabil. Titik solidus adalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambah cairan kristal. Titik likuidus adalah Garis yang memisahkan bidang semua cairan dari yang ditambah cairan kristal. Titik kritis adalah titik dimana bagian ujung kurva tekanan dari uap air, ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan. Yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi). Temperatur di atas mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Terdapat sebuah kesenjangan antara solidus dan likuidus yang terdiri dari campuran kristal dan cairan. a. Berdasarkan bentuk Berdasarkan bentuknya, diagram fasa dibedakan menjadi dua, yaitu: diagram fasa 2D, dan 3D: 1. Diagram fasa 2 D Diagram fasa yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal yang sederhana, seperti air. Sumbu sesuai dengan tekanan dan 8

13 suhu. Diagram menunjukkan fasa, dalam ruang tekanan-suhu, garis-garis batas keseimbangan atau fase antara tiga fase padat, gas, dan cair. Sebuah diagram fase khas. Garis putus-putus memberikan perilaku anomali air. Garis hijau menandai titik beku dan garis biru titik didih, menunjukkan bagaimana mereka bervariasi dengan tekanan. Kurva pada diagram fasamenunjukkan titik-titik di mana energi bebas (dan sifat turunan lainnya) menjadi non-analitis: turunannya berkenaan dengan (suhu dan tekanan dalam contoh ini) koordinat perubahan terputus-putus (tiba-tiba). Misalnya, kapasitas panas dari wadah dengan es akan berubah tiba-tiba sebagai wadah dipanaskan melewati titik lebur. Ruang terbuka, di mana energi bebas adalah analitik, sesuai dengan daerah fase tunggal. Daerah satu fasa dipisahkan oleh garis non-analitis, di mana transisi fase terjadi, yang disebut batas fase. Dalam diagram di sebelah kiri, batas fasa antara cair dan gas tidak berlanjut tanpa batas. Sebaliknya, berakhir pada sebuah titik pada diagram fase yang disebut titik kritis. Ini mencerminkan fakta bahwa, pada suhu dan tekanan sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan, dalam apa yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis terjadi pada sekitar Tc = 647,096 K (1, R), pc = 22,064 MPa (3,200.1 psi) dan ρc = 356 kg / m³.keberadaan titik cair-gas kritis mengungkapkan ambiguitas sedikit pelabelan daerah fase tunggal. Ketika terjadi dari cairan ke fase gas, satu biasanya menyeberangi batas fase, namun adalah mungkin untuk memilih jalan yang tidak pernah melintasi batas dengan pergi ke 9

14 kanan titik kritis. Dengan demikian, fase cair dan gas dapat berbaur terus menerus ke satu sama lain. Batas fase padat-cair hanya dapat diakhiri dengan titik kritis jika fase padat dan cair memiliki grup simetri yang sama. Batas fase padat-cair dalam diagram fase zat yang paling memiliki kemiringan positif, semakin besar tekanan pada zat tertentu, semakin dekat bersama-sama molekul-molekul zat dibawa ke satu sama lain, yang meningkatkan efek dari kekuatan antarmolekul substansi itu. Dengan demikian, substansi memerlukan suhu yanglebih tinggi untuk molekul untuk memiliki energi yang cukup untuk keluar pola tetap dari fase padat dan memasuki fase cair. Konsep serupa juga berlaku untuk perubahan fase cair-gas air, karena sifat tertentu, adalah salah satu daribeberapa pengecualian aturan. 2. Diagram fasa 3 D Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga kuantitas termodinamika. Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal, koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada dalam kesetimbangan. Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan proyeksi ortografik garis tripel. 10

15 b. Berdasarkan jumlah komponen Berdasarkan jumlah komponen penyusunnya, diagram fasa dibedakan menjadi tiga, yaitu: 1. Sistem Satu Komponen Untuk sistem 1 komponen aturan fasa berubah menjadi F= 3-P. Karena fasa tidak mungkin = 0, maka derajad kebebasan masimum adalah 2 artinya sistem 1 komponen paling banyak memiliki 2 variabel intensif untuk menyatakan keadaan sistem yaitu P (tekanan) dan T (suhu). Diagram fasa adalah diagram yang menggambarkan keadaan sistem (komponen dan fasa) yang dinyatakan dalam 2 dimensi. Dalam diagram ini tergambar sifat- sifat zat seperti titik didih, titik leleh, titik tripel. Sebagai contoh adalah diagram fasa 1 komponen adalah diagram fasa air. 11

16 Diagram ini menggambarkan hubungan antara tekanan dan suhu pada sistem 1 komponen air. Titik tripel memperlihatkan suhu dimana air mempunyai 3 fasa yaitu padat, cair dan gas. 2. Sistem Dua Komponen (Biner) Sistem 2 komponen dapat berupa campuran dari fasa cair- gas, cair- cair, fasampadat- cair, ataupun padat- padat. Karakteristik setiap campuran sangat khas, misalnya ada sistem cair- cair yang membentuk campuran yang homogen atau 1 fasa pada segala P,T dan komposisi, tetapi ada pula yang hanya membentuk 1 fasa pada P,T atau komposisi tertentu. Diagram fasa untuk sistem dua komponen digambarkan sebagai fungsi komposisi terhadap tekanan atau komposisi terhadap suhu. Oleh sebab itu aturan fasa berubah menjadi F = C P+1 karena salah satu variabel (P atau T) dalam keadaan konstan. Derajad kebebasan (F) menjadi = 2-P Sistem dua komponen cair- gas ideal Yang dimaksud dengan sistem dua komponen cair- gas adalah sistem yang terdiri dari cairan dengan uapnya. Sistem dikatakan ideal bila memenuhi hukum Raoult pada semua rentang konsentrasi. Untuk campuran biner ideal, proses pencampuran tidak menimbulkan efek kalor karena energi interaksi antara komponen 1 dan komponen 2 sama dengan energi interaksi antara sesama partikel komponen 1 maupun sesama partikel komponen 2. Hukum Raoult Raoult adalah seorang ahli kimia dari Perancis, ia mengamati bahwa pada larutan ideal yang dalam keadaan seimbang antara larutan dan uapnya, maka perbandingan antara tekanan uap salah satu komponennya ( misal A) PA/PA o sebanding dengan fraksi mol komponen (XA) yang menguap dalam larutan pada suhu yang sama. Misalkan suatu larutan yang terdiri dari komponen A dan B menguap, maka tekanan uap A (P A ) dinyatakan sebagai : PA = P Ao. XA 12

17 PA adalah tekanan uap jenuh di atas larutan XA adalah fraksi mol komponen A PA o adalah tekanan uap A murni Larutan yang memenuhi hukum ini disebut sebagai larutan ideal. Pada kondisi ini, maka tekanan uap total (Pt) akan berharga. dan bila digambarkan maka diagram tekanan uap terhadap fraksi mol adalah seperti diperlihatkan pada gambar. Diagram pada gambar merupakan hubungan antara suhu dan komposisi kedua komponennya pada suhu konstan. Komposisi komponen dapat berupa fraksi mol atau persen mol. Harga tekanan total larutan ideal pada berbagai variasi komponen diperlihatkan oleh garis yang menghubungkan P B dan P A. Salah contoh larutan ideal adalah larutan benzena- toluena. Teori ini merupakan dasar bagi metode pemisahan kimia, misalnya destilasi untuk memurnikan atau mengisolasi suatu senyawa. Banyaknya destilat yang dihasilkan dapat dihitung dengan membandingkan antara tekanan parsial senyawa yang diinginkan dengan tekanan total campuran. Secara matematis dapat dituliskan sebagai; X A,V = P A / P t atau X B,V = P B /P t dengan X A,V = fraksi mol A bentuk uap P A, V = Tekanan uap parsial A P t = tekanan total A dan B 13

18 Contoh soal 3 : 3 mol aseton dan 2 mol kloroform dicampur pada suhu 35 oc. Tekanan uap jenuh aseton dan kloroform pada suhu tersebut adalah 360 dan 250 torr a) Bila larutan tersebut dianggap ideal, hitung tekanan uap larutan tersebut b) Bila larutan tersebut mempunyai tekanan uap sebesar 280 torr, bagaimanakah komposisi cairan awal campuran tersebut 14

19 Dua komponen cair- cair misibel sebagian Campuran dua macam senyawa cair- cair kadangkala tidak menghasilkan suatu campuran yang homogen, karena kedua cairan itu tidak larut (misibel) sempurna. Duacairan dikatakan misibel sebagian jika A larut dalam B dalam jumlah yang terbatas, dan sebaliknya. Secara eksperimen dapat diperoleh diagram fasa suhu terhadap komposisi cair- cair pada tekanan tetap, seperti pada gambar berikut : TC : temperatur kritik, titik kritis yaitu suhu yang menunjukkan bahwa pada temperature tersebut adalah batas terendah sistem dalam keadaan dua fasa, di atas temperature tersebut kedua cairan melarut sempurna dalam segala komposisi. Pada diagram tersebut jika suhu dibuat konstan, misal T 1, sistem dimulai dari B murni (titik C), maka penambahan A sedikit dmi sedikit hingga batas titik D (fraksi mol X A1 ) akan didapat cairan satu fasa. Bila penambahan A diteruskan, hingga titik E misalnya, maka akan didapatkan dua fasa atau dua lapisan. Jika penambahan diteruskan sampai mencapai titik F, maka penambahan berikutnya akan menghasilkan satu lapisan atau satu fasa. Contoh dari sistem ini adalah sistem fenol- air. Komposisi kedua lapisan dalam keseimbangan ditunjukkan oleh perbandingan fasa 1 dan fasa 2, dalam diagram di atas diperlihatkan oleh hubungan massa fasa L1 : massa fasa L2 = FE : DE. 15

20 Sistem dua komponen padat- cair Kesetimbangan fasa sistem 2 komponen padat- cair banyak digunakan dalam proses pembuatan logam paduan. Ada banyak macam jenis kesetimbangan dua komponen padat- cair, misalnya : Kedua komponen misibel dalam fasa cair dan imisibel dalam fasa padat Kedua komponen membentuk senyawa dengan titik leleh yang kongruen Kedua komponen membentuk senyawa dengan titik leleh yang inkongruen Kedua komponen membentuk larutan padat Kedua komponen misibel dalam fasa cair dan misibel sebagian dalam fasa padat Sistem 2 komponen yang kedua komponennya misibel dalam fasa cair dan imisibel dalam fasa padat Jenis kesetimbangan ini banyak dijumpai dalam kehidupan sehari- hari, misalnya ada 2 macam logam yang dalam keadaan padat tidak bercampur tetapi ketika dicairkan keduanya akan bercampur homogen membentuk 1 fasa. Diagram fasanya digambarkan seperti pada gambar 4. Titik TA dan TB adalah suhu leleh A dan B murni. Sedangkan titik E adalah titik eutektik yaitu suhu terendah dimana masih terdapat komponen cair. Sedangkan derajad kebebasan untuk setiap daerah mempunyai harga yang berbeda- beda, misalnya daerah larutan cair mempunyai fasa = 1, maka derajad kebebasan pada P tetap akan berharga F = 2. 16

21 Untuk 2 komponen yang membentuk senyawa baru dengan perbandingan mol tertentu, maka diagram fasa dapat digambarkan seperti gambar 5 berikut : Diagram fasa untuk cairan misibel dan padatan imisibel yang membentuk 1 senyawa baru. 17

22 3. Sistem Tiga Komponen (Terner) Sistem tiga komponen mempunyai derajad kebebasan F = 3-P, karena tidak mungkin membuat diagram dengan 4 variabel, maka sistem tersebut dibuat pada tekanan dan suhu tetap. Sehingga diagram hanya merupakan fungsi komposisi. Harga derajad kebebasan maksimal adalah 2, karena harga P hanya mempunyai 2 pilihan 1 fasa yaitu ketiga komponen bercampur homogen atau 2 fasa yang meliputi 2 pasang misibel. Umumnya sistem 3 komponen merupakan sistem cair-cair- cair. Jumlah fraksi mol ketiga komponen berharga 1. Sistem koordinat diagram ini digambarkan sebagai segitiga sama sisi dapat berupa % mol atau fraksi mol ataupun % berat seperti gambar 6 berikut : Titik G mempunyai koordinat 25 % mol A, 10 % mol B dan 65 % molc. Titik G dapat dibuat dengan memotongkan garis yang mempunyai komposisi 25 % mol A yaitu garis sejajar BC, 10 % mol B yaitu garis sejajar AC dan garis sejajar AB dengan % mol 65 %. 18

23 Penentuan konsentrasi campuran didalam segitiga sama sisi diatur dalam rancangan dibawah ini : Pada titik A = 100% Air, 0% B da 0% C Pada titik B = 100% CHCl 3, 0% A dan 0% C Pada titik C = 100% CH 3 COOH, 0% A dan 0% B Garis // AC berturut turut memiliki prosentase CHCl 3 yang besrnya 10%, 20%, 30% dan seterusnya sampai 100% pada titik B. Hal ini sejalan juga dengan garis // AB dalam prosentase asam cuka dan // BC dalam prosentase air. Titik M memiliki komposisi 60% air, 40% kloroform dan 0% asam cuka. Titik N memiliki komposisi 30% air, 20% kloroform dan 50% asam cuka. Jika prosentase dinyatakan dalam prosen berat maka untuk menetapkan posisi suatu campuran dalam grafik dapat digunakan garis garis yang sejajar tadi. 19

24 Contoh : campuran 2 gr kloroform dengan 5 gr air dalam 3 gr asam cuka, kedudukan system dalam grafik berada pada titik D. bentuk diagram kelarutan airasam cuka-kloroform yang sudah ada pada suhu dan tekanan kamar dapat dilihat sbb : Kurva yang melengkung dalam segitiga merupakan kelarutan antar ketiga zat. Didalam kurva terdiri dari 2 fase cair cair yaitu asam cuka dan kloroform yang larut dalam air (L1) dan asam cuka dengan air yang larut dalam kloroform (L2). Garis dasi atau tie line merupakan garis penentuan komosisi yang letaknya tidak sejajar dengan garis AB. Contohnya garis PQ yang menunjukkan bahwakesetimbangan antar 2 fase ditentukan oleh komosisi P dan Q. Jadi garis PQ akan dapat dilukis jika campuran dengan komposisi R yang berada ada garis tersebut memiliki 2 lapisan (L1 dan L2) dengan komposisi titik P dan Q. Jika kita memiliki campuran 1 gr air ditambah 4 gr kloroform dalam Erlenmeyer maka kedudukan system berada pada titik K. Jika campuran tersebut dikocok akan diperoleh 2 fasa cair yang tidak dapat campur (cairan berwarna keruh). Dengan mentitrasi campuran oleh asam cuka maka system akan berjalan dari titik K menuju titik C. dengan pengocokan hati hati selama titrasi akan diperoleh tetesan terakhir ketika kekeruhan tepat hilang. Pada saat ini, system tepat menjadi satu fasa dititik K. Gambar 7 adalah contoh diagram fasa 3 komponen cair- cair sistem aseton- air eter pada 30 0C, 1 atm dengan koordinat persen mol. Daerah di bawah kurva adalah daerah 2 fasa yaitu air- aseton dan eter- aseton. 20

25 Dalam gambar terlihat pada komposisi ekstrem air dapat bercampur sempurna dengan eter. Sedangkan aseton dapat bercampur homogen baik dengan air maupun eter. 2.4 Hukum-Hukum Dalam Kestimbangan Fasa a. Hukum Raoult Raoult adalah seorang ahli kimia dari Perancis, ia mengamati bahwa pada larutan ideal yang dalam keadaan seimbang antara larutan dan uapnya, maka perbandingan antara tekanan uap salah satu komponennya ( misal A) PA/PA o sebanding dengan fraksi mol komponen (XA) yang menguap dalam larutan pada suhu yang sama. Misalkan suatu larutan yang terdiri dari komponen A dan B menguap, maka tekanan uap A (P A ) dinyatakan sebagai : PA = P Ao. XA PA adalah tekanan uap jenuh di atas larutan XA adalah fraksi mol komponen A PA o adalah tekanan uap A murni Larutan yang memenuhi hukum ini disebut sebagai larutan ideal. Pada kondisi ini, maka tekanan uap total (Pt) akan berharga. dan bila digambarkan maka diagram tekanan uap terhadap fraksi mol adalah seperti diperlihatkan pada gambar. 21

26 Diagram pada gambar merupakan hubungan antara suhu dan komposisi kedua komponennya pada suhu konstan. Komposisi komponen dapat berupa fraksi mol atau persen mol. Harga tekanan total larutan ideal pada berbagai variasi komponen diperlihatkan oleh garis yang menghubungkan P B dan P A. Salah contoh larutan ideal adalah larutan benzena- toluena. Teori ini merupakan dasar bagi metode pemisahan kimia, misalnya destilasi untuk memurnikan atau mengisolasi suatu senyawa. Banyaknya destilat yang dihasilkan dapat dihitung dengan membandingkan antara tekanan parsial senyawa yang diinginkan dengan tekanan total campuran. Secara matematis dapat dituliskan sebagai X A,V = P A / P t atau X B,V = P B /P t dengan X A,V = fraksi mol A bentuk uap P A, V = Tekanan uap parsial A P t = tekanan total A dan B b. Hukum Hendry pada temperatur konstan, jumlah gas yang terlarut dalam suatu larutan akan berbanding lurus dengan tekanan parsial gas yang berada dalam kesetimbangan larutan. Atau dapat juga dinyatakan kelarutan gas dalam cairan berbanding lurus terhadap tekanan parsial gas diluar cairan. tekanan uap parsial suatu zat terlarut didalam larutan encer sebanding secara proporsional dengan fraksi molnya Grafik Hukum Henry 22

27 Pada rentang komposisi dimana pelarut mentaati hukum raoult maka zat terlarut mentaati hukum henry Hukum Henry menyatakan bahwa korelasi keseimbangan untuk sistem ideal dan larutan yang cukup encer dapat dinyatakan dengan: Persamaan Hukum Henry : P b = k B C B Dengan : P b = tekanan parsial A di fasa uap C B = konsentrasi A di fasa cair K B = tetapan Henry Keterbatasan Hukum Henry 1. Hanya berlaku untuk larutan encer 2. Tidak ada reaksi kimia antara zat terlarut dengan pelarut, karena jika ada reaksi kimia maka kelarutannya dapat terlhat sangat besar Example : CO2, H2O, NH3, SO2 dan HCl 23

28 BAB III KESIMPULAN 1. Perbedaan kesetimbangan fasa dengan kestimbangan kimia adalah Kesetimbangan Fasa adalah suatu keadaan dimana suatu zat memiliki komposisi yang pasti pada kedua fasanya pada suhu dan tekanan tertentu, biasanya pada fasa cair dan uapnya. Sedangkan Kesetimbangan kimia adalah suatu keadaan di mana tidak ada perubahan yang teramati selama bertambahnya waktu reaksi. Jika suatu kimia telah mencapai keadaan kesetimbangan maka konsentrasi reaktan dan produk menjadi konstan sehingga tidak ada perubahan yang teramati dalam sistem. 2. Istilah istilah yang biasanya digunakan dalam kesetimbang fasa antara lain fasa (p), komponen ( c), derajat kebebasan (f), dan aturan fasa. 3. Perbedaan grafik dan diagram adalah serta macam-macam diagram dalam kestimbangan fasa di kelompokkan menjadi dua kelompok; (a) berdasarkan bentuknya, diagram fasa dibedakan menjadi dua, yaitu:diagram fasa 2 dimensi, dan diagram fasa 3 dimensi, (b) berdasarkan jumlah komponen penyusunnya, diagram fasa dibedakan menjadi tiga, yaitu: Diagram 1 komponen, 2 komponen, dan 3 komponen. 4. hukum-hukum yang berlaku di dalam kestimbangan fasa diantaranya; hokum Roult yang menyatakan pada larutan ideal yang dalam keadaan seimbang antara larutan dan uapnya, maka perbandingan antara tekanan uap salah satu komponennya ( misal A) PA/PA o sebanding dengan fraksi mol komponen (XA) yang menguap dalam larutan pada suhu yang sama dan hokum Hendry yang menyatakan pada temperatur konstan, jumlah gas yang terlarut dalam suatu larutan akan berbanding lurus dengan tekanan parsial gas yang berada dalam kesetimbangan larutan. Atau dapat juga dinyatakan kelarutan gas dalam cairan berbanding lurus terhadap tekanan parsial gas diluar cairan 24

29 DAFTAR PUSTAKA Atkins, PW. 1994, Physical Chemistry, 5th.ed. Oxford : Oxford University Press. Hiskia Achmad, 1992, Wujud Zat dan Kesetimbangan Kimia. Bandung: Citra Aditya Bakti. Hiskia Achmad, 1996, Kimia Larutan. Bandung, Citra Aditya Bakti. KH Sugiyarto, 2000, Kimia Anorganik I, Yogyakarta : FMIPA UNY. M. Fogiel, 1992, The Essentials of Physical Chemistry II, New Jersey : Research and Education Association. Surdia NM, 1980, Kimia Fisika I (terjemahan Robert A. Alberty dan F Daniels), cetakan ke 5, John Willey and Sons. diakses 26 maret