Aturan Fasa dan Rumus Derajat Kebebasan Sistem 1, 2, 3 Komponen. oleh Rivano Andriansyah,

Transkripsi

1 Aturan Fasa dan Rumus Derajat Kebebasan Sistem 1, 2, 3 Komponen oleh Rivano Andriansyah, A. Aturan Fasa Aturan fasa bisa diterapkan ke dalam sistem yang lebih dari satu komponen. Hal ini memungkinkan untuk memproses secara lebih umum dan untuk mendapatkan aturan fasa yang memberikan jumlah derajat kebebasan sistem dengan C komponen dan P fasa. Berdasarkan C komponen yang didistribusikan kedalam setiap P fasa dari sistem, derajat kebebasan sistem dapat dikalkulasikan dengan menambahkan jumlah total variabel intensif yang dibutuhkan untuk mendeskripsikan secara terpisah setiap fasa dan kemudian mengurangi jumlah variabel-variabel yang nilainya didapat dari hubungan energi bebas kesetimbangan diantara fasa yang berbeda. Di dalam setiap fasa, terdapat konsentrasi C-1 yang dibutuhkan untuk menetapkan komposisi fasa sebanyak-banyaknya. Jika fraksi mol digunakan untuk mengukur konsentrasi, sesuatu dibutuhkan untuk menentukan fraksi mol semua komponen, komponen yang tersisa bisa ditentukan karena jumlah dari fraksi mol menjadi satu kesatuan. Karena terdapat P fasa, maka ada P(C-1) komposisi variabel. Tekanan dan suhuyang sudah ditentukan memberikan P(C-1) + 2 variabel intensif jika sistemnya berdasarkan fasa demi fasa. Jumlah variabel-variabel ini, yang ditetapkan oleh kondisi kesetimbangan sistem, sekarang harus ditentukan. Komponen 1, misalnya, didistribusikan antara fasa P1 dan P2. Bila ekuilibrium dibuat untuk setiap komponen yang didistribusikan antara dua fasa, hubungan distribusi dapat ditulis. Jadi, jika konsentrasi salah satu komponen dalam fasa P1 yang ditentukan, konsentrasi dalam tahap P2 secara otomatis tetap. Kesetimbangan serupa juga akan diatur untuk setiap komponen antara berbagai pasangan fasa. Untuk setiap komponen akan ada hubungan P-1 tersebut. Jadi, untuk komponen C total C (P-1) variabel intensif akan tetap ditentukan kondisi kesetimbangan.

2 Jika komponen tidak ada atau berada pada tingkat yang diabaikan dalam salah satu fasa dari sistem, akan ada lebih sedikit satu variabel intensif untuk fasa tersebut sejak konsentrasi diabaikan dari satu unsur. Juga akan ada satu relasi kesetimbangan yang lebih sedikit. Aturan fasa berlaku untuk semua sistem terlepas dari apakah semua fasa memiliki jumlah komponen yang sama atau tidak. Aturan ini berlaku hanya untuk apa yang telah disebut sistem kimia biasa. Sifat dari beberapa system mungkin lebih tergantung pada medan listrik atau magnet seluruh sistem atau intensitas cahaya yang bersinar melalui sistem. Jika sifat seperti intensif tambahan signifikan (dalam sistem kimia biasa variabel intensif dapat diabaikan), mereka harus ditambahkan ke jumlah variabel dan salah satu kemudian akan memiliki, misalnya Φ = C + 3 P. Dalam praktek, kita hampir selalu berurusan dengan sistem yang variabel tambahan tersebut tidak memiliki pengaruh yang nyata pada sistem, dan karena itu mereka dapat dibiarkan keluar dari pertimbangan semua. Aturan fasa merupakan penyamarataan yang penting meskipun hal ini tidak memberitahu kita kepada kesimpulan dalam contoh sistem yang sederhana tetapi aturan fasa merupakan panduan berharga untuk menjelaskan kesetimbangan fasa di dalam sistem komplek. B. Rumus Derajat Kebebasan Sistem Untuk menguraikan keadaan kesetimbangan dari suatu sistem yang terdiri atas beberapa fasa dengan beberapa spesi kimia, dapat ditentukan mol masing masing spesi dalam setiap fasa serta suhu (T) dan tekanan (P). Akan tetapi penentuan tidak dapat dilakukan karena massa setiap fasa dalam sistem tidak menjadi perhatian. Massa atau ukuran dari setiap fasa tidak mempengaruhi posisi kesetimbangan fasa, karena kesetimbangan fasa, karena kesetimbangan fasa ditentukan oleh kesamaan dalam potensial kimia yang merupakan variabel intensif. Derajat kebebasan didefinisikan sebagai jumlah minimum variabel intensif yang harus dipilih agar keberadaan variabbel intensif dapat ditetapkan. Jumlah minimum variabel intensif dapat berupa temperatur, tekanan, konsentrasi. Simbol untuk derajat kebebasan Φ dan invarian bila Φ = 0, univarian bila Φ = 1, biarian bila Φ = 2 dan seterusnya.

3 Rumus derajat kebebasan diturnkan melalui hukum fasa Gibbs. Persamaannya dapat dituliskan menjadi: Φ = C + 2 P ; Φ = derajat kebebasan C = jumlah komponen P = jumlah fasa Pemahaman Anda tentang diagram fasa akan terbantu dengan pemahaman hukum fasa Gibbs, hubungan yang diturunkan oleh fisikawan-matematik Amerika Josiah Willard Gibbs ( ) di tahun Aturan ini menyatakan bahwa untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas-disebut derajat kebebasan Φ yang sama dengan jumlah komponen C ditambah 2 dikurangi jumlah fasa P, yakni, Φ = C 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, Anda dapat mengkonfirmasi apa yang telah diketahui, dan lebih lanjut, Anda 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.

4 Muhamad Syaugi kelompok 2 Defenisi Fase, Banyaknya Fase dan Banyaknya Komponen Definisi fase Kata fase berasal dari bahasa yunani yang bermakna permunculan. Fase adalah suatu daerah di mana semua sifat fisik dari bahan dasarnya seragam (homogen). Contoh sifat fisik meliputi densitas, indeks bias, dan komposisi kimia. Secara singkat, fase adalah suatu daerah dengan bahan kimia yang seragam, secara fisik berbeda, dan (sering) dapat dipisahkan secara mekanis. dapat dipisahkan secara mekanis berarti fase tersebut dapat dipisahkan dengan cara filtrasi, sedimentasi, destilasi, dekantasi, ekstraksi (pemisahan heterogen) Dalam hal ini tidak termasuk pemisahan dengan cara penguapan, destilasi, adsorbsi, atau ekstraksi karena pemisahan dengan cara tersebut digunakan pada sistem homogen Untuk contoh sederhana adalah, di dalam sistem yang terdapat es batu dan air di sebuah gelas, es batu merupakan fase padat, air merupakan fase cair, dan uap air di sekitar gelas gelas adalah fase gas. Perbedaan fase dapat digambarkan sebagai negara yang berbeda materi seperti gas, cair, padat, plasma atau Bose-Einstein kondensat. Perbedaan fase juga mungkin ada dalam suatu keadaan tertentu dari materi. Seperti ditunjukkan dalam diagram untuk besi paduan, ada beberapa tahapan baik untuk negara padat dan cair. Fase juga dapat dibedakan berdasarkan kelarutan seperti di kutub (hidrofilik) atau non-polar (hidrofobik). Campuran air (cairan polar) dan minyak (cairan non-polar) secara spontan akan terpisah menjadi dua tahap. Air memiliki kelarutan yang sangat rendah (tidak larut) dalam minyak, dan minyak memiliki kelarutan rendah dalam air. Kelarutan adalah jumlah maksimum zat terlarut yang dapat larut dalam sebuah pelarut sebelum terlarut berhenti untuk membubarkan dan tetap dalam tahap yang terpisah. Sebuah campuran dapat terpisah menjadi lebih dari dua fase cair dan fase konsep pemisahan meluas ke padat, padat yaitu dapat terbentuk larutan padat atau

5 mengkristal ke dalam fase kristal berbeda. Logam pasangan yang saling larut dapat terbentuk paduan, sedangkan logam pasangan yang tidak bisa saling larut. Banyaknya fase Banyaknya fase dalam sistem diberi notasi P. Gas, atau campuran gas, adalah fase tunggal; kristal adalah fase tunggal; dan dua cairan yang dapat campur secara total membentuk fase tunggal. Es adalah fase tunggal, walaupun es dapat dipotong-[potong menjadi bagian-bagian kecil. Campuran es dan air adalah sistem dua fase (P = 2) walaupun sulit untuk menemukan batas antara fase-fasenya. Campuran dua logam adalah sistem dua fase (P = 2) jika logam-logam itu tak dapat campur, tetapi merupakan sistem satu fase (P = 1) jika logam-logamnya dapat campur. Contoh ini menunjukan bahwa memutuskan apakah suatu sistem terdiri dari satu atau dua fase, tidak selalu mudah. Larutan padatan A dalam padatan B campuran yang homogen dari dua komponen bersifat seragam pada skala molekuler. Dalam suatu larutan, atom-atom A dikelilingi oleh atom-atom dari A dan B, dan sembarang sampel yabng dipotong dari padatan itu, bagaimanapun kecilnya, adalah contoh yang tepat dari komposisi keseluruhannya. Dispersi adalah seragam pada skala makroskopik, tetapi tidak pada skala mikroskopik, karena dispersi terdiri atas butiran-butiran atau tetesan-tetesan komponen didalam matriks komponen lain. Sampel kecil seluruhnya dapat berasal dari butiran kecil A murni, sehingga sampel itu bukan contoh tepat dari keseluruhannya. Dispersi seperti ini penting karena dalam banyak material tingkat tinggi (baja), siklus perlakuan panas digunakan untuk memperoleh pengendapan dispersi halus partikel- partikel dari suatu fase (seperti fase kabrid), di dalam suatu matriks yang terbentuk dari fase larutan padat jenuh. Kemampuan mengendalikan struktur mikro yang dihasilkan dari kesetimbangan fase inilah yang memungkinkan penyesuaian sifat mekanik pada pemakaian khusus. Banyaknya komponen Banyaknya komponen dalam sistem C adalah jumlah minimum spesies bebas yang diperlukan untuk menemukan komposisi semua fase yang ada dalam sistem. Definisi ini mudah diberlakukan jika spesies yang ada dalam sistem tidak bereaksi, sehingga kita hanya menghitung banyaknya. Misalnya air murni adalah sistem satu komponen (C = 1) dan campuran etanol dan air adalah sistem dua komponen (C = 2).

6 Jika spesies bereaksi dan berada pada kesetimbangan kita harus memperhitungkan arti kalimat semua fase dalam definisi tersebut. Jadi, untuk amonium klorida yang dalam kesetimbangan dengan uapnya, NH 4 Cl(s) NH 3 (g) + HCl (g) Kedua fase mempunyai komposisi formal NH 4 Cl dan sistem mempunyai satu komponen. Jika HCl berlebih ditambahkan, sistem mempunyai dua komponen karena sekarang jumlah relatif HCl dan NH3 berubah-rubah. Sebaliknya, kalsium karbonat berada dalam kesetimbangan dengan uapnya CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Adalah sistem dua komponen karena CaCO 3 tidak menggambarkan komposisi uapnya. (Karena tiga spesies dihubungkan oleh stokiometri reaksi maka konsentrasi kalsium oksida bukanlah variabel bebas). Dalam hal ini C = 2, apakah kita mulai dari kalsium karbonat murni,atau jumlah yang sama dari kalsium oksida dan karbon dioksida, atau jumlah yang berubah dari ketiga-tiganya. Contoh perhitungan komponen pada sistem: (1)sukrosa dalam air; (2) natrium klorida dalam air; (3) asam fosfat encer. Tunjukan banyaknya S dari berbagai jenis spesies (ion-ion) yang ada dalam setiap sistem fase tunggal. Tunjukan banyaknya hubungan R antara spesies-spesies (reaksi-reaksi pada kesetimbangan, kenetralan muatan). Kemudian banyaknya komponen adalah banyaknya spesies dikurangi dengan banyaknya hubungan: C = S R. (1) spesies yang ada adalah molekul air dan molekul sukrosa sehingga S = 2. di antara molekul-molekul itu tidak ada hubungan, sehingga R = 0. oleh karena itu, C = 2. (2) spesies yang ada adalah molekul H2O, ion Na+ dan ion Cl-, sehingga S = 3. karena larutan itu bermuatan listrik netral, maka jumlah ion Na+ sama dengan ioni Cl-. Oleh karena itu, ada suatu hubungan, dan R = 1. Konseuensinya, C = 3-1 = 2. (3) spesies yang ada dalam asam fosfat encer adalah H 2 O, H 3 PO 4, H 2 PO - 4, HPO -2 4, PO -3 4, H +, maka S = 6. namun, ionisasi asam itu ada pada kesetimbangan:

7 H 3 PO 4 (aq) H 2 PO 4 - (aq) + H + (aq) H 2 PO 4 - (aq) HPO 4-2 (aq) + H + (aq) HPO 4-2 (aq) PO H + (aq) Dan ada tiga hubungan di antara spesies-spesies tersebut, di samping itu, juga ada kenetralan muatan keseluruhan, sehingga jumlah total kation harus sama dengan jumlah total anion, apapun jenisnya. Dengan demikian, banyaknya hubungan total adalah R = 4, sehingga jumlah total komponen C = 6-4 = 2.

8 Sistem 2 Komponen dan Diagram Fasa Cair-cair Oleh, Johan Sebastian ( ) Diagram Fasa Cair-cair Pada diagram fasa ini kita ambil contoh pada larutan H2O dan Et3N(triethylamine/N(CH 2 CH 3 ) 3 ) T fase-2 a b T 1c fase-1 H 2 O Et 3 N Keterangan gambar: Cekungan biru (fase-2) yang kita lihat merupakan daerah dimana campuran kedua komponen masih dapat dibedakan. Sedangkan sisanya (fase-1) adalah daerah dimana kedua komonen sudah tercampur sempurna, pada saat ini kedua komponen tidak dapat dibedakan lagi. Adapun terdapat suhu kritis (T c ), yaitu suhu saat kedua zat bercampur, membaur, suhu kritis ini terletak di dasar cekungan putih. Bisa kita lihat di sebelah kanan adalah triethylamine dan di sebelah kiri adalah air. b menunjukan bagian campuran yang banyak mengandung komponen Et 3 N, sedangkan a menunjukan bagian campuran yang banyak mengandung H 2 O. T adalah suhu, dapat saya disimpulkan bahwa banyaknya campuran yang banyak mengandung H 2 O dan banyaknya campuran yang banyak mengandung Et 3 N adalah sama pada suhu tertentu.

9 Sistem 2 Komponen Dari sebuah sumber, dijelaskan bahwa untuk mendapatkan komponen (C) dengan menggunakan rumus: C = S R C (component) = komponen S (species) = ada apa saja di dalam larutan itu R (relation) = hubungan yang terjadi pada larutan itu Seperti yang telah kita ketahui, pada aturan fasa Gibbs, F adalah derajat kebebasan, C adalah jumlah komponen, dan P adalah jumlah fasa. Rumusnya adalah: F=C-P+2 Pada saat terdapat 1 fasa dan 2 komponen, maka derajat kebebasan F = = 3. Artinya, terdapat 3 variabel yang harus detetapkan untuk menggambarkan kondisi fasa, yaitu, tekanan, suhu, dan konsentrasi. Karena komponen (C) adalah 2, maka: F=4-P Sedangkan system 2 komponen pada tekanan tetap adalah: F=3-P Karena variable yang harus berpengaruh berkurang 1, yaitu tekanan. Contoh: diagram titik didih campuran toluene dan benzene.

10 Pada gambar di atas terdapat x1 dan x2, denga x1 dalah fraksi mol komponen 1 dan x2 adalah fraksi mol komponen 2. Jika x1 bertambah, maka x2 berkurang, dan sebaliknya. Dengan perpindahan fraksi mol dari komponennya, maka titik didih pun bisa bergeser-geser. F = 2 = 4 Phase Fasa yang terjadi ada 2, vapor dan liquid. Jadi, variable yang bersangkutan ada 2, yaitu suhu dan tekanan.

11 Diagram Fase Cair-Padat dan Teknik Pemurnian Zone oleh Fandy Label Honggono, , Kelompok Diagram Fase Cair-Padat Fase padat dan cair, keduanya dapat berada dalam sistem pada temperatur di bawah titik didih. Sebagai contoh, sepasang logam yang hamper seluruhnya tak campur sampai titik lelehnya, seperti antimon dan bismut. T a 1 cair a 2 Cair + A T e Cair + B e b 3 a 3 a 4 padat a 5 a 5 a 5 B komposisi A A = antimon B = bismut Pada titik a 1 komponen dalam keadaan cair. Cair + A terjadi proses pendinginan pertama yaitu pada titik a 2, cairan + padatan A dan kaya akan komponen B. Pada titik a 3 masih dalam pendinginan dan terbentuk padatan lebih banyak. dan jumlah relatif padatan dan cairan (yang berada dalam kesetimbangan), pad tahap ini padatan dan cairan masing-masing berjumlah sama. Fase cair lebih kaya akan B daripada sebelumnya (komposisi dinyatakan dengan b 3 ) karena komponen A sudah mengendap. Cair + B; cairan + padatan B dan kaya akan komponen A.

12 Pada titik a 4, komposisi cairan lebih sedikit dari pada di a 3, membentuk padatan dan terletak pada temperatur eutektik. Pada T e padatan mudah dilelehkan. Isoplet pada titik e sesuai dengan komposisi eutektik, yang berarti mudah dilelehkan. Larutan dengan komposisi disebelah kanan e mengendapkan A ketika larutan itu mendingin dan larutan disebelah kiri e mengedapkan B. Pada titik a 5, kedua fase titik a 5 untuk bagian padatan B hampir murni dan a 5 untuk padatan A hampir murni. Kemurnian Ultra dan Ketakmurnian Terkontrol Untuk mendapatkan material dengan kemurnian ultra atau dengan ketakmurnian terkontrol, digunakan teknik pemurnian zone. Teknik ini memanfaatkan sifat ketidakseimbangan sistem dan sifat lebih larutnya pengotor di dalam sampel leleh dibandingkan padatan dan membawa pengotor itu dengan melewati zona leleh berulangulang dari satu sisi ke sisi lainnya. Dari gambar ini, anggaplah isoplet di M. Jika temperatur diturunkan hingga T, padatan dengan komposisi X diendapkan dan sisa cairannya adalah Y. Lalu temperatur diturunkan lagi hingga Ts, lalu padatan A dengan komposisi M2 diendapkan, dan seterusnya hingga tetesan terakhir cairan yang akan dipadatkan sangat terkontaminasi dengan B. Contoh sederhana pemurnian zone ini adalah es batu, dimana zona tengah es batu agak keruh, berbeda dengan luarnya yang jernih. Ini disebabkan karena dalam air ada udara terlarut, yang makin lama makin terdesak ke tengah karena bagian luarnya membeku.

13 Sistem Tiga Komponen dan Diagram Fase Segitiga oleh: Rahmad Mulya NPM : Berdasarkan hukum fasa Gibbs, jumlah terkecil variabel bebas yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu sistem dengan tepat pada keseimbangan diungkapkan sebagai: dimana, F = jumlah derajat kebebasan C = jumlah komponen P = jumlah fasa F = C P + 2 Dalam ungkapan diatas, keseimbangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan komposisi sistem. Jumlah derajat kebebasan untuk sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap dapat dinyatakan sebagai F = 3 P Jika dalam sistem hanya terdapat satu fasa, maka F = 2, berarti untuk menyatakan keadaan sistem dengan tepat perlu ditentukan konsentrasi dari dua komponennya. Sedangkan bila dalam sistem terdapat dua fasa dalam kesetimbangan, maka F = 1, berarti hanya satu komponen yang harus ditentukan konsentrasinya dan konsentrasi komponen yang lain sudah tertentu berdasarkan diagram fasa untuk sistem tersebut. Oleh karena sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap, mempunyai derajat kebebasan paling banyak dua, maka diagram fasa sistem ini dapat digambarkan dalam satu bidang datar berupa suatu segitiga samasisi yang disebut diagram terner. Jumlah fasa dalam sistem zat cair tiga komponen tergantung pada daya saling larut antar zat cair tersebut dan suhu. Misalkan ada tiga zat cair A, B dan C. A dan B larut sebagian. Penambahan zat C kedalam larutan campuran A dan B akan memperbesar atau memperkecil daya saling larut A dan B. Zat A dan C serta B dan C saling larut sempurna. Kelarutan cairan C dalam berbagai komposisi campuan A dan B pada suhu tetap dapat di gambarkan pada suatu digram terner.

14 Prinsip menggambarkan komposisi dalam diagram terner dapat dilihat pada gambar 1 dan 2 dibawah ini. x z y Titik A, B dan C menyatakan komponen murni. Titik titik pada sisi AB, BC, AC menyatakan fraksi dari dua komponen sedangkan titik didalam segitiga merupakan fraksi dari tiga komponen yang mana jumlah fraksi dari zat A, B dan C adalah x, y dan z. C Q P A B Titik X menyatakan suatu campuran dengan fraksi A = 25%, B = 25% dan C = 50%. Titik titik pada garis BP dan BQ menyatakan suatu campuran dengan perbandingan jumlah A dan C yang tetap tetapi dengan jumlah B yang berubah, Hal yang sama berlaku bagi garis garis yang ditarik dari salah sudut segitiga kesisi yang ada dihadapannya. Daerah didalam

15 lengkungan merupakan daerah dua fasa. Salah satu cara untuk menentukan garis binoidal atau kurva kelarutan ini adalah dengan cara menambah zat B kedalam berbagai komposisi campuran A dan C. Titik titik pada lengkungan menggambarkan komposisi sistem pada saat terjadi perubahan dari jernih menjadi keruh. Kekeruhan timbul karena larutan tiga komponen yang homogen pecah menjadi dua larutan konjugat terner. Contoh penerapan sistem tiga komponen dan diagram fase segitiga adalah pada otimisasi bubuk slag nikel yaitu dengan cara pendekatan sistem temari C-A-S (CaO-Al 2 O 3 - SiO 2 ). Hal ini dilakukan melalui penerapan sistem persamaan keseimbangan reaksi kimiawi dengan tiga fase utama, yaitu: a. Fase pembentukan senyawa kalsium silika hidrat (CSH) hasil reaksi antara trikalsium silikat (C 3 S) dan dikalsium silikat (C 2 S) semen dengan air (H 2 O) b. Fase pembentukan senyawa kalsium silika hidrat (CSH) bubuk slag nikel dengan kalsium hidroksida (CH) hasil sampingan reaksi kimia fase pertama. c. Fase hidrogamet atau fase pembentukan ettringite sebagai produk reaksi antara senyawa kimia silika oksida (SiO 2 ) dan alumunium oksida (Al 2 O 3 ) bubuk slag nikel dengan kalsium hidroksida (CH) hasil sampingan reaksi kimia fase pertama. Ketiga fase tersebut merepresentasikan reaksi hidrasi cementitous dengan tiga komponen produk reaksi yaitu kalsium silika hidrat (CSH), kalsium hidroksida (CH), dan kalsium suoaluminat hidrat (CASH).

16 JAWABAN SOAL PEMICU 1. Fasa = suatu daerah di mana semua sifat fisik dari bahan dasarnya seragam (homogen) Banyaknya fasa (P) = banyaknya jumlah fase dalam suatu sistem Banyaknya komponen ( C) = jumlah minimum spesies bebas yang diperlukan untuk menemukan komposisi semua fase yang ada dalam system Jumlah spesies (S) = banyaknya spesies dari berbagai jenis spesies (ion-ion, senyawa maupun atom) yang ada dalam setiap sistem fase tunggal. Relasi (R) = banyaknya hubungan antara spesies-spesies (reaksi-reaksi pada kesetimbangan, kenetralan muatan) a) Air dan uap air dalam kondisi kesetimbangan pada tekanan 1 bar; C = 2, P = 2; F = C P + 1 = 1 b) Air dan uap air dalam kondisi kesetimbangan; C = 2, P = 2; F = C- P + 2 = 2 c) Sistem kesetimbangan uap dari NH 3, N 2 dan H 2. NH 3 (g) N 2 (g)+ H 2 (g) C = 2, P = 1; F = C P + 2 = 3 d) Larutan H 3 PO 4 dan NaOH pada tekanan 1 bar. H 3 PO 4 (aq) + 3NaOH (aq) Na 3 PO 4 (s) + 3H 2 O - H 3 PO 4 (aq) H 2 PO 4 (aq) + H + (aq) - -2 H 2 PO 4 (aq) HPO 4 (aq) + H + (aq) -2-3 HPO 4 (aq) PO 4 (aq) + H + (aq) S = 8; R = 5; C = 8 5 = 3 C = 3; P = 2; F = = 2 e) Larutan H 2 SO 4 dalam air pada kondisi kesetimbangan dengan padatan hidrat H 2 SO 4.2H 2 O pada tekanan 1 bar. - H 2 SO 4 (aq) HSO 4 (aq) + H + (aq) HSO 4 - (aq) SO H + (aq) S = 5; R = 3; C = 5 3 = 2 P = 2; F = C P + 2 = = 2

17 2. Jumlah Theritical plates tergantung pada refluks, perbandingan antara laju cairan yang turun ke dasar kolom dengan laju cairan yang naik teratas kolom. Jumlah piringan teoritis suatu kolom didistilasi dalam keadaan terpakai dapat diperoleh dengan mencacah penguapan apada keadaan setimbang yang diperlukan agar pemisahan yang sesungguhnya tercapai dalam kolom tersebut. 3. Pada awalnya, campuran A + C mendidih pada suhu 65 o C. Ini berarti pada keadaan dimana fraksi massa A = 0.5 Massa A = 50% x 200 g = 100 g Massa B = g = 100 g Dipanaskan hingga titik didih residu yang tersisa = 75 o C, maka pada keadaan tersebut terdapat: - Distilat, dengan komposisi 70% A dan 30% C - Residu, dengan komposisi 20% A dan 80% C Dapat dibuat persamaan: 0,7 D + 0,2 R = 100 g 0,3 D + 0,8 R = 100 g dimana D adalah massa distilat, dan R adalah massa residu. Dengan eliminasi, didapatkan nilai D dan R: D = 120 g R = g = 80 g Dengan demikian, didapatkan bahwa: Komposisi residu pada awal destilasi : 100 gram A dan 100 gram C Komposisi residu pada akhir destilasi : 16 gram A dan 64 gram C Komposisi distilat pada awal destilasi : 0 gram Komposisi distilat pada akhir destilasi : 84 gram A dan 36 gram C

18 Gambar di atas adalah gambar sistem aseton-kloroform Untuk dapat memisahkan campuran 2 komponen ini, dapat digunakan metode pemurnian zone. Dengan pemurnian zone, campuran suhunya dinaikkan atau diturunkan hingga terbentuk dua fase, yaitu gas dan cair, setelah itu gas dan cair tersebut dipisahkan, dan suhunya dinaikkan dan diturunkan lagi hingga terbentuk dua fase lagi, dan terus diulangi hingga didapatkan aseton berkonsentrasi tinggi dan juga kloroform berkonsentrasi tinggi. 4. Jika suatu senyawa ditambahkan pada sistem kesetimbangan padat cair, maka titik leleh senyawa lainnya akan menurun mendekati titik eutektik campuran. 5. Dari data yang didapatkan, dapat digambarkan diagram fase sistem NH 3 dan N 2 H 4 sebagai berikut:

19 Kurva di sebelah kiri merupakan kurva leleh dari N 2 H 4, sedangkan kurva sebelah kanan adalah kurva leleh NH 3. Eutektik adalah campuran antara dua materi kimia dengan komposisi tertentu yang memiliki titik leleh lebih rendah dibandingkan dengan campuran antara dua materi kimia yang sama tersebut dengan komposisi yang berbeda. Pada diagram fase di atas, titik eutektik ditandai dengan huruf e dan diberi garis isoplet. Pada titik eutektik, derajat kebebasannya hanyalah satu, yaitu tekanan. 6. Jika cairan dengan komposisi a didinginkan hingga suhu 200 K, akan terbentuk campuran antara Ag 3 Sn padat dengan Ag padat, yang sedikit terkontaminasi oleh Sn. Sedangkan jika cairan dengan komposisi b didinginkan hingga suhu 200 K, akan terbentuk campuran antara Sn dan Ag 3 Sn padat. Pelelehan tak kongruen adalah peristiwa pelelehan suatu zat yang tidak meleleh secara uniform, melainkan ada yang terdekomposisi. Titik leleh tak kongruen adalah titik dimana terjadi dekomposisi zat yang dilelehkan tersebut. Contohnya pada gambar di atas adalah titik di sebelah kiri b 2, ada cekungan ke dalam pada kurva pelelehan Ag. Pada diagram tersebut, terjadi perubahan zat dari Ag yang dilelehkan menjadi Ag 3 Sn. Komposisi campuran eutektik terletak pada campuran yang didominasi oleh massa logam Sn. Pada diagram sebelah kanan, diketahui bahwa titik eutektik terletak pada saat

20 komposisi Ag pada campuran sekitar 5%, sehingga 95% dari komposisi campuran adalah logam Sn. 7. Diketahui data sebagai berikut: Fraksi Mol x (eter) y (metanol) z (air)

21 Pada campuran 5 gram methanol, 30 gram eter dan 50 gram air, maka: - Mol methanol = = 0,15625 mol ~ 0,156 mol - Mol eter (asumsikan eternya adalah dimetil eter) = = 0, mol ~ 0,652 mol - Mol air = = 2,778 mol - total mol = 0, , ,778 = 3,586 mol - Fraksi mol methanol = = 0, Fraksi mol eter = = 0, Fraksi mol air = 1 (0, ,1818) = 0,7747 maka dapat diperkirakan letak dari campuran tersebut pada diagram fase, yaitu Jumlah fase =

22 Untuk mengubah jumlah fase yang ada, maka massa air harus dibuang. jadi fraksi mol air harus dikurangi hingga menjadi sekitar 0,3 saja. Maka air yang harus dibuang: = 0,3 0,7x mol = 1,7022 x = 2,4317 mol Massa air yang harus dibuang adalah sebanyak M = 2,4317 mol x 18 gram/mol = 43,7706 gram

23 Daftar Pustaka Atkins, P.W Kimia Fisika Jilid 1 Edisi Keempat. Jakarta: Erlangga. Barrow, Gordon M Physical Chemistry. New York: McGraw-Hill Inc. Maron, S.H. dan Lando, JB Fundamentals of Physical Chemistry. New York: Macmillan Publishing Co. Inc. Sukardjo Kimia Fisika. Jakarta: Bina Aksara