2. Fase komponen dan derajat kebebasan Pak imam
Fase dan komponen • Fase adalah keadaan materi yang seragam di seluruh bagiannya, dalam komposisi kimia maupun fisiknya. (Gibbs) • Banyaknya fase diberi lambang P. • Gas atau campuran gas, kristal, 2 cairan yang saling larut, es dipotong-potong berfase tunggal. Untuk 2 logam atau lebih harus dipastikan dulu, berupa larutan logam (1 fase) atau campuran logam. • Komponen adalah spesies yang ada dalam sistem, seperti zat pelarut dan terlarut dalam campuran biner. • Banyaknya komponen dalam sistem (C) adalah jumlah minimum spesies bebas yang diperlukan untuk menentukan komposisi semua fase yang ada dalam sistem. • Air murni 1 komponen, larutan etanol – air 2 komponen. • Jika spesies bereaksi lebih sulit ditentukan.
Aturan fase Gibbs • F=C–P+2 F : jumlah derajat kebebasan C : jumlah komponen P : jumlah fase. • Varian F sistem adalah banyaknya variabel intensif yang dapat diubah dengan bebas tanpa mengganggu banyaknya fase yang berada dalam kesetimbangan Berapa derajat kebebasan air : 1 fase ; 2 fase ; 3 fase ? (triple point air : 4,58 mmHg, 0,0098 C) Berapa derajat kebebasan sistem alkohol-air pada kondisi uap-cairnya setimbang ?
Sistem dua komponen • • • • • • • • •
Maka C = 2, F = 4 – P Jika tekanan diset tetap maka F’ = 3 – P untuk derajat kebebasannya, yaitu suhu dan komposisi. Untuk fase cair-cair dapat dibuat hubungan komposisi thd suhu. Misalnya kurva suhu thd komposisi sistem nitrobenzena-heksana. Maka gambar kurva kiri adalah satu fase yang kaya heksana sedang kurva sebelah kanan fase lain yang kaya nitrobenzena. Kondisi di daerah atas kurva menghasilkan fase tunggal, sedang kodisi di bawah kurva akan mengasilkan dua fase. Tuc (temperatur kritis atas) adalah temperatur tertinggi dimana pemisahan masih dapat terjadi. Pada sistem yang lain dimungkinkan terjadi temperatur kritis bawah (Tlc) Jika komposisi cairan a pada suhu tertentu. Maka komposisi fase yang miskin nitrobenzena adalah a’, sedang fase lain yang kaya nitrobenzena berkomposisi a”.
Sistem nitrobenzena-heksana • Perbandingan relatif jumlah nitrobenzena kaya terhadap yang miskin dapat dihitung dengan aturan dua tuas • nα/nβ =lβ/lα • Campuran 50 gram (0,59 mol) heksana dan 50 gram (0,41) mol nitrobenzena dibuat pada temperatur 290 K. Berapa komposisi fase-fase itu ? berapa perbandingan antar fase ? sampai suhu berapa harus dipanaskan agar diperoleh fase tunggal ?
Sistem cair-cair yg lain
Destilasi cairan dapat campur sebelum mendidih • Ada temperatur kritis atas. • Destilasi campuran dengan komposisi a1 menghasilkan uap dengan komposisi b1, yang mengembun menjadi fase tunggal yang bercampur sempurna. Pemisahan fase hanya terjadi bila distilat didinginkan menuju b3. Hal ini hanya terjadi pada tetesan pertama. • Jika destilasi dilanjutkan, komposisi cairan berubah mendekati B murni. • Ahirnya, jika semua sampel sudah menguap dan mengembun, komposisi kembali ke a1
Destilasi cairan mendidih sebelum pencampuran sempurna • Tidak Ada temperatur kritias atas. • Distilat yang diperoleh dari cairan yang komposisi awalnya a1 mempunyai komposisi b3 dan merupakan campuran 2 fase, dengan komposisi b3’ dan b3” • Perilaku sistem dengan komposisi e : e1 membentuk dua fase, dan tetap 2 fase sampai titik didih e2. pengembunan uap e3 akan menghasilkan komposisi cairan yang sama dengan uapnya (azeotrop).
kasus • Perubahan yang terjadi jika campuran dengan komposisi XB = 0,95 dididihkan dan uapnya diembunkan.
Diagram fase padat-cair •
• •
• •
Titik e adalah titik eutektik yaitu komposisi logam dengan titik leleh terendah, contoh : pematrian : 67 % Sn dan 33 % Pb. Es meleleh pada -21 C jika mengandung garam 23 %. a1a2, memasuki daerah 2 fase (liquid + B), padatan B mulai muncul, cairan sisa menjadi kaya akan A. a2a3, lebih banyak padatan B mengendap, cairan sisa semakin kaya A. Jumlah relatif padatan dan cairan dinyatakan oleh rumus aturan tuas. Pada a3 banyak padatan B dan cairan A sama. Pada a4, cairan lebih banyak dari padatan dengan komposisinya e. Pada a5, membentuk padatan 2 fase dengan komposisi fase a5’ dan a5”
Diagram fase padat-cair yg lain Sistem yang reaktif
Pelelehan tak kongruen
Sistem tiga komponen • F = 5-P, varian mencapai 4, maka jika T dan P tetap masih ada 2 derajat kebebasan yaitu fraksi mol 2 komponen. • Titik P (0,5, 0,1, 0,4) = (XA, XB, XC)
Menentukan letak titik. • Berapa koordinat a, b, c, d, dan e ?
Sistem 2 fase
Sistem air-NH4Cl(NH4)2SO4; 3 fase
