Kesetimbangan fase Pak imam
Diagram fase • Diagram fase suatu zat memperlihatkan daerahdaerah tekanan dan temperatur di mana berbagai fase bersifat stabil secara termodinamis. • Batas daerah adalah batas fase dimana dua fase dalam kesetimbangan • Batas-batas fase antara cairan dan uap, dan antara padatan dan uap memperlihatkan bagaimana tekanan uap dua fase embun bervariasi berdasarkan temperatur.
Titik didih dan titik kritis • suhu air mendidih dalam bejana terbuka dengan tekanan 1 atm (100 C) disebut titik didih normal. Jika tekanannya 1 bar (0,987 atm) disebut titik didih standar (99,6 C) • Jika cairan dipanaskan dalam bejana tertutup, rapatan fase uap bertambah dan rapatan cairan sedikit berkurang. Kemudian ada tahap dimana kedua rapatan menjadi sama dan bidang pisah fluida hilang, hal ini terjadi pada temperatur kritis. • Wadah tersebut harus kuat, temperatur kritis air 374 C, tekanan uapnya 218 atm.
Titik leleh dan titik tripel • Temperatur leleh pada tekanan 1 atm disebut titik leleh normal, tf. • Temperatur leleh pada tekanan 1 bar disebut titik leleh standar. • Kondisi dimana fase padat khusus, cair dan uap berada pada kesetimbangan disebut titik tripel. Kondisinya tertentu yang merupakan ciri zat itu, tidak bisa direkayasa manusia. • Titik tripel air : 273,16 K, 6,11 mbar (4,58 torr)
Karbon dioksida • Sebelah kiri adalah diagram fase experimental untu karbon dioksida. • Titik tripel jauh diatas tekanan atmosfer, maka karbon dioksida cair tidak ada pada tekanan normal. • Untuk memperoleh cairan mak harus diberi tekanan sekurangnya 5,11bar. • Jika karbondioksida cair dikeluarkan melalui klep maka akan mendingin dan menyublim membentuk padatan yang sangat halus yang dikenal seperti salju yang sangat halus, dikenal sbg es kering.
Diagram air
helium • Sebelah adalah diagram fase untuk helium. • Garis λ menandai kedua fase cair berada pada kondisi kesetimbangan. • He-I adalah cairan normal • He-II adalah fase superfluida, yang mengalir tanpa viskositas. • Padatan helium diperoleh bila tekanan di atas 20 bar
Stabilitas fase dan transisi fase • Pada kesetimbangan, dimana potensial kimia suatu zat sama di seluruh bagian sampel, berapapun banyaknya fase yang ada. Sehingga perubahan energi Gibbs = 0, dan tidak ada potensi perpindahan masa. • Pada tekanan tertentu fase bersifat stabil secara termodinamika, pada rentang temperatur dimana fase itu mempunyai potensial kimia lebih rendah dari fase lainnya. • Pada suhu rendah fase padat mempunyai potensial kimia terendah dan itulah yang paling stabil. • Transisi fase adalah kondisi dimana fase berubah dari satu fase ke fase yang lain seperti pelelehan dan penguapan yang disertai dengan perubahan enthalpi dan volume.
Hubungan kesetabilan fase dengan suhu • (δμ/δT)P = - Sm • Ketika temperatur naik potensial kimia berkurang. • Sm (g) > Sm (l) > Sm (s), sehingga kurvanya semakin curam
Respon pelelehan terhadap tekanan yang diberikan
• •
• •
(δμ/δP)T = Vm Penambahan tekanan akan menaikkan potensial kimia zat murni. Jadi nilai Vm (volume molar) padat atau cair sangat berpengaruh. gambar (a) volume molar padatan lebih kecil daripada volume molar cairan dan kenaikan μ(s) lebih kecil dari μ(l). Akibatnya titik leleh naik. Gambar (b) ) volume molar padatan lebih besar daripada volume molar cairan (misal air) maka kenaikan μ(s) lebih besar dari μ(l). Akibatnya titik leleh turun.
Efek tekanan terhadap tekanan uap • Dapat dilakukan dengan memapatkan fase embun dengan piston (mekanis) atau menambah gas inert agar tekanan fase embun naik. • Jika tekanan tersebut dinaikkan akan menambah tekanan uap. • P = P* . e Vm ΔP/RT • P : tekanan yang dialami cairan, Pa • P* : tekanan uap normal, Pa • Vm : volume molar cairan, m3/mol • R : 8,314 J/mol K • ΔP : perubahan tekanan yg terjadi. • Hitunglah presentase kenaikan tekanan sebesar 100 bar pada tekanan uap benzena pada temperatur 25 C, dengan ρm = 0,879 g/cm3.
Lokasi batas-batas fase zat murni Pada batas fase berlaku persamaan Clapeyron • • • •
dP/dT = ΔSm/ΔVm ΔSm = Sβ,m – Sα,m ΔVm = Vβ,m – Vα,m Adalah perubahan entropi dan volume molar ketika transisi berlangsung.
Batas padat-cair • Persamaan Clapeyron menjadi dP/dT = ΔHfus/TΔVfus • Jika temperatur leleh T* pada tekanan P* dan ketika T tekanan P, maka persamaan di atas diintegrasi dan meghasilkan P = P* + Δ Hfus Ln(T/T*)/ΔVfus • Pada suhu -1 C Es meleleh pada tekanan 130 bar, berapa tekanan diset agar es tidak meleleh pada suhu 5 C ? P* = 1 bar • Δ Hfus = 6,008Kj/mol, Vfus = 1,8cm3/mol
Lokasi batas-batas fase zat murni Batas cair uap • Persamaan Clapeyron menjadi dP/dT = ΔHvap/TΔVvap • dP/dT selalu positif, namun nilainya jauh lebih kecil dibanding padat-cair • Integrasi persamaan menghasilkan : • P = P* e-C • C = ΔHvap (1/T -1/T*)/R • Pada suhu -5 C tekanan uap air 0,004 atm, berapa tekanan uap air 50 C ? Δ Hvap = 45,5 Kj/mol,
Batas padat-uap • Analog dgn cair-uap. • P = P* e-C • C = ΔHsub (1/T -1/T*)/R • Pada suhu -10 C tekanan uap sublimasi 0,003 atm, berapa tekanan uap air 5 C ? ΔHsub = Δ Hvap + Δ Hfus
• [P-P*]/P* = Vm ΔP/RT = 8,8737.10-5*100.105 /8,314 *298 • = 0,3581*100% • =35,81 %
• P = P* + Δ Hfus Ln(T/T*)/Δvfus • P = 1 + 6,008Kj/mol Ln (278/273)/ 1,8.10-6 m3/mol • = 60579,392 bar
• P = P* e-C • C = ΔHvap (1/T -1/T*)/R C = 45,5 Kj/mol (1/333 – 1/268)/8,314 C = -0,098 P = 0,004 * e -0,098 P = 0,0036
• P = P* e-C • C = ΔHsub (1/T -1/T*)/R
• C = 51,008 (1/278 – 1/263)/8,314 • C = -0,00125 • P = 0,003 * e -0,00125 • 0,00299
