PERUBAHAN KEADAAN : ATURAN FASA

1.         Pengertian Fasa

            Fasa adalah sejumlah zat yang homogen, baik secara kimia maupun fisika. Dapat juga dikatakan bahwa suatu system yang homogen adalah suatu bentuk dari fasa, yang dapat dipisahkan secara mekanik. Sifat suatu fasa dinyatakan dengan properti-properti intensif, seperti temperature, tekanan, dan konsentrasi. Banyaknya properti intensif yang harus ditetapkan  agar keadaan setimbang telah diperkenalkan oleh J. Willard Gibbs pada tahun 1875, namun baru dipublikasikan 20 tahun kemudian.

2.         Pembagian fasa

Secara umun dikenal tiga kelompok fasa, yaitu : fasa , fasa cair, dan padat. Dimisalkan. dalam fasa uap, kerapatannya serbasama di semua bagian uap tersebut. Dalam fasa cair, kerapatannya serbasama dengandi semua bagian pada cairan tersebut, namun nilai kerapatannya berbeda dengan di fasa uap. Misalkan, es adalah satu fasa walaupun terdiri dari beberapa balok. Suatu larutan yang dibentuk dari 2 komponen atau lebih dapat merupakan satu fasa, walau jika diteliti secara mikroskopis sebetulnya larutan tersebut tidak homogen. Namun, jika larutan tersebut  merupakan campuran dari larutan yang tidak saling bercampur, maka larutan tersebut terdiri lebih dari satu fasa. Pada fasa gas, system hanya akan memiliki satu fasa, karena semua gas dapat saling bercampur.

            Untuk memahami tentang kesetimbangan fasa, maka perlu juga mengenal istilah jumlah fasa, jumlah komponen, dan derajat kebebasan.

·      Jumlah fasa

Banyaknya fase dalam system diberi notasi P. gas atau campuran gas adalah fasatunggal; Kristal adalah fasa tunggal; dan dua cairan yang dapat campur secara total membentuk fase tunggal. Campuran dua logam adalah system dua fasa(P = 2) jika logam-logam itu tak dapat campur, tetapi merupakan system satu fasa (P = 1) jika logam-logamnya dapat tercampur. Contoh ini menunjukkan bahwa memutuskan apakah suatu sistem terdiri dari satu atau dua fase (atkins, 1996).

Disperse adalah seragam pada skala makroskopik, namun tidak pada skala mikroskopik, karena disperse terdiri dari atas butiran-butiran atau tetesan-tetesan komponen didalam matriks komponen lain (Atkins, 1996).

·      Jumlah komponen

Banyaknya komponen dalam system C adalah jumlah minimum spesies bebas yang diperlukan untuk menentukan komposisi semua fasa yang ada dalam system. Definisi ini mudah diberlakukan jika spesies yang ada dalam system tidak bereaksi, sehingga kita hanya menghitung banyaknya. Misalkan, air murni merupakan system satu komponen (C=1) dan campuran etanol dan air adalah sisem dua-komponen (C=2) (Atkins, 1996).

Jika spesies bereaksi dan berada pada kesetimbangan kita harus memperhitungkan arti kalimat “semua fasa” dalam definisi tersebut. Jadi, untuk ammonium klorida yang dalam kesetimbangan dengan uapnya (Atkins, 1996),

NH₄Cl_(s) ↔ NH3_(g) + HCl_(g)

Kedua fasa mempunyai komposisi formal ”NH₄Cl” dan system mempunyai satu komponen. Jika HCl(g) berlebihan ditambahkan, system mempunyai dua komponen karena sekarang jumlah relatif HCl dan NH₃ berubah-ubah.

·      Derajat kebebasan

Derajat kebebasan merupakan jumlah minimum variable intensif yang diperlukan untuk menentukan keadaan suatu system. Terdapat dua variabel yang diketahui, yaitu variable intensif dan variable ekstensif. Variable intensif adalah variable yang tidak bergantung pada banyaknya partikel, misalkan : tekanan, kerapatan, kapasitas panas molar, dan indeks refraktif. Sedangkan variable ekstensif adalah variable yang besarnya tergantung pada banyaknya partikel. Misalnya : berat dan volume.

3.         Aturan Fasa

Dalam system komponen tunggal (C = 1), tekanan dan temperature dapat diubah secara bebas jika hanya ada satu fasa (P = 1). Jika kita mendefinisikan varian F system sebagai banyaknya variable intensif yang dapat diubah dengan bebas tanpa mengganggu banyaknya fasa yang berada dalam kesetimbangan, maka F = 2. Jadi, system itu bivarian dan mempunyai dua derajat kebebasan. Didalam satu perhitungan yang paling indah dalam keseluruhan termodinamika kimia, J.W. Gibbs menarik kesimpulan tentang aturan fasa, yang merupakan hubungan umum antara varian F, jumlah komponen C, dan jumlah fasa pada kesetimbangan P untuk suatu system dengan komposisi sembarang (Atkins, 1996):

F = C – P + 2

Akan diketahui bahwa aturan ini akan mewakili apa yang telah diketahui tentang system satu komponen, menjelaskan bagaimana aturan ini diturunkan dan kemudian menerapkannya pada kasus yang lebih rumit.

·        System satu-komponen

Untuk system satu komponen, seperti air murni,

F = 3 - P

Jika hanya ada satu fase, F=2 dan P dan T dapat diubah-ubah dngan bebas. Dengan kata lain, fasa tunggal digambarkan dengan daerah pada diagram fasa. Jika dua fasa ada dalam kesetimbangan, F=1, yang berarti tekanan bukanlah variable bebas jika kita sudah menentukan temperaturnya. Jadi, kesetimbangan dua  dengan garis di dalam diagram fasa. Daripada memilih temperature, kita dapatmemilih tekanan, tetapi dengan pemilihan itu, kedua fasa mencapai kesetimbangan pada temperature tertentu. Oleh karena itu, pembekuan (atau transisi fasa yang lain) pada temperature tertentu pada tekanan tertentu (Atkins, 1996).

 

 Jika ketiga fasa ada dalam kesetimbangan, F = 0. Kondisi invariant yang khusus ini hanya dapat terjadi pada temperature dan tekanan tertentu. Oleh karena itu, kesetimbangan tiga fasa itu digambarkan dengan satu titik, yaitu titi tripel, pada diagram fasa. Empat fasa tidak dapat berada pada  kesetimbangan dalam system satu-komponen karena F tidak dapat menjadi negative (Atkins, 1996).

·         System Dua Komponen

Jika dua komponen ada dalam system, C = 2 dan

F = 4 – P

            Untuk penyederhanaan, kita akan membuat supaya tekanan tetap (misalkan pada 1 atm),yang berarti menghabiskan satu derajat kebebasan, dan menuliskan F’ = 3 – P untuk varian sisanya. Salah satu sisa derajat kebebasan ini adalah temperature, yang lain adalah komposisi (yang dinyatakan dengan fraksi mol satu komponen). Oleh karena itu, kita dapat menggambarkan kesetimbangan fasa system pada diagram temperature komposisi. Garis vertical dalam diagram mennjukkan system dengan komposisi yang sama, pada temperature da, dan disebut dengan isotope (bahasa yunani untuk “jumlah sama”).

Sedikitnya selalu ada satu fasa,  kita membutuhkan tiga variabel untuk menggambarkan sistem secara sempurna (3D), dan hal ini sulit utk dimengerti/digambarkan. Jadi selalu satu variabel, tekanan atau temperatur dianggap konstan. Dan diagram fasa dinyatakan sebagai diagram temperatur komposisi atau tekanan komposisi.

 

Diagram fasa Cair-Cair

Bahasan Pertama, adalah tentang system biner yang terdiri atas pasangan cairan campur sebagian, yaitu cairan yang tidak bercampur dalam semua proporsi pada semua temperature. Contohny adalah heksana dan nitrobenzene.

            Misalkan kita menambahkan sedikit cairan B keadalam sampel A, pada temeratur tertentu T’, maka cairan B larut sempurna, dan sistembiner tetapsatu fasa. Dengan makin banyak penambahan B, maka tiba satu tahap dimana B tidak larut lagi dan contoh lain anggap sampel terdiri dari dua fasa, dimana fasa paling banyak mengandung A dan dijenuhi oleh B. fasa lainnya B yang sedikit dan dijenuhi oleh A. dalam diagram temperature-komposisi, komposisi fasa yang pertama ditunjukkan oleh titik a’ dan komposisi fasa kedua ditunjukkan oleh titik a”. garis mendatar yang menghubungkan a’ dan a” disebut garis hubung. Yaitu garis yang menghubungkan dua fasa yang berada dalam kesetimbangan satu sama lain (Atkins, 1996).

·         System tiga-komponen

Untuk system tiga-komponen, F = 5-P, sehingga variannya dapat mencapai 4. Dengan menjaga temperature dan tekanan tetap, masih ada dua derajat kebebasan (yaitu fraksi mol dua komponen). Salah satu cara terbaik untuk memperlihatkan variasi kesetimbangan fase dengan system komposisi digunakan diagram fasa segitiga (Atkins, 1996).

Fraksi mol tiga komponen dari system terner (C = 3) sesuai dengan diagram fasa yang digambarkan sebagai segitiga sama sisi menjamin dipenuhinya sifat ini secara otomatis, sebab jumlah jarak ke sebuha titik di dalam segitiga sama sisi yang diukur sejajar dengan sisi-sisinya sama dengan panjang sisi segitiga itu., yang diambil sebagai satuan panjang (Atkins, 1996).

 AHMAD ZULFIKRI FATHONI

NIM.12630047