Diagram Fase

41
Diagram fase Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas Belum Diperiksa Langsung ke: navigasi , cari Dalam kimia fisik , mineralogi , dan teknik material , diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase . Daftar isi [sembunyikan ] 1 Tinjauan 2 Tipe-tipe diagaram fase o 2.1 Diagram fase 2D 2.1.1 Sifat-sifat termodinamika lainnya o 2.2 Diagram fase 3D 3 Lihat pula 4 Referensi 5 Pranala luar [sunting ] Tinjauan Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atau sempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase. Titik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas. Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan padat. Likuidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Adalah mungkin terdapat celah di

Transcript of Diagram Fase

Page 1: Diagram Fase

Diagram faseDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Belum DiperiksaLangsung ke: navigasi, cari

Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.

Daftar isi

[sembunyikan]

1 Tinjauan 2 Tipe-tipe diagaram fase

o 2.1 Diagram fase 2D 2.1.1 Sifat-sifat termodinamika lainnya

o 2.2 Diagram fase 3D 3 Lihat pula 4 Referensi 5 Pranala luar

[sunting] Tinjauan

Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atau sempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase.

Titik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas.

Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan padat. Likuidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Adalah mungkin terdapat celah di antara solidus dan likuidus; di antara celah tersebut, zat tersebut terdiri dari campuran kristal dan cairan.

[sunting] Tipe-tipe diagaram fase

[sunting] Diagram fase 2D

Page 2: Diagram Fase

Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.

Diagram fase yang umum. Garis titik-titik merupakan sifat anomali air. Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.

Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di mana transisi fase terjadi, dan disebut sebagai sempadan fase.

Pada diagaram sebelah kiri, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan[1], yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi)

Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas. Ketika dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus menerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air.

[sunting] Sifat-sifat termodinamika lainnya

Selain temperatur dan tekanan, sifat-sifat termodinamika lainnya juga dapat digambarkan pada diagram fase. Contohnya meliputi volume jenis, entalpi jenis, atau entropi jenis. Sebagai contoh, grafik komponen tunggal Temperatur vs. Entropi jenis (T vs. s) untuk air/uap atau untuk

Page 3: Diagram Fase

refrigeran biasanya digunakan untuk mengilustrasikan siklus termodinamika seperti siklus Carnot dan siklus Rankine.

Pada grafik dua dimensi, dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu horizontal dan vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan bertumpuk sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas termodinamika pada nilai konstan tertentu.

Diagram fase temperatur vs. entropi jenis untuk air/uap. Pada area di bawah kubah, air dan uap berada dalam keadaan kesetimbangan. Titik kritisnya ada di atas kubah. Garis/kurva biru adalah isobar yang menunjukkan tekanan konstan. Garis/kurva hijau adalah isokor yang menunjukkan volume jenis konstan. Garis merah menunjukkan kualitas konstan

[sunting] Diagram fase 3D

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

Page 4: Diagram Fase

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.

This document last updated on 03-Apr-2003

A phase diagram is a graphical representation of chemical equilibrium. Since chemical equilibrium is dependent on the composition of the system, the pressure, and the temperature, a phase diagram should be able to tell us what phases are in equilibrium for any composition at any temperature and pressure of the system. Sebuah diagram fase adalah representasi grafis dari kesetimbangan kimia. Sejak kesetimbangan kimia tergantung pada komposisi sistem, tekanan, dan suhu, diagram tahapan yang harus dapat memberitahu kita apa yang berada dalam kesetimbangan fase untuk setiap komposisi pada suhu apapun dan tekanan sistem. First, a few terms will be defined, then we will discuss two component phase diagrams starting with simple systems and progressing to more complex systems. Pertama, beberapa istilah yang akan didefinisikan, maka kita akan membahas komponen diagram fase dua dimulai dengan sistem yang sederhana dan maju ke sistem yang lebih kompleks.

Definitions Definisi

System - A system is that part of the universe which is under consideration. Sistem - sistem adalah bagian dari alam semesta yang sedang dipertimbangkan. Thus, it may or may not have fixed boundaries, depending on the system. Dengan demikian, hal itu mungkin atau mungkin tidak memiliki batasan tetap, tergantung pada sistem. For example, if we are experimenting with a beaker containing salt and water, and all we are interested in is the salt and water contained in that beaker, then our system consists only of salt and water contained in the beaker. Sebagai contoh, jika kita bereksperimen dengan gelas yang berisi garam dan air, dan semua kita tertarik adalah garam dan air yang terkandung dalam gelas itu, maka sistem kami hanya terdiri dari garam dan air yang terkandung dalam gelas.

If the system cannot exchange mass or energy with its surroundings, then it is termed an isolated system . Jika sistem tidak dapat bertukar massa atau energi dengan lingkungannya, maka disebut sistem terisolasi. (Our salt and water system, if we put a lid on it to prevent evaporation, and enclosed it in a perfect thermal insulator to prevent it from heating or cooling, would be an isolated system.) (Sistem kami garam dan air, jika kita meletakkan tutup di atasnya untuk mencegah penguapan, dan tertutup dalam sebuah insulator thermal yang sempurna untuk mencegah pemanasan atau pendinginan, akan menjadi sistem yang terisolasi.)

If the system can exchange energy, but not mass with its surroundings, we call it a closed system . Jika sistem dapat pertukaran energi, tetapi tidak massa dengan lingkungannya, kami menyebutnya sebagai sistem tertutup. (Our beaker, still sealed, but without the thermal insulator is a closed system). (Gelas kita, masih disegel, tapi tanpa isolator termal sistem tertutup).

If the system can exchange both mass and energy with its surroundings, we call it an open system. Jika sistem dapat bertukar baik massa dan energi dengan sekitarnya, kami

Page 5: Diagram Fase

menyebutnya sistem terbuka. (Our beaker - salt - water system open to the air and not insulated is thus an open system). (Gelas kami - garam - air sistem terbuka ke udara dan tidak terisolasi dengan demikian sistem terbuka).

Phase - A phase is a physically separable part of the system with distinct physical and chemical properties. Tahap - tahap adalah bagian terpisah secara fisik dari sistem dengan sifat fisik dan kimia yang berbeda. A system must consist of one or more phases. Sebuah sistem harus terdiri dari satu atau lebih fase. For example, in our salt-water system, if all of the salt is dissolved in the water, consists of only one phase (a sodium chloride - water solution). Sebagai contoh, dalam sistem garam-air kita, jika semua garam dilarutkan dalam air, hanya terdiri dari satu fasa (a klorida natrium - larutan air). If we have too much salt, so that it cannot all dissolve in the water, we have 2 phases, the sodium chloride - water solution and the salt crystals. Jika kita memiliki banyak garam juga, sehingga tidak bisa semua larut dalam air, kita memiliki 2 fase, natrium klorida - larutan air dan garam kristal. If we heat our system under sealed conditions, we might have 3 phases, a gas phase consisting mostly of water vapor, the salt crystals, and the sodium chloride - water solution. Jika kita panas sistem kami dalam kondisi disegel, kita mungkin memiliki 3 fase, fase gas sebagian besar terdiri dari uap air, kristal garam, dan natrium klorida - larutan air.

In a magma a few kilometers deep in the earth we might expect one or more phases. Dalam magma beberapa kilometer jauh di dalam bumi kita harapkan satu atau lebih fase. For example if it is very hot so that no crystals are present, and there is no free vapor phase, the magma consists of one phase, the liquid. Sebagai contoh jika sudah sangat panas sehingga tidak ada kristal yang hadir, dan tidak ada fase uap gratis, magma terdiri dari satu fase, cairan. At lower temperature it might contain a vapor phase, a liquid phase, and one or more solid phases. Pada suhu yang lebih rendah mungkin mengandung fasa uap, fase cair, dan satu atau lebih fase padat. For example, if it contains crystals of plagioclase and olivine, these two minerals would be considered as two separate solid phases because olivine is physically and chemically distinct from plagioclase. Sebagai contoh, jika mengandung kristal plagioklas dan olivin, kedua mineral akan dianggap sebagai dua fasa solid yang terpisah karena olivin secara fisik dan kimia yang berbeda dari plagioklas.

Component - Each phase in the system may be considered to be composed of one or more components. Komponen - Setiap fase dalam sistem dapat dianggap terdiri dari satu atau lebih komponen. The number of components in the system must be the minimum required to define all of the phases. Jumlah komponen dalam sistem harus menjadi minimum yang diperlukan untuk mendefinisikan semua fase. For example, in our system salt and water, we might have the components Na, Cl, H, and O (four components), NaCl, H, and O (three components), NaCl and HO (two components), or NaCl-H 2 O (one component). However, the possible phases in the system can only consist of crystals of halite (NaCl), H 2 O either liquid or vapor, and NaCl-H 2 O solution. Misalnya, dalam sistem kami garam dan air, kita mungkin memiliki komponen Na, Cl, H, dan O (empat komponen), NaCl, H, dan O (tiga komponen), NaCl dan HO (dua komponen), atau NaCl- H 2 O (salah satu komponen). Namun, kemungkinan tahapan dalam sistem hanya dapat terdiri dari kristal garam karang (NaCl), H 2 O baik cair atau uap, dan NaCl-H 2 O solusi. Thus only two components (NaCl and H 2 O) are required to define the

Page 6: Diagram Fase

system, because the third phase (NaCl - H 2 O solution) can be obtained by mixing the other two components. Jadi hanya dua komponen (NaCl dan H 2 O) yang diperlukan untuk mendefinisikan sistem, karena tahap ketiga (NaCl - H 2 O solusi) dapat diperoleh dengan mencampur komponen dua lainnya.

The Phase Rule Aturan Tahap

The phase rule is an expression of the number of variables and equations that can be used to describe a system in equilibrium.  In simple terms, the number of variables are the number of chemical components in the system plus the extensive variables, temperature and pressure.  The number of phases present will depend on the variance or degrees of freedom of the system.  The general form of the phase rule is stated as follows: Aturan fase adalah ungkapan dari jumlah variabel dan persamaan yang dapat digunakan untuk menggambarkan sistem dalam keseimbangan.. Secara sederhana, jumlah variabel adalah jumlah komponen kimia dalam sistem ditambah luas variabel, suhu dan tekanan Jumlah fase ini akan tergantung pada varian atau derajat kebebasan sistem berikut. umum Bentuk fasa aturan dinyatakan sebagai:

F = C + 2 - P F C = + 2 - P

where F is the number of degrees of freedom or variance of the system. dimana F adalah jumlah derajat kebebasan atau varian dari sistem.

C is the number of components, as defined above, in the system. C adalah jumlah komponen, sebagaimana didefinisikan di atas, dalam sistem.

P is the number of phases in equilibrium, P adalah jumlah tahap dalam kesetimbangan,

and the 2 comes from the two extensive variables, Pressure and Temperature. dan 2 berasal dari dua variabel yang luas, Tekanan dan Suhu.

To see how the phase rule works, let's start with a simple one component system - the system Al 2 SiO 5 , shown in the Pressure, Temperature phase diagram below. Untuk melihat bagaimana aturan fase bekerja, mari kita mulai dengan sistem satu komponen yang sederhana - sistem Al 2 SiO 5, ditampilkan dalam Tekanan itu, Suhu diagram fase di bawah ini.

Page 7: Diagram Fase

First look at the point in the field of kyanite stability.  Since kyanite is the only phase present, P=1.  F is 2 at this point, because one could change both temperature and pressure by small amounts without affecting the number of phases present. Pertama melihat titik dalam bidang stabilitas kyanite.. Sejak kyanite adalah hanya fase ini, P = 1 F adalah 2 pada titik ini, karena satu bisa mengubah suhu dan tekanan dari sejumlah kecil tanpa mempengaruhi jumlah fase ini. We say that this area of kyanite stability on the phase diagram is a divariant field (variance, F =2). Kami mengatakan bahwa daerah ini stabilitas kyanite pada diagram fase adalah bidang divariant (variansi, F = 2). Next look at the point on the phase boundary between kyanite and sillimanite. Selanjutnya melihat titik pada batas fase antara kyanite dan sillimanite.  For any point on such a boundary the number of phases, P, will be 2.  Using the phase rule we find that F = 1, or there is one degree of freedom.  This means there is only one independent variable.  If we change pressure, temperature must also change in order to keep both phases stable.  The phase assemblage is said to be univariant in this case, and the phase boundaries are univarient lines (or curves in the more general case. Untuk setiap titik di seperti batas jumlah fase, P, akan 2 kebebasan. Menggunakan tahap aturan kita temukan bahwa F = 1, atau jika ada satu derajat. Ini berarti hanya ada satu variabel bebas. Jika kita perubahan tekanan , temperatur juga harus berubah agar tetap baik fase stabil,. fasa kumpulan dikatakan univariat ini dalam kasus dan batas-batas fase adalah garis univarient (atau kurva dalam kasus yang lebih umum.

Finally, we look at the point where all three univariant lines intersect.  At this point, 3 phases, kyanite, andalusite, and sillimanite all coexist at equilibrium.  Note that this is the only point where all three phases can coexist.  For this case, P=3, and F, from the phase rule, is 0.  There are no degrees of freedom, meaning that any change in pressure or temperature will result in a change in the number of phases.  The three phase assemblage in a one component system is said to be invariant. Akhirnya, kita melihat pada titik di mana semua tiga baris univariat berpotongan. Pada titik ini, 3 tahapan, kyanite, andalusite, dan sillimanite hidup berdampingan semua pada kesetimbangan.. Perhatikan bahwa ini hanyalah titik di mana ketiga fase dapat bergandengan Untuk kasus ini, P = 3, dan F, dari aturan fase, adalah 0. Tidak ada derajat kebebasan, yang berarti bahwa setiap perubahan dalam tekanan atau temperatur akan mengakibatkan perubahan dalam jumlah fase. Tiga tahap kumpulan dalam sistem satu komponen dikatakan invarian.

TWO COMPONENT EUTECTIC SYSTEMS DUA KOMPONEN SISTEM eutektik

Figure 1 shows the simplest of two component phase diagrams. Gambar 1 menunjukkan diagram sederhana dari dua komponen fasa. The components are A and B, and the possible phases are pure crystals of A, pure crystals of B, and liquid with compositions ranging between pure A and pure B. Compositions are plotted across the bottom of the diagram. Komponen A dan B, dan fase yang mungkin kristal murni dari A, B kristal murni, dan cair dengan komposisi berkisar antara murni murni B. Komposisi dan A diplot di bagian bawah diagram. Note that composition can be expressed as either a percentage of A or a percentage of B, since the total

Page 8: Diagram Fase

percentage must add up to 100. (Compositions might also be expressed as mole fraction of A or B, in which case the total must add up to 1). Perhatikan bahwa komposisi dapat dinyatakan sebagai persentase A atau persentase B, karena jumlah persentase harus menambahkan hingga 100. (Komposisi mungkin juga dinyatakan sebagai fraksi mol A atau B, dalam hal ini harus menambahkan total Facebook untuk 1). Temperature or pressure is plotted on the vertical axis. Suhu atau tekanan diplot pada sumbu vertikal. For the case shown, we consider pressure to be constant, and therefore have plotted temperature on the vertical axis. Untuk kasus yang ditampilkan, kami mempertimbangkan tekanan akan konstan, dan karena itu memiliki suhu diplot pada sumbu vertikal. The curves separating the fields of A + Liquid from Liquid and B + Liquid from Liquid are termed liquidus curves . Kurva memisahkan bidang A + Cair dari Cair dan B + Cair dari Cair ini disebut kurva likuidus. The horizontal line separating the fields of A + Liquid and B + Liquid from A + B all solid, is termed the solidus . The point, E, where the liquidus curves and solidus intersect, is termed the eutectic point. Garis horizontal memisahkan bidang A Cair + dan B + Cair dari A + B semua solid, disebut sebagai solidus. Titik, E, dimana kurva likuidus dan berpotongan solidus, disebut titik eutektik. At the eutectic point in this two component system, all three phases, that is Liquid, crystals of A and crystals of B, all exist in equilibrium. Pada titik eutektik dalam sistem dua komponen, semua tiga fase, yaitu cair, kristal kristal A dan B, semua ada dalam kesetimbangan. Note that the eutectic is the only point on the diagram where this is true. Perhatikan bahwa eutektik adalah titik hanya

Page 9: Diagram Fase

pada diagram mana hal ini benar. Since we looking at a system at constant pressure, the phase rule in this case is F = C +1 - P.  The eutectic point is therefore an invariant point.  If we change the composition of the liquid or the temperature, the number of phases will be reduced to 2. Karena kita melihat sebuah sistem pada tekanan tetap, fase aturan dalam hal ini adalah F = C +1 - P. Titik eutektik Oleh karena itu titik invarian tahap. Jika kita mengubah komposisi cairan atau suhu, jumlah akan dikurangi menjadi 2.

If the system contains only pure A, then the system is a one component system and phase A melts at only one temperature, the melting temperature of pure A, T m A . If the system contains only pure B, then it is a one component system and B melts only at the melting temperature of pure B, T m B . Jika sistem berisi hanya A murni, maka sistem merupakan salah satu komponen sistem dan fasa A meleleh hanya pada satu suhu, suhu leleh A murni, T m. Jika sistem hanya berisi B murni, maka itu adalah satu komponen sistem dan B hanya meleleh pada suhu leleh B murni, T m B.

For all compositions between pure A and pure B, the melting temperature is drastically reduced, and melting begins at the eutectic temperature T E . Note that for all compositions between A and B the melting also occurs over a range of temperatures between the solidus and the liquidus. Untuk semua komposisi antara B A dan murni murni, suhu mencair secara drastis dikurangi, dan mulai mencair pada suhu T E eutektik. Perhatikan bahwa untuk semua komposisi antara A dan B pencairan juga terjadi pada rentang suhu antara solidus dan likuidus. This is true for all compositions except one, that of the eutectic. Hal ini berlaku untuk semua komposisi kecuali satu, yaitu eutektik tersebut. The eutectic composition melts at only one temperature, T E . Komposisi eutektik meleleh hanya pada satu suhu, T E.

We will now consider the crystallization of a liquid with composition X in Figure 1. First, however, we must state the following rule, which must always be obeyed: Sekarang kita akan mempertimbangkan kristalisasi cairan dengan komposisi X pada Gambar 1 dipatuhi. Pertama, bagaimanapun, kita harus menyatakan mengikuti aturan, harus yang selalu menjadi:

Rule 1 - In equilibrium crystallization or melting in a closed system, the final composition of the system will be identical to the initial composition of the system. Peraturan 1 - Dalam kristalisasi keseimbangan atau mencair di sistem tertutup, komposisi akhir sistem akan sama dengan komposisi awal sistem.

Therefore, according to rule 1, composition X, which is made up of a mixture of 80% A and 20% B, will have, as its final crystalline product a mixture of 80% crystals of A and 20% crystals of B. Oleh karena itu, menurut aturan 1, komposisi X, yang terdiri dari campuran 80% 20% A dan B, akan memiliki, sebagai produk akhir kristalnya campuran kristal 80% dari A dan kristal% 20 B.

Composition X will be all liquid above the temperature T 1 , because it will lie in the field of all

Page 10: Diagram Fase

Liquid. Komposisi X akan semua cairan di atas suhu T 1, karena akan terletak pada bidang Cair semua. If the temperature is lowered to T 1 , at T 1 crystals of A begin to form. Jika suhu diturunkan untuk T 1, T 1 kristal A mulai terbentuk.

Further lowering of the temperature causes more crystals of A to form. Lebih lanjut menurunkan suhu penyebab kristal lebih dari A untuk membentuk. As a result, the liquid composition must become more enriched in B as more crystals of A form out of the liquid. Akibatnya, komposisi cair harus menjadi lebih diperkaya dengan B sebagai kristal lebih dari bentuk A keluar dari cairan. Thus, with lowering of temperature, the liquid composition will change from point 1 to point 2 to point 3 to point E as the temperature is lowered from T 1 to T 2

to T 3 to T E respectively. Jadi, dengan menurunkan suhu, komposisi cair akan berubah dari titik 1 ke titik 2 ke titik 3 ke titik E sebagai suhu diturunkan dari T 1 menjadi T 2 sampai T 3 E T masing-masing. At all temperatures between T 1 and T E , two phases will be present in the system; liquid and crystals of A. At the eutectic temperature, T E , crystals of B will begin to form, and three phases will coexist; crystals of A, crystals of B, and liquid. Pada semua temperatur antara T 1 dan E T, dua tahap akan hadir dalam sistem cair dan kristal A. Pada suhu eutektik, T E, kristal B akan mulai terbentuk, dan tiga fasa akan hidup berdampingan, kristal A , kristal B, dan cair. The temperature must remain at T E until one of the phases disappears. Temperatur harus tetap di E T sampai salah satu fase menghilang. Thus when the liquid crystallizes completely, only pure solid A and pure solid B will remain and mixture of these two solid phases will be in the proportions of the original mixture, that is 80% A and 20% B. Jadi ketika cairan mengkristal sepenuhnya, hanya murni dan murni solid B padat akan tetap dan campuran dari dua fase solid akan berada dalam proporsi campuran asli, yaitu 80% 20% A dan B.

The crystallization history of composition X can be written in abbreviated form as follows: Sejarah kristalisasi dari komposisi X dapat ditulis dalam bentuk singkatan sebagai berikut:

T > T 1 -- all liquid T> T 1 - semua cairan

T 1 - T E -- liquid + A T 1 - T E - cair + A

at T E -- liquid + A + B di E T - cair + A + B

T < T E -- A + B all solid T <T E - A + B semua solid If we were to stop the crystallization process at any point during crystallization and observe how much of each phase is present we can use the following example to determine what we would see. Jika kita adalah untuk menghentikan proses kristalisasi pada setiap saat selama kristalisasi dan mengamati seberapa banyak dari setiap tahap ini kita dapat menggunakan contoh berikut untuk menentukan apa yang kita lihat.

For example, at a temperature T 2 the amount of crystals of A and liquid (the only two phases present at this temperature) could be determined by measuring the distances a and b on figure 1. Sebagai contoh, pada suhu T 2 jumlah kristal A dan cair (hanya dua fase hadir pada suhu ini) dapat ditentukan dengan mengukur jarak a dan b pada gambar 1. The percentages would then be

Page 11: Diagram Fase

given by the lever rule: Persentase kemudian akan diberikan oleh aturan tuas:

% crystals of A = b/(a + b) x 100 % Kristal A b = / (a + b) x 100

% liquid = a/(a + b) x 100 % Cair = a / (a + b) x 100

Note that since the amount of crystals must increase with falling temperature the proportional distance between the vertical line which marks the initial composition and the liquidus increases as temperature falls. Perhatikan bahwa karena jumlah kristal harus meningkatkan suhu turun dengan jarak proporsional antara garis vertikal yang menandai komposisi awal dan meningkat likuidus sebagai suhu turun. Thus the distance used to calculate the amount of solid is always measured toward the liquid side of the initial composition. Jadi jarak yang digunakan untuk menghitung jumlah padat selalu diukur ke sisi cair komposisi awal.

At the temperature T 3 , note that more crystals must have formed since the proportional distance d/(c+d) is greater than the proportional distance b/(a+b). Pada 3 suhu, T diketahui bahwa kristal lebih harus memiliki terbentuk karena jarak proporsional d / (c + d) lebih besar daripada jarak proporsional b / (a + b). Thus at T 3 the lever rule gives: Jadi pada T 3 aturan tuas memberikan:

% crystals of A = d/(d + c) x 100 % Kristal dari A d = / (d + c) x 100

% liquid = c/(c + d) x 100 % Cair = c / (c + d) x 100

At T 3 , note that the composition of the liquid is given at point 3, ie 53% A, the composition of the solid is pure A, and the composition of the system is still 80% A and 20% B. Make sure you understand the difference between composition of the phases and the amount or percentages of the phases. Pada T 3, perhatikan bahwa komposisi cairan diberikan pada titik 3, yaitu 53% A, komposisi padat adalah A murni, dan komposisi sistem ini masih 80% 20% A dan B. Pastikan Anda memahami perbedaan antara komposisi fase dan jumlah atau persentase fase.

The melting process is exactly the reverse of the crystallization process. Proses peleburan adalah persis kebalikan dari proses kristalisasi. That is if we started with composition X at some temperature below T E the first liquid would form at T E . Itu kalau kita mulai dengan komposisi X pada temperatur di bawah E T cairan pertama akan terbentuk pada E T. The temperature would remain constant at T E until all of the crystals of B were melted. Suhu akan tetap konstan di E T sampai seluruh kristal B mencair. The liquid composition would then change along the liquidus curve from E to point 1 as temperature increased until the temperature T 1 was reached. Komposisi cair lalu akan mengubah sepanjang kurva likuidus dari E ke titik 1 sebagai suhu meningkat sampai suhu T 1 tercapai. Above T 1 the system would contain only liquid with a composition of 80% A and 20% B. The melting process in abbreviated form is listed below: T Diatas 1 sistem akan hanya berisi cairan dengan komposisi 80% 20% A dan B. proses peleburan dalam bentuk singkatan tercantum di bawah ini:

Page 12: Diagram Fase

T < T E -- all solid A + B T <T E - semua padat + B

at T E -- Liquid + A + B di E T - Cair + A + B

T E - T 1 -- Liquid + A T E - T 1 - Cair + A

T > T 1 -- all Liquid T> 1 T - semua Cair INCONGRUENT MELTING Kongruen PELEBURAN

Definition of terms: Definisi istilah:

Liquidus - The line separating the field of all liquid from that of liquid plus crystals. Likuidus - Garis memisahkan bidang cairan semua dari yang ditambah kristal cair.

Solidus - The line separating the field of all solid from that of liquid plus crystals. Solidus - Garis memisahkan bidang semua padat dari kristal plus cair.

Eutectic point - the point on a phase diagram where the maximum number of allowable phases are in equilibrium. Eutektik titik - titik dalam suatu diagram fase di mana jumlah maksimum fase diijinkan berada dalam kesetimbangan. When this point is reached, the temperature must remain constant until one of the phases disappears. Ketika titik ini tercapai, temperatur harus tetap konstan hingga salah satu fase menghilang. A eutectic is an invariant point. eutektik adalah titik invarian.

Peritectic point - The point on a phase diagram where a reaction takes place between a previously precipitated phase and the liquid to produce a new solid phase. Peritektik point - Titik dalam suatu diagram fase di mana reaksi terjadi antara fase yang sebelumnya diendapkan dan cairan untuk menghasilkan fasa padat baru. When this point is reached, the temperature must remain constant until the reaction has run to completion. Ketika titik ini tercapai, temperatur harus tetap konstan sampai reaksi telah berjalan sampai selesai. A peritectic is also an invariant point. peritektik adalah juga merupakan titik invarian.

Intermediate compound - A phase that has a composition intermediate between two other phases. Intermediate senyawa - Sebuah fase yang memiliki komposisi intermediate antara dua tahapan lain.

Congruent melting - melting wherein a phase melts to a liquid with the same composition as the solid. lebur kongruen - mencair dimana fase meleleh cairan dengan komposisi yang sama dengan padat.

Incongruent melting - melting wherein a phase melts to a liquid with a composition different from the solid and produces a solid of different composition to the original solid. kongruen lebur - peleburan dimana fase meleleh cairan dengan komposisi yang berbeda dari padat dan menghasilkan padatan komposisi berbeda dengan padat asli.

Page 13: Diagram Fase

For the case of incongruent melting, we will use the system forsterite (Mg 2 SiO 4 ) - silica (SiO 2 ), which has an intermediate compound, enstatite (MgSiO 3 ). Untuk kasus pencairan kongruen, kita akan menggunakan sistem forsterit (Mg 2 SiO 4) - silika (SiO 2), yang memiliki senyawa intermediate, enstatite (MgSiO 3).

This system is a prime example of the phenomena of incongruent melting in rocks, and therefore gives insights into many aspects of mineral formation. Sistem ini merupakan contoh utama dari fenomena mencair kongruen dalam batuan, dan karena itu memberikan wawasan ke dalam banyak aspek pembentukan mineral.

A simplified version of the system forsterite - silica with its intermediate compound enstatite is shown in Figure 2. Sebuah versi sederhana dari sistem forsterit - silika dengan enstatite senyawa antara yang ditunjukkan pada Gambar 2. The crystallization histories for compositions X, Y, and Z will be documented in the following discussion. sejarah kristalisasi ini untuk komposisi X, Y, dan Z akan didokumentasikan dalam pembahasan berikut. Each of these compositions behaves in a slightly different manner Masing-masing komposisi berperilaku dalam cara yang sedikit berbeda Crystallization of Composition X Kristalisasi Komposisi X Composition X is a mixture of 13 wt. Komposisi X adalah campuran dari 13 wt. % SiO 2 and 87 wt. % SiO 2 dan 87 wt. % Mg 2 SiO 4 . Because this composition falls between the compositions of pure forsterite and pure enstatite, it must end its crystallization history containing only crystals of forsterite and enstatite. % Mg 2 SiO 4. Karena komposisi ini jatuh antara komposisi forsterit enstatite murni dan murni, ia harus mengakhiri sejarah kristalisasi yang memuat kristal hanya forsterit dan enstatite. ie no quartz will occur in the final crystalline mixture. yaitu tidak kuarsa akan terjadi pada campuran kristal akhir.

If a mixture such as composition X is taken to a temperature above its liquidus (ie above 1800 o C in Figure

Page 14: Diagram Fase

2) it will be in an all liquid state. Jika campuran seperti komposisi X dibawa ke suhu di atas likuidus (yaitu di atas 1800 o C pada Gambar 2) akan berada dalam keadaan cair semua. We now trace the cooling history of composition X. Kita sekarang menelusuri sejarah pendinginan X. komposisi

As a liquid of composition X is cooled, nothing will happen until the temperature is equal to the liquidus temperature at 1800 o . Sebagai cair komposisi X adalah didinginkan, tidak akan terjadi sampai suhu sama dengan suhu likuidus di 1800 o. At this point crystals of forsterite (Fo) begin to precipitate out of the liquid. Pada titik kristal forsterit (Untuk) mulai mengendap dari cairan. As the temperature is further lowered, the composition of the liquid will change along the liquidus toward the peritectic (P), and the crystals forming from the liquid will always be pure Fo until P is reached. Ketika suhu diturunkan lebih lanjut, komposisi cairan akan berubah sepanjang likuidus menuju peritektik (P), dan membentuk kristal dari cairan akan selalu murni Untuk sampai P tercapai.

At the temperature of the peritectic, about 1580 o , note that three phases must be in equilibrium, Fo, liquid, and enstatite (En). Pada suhu sekitar, 1580 o peritektik, diketahui bahwa tiga tahap harus dalam keseimbangan, Untuk, cair, dan enstatite (En). At this point some of the crystals of Fo react with the liquid to produce crystals of En. Pada titik ini beberapa kristal Untuk bereaksi dengan cairan untuk menghasilkan kristal En. The reaction that takes place can be written as follows: Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut:

Mg 2 SiO 4 + SiO 2 = 2MgSiO 3 Mg 2 SiO 4 + SiO 2 = 2MgSiO 3

Fo + liq = 2En Untuk + liq = 2En

After all of the liquid is consumed by this reaction, only crystals of Fo and En will remain. Setelah semua cairan dikonsumsi oleh reaksi ini, kristal hanya Untuk dan En akan tetap. The proportions of Fo and En in the final crystalline product can be found by applying the lever rule. Proporsi Untuk dan En dalam produk akhir kristalin dapat ditemukan dengan menerapkan aturan tuas.

%Fo crystals = [d/(c + d)] x 100 % Untuk kristal = [d / (c + d)] x 100

%En crystals = [c/(c + d)] x 100 % En kristal = [c / (c + d)] x 100

Page 15: Diagram Fase

At any intermediate stage in the process, such as at 1700 o the proportion of all phases present (Fo and liquid in this case) can similarly be found by applying the lever rule. Pada setiap tahap peralihan dalam proses, seperti pada 1700 o proporsi semua yang hadir fase (Untuk dan cair dalam kasus ini) juga dapat ditemukan dengan menerapkan aturan tuas.

at 1700 o C pada 1700 o C

%Fo crystals = [b/(a + b)] x 100 % Untuk kristal = [b / (a + b)] x 100

%liquid = [a/(a + b)] x 100 % Cair = [a / (a + b)] x 100

Note that melting of composition X is exactly the reverse of crystallization. Perhatikan bahwa mencairnya komposisi X adalah persis kebalikan dari kristalisasi. Mixture X will begin to melt at the peritectic temperature. Campuran X akan mulai mencair pada suhu peritektik. At this point En will melt to crystals of Fo plus liquid (incongruent melting). Pada titik ini En akan mencair untuk kristal cair Untuk plus (lebur kongruen). As soon as all of the En crystals have been consumed by this reaction, the temperature can be increased until it reaches 1800 o at which point all of the Fo crystals will have been consumed and the only phase left will be liquid with a composition of the starting material. Begitu semua kristal En telah dikonsumsi oleh reaksi ini, suhu dapat ditingkatkan hingga mencapai 1800 o pada titik semua Untuk kristal akan telah dikonsumsi dan tahap hanya meninggalkan akan cair dengan komposisi dari bahan awal. Crystallization of Composition Y Kristalisasi Y Komposisi

Composition Y is equivalent to pure En. Komposisi Y setara dengan En murni. Thus only En may appear in the final crystalline product if perfect equilibrium is maintained. Dengan demikian hanya En mungkin muncul dalam produk kristal terakhir jika keseimbangan sempurna dijaga.

If composition Y is cooled from an all liquid state it first begins to crystallize at about 1650 o . Jika komposisi Y didinginkan dari keadaan cair semua itu pertama mulai mengkristal pada sekitar 1650 o. At 1650 o crystals of Fo will begin to precipitate from the liquid. Pada 1650 kristal o Untuk akan mulai mengendap dari cairan. This will continue with further cooling until the temperature of the peritectic is reached. Ini akan berlanjut dengan lebih lanjut pendinginan sampai suhu peritektik tercapai. In this interval, the composition of the liquid must become more enriched in SiO 2 and will thus change along the liquidus until it has the composition of the peritectic, P. At the peritectic temperature (1580 o ) all of the remaining liquid will react with all of the previously precipitated Fo to produce crystals of En. Dalam interval ini, komposisi cairan harus menjadi lebih diperkaya dengan SiO 2 dan dengan demikian akan berubah sepanjang likuidus sampai memiliki komposisi peritektik itu, P. Pada suhu peritektik (1580 o) semua cairan yang tersisa akan bereaksi dengan semua sebelumnya diendapkan Untuk menghasilkan kristal En. The temperature will remain constant until this reaction has gone to completion, after which the only phase present will be pure En. Suhu akan tetap konstan sampai reaksi ini sudah sampai selesai, setelah itu saat ini tahap hanya akan En murni.

Thus, it can be seen that enstatite melts incongruently. Oleh karena itu, dapat dilihat bahwa

Page 16: Diagram Fase

enstatite mencair incongruently. If pure enstatite is heated to a temperature of 1580 o it melts to Fo plus liquid. Jika enstatite murni dipanaskan ke suhu 1580 o meleleh untuk Untuk cair ditambah. Crystallization of Composition Z Kristalisasi Komposisi Z

Since composition Z lies between En and SiO 2 , it must end up with crystals of En and Qz (Quartz). Karena komposisi Z terletak di antara En dan SiO 2, harus berakhir dengan kristal En dan QZ (Quartz). If such a composition were cooled from some high temperature where it is in the all liquid state, it would remain all liquid until it reached the liquidus temperature at about 1600 o . At this temperature crystals of Fo would begin to precipitate and the composition of the liquid would begin to change along the liquidus toward the peritectic, P. At P, all of the Fo previously precipitated would react with the liquid to produce crystals of En. Jika komposisi seperti itu didinginkan dari beberapa suhu tinggi di mana ia dalam keadaan cair semua, itu akan tetap semua cairan sampai mencapai suhu likuidus sekitar 1600 o. Pada suhu kristal Untuk akan mulai presipitat dan komposisi cair akan mulai berubah sepanjang likuidus menuju peritektik itu, P. Di P, semua Untuk sebelumnya diendapkan akan bereaksi dengan cairan untuk menghasilkan kristal En. After this reaction has run to completion, and all of the previously precipitated Fo is consumed, there would still remain some liquid. Setelah reaksi ini berjalan sampai selesai, dan semua yang sebelumnya diendapkan Untuk dikonsumsi, masih akan tetap cair beberapa. With decreasing temperature, more crystals of En would form, and the liquid composition would change along the liquidus toward the eutectic, E. At E crystals of Qz would begin to form, the temperature would remain constant until all of the liquid was used up, leaving crystals of Qz and En as the final solid. Dengan penurunan temperatur, kristal lebih dari En akan membentuk, dan komposisi cairan akan berubah sepanjang likuidus menuju eutektik tersebut, E. Pada kristal E QZ akan mulai terbentuk, suhu akan tetap konstan sampai semua cairan itu habis, meninggalkan kristal QZ dan En sebagai padat akhir. Note that because composition Z lies very close to the composition of pure En, the final crystalline product would consist mostly of En with a very small amount of Qz. Perhatikan bahwa karena komposisi Z terletak sangat dekat dengan komposisi En murni, produk kristal akhir akan terdiri dari sebagian besar En dengan jumlah yang sangat kecil dari QZ.

For all compositions between P and 100% SiO 2 the system would behave in an identical fashion to the simple Eutectic system discussed previously. Untuk semua komposisi antara P dan 100% SiO 2 sistem akan berperilaku dengan cara yang identik dengan sistem Eutectic sederhana dibahas sebelumnya. Fractional Crystallization in the System Pecahan Kristalisasi dalam Sistem

Up to this point we have always been discussing the case of equilibrium crystallization. Sampai saat ini kita selalu membahas kasus kristalisasi keseimbangan. That is all solids remain in contact with the liquid until any reaction that takes place has run to completion. Itu semua padatan tetap berhubungan dengan cairan sampai reaksi apapun yang terjadi telah menjalankan sampai selesai. As is often the case in natural systems crystals can somehow become separated from the system so that they will not react at reaction points such as P. This is the case of fractional crystallization. Seperti sering terjadi di sistem alam kristal entah bagaimana bisa menjadi terpisah dari sistem sehingga mereka tidak akan bereaksi pada titik-titik reaksi seperti

Page 17: Diagram Fase

P. Ini adalah kasus kristalisasi fraksional. Under fractional crystallization conditions the cooling and crystallization histories will be drastically different. Dalam kondisi kristalisasi fraksinasi dan kristalisasi sejarah pendinginan akan berbeda secara drastis. In particular, the rule that the final composition must equal the initial composition will not be followed. Secara khusus, aturan bahwa komposisi akhir harus sama dengan komposisi awal tidak akan diikuti.

As an example of this phenomena we will examine the fractional crystallization of composition X. Furthermore, we will look at the case of perfect fractional crystallization. Sebagai contoh dari fenomena ini kita akan membahas kristalisasi fraksional komposisi X. Selanjutnya, kita akan melihat kasus kristalisasi fraksional yang sempurna. During perfect fractional crystallization of composition X all of the Fo that is precipitated will be somehow removed from the system. Selama kristalisasi fraksional sempurna komposisi X semua Untuk yang entah bagaimana diendapkan akan dihapus dari sistem. (In nature this can occur by crystals sinking to the bottom of the liquid due to the fact that crystals generally tend to be more dense than liquids.) Note that if only some of the crystals are removed from the liquid we will have a case intermediate between perfect fractional crystallization and equilibrium crystallization. (Dalam alam ini dapat terjadi dengan kristal tenggelam ke bawah karena cairan fakta bahwa kristal umumnya cenderung lebih padat daripada cairan.) Perhatikan bahwa jika hanya beberapa kristal dikeluarkan dari cairan kita akan punya kasus intermediate antara kristalisasi fraksional kristalisasi sempurna dan keseimbangan.

Cooling a liquid of composition X to the liquidus at 1800 o will cause Fo to precipitate as before. Pendinginan cairan komposisi X untuk likuidus pada 1800 o akan menyebabkan Untuk untuk mengendapkan seperti sebelumnya. With further cooling the liquid composition will change along the liquidus and more Fo will be precipitated. Dengan lebih lanjut pendinginan komposisi cair akan berubah sepanjang likuidus dan lebih Untuk akan diendapkan. In this case, however, all of the Fo will be removed from the system as it crystallizes. Dalam kasus ini, bagaimanapun, semua Untuk akan dihapus dari sistem seperti mengkristal. Since the Fo is no longer present, the composition of the system will have the composition of the liquid (the Fo removed can no longer contribute to the composition of the system). Karena Karena tidak lagi hadir, komposisi sistem akan memiliki komposisi cairan (yang Untuk dihapus tidak bisa lagi memberikan kontribusi pada komposisi sistem). Therefore, when the temperature reaches the peritectic temperature, 1580 o , there will be no Fo available to react with the liquid, and the liquid (and system) will have a composition, P. Thus the liquid will now precipitate crystals of En and continue cooling to the eutectic, E, where crystals of Qz will form. Karena itu, ketika suhu mencapai suhu peritektik, 1580 o, tidak akan ada Untuk yang tersedia untuk bereaksi dengan cairan, dan cairan (dan sistem) akan memiliki komposisi, P. demikian cair sekarang, akan terbentuk kristal En dan terus pendinginan ke eutektik, E, dimana kristal QZ akan membentuk. The final crystalline product will consist of Qz and En. Produk kristal akhir ini akan terdiri dari QZ dan En.

Compare this case with the previously discussed case of equilibrium crystallization of composition X. Note that under equilibrium conditions the final crystalline product of composition X contained crystals of Fo and En, while in the fractional crystallization case the final product contains En and Qz. Bandingkan kasus ini dengan kasus dibahas sebelumnya

Page 18: Diagram Fase

kristalisasi keseimbangan komposisi X. Catatan bahwa dalam kondisi kesetimbangan produk kristal akhir komposisi X berisi kristal Untuk dan En, sedangkan dalam kasus kristalisasi fraksional produk akhir mengandung En dan QZ. Thus fractional crystallization has allowed an originally Fo rich composition to produce an SiO 2 rich liquid and Qz appears in the final crystalline product. Jadi kristalisasi fraksional telah memungkinkan sebuah awalnya Untuk komposisi kaya untuk menghasilkan SiO 2 cairan kaya dan QZ muncul dalam produk kristal akhir.

If you go back and look at simple eutectic systems, or look at fractional crystallization of composition Z in the more complex system, you should be able to see that fractional crystallization will have no effect on the phases produced in the final crystalline product, but will only change the proportions of the phases produced. Fractional crystallization is only effective in producing a different final phase assemblage if there is a reaction relationship of one of the phases to the liquid. Jika Anda kembali dan melihat sistem eutektik sederhana, atau melihat kristalisasi fraksional dari komposisi Z di kompleks sistem lebih banyak, Anda harus dapat melihat bahwa kristalisasi fraksional tidak akan berpengaruh pada tahapan yang dihasilkan dalam produk kristal akhir, tapi akan hanya mengubah proporsi fase yang dihasilkan. kristalisasi Fractional hanya efektif dalam memproduksi suatu tahap akhir kumpulan yang berbeda jika ada hubungan reaksi dari salah satu fase untuk cairan.

SOLID SOLUTION SYSTEMS PADAT SISTEM SOLUSI

In the systems we've discussed so far, all of the mineral or solid phases have been pure phases, that is they have one and only one possible composition. Pada sistem yang telah kita bahas sejauh ini, semua mineral atau fase padat telah tahap yang murni, yang adalah mereka memiliki satu dan hanya satu komposisi mungkin. This is not usually the case in nature, since substitution of one element for another often occurs due to the fact that some elements behave in a chemically similar fashion to other elements. Ini tidak biasanya terjadi di alam, karena substitusi dari satu elemen yang lain sering terjadi karena kenyataan bahwa beberapa elemen berperilaku yang mirip mode kimia dengan unsur lainnya. When such substitutions occur, the phase can have a range of possible compositions, depending on the amount of substitution that takes place. Ketika substitusi seperti itu terjadi, fasa dapat memiliki berbagai kemungkinan komposisi, tergantung pada jumlah substitusi yang terjadi. Such solids that can have various amounts of elemental substitution are called solid solutions. padat seperti yang dapat memiliki berbagai jumlah substitusi unsur disebut larutan padat. A good example of a solid solution mineral is the mineral olivine. Sebuah contoh yang baik dari larutan padat mineral adalah mineral olivin. The general chemical formula for olivine is (Mg,Fe) 2 SiO 4 . Since Mg +2 and Fe +2 are about the same size and have the same charge, they may substitute for one another in the crystal structure of olivine. Rumus kimia umum untuk olivin adalah (Mg, Fe) 2 SiO 4. Sejak Mg +2 dan Fe +2 adalah tentang ukuran yang sama dan memiliki muatan yang sama, mereka mungkin menggantikan satu sama lain dalam struktur kristal olivin. Thus olivine may have a composition anywhere between the pure Mg end member, forsterite (Mg 2 SiO 4 ), and the pure Fe end member, fayalite (Fe 2 SiO 4 ). Jadi olivin mungkin memiliki komposisi di manapun di antara anggota Mg akhir murni, forsterit (Mg 2 SiO 4), dan akhir Fe anggota murni, fayalite (Fe 2 SiO 4). When all compositions between two end members are possible, the solid solution is said to be a complete solid solution. Ketika semua komposisi antara dua anggota end mungkin, solusi padat

Page 19: Diagram Fase

dikatakan sebagai larutan padat lengkap.

Another good example of a complete solid solution is displayed in the plagioclase feldspars. Contoh lain baik dari solusi padat lengkap ditampilkan dalam feldspar plagioklas. In this case the solid solution is between the end members albite (NaAlSi 3 O 8 ) and anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8 ). Dalam hal ini larutan padat adalah antara anggota albite akhir (NaAlSi 3 O 8) dan anorthite (CaAl 2 Si 2 O 8). In order to maintain charge balance we cannot simply substitute Na + for Ca +2 , so this solid solution is what is called a coupled solid solution. Dalam rangka menjaga keseimbangan biaya kita tidak bisa begitu saja menggantikan Na + untuk +2 Ca, jadi ini larutan padat adalah apa yang disebut larutan padat ditambah. In this case Na + Si +4 is substituted for Ca +2 Al +3 in the plagioclase structure to produce intermediate compositions of plagioclase. Dalam hal ini Na + Si +4 digantikan dengan Ca +2 +3 Al dalam struktur plagioklas untuk menghasilkan komposisi plagioklas menengah.

Because the elements that substitute are not exactly the same size (they are similar in size) the amount of substitution is dependent on temperature and pressure and the solid solutions behave in a somewhat orderly fashion as illustrated below. Karena elemen yang pengganti tidak persis ukuran yang sama (mereka serupa dalam ukuran) jumlah substitusi tergantung pada suhu dan tekanan dan solusi yang solid berperilaku tertib mode agak seperti yang digambarkan di bawah ini.

Since plagioclase is one of the most common minerals in the earth's crust, we will discuss the phase diagram for the plagioclase system. Karena plagioklas adalah salah satu mineral yang paling umum dalam kerak bumi, kita akan membahas diagram fase untuk sistem plagioklas. The phase relations in the plagioclase system are shown in Figure 3 at constant pressure equal to that of the atmosphere (atmospheric pressure is 1 bar). Hubungan fasa dalam sistem plagioklas ditampilkan pada Gambar 3 pada tekanan konstan setara dengan atmosfer (tekanan atmosfer 1 bar). In Figure 3 the upper curve is called the liquidus and the lower curve is called the solidus. Dalam Gambar 3 kurva tinggi disebut likuidus dan kurva yang lebih rendah disebut solidus. At temperatures above the liquidus everything is liquid, below the solidus everything is solid (crystals of plagioclase solid solution). Pada suhu di atas segalanya likuidus adalah cair, di bawah segala solidus solid (kristal dari larutan padat plagioklas). At temperatures between the solidus and liquidus crystals of plagioclase solid solution coexist in equilibrium with liquid. Pada suhu antara solidus dan kristal likuidus larutan padat plagioklas hidup berdampingan dalam keseimbangan dengan cairan.

Page 20: Diagram Fase

Pure albite melts (or crystallizes) at 1118 o C, and pure anorthite melts (or crystallizes) at 1500 o C. albite Murni mencair (atau mengkristal) pada 1118 o C, dan anorthite murni meleleh (atau mengkristal) pada 1500 o C. Note that any composition of plagioclase between the two end members melts or crystallizes over a range of temperatures unlike the pure end members which have only one melting point. Perhatikan bahwa setiap komposisi plagioklas antara dua anggota mencair atau mengkristal akhir rentang suhu seperti anggota akhir murni yang hanya memiliki satu titik lebur. Thus we can read from the diagram that a solid solution containing 50% albite and 50% anorthite (Ab 50 An 50 ) begins to melt at 1220 o , point F, and the melting is complete at 1410 o , point A. Inversely, if a melt of composition Ab 50 An 50 is cooled it will begin to crystallize at 1410 o and will be completely crystalline at 1220 o . Dengan demikian kita dapat membaca dari diagram bahwa solusi padat yang mengandung% albite 50 dan% anorthite 50 (Ab 50 An 50) mulai mencair pada 1220 o, titik

Page 21: Diagram Fase

F, dan lebur selesai pada 1410 o, titik A. Terbalik, jika lelehan komposisi Ab 50 An 50 didinginkan akan mulai mengkristal pada 1410 o dan akan benar-benar kristal pada 1220 o. We will now trace the crystallization history of composition X, which is Ab 50 An 50 . Composition X is completely liquid above the liquidus (above 1410 o ). Sekarang kita akan menelusuri sejarah kristalisasi komposisi X, yang merupakan Ab 50 An 50 X. Komposisi benar-benar cair di atas likuidus (di atas 1410 o). Cooling to the liquidus at point A results in the crystallization of a small amount of plagioclase solid solution. Pendinginan ke likuidus pada titik A hasil kristalisasi dari sejumlah kecil larutan padat plagioklas. The composition of this plagioclase can be found by drawing an isotherm (line of constant temperature, a horizontal line in this diagram) through the temperature 1410 o . Komposisi plagioklas dapat ditemukan ini dengan menggambar sebuah isoterm (garis temperatur konstan, garis horizontal dalam diagram ini) melalui o 1410 suhu. Where this isotherm intersects the solidus (at point B), the composition of the solid can be found by drawing a vertical line to the base of the diagram. Dimana isoterm ini memotong solidus (pada titik B), komposisi padat dapat ditemukan dengan menggambar garis vertikal ke dasar diagram. Thus it is seen that the first crystals precipitated from composition X will have the composition Ab 10 An 90 . Dengan demikian terlihat bahwa kristal pertama diendapkan dari komposisi X akan memiliki komposisi Ab 10 An 90. Note that in this diagram crystals that are in equilibrium with liquid will always be enriched in anorthite component relative to the liquid. Perhatikan bahwa dalam diagram yang kristal dalam kesetimbangan dengan cairan akan selalu diperkaya dalam komponen anorthite relatif terhadap cairan. As crystallization continues with lowering of temperature the composition of the plagioclase will change along the solidus, continually reacting with the liquid to produce crystals more enriched in the Ab component. Sebagai kristalisasi berlanjut dengan menurunkan suhu komposisi plagioklas akan berubah sepanjang solidus, terus bereaksi dengan cairan untuk menghasilkan kristal lebih diperkaya dengan komponen Ab. Meanwhile, the composition of the liquid will change along the liquidus, thus also becoming more enriched in the Ab component. Sementara itu, komposisi cairan akan berubah sepanjang likuidus sehingga juga semakin diperkaya dengan komponen Ab. At a temperature of 1395 o the liquid composition will be at point C, while the solid composition will be at point D. Crystallization proceeds until a temperature of about 1220 o , at which point the last remaining liquid will have a composition at E, and the solid will have a composition equal to the original starting composition at point F. Pada suhu 1395 o komposisi cair akan berada pada titik C, sedangkan komposisi padat akan berada pada titik hasil D. Kristalisasi sampai suhu sekitar 1220 o, di mana titik cairan yang tersisa akan memiliki komposisi di E, dan zat padat akan memiliki komposisi yang sama dengan komposisi asli mulai di titik F.

At this point all of the liquid will be consumed and the final crystalline product will have the composition Ab 50 An 50 . Pada titik ini semua cairan akan dikonsumsi dan produk kristal akhir akan memiliki komposisi Ab 50 An 50. During crystallization the proportion of the solid continually increases while that of the liquid continually decreases. Selama kristalisasi proporsi padat terus meningkat sementara itu cairan

Page 22: Diagram Fase

terus menurun. Thus as the composition of the liquid becomes more sodic, approaching E, its volume steadily decreases. Jadi sebagai komposisi dari cairan menjadi lebih sodik, mendekati E, volumenya terus menurun. Thus it can be seen that the amount of liquid in equilibrium with the solid of composition F will be extremely small. Dengan demikian dapat dilihat bahwa jumlah cairan dalam kesetimbangan dengan padat F komposisi akan sangat kecil.

If at any point during the crystallization we wish to determine the amount of solid and liquid, we can apply the lever rule. Jika pada setiap saat selama kristalisasi kita ingin menentukan jumlah padat dan cair, kita dapat menerapkan aturan tuas. As an example, we will determine the proportions of liquid and solid in the system at a temperature of 1395 o . Sebagai contoh, kita akan menentukan proporsi cair dan padat di sistem pada suhu 1395 o. At this point, we measure the distances oC, oD, and CD. Pada titik ini, kita mengukur jarak oC, OD, dan CD. The percentages of liquid and solid are then given as follows: Persentase cair dan padat ini kemudian diberikan sebagai berikut:

% solid (with composition D) = [x/(x + y)] x 100 % Padat (dengan komposisi D) = [x / (x + y)] x 100

% liquid (with composition C) = [y/(x + y)] x 100 % Cair (dengan komposisi C) = [y / (x + y)] x 100

The foregoing discussion assumes that equilibrium is maintained throughout the course of crystallization. Pembahasan sebelumnya menganggap keseimbangan yang dipertahankan sepanjang perjalanan kristalisasi. This means that with falling temperature and continuing crystallization, the earlier-formed, more calcic crystals must react continuously with the liquid to produce homogeneous crystals that will become continuously more enriched in the sodic component. Ini berarti bahwa dengan jatuh suhu dan terus kristalisasi, yang terbentuk, sebelumnya lebih kristal yg mengandung kapur harus bereaksi terus menerus dengan cairan untuk menghasilkan kristal homogen yang akan menjadi terus menerus lebih diperkaya dengan komponen sodik. If this equilibrium cannot be maintained, then fractional crystallization will take place. Jika keseimbangan ini tidak dapat dipertahankan, maka kristalisasi fraksional akan terjadi.

We will distinguish between three contrasting conditions. Kami akan membedakan antara tiga kondisi kontras.

1. In equilibrium crystallization, the crystals remain suspended in the melt, and cooling and crystallization are slow enough to allow continuous, complete reaction between crystals and melt. Dalam kesetimbangan kristalisasi, kristal tetap tersuspensi di mencair, dan pendingin dan kristalisasi yang cukup lambat untuk memungkinkan kontinu, reaksi lengkap antara kristal dan meleleh. The early formed crystals will, on cooling, react with the melt continuously and thereby gradually change their composition along the solidus from B to F, while simultaneously the liquid changes from A to E. In such circumstances the crystals will not change composition beyond F, and the end product is a homogeneous mixed crystal (solid solution) having the same composition as the initial melt. Kristal terbentuk awal akan, pada pendinginan, bereaksi dengan lelehan terus menerus dan dengan demikian secara bertahap mengubah komposisi mereka sepanjang

Page 23: Diagram Fase

solidus dari B ke F, sementara secara bersamaan perubahan cairan dari A sampai E. Dalam keadaan seperti ini, kristal tidak akan mengubah komposisi di luar F, dan produk akhir adalah kristal campuran homogen (larutan padat) yang memiliki komposisi yang sama dengan awal meleleh.

2. Assume that the crystals are continuously removed from the melt, by sinking or some natural filtering process. Asumsikan bahwa kristal terus dihapus dari meleleh, oleh tenggelam atau beberapa proses penyaringan alami. Reaction of crystals with the melt is prevented, and the composition of the liquid will continue to change along the liquidus curve toward the sodic feldspar component. Reaksi kristal dengan mencair dicegah, dan komposisi cairan akan terus berubah sepanjang kurva likuidus terhadap komponen feldspar sodik. The only limit to this change of composition of the liquid is the composition of the pure Na feldspar, but the relative amount of very sodic liquid would be very small. Batas hanya untuk perubahan komposisi cairan adalah komposisi feldspar Na murni, tetapi jumlah relatif sodik cair sangat akan sangat kecil. As the liquid phase changed composition with continuing removal of crystals, the successively formed crystals would become continuously more sodic; the final product would be pure albite, but it would constitute a very small proportion of the initial amount. Sebagai fase cair perubahan komposisi dengan melanjutkan penghapusan kristal, yang terbentuk kristal berturut-turut akan menjadi terus menerus lebih sodik; produk akhir akan albite murni, tapi itu akan merupakan proporsi yang sangat kecil dari jumlah awal.

3. If the crystals remain suspended in the liquid, but relatively rapid crystallization does not allow complete reaction between crystals and liquid, the effect will be somewhat different. Jika kristal tetap tersuspensi dalam cairan, tetapi relatif kristalisasi cepat tidak memungkinkan reaksi lengkap antara kristal dan cair, efeknya akan agak berbeda. In effect, failure to react completely partially removes the already formed crystals from the system. Akibatnya, kegagalan untuk bereaksi sepenuhnya menghapus sebagian kristal sudah terbentuk dari sistem. The melt becomes increasingly more sodic, and earlier formed more calcic crystals serve as nuclei on which increasingly more sodic feldspar crystallizes. Mencair menjadi semakin sodik, dan sebelumnya membentuk kristal yg mengandung kapur lebih menjadi inti yang lebih sodik feldspar semakin mengkristal. The resulting crystal contain zones of differing composition; the inner zones being more calcic, and the outer zones more sodic. Kristal yang dihasilkan mengandung zona yang berbeda komposisi, zona batin menjadi lebih yg mengandung kapur, dan zona luar lebih sodik. The bulk (average) composition of the zoned crystal is that of the initial system, but the range of composition between the inner and outer zones might theoretically be as large as from B to pure Ab in the example shown for composition X. Sebagian besar (rata-rata) Susunan kristal dikategorikan adalah bahwa sistem awal, namun kisaran komposisi antara zona luar dan dalam secara teoritis mungkin lebih besar dari B ke Ab murni pada contoh yang ditunjukkan untuk komposisi X.

EXSOLUTION EXSOLUTION

Many minerals that show complete solid solution at higher temperatures do not show such solid solution at lower temperatures. Banyak mineral yang menunjukkan larutan padat lengkap pada

Page 24: Diagram Fase

suhu tinggi tidak menunjukkan larutan padat seperti pada suhu yang lebih rendah. When this is the case, the phenomenon of exsolution occurs. Bila hal ini terjadi, fenomena exsolution terjadi. Since solid solutions are really one mineral phase dissolved in another mineral phase to form a single mineral phase, exsolution implies that one or the other of the mineral phases in the solution must "exsolve" or come out of solution with the other mineral phase. Karena larutan padat yang benar-benar salah satu fase mineral dilarutkan dalam fase lain mineral untuk membentuk fase mineral tunggal, exsolution menyiratkan bahwa satu atau yang lain dari fase mineral dalam larutan harus "exsolve" atau keluar dari solusi dengan fase mineral lainnya. Figure 4 illustrates a phase diagram (much simplified) of the alkali feldspar system which exhibits such exsolution behavior at low temperatures. Gambar 4 mengilustrasikan diagram fase (lebih sederhana) dari sistem felspar alkali yang menunjukkan perilaku seperti exsolution pada suhu rendah. At high temperatures the diagram shows that albite (Ab) or NaAlSi 3 O 8 and orthoclase (Or) or KAlSi 3 O 8 form a complete solid solution series. This solid solution series is different from the plagioclase solid solution series only in that it has a minimum composition in the middle rather than at the composition of one of the pure end members. Pada suhu tinggi diagram menunjukkan bahwa albite (Ab) atau NaAlSi 3 O 8 dan orthoclase (Atau) atau KAlSi 3 O 8 bentuk padat serangkaian solusi lengkap. Seri larutan padat ini berbeda dari seri larutan padat plagioklas hanya dalam hal ini memiliki komposisi minimum di tengah daripada di komposisi salah satu anggota murni akhir. At temperatures just below the

Page 25: Diagram Fase

solidus, alkali feldspar solid solutions are stable. Pada suhu tepat di bawah solidus, alkali feldspar larutan padat yang stabil. At lower temperatures, along the curve labeled " solvus " the solid solution is no longer stable. Pada temperatur yang lebih rendah, sepanjang kurva berlabel "solvus" solid adalah solusinya tidak lagi stabil. In this case the exsolution phenomena occurs below the solidus and so is a " sub-solidus " reaction. Dalam hal ini terjadi fenomena exsolution bawah solidus dan sebagainya merupakan "sub-solidus" reaksi. In order to see what happens during exsolution we will examine what happens to a composition labeled X in Figure 4. Dalam rangka untuk melihat apa yang terjadi selama exsolution kita akan memeriksa apa yang terjadi dengan komposisi berlabel X pada Gambar 4. We will start at a temperature of 750 o in the region where alkali feldspar solid solutions are stable. Kami akan mulai pada suhu 750 o di wilayah di mana feldspar alkali larutan padat yang stabil. At 750 o the composition of the alkali feldspar solid solution is 70% orthoclase and 30% albite (Or 70 Ab 30 ). Pada 750 o komposisi padat larutan alkali felspar adalah% orthoclase dan 30% albite 70 (Atau 70 Ab 30). This solid solution remains stable with lowering of temperature until the temperature of the solvus is obtained at point A (a temperature of about 590 o ). Solusi padat tetap stabil dengan menurunnya temperatur sampai suhu solvus yang diperoleh pada titik A (suhu sekitar 590 o). At this temperature the solid solution is no longer stable and begins to exsolve. Pada suhu ini larutan padat tidak lagi stabil dan mulai exsolve. The composition of coexisting exsolved phases can be found by drawing an isotherm until it intersects the solvus. Such an isotherm at 590 o shows that at this temperature a solid solution having the composition of point B (Or 32 Ab 68 ) coexists with an alkali feldspar solid solution with the composition of point A (Or 70 Ab 30 ). With further lowering of temperature further exsolution occurs. At a temperature of 300 o our original composition X has exsolved into two alkali feldspar solid solutions, one with the composition of point C and one with a composition of point D. To find the relative proportions or percentages of each of the solid solutions, the lever rule can once again be applied. For example at 300 o for composition X the percentage of the albite-rich solid solution is [z/(z+y)] x 100, while that of the orthoclase-rich solid solution is [y/(z+y)] x 100. With further lowering of temperature all of the albite and orthoclase in the two solid solutions could exsolve completely to produce a pure albite phase and a pure orthoclase phase. Such complete exsolution does occur in nature, but only if the temperature is lowered very slowly. Complete exsolution is only common in metamorphic rocks. More often, especially in granitic rocks, the two exsolved phases do not separate as individual crystals, but occur as intergrown crystals with exsolution lamellae of one crystal occurring within the other crystal. In the alkali feldspars containing such exsolution lamellae the result is to produce a texture called perthitic or perthite. Perthite on a microscopic scale is illustrated on page 539, figure 13.129 of your mineralogy text (Klein and Hurlbut).

Page 26: Diagram Fase

Return to Geology 211 Home Page

Return to Geology 212 Home Page

……………---------

-++++-----------------------

-