TUGAS KIMIA FISIKA II

BAB 8

PERUBAHAN KEADAAN : ATURAN FASE

SISTEM DUA KOMPONEN

DIAGRAM FASE CAIR-CAIR DAN DIAGRAM FASE CAIR-PADAT

Oleh:

KELOMPOK II:

1. Besse Wahdatillah (NIM. 1303112204)

2. Delvan Armandela (NIM. 1303112416)

3. Dina Suarisma (NIM. 1303112121)

4. Enggo Yuanmizesfi (NIM. 1303112242)

5. Imelda Amelia (NIM. 1103113905)

Dosen Pembimbing:

Dr. Nurhayati, M.Sc.

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS RIAU

PEKANBARU

2015

BAB 8

PERUBAHAN KEADAAN : ATURAN FASE

SISTEM DUA KOMPONEN

1. Diagram Fase Cair-Cair

Diagram T-X Sistem Biner Cair-Cair Larut Sebagian

Gambar 1.a. Diagram fase untuk Heksana-Nitrobenzena

Yang dimaksud dengan :

Fase 1 adalah campuran heksana dan nitrobenzena yang sudah tidak dapat

dibedakan lagi keduanya (bercampur sempurna).

Fase 2 adalah fase yang terdiri dari dua campuran heksana dan nitrobenzen

dimana diantara keduanya masih dapat dibedakan satu sama lainnya.

a’ merupakan fase yang paling banyak mengandung komponen A dan

sedikit dijenuhi oleh komponen B.

a” merupakan fase yang paling banyak mengandung komponen B dan

sedikit dijenuhi oleh komponen A.

Misalnya :

Pada titik A adalah cairan Heksana dan pada titik B adalah cairaan

nitrobenzen, pada temperatur tertentu cairn heksana mencapai suatu titik (a’)

sedangkan cairan nitrobenzen mencapai titik tertentu (a”) sehingga kedua titik

tersebut yaitu a’ dan a” dapat dihubungkan dengan satu gari hubung yang

menghubungkan dua fase yang berada dalam kesetimbangan satu sama lain.

Garis hubung yang terlihat pada kurva menunjukkkan temperatur kritis atas (Tuc)

terjadi suatu tahapan dimana permukaan antara fase 1 dan fase 2 menghilang

(terjadi pemisahan fase).

Fraksi mol a’ pada kisaran 0 < x < 0,2

Fraksi mol a” pada kisaran 0,8 < x < 1

Contoh lain diagram fase cair-cair

Gambar 1.b. Diagram fase untuk Air-Etilen

Keterangan :

Fase 1 adalah fase dimana komponen air dan etilen bercampur sempurna

dan antar komponennya tidak bisa dibedakan lagi.

Fase 2 adalah fase yang terdiri atas dua campuran dan antar komponennya

masih dapat dibedakan.

Pada temperatur kritis bawah terjadi penggabungan fase,sehingga beda

antara kedua fase tidak tampak lagi (membentuk satu fase).

a’ adalah komponen yang mengandung H2O dan sedikit dijenuhi oleh

etilamina pada suhu tertentu.

b’ adalah komponen yang mengandung banyak Et3N.

Garis hubung pada gambar menghubungkan dua fase yang berada dalam

kesetimbangan.

2. Diagram Fase Cair-Padat

a) Diagram T-X Sistem Biner Dua Komponen dengan Fasa Padat-Cair

Gambar 2.a. Daigram fase untuk Antimon-Bismut

A = antimon

B = bismut

Keterangan:

Pada titik a1 komponen dalam keadaan cair.

Cair + A terjadi proses pendinginan pertama yaitu pada titik a2, cairan +

padatan A dan kaya akan komponen B.

Pada titik a3 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 b3) karena komponen A sudah mengendap.

Cair + B; cairan + padatan B dan kaya akan komponen A.

Pada titik a4, komposisi cairan lebih sedikit dari pada di a3, membentuk

padatan dan terletak pada temperatur eutektik.

Tada Te padatan mudah dilelehkan.

Larutan dengan komposisi disebelah kanan e mengendapkan A ketika

larutan itu mendingin dan larutan disebelah kiri e mengedapkan B.

Pada titik a5, kedua fase titik a5’ untuk bagian padatan B hampir murni dan

a5” untuk padatan A hampir murni.

Sistem seperti itu digambarkan dalam diagram fasa Bi dan Cd berikut.

Gambar 2.b. Kurva pendinginan dan diagram fasa suhu – persen berat untuk

sistem Bi – Cd

Bila suatu cairan yang mengandung hanya satu komponen didinginkan, plot

suhu terhadap waktu memiliki lereng yang hampir tetap. Pada suhu

mengkristalnya padatan yang keluar dari cairan, kurva pendingina akan mendatar

jika pendinginan berlangsung lambat. Patahan pada kurva pendinginan

disebabkan oleh terlepasnya kalor ketika cairan memadat. Hal ini ditunjukkan

pada bagian kiri gambar 3.9, yaitu cairan hanya mengandung Bi (ditandai dengan

komposisi Cd 0%) pada suhu 273oC dan cairan yang hanya mengandung Cd

(ditandai dengan komposisi Cd 100%) pada suhu 323oC.

b) Diagram Eutektik Sederhana pada Kesetimbangan Padat-Cair

Jika suatu larutan dari dua zat A dan B didinginkan sampai suhu yang cukup

rendah, akan muncul suatu padatan. Suhu ini adalah titik beku larutan, yang

bergantung pada komposisi. Dalam diskusi pada penurunan titik beku larutan, kita

memperoleh persamaan.

ln xA=−∆ H fusR

( 1T

− 1¿ A

)…….(1)

Dengan asumsi bahwa padatan murni A ada dalam kesetimbangan dengan

larutan idealnya. Persamaan (1) menghubungkan titik beku larutan ke xA, fraksi

mol A dalam larutan. Plot dari fungsi ini tampak pada gambar 2.c.(a). Titik di atas

kurva menunjukkan keadaan cair dari sistem, sedangkan di bawah kurva

menunjukkan keadaan padatan murni A ada dalam kesetimbangan dengan larutan.

Kurvanya dinamakan kurva liquidus.

Gambar 2.c Kesetimbangan padat–cair dalam sistem 2 komponen

Titik a menunjukkan larutan dengan komposisi b dalam kesetimbangan

dengan padatan dengan komposisi c, yaitu, zat murni A. Dengan aturan lever,

rasio jumlah mol larutan terhadap jumlah mol padatan A adalah sama dengan

rasio bagian garis dari ac/ab. Makin rendah suhu, makin besar jumlah relatif

padatan pada suatu keseluruhan komposisi tertentu. Kurva ini tidak dapat

menunjukkan situasi meliputi keseluruhan daerah komposisi. Jika xB ---1, kita

dapat mengharapkan padatan B akan membeku jauh di atas suhu yang

ditunjukkan oleh kurva pada daerah ini. Jika larutan ideal, aturan yang sama

berlaku untuk zat B :

(a) (b)

ln xB=−∆ H fusBR

( 1T

− 1ToB

)……..(2)

Dengan T adalah titik beku B dalam larutan. Kurva ini digambarkan dalam

Gambar 2.c.(b) bersama dengan kurva A pada gambar 2.c.(a). Kurva berpotongan

pada suhu Te, yaitu suhu eutektik. Komposisi xe adalah komposisi eutektik. Garis

GE adalah titik beku melawan kurva komposisi B. Titik semacam a di bawah

kurva ini menunjukkan keadaan yaitu padatan B dalam kesetimbangan dengan

larutan pada komposisi xb. Titik pada EF menunjukkan padatan B murni dalam

kesetimbangan dengan larutan berkomposisi xe. Sedangkan titik pada DE

menunjukkan padatan murni A dalam kesetimbangan dengan larutan

berkomposisi xe. Oleh karena itu larutan yang memiliki komposisi eutektik xe ada

dalam kesetimbangan dengan padatan A dan padatan B. Jika terdapat tiga fase

bersama, maka F’ = 3 – P = 3-3=0; sistemnya adalah invarian pada suhu ini. Jika

panas keluar dari sistem ini, suhunya akan tetap sampai satu fase lenyap, sehingga

jumlah relatif dari ketiga fase berubah hingga panas dihilangkan. Jumlah cairan

berkurang sedangkan jumlah kedua padatan yang ada bertambah. Di bawah garis

DEF adalah keadaan sistem yaitu hanya dua padatan, dua fase, murni A dan murni

B. Beberapa contoh sistem kesetimbangan padat cair adalah : sistem Sb-Pb, yang

diagram fasenya dapat dilihat di Gambar 2.d. Daerah berlabel L adalah cairan, Sb

adalah padatan Sb dan Pb adalah padatan Pb. Suhu eutektik adalah 2460C,

komposisi eutektik adalah 87% massa Pb. Nilai xe dan te dihitung dengan

persamaan 6.4 dan 6.5 dan ternyata sesuai dengan hasil eksperimen. Berarti cairan

tersebut hampir menyerupai larutan ideal.

Gambar 2.d. Sistem Antimoni–lead

____