Kamis, 15 Juni 2017

ATURAN FASA



ATURAN FASA

Fasa merupakan bagian dari suatu sistem yang dapat dipisahkan secara mekanik yaitu dengan cara filtrasi, sedimentasi, destilasi, dekantasi, dan ekstraksi yang mana dapat dikatakan sebagai pemisahan heterogen. Dalam hal ini tidak termasuk pemisahan dengan cara penguapan, dan adsorbsi karena pemisahan dengan cara tersebut digunakan pada sistem homogen. Suatu zat dikatakan berada dalam satu fasa apabila mempunyai sifat fisika dan komposisi yang sama. Contoh sederhananya adalah, dalam sistem yang terdapat es batu dan air di sebuah gelas dapat diklasifikasikan bahwa es batu merupakan fase padat, air merupakan fase cair, dan uap air di sekitar gelas adalah fase gas.
Komponen merupakan jumlah minimum variabel bebas yang dibutuhkan untuk menggambarkan komposisi tiap fasa. Sebagai contoh sistem terdiri atas air murni maka dapat dikatakan sistem terdiri atas satu komponen. Ketika sistem terdiri atas campuran air dan etanol maka sistem merupakan sistem dua komponen. Cara praktis untuk menentukan jumlah komponen adalah dengan menentukan jumlah total spesi kimia dalam sistem dikurangi dengan jumlah-jumlah reaksi kesetimbangan yang berbeda yang dapat terjadi antara zat-zat yang ada dalam sistem tersebut. Kemudian banyaknya komponen ditentukan oleh rumus sebagai berikut:
C = S - R
Keterangan:  
S: banyaknya spesies
R: banyaknya hubungan
Contoh natrium klorida dalam air adalah merupakan satu sistem yang mana spesies yang ada adalah molekul H2O, ion Na+,  dan ion Cl-. Karena itu dalam system tersebut terdapat 3 spesies (S = 3). Selain itu telah diketahui pula bahwa system tersebut adalah tidak bermuatan atau netral karena jumlah anion sama dengan jumlah kation. Oleh karena itu terdapat satu hubungan, sehingga C = S- R dengan nilai S sama dengan 3 dan R sama dengan 1. Adapun hasilnya adalah dua yang mana menunjukkan bahwa system merupakan sistem dua komponen.
Derajat kebebasan merupakan jumlah minimum variabel intensif yang dibutuhkan untuk menentukan keadaan suatu sistem. Derajat kebebasan didefinisikan sebagai jumlah minimum variabel intensif yang harus dipilih agar keberadaan variabel intensif dapat ditetapkan. Variabel intensif adalah variabel yang tidak bergantung pada banyaknya partikel. Contohnya, suhu dan tekanan.
            Hubungan ketiganya menghasilkan sebuah persamaan yang biasa disebut Hukum Fasa Gibs yang mana dapat dituliskan sebagai berikut:
F = C – P + 2

Keterangan:
F = jumlah derajat kebebasan
  C = jumlah komponen
  P = jumlah fasa
Aturan Fasa Gibs berlaku untuk semua materi (padat, cair, dan gas). Aturan ini berlaku hanya untuk apa yang telah disebut sistem kimia biasa. Sifat dari beberapa sistem mungkin lebih tergantung pada medan listrik atau magnet seluruh system atau intensitas cahaya yang bersinar melalui sistem. Jika sifat seperti intensif tambahan signifikan (dalam sistem kimia biasa variabel intensif dapat diabaikan), mereka harus ditambahkan ke jumlah variabel. Dalam praktek, kita hampir selalu berurusan dengan sistem yang variabel tambahan tersebut tidak memiliki pengaruh yang nyata pada sistem, dan karena itu mereka dapat dibiarkan keluar dari pertimbangan semua. Pada Sistem Kimia dikenal terdapat 3 macam sistem berdasarkan hubungannya dengan komponen yaitu:
1.      Sistem Satu Komponen
Salah satu system satu komponen adalah etanol Pa atau etanol murni dimana tidak ada kandungan air didalamnya atau dapat dikatakan sebagai cairan pekat. Hal tersebut berarti etanol dalam satu fasa yaitu cairan, sehingga dapat dituliskan:
                                          F = C –P + 2 = 1 – 1+ 2 = 2
Karena hasil yang didapatkan adalah 2 maka system dapat disebut dengan system bivarian. Dalam diagram daerah yang menggambarkan system dengan satu fasa dapat dilihat pada gambar
1. Adapun pada sistem satu komponen bisa saja terdiri atas dua fasa seperti system yang terdiri atas asam klorida cairan dengan asam klorida gas, sehingga didapatkan nilai F = 1. Pada system dengan dua fasa dapat digambarkan keadaan kesetimbangannya pada gambar 1 dimana letaknya adalah pada garis diantara dua fasa yang dimiliki spesi pada satu system. Sistem dengan nilai F=1 dinamakan system univarian. Jika terdapat tiga fasa dalam suatu system dalam satu komponen maka didapatkan nilai F= 0, sehingga dapat dikatakan merupakan system invarian. Menurut Atkins (1994) kondisi yang khusus ini hanya dapat terjadi pada temperature dan tekanan tertentu. Adapun pada diagram keadaan kesetimbangannya ditandai dengan adanya satu titik yang disebut titik tripel yang menjadi titik potong ketiga garis yang menggambarkan kesetimbangan dua fasa yang dibatasinya. Adapun hubungan energy gibbs dengan ketiga fasa yaitu padat, cair, dan gas  terhadap suhu pada tekanan tetap dapat diamati pada gambar 2.



Gambar 2. Kebergantungan energy gibbs pada fasa-fasa padat, cair, dan gas terhadap suhu pada tekanan tetap
2.      Sistem Dua Komponen
   Sistem dengan dua komponen juga dapat terdiri atas zat-zat dengan fasa yang sama maupun berbeda. Adapun rumus umum untuk derajat kebebasan adalah sebagai berikut:
F = C – P + 2 = 4 – P
Salah satu contoh dari system dua komponen dengan satu fase adalah system yang terdiri dari cairan nitrobenzena dan heksana dimana keduanya merupakan system biner yang terdiri atas cairan campur sebagian, yaitu cairan yang tidak bercampur dalam proporsi pada semua temperature. Adapun diagram temperatur- komposisinya dapat diamati pada gambar 3 dimana diagram tersebut merupakan diagram fasa cair-cair.



 


                        Gambar 3. Diagram Temperatur- Komposisi Nitrobenzena- Heksana (Atkins, 2006)

Keterangan gambar:
Ø  Cekungan biru (fase-2) yang kita lihat merupakan daerah dimana campuran kedua komponen masih dapat dibedakan. Sedangkan sisanya (fase-1) adalah daerah dimana kedua komonen sudah tercampur sempurna, pada saat ini kedua komponen tidak dapat dibedakan lagi. Adapun terdapat suhu kritis (Tc), yaitu suhu saat kedua zat bercampur, membaur, suhu kritis ini terletak di dasar cekungan.
Ø  Dapat diamati bahwa di sebelah kanan adalah nitrobenzena dan di sebelah kiri adalah heksana. a’’ menunjukan bagian campuran yang banyak mengandung komponen nitrobenzene. Sedangkan a’ menunjukan bagian campuran yang banyak mengandung heksana . T adalah suhu,dapat disimpulkan bahwa banyaknya campuran yang banyak mengandung heksana dan banyaknya campuran yang banyak mengandung nitrobenzena adalah sama pada suhu tertentu.
Ø  Garis yang menghubungkan antara a’ dengan a’’ disebut dengan garis hubung, yaitu garis yang menghubungkan dua fase yang berada dalam kesetimbangan satu sama lain. Adapun jumlah relatif dua fasa yang dihubungkan dengan garis hubung dinyatakan dengan aturan tuas yang dalam hal ini dapat dituliskan sebagai:
               l''/ l'=  jumlah fasa dengan komposisi a'/ jumlah fasa dengan komposisi a’’

3.      Sistem Tiga Komponen
      Jumlah derajat kebebasan untuk system tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap dapat dinyatakan sebagai berikut:
F = 3 – P

Seperti yang telah diketahui bahwa keseimbangan dipengaruhi oleh suhu, tekanan dan komposisi system. Jika dalam sistem hanya terdapat satu fasa, maka F = 2, berarti untuk menyatakan keadaan sistem dengan tepat perlu ditentukan konsentrasi dari dua komponennya. Sedangkan bila dalam sistem terdapat dua fasa dalam kesetimbangan, maka F = 1, berarti hanya satu komponen yang harus ditentukan konsentrasinya dan konsentrasi komponen yang lain sudah tertentu berdasarkan diagram fasa untuk sistem tersebut. Oleh karena sistem tiga komponen pada suhu dan tekanan tetap, mempunyai derajat kebebasan paling banyak dua, maka diagram fasa sistem ini dapat digambarkan dalam satu bidang datar berupa suatu segitiga samasisi yang disebut diagram terner seperti pada gambar 4 dimana menggunakan parameter persen massa. Adapun diagram terner juga dapat dinyatakan dalam parameter fraksi mol seperti pada gambar 5.

 

Gambar 4. Diagram Terner (Persen Massa)






Gambar 5. Diagram Terner (Fraksi Mol)

                          Cara membaca diagram terner ialah yang pertama harus diketahui adalah arah angka dari kecil ke besar setiap komponen. Setelah itu garis yang berada didepan sudut keterangan komponen seperti A,B, dan C merupakan garis yang dimiliki masing masing komponen A, B, dan C secara berurutan. Sebagai contoh titik pada gambar 5 dapat diamati bahwa Xa sebesar 0.30, Xb sebesar 0.3, dan Xc sebesar 0.4.
Contoh penerapan sistem tiga komponen dan diagram fase segitiga adalah pada otimisasi bubuk slag nikel yaitu dengan cara pendekatan sistem temari C-A-S (CaO-Al2O3-SiO2). Hal ini dilakukan melalui penerapan sistem persamaan keseimbangan reaksi kimiawi dengan tiga fase utama, yaitu:
Ø  Fase pembentukan senyawa kalsium silika hidrat hasil reaksi antara trikalsium silikat dan dikalsium silikat semen dengan air.
Ø  Fase pembentukan senyawa kalsium silika hidrat bubuk slag nikel dengan kalsium hidroksida hasil sampingan reaksi kimia fase pertama.
Ø  Fase hidrogamet atau fase pembentukan ettringite sebagai produk reaksi antara senyawa kimia silika oksida dan alumunium oksida bubuk slag nikel dengan kalsium hidroksida  hasil sampingan reaksi kimia fase pertama. Ketiga fase tersebut merepresentasikan reaksi hidrasi cementitous dengan tiga komponen produk reaksi yaitu kalsium silika hidrat, kalsium hidroksida, dan kalsium suoaluminat hidrat.

Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1994. Kimia Fisika Jilid I Edisi  keempat. Jakarta: Erlangga.
Atkins, Peter dan Julio De Paula. 2006. Physical Chemistry. New York: W.H Freeman And Company.
Rohman, Ijang dan Sri Mulyani. 2004. Kimia Fisika 1. Jakarta: JICA.

Nama  : Yolanda Sintia Dewi
NIM   : 15630068

1 komentar: