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
mntp
BalasHapus