KIMIA FISIKA
KESETIMBANGAN FASA
Sasaran Belajar
click to add text
Pendahuluan Suatu zat dalam fasa padat, cair, dan gas ditentukan oleh faktor tekanan tekanan (P) (P) dan temperatur (T). (T). Faktor ini juga menentukan kesetimbangan kesetimbangan dua fasa dari materi yang sama. Aturan fasa dapat dapat digunakan digunakan untuk menjelaskan perubahan keadaan yang dialami oleh suatu komponen dalam campuran.
Pendahuluan Syarat kesetimbangan fasa dari suatu sistem:
Sistem sedikitnya mempunyai lebih dari satu fasa
Terjadi perpindahan reversibel spesi kimia dari satu fasa ke fasa lain
Seluruh bagian sistem mempunyai P dan T yang merata
Fasa Keadaan materi yang seragam di seluruh bagiannya, bukan hanya dalam komposisi kimianya, melainkan juga dalam keadaan fisiknya. Contohnya fasa padat, cair, dan gas. Banyaknya fasa dalam sistem diberi notasi P.
Fasa
•
sistem satu fasa : Dua cairan yang bercampur homoge
•
sistem 2 fasa : cairan polar (misal air) dan non polar (misal :minyak) sistem belerang padat (monoklin dan rombik)
•
sistem 3 fasa : es, uap air, dan air
Fasa Berapa fasa yang ada dalam kesetimbangan berikut: CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)
Jawab: 2 fasa padatan dan 1 fasa gas
Komponen Jumlah spesi-spesi kimia yang membentuk suatu sistem. Variabel ini dibutuhkan untuk menggambarkan komposisi setiap fasa dalam sistem.
Banyaknya komponen dalam sistem disimbolkan dengan C.
Komponen Berapa komponen yang ada dalam kesetimbangan berikut: CaCO3 (s) CaO (s) + CO2(g)
Jawab: Ada 3 zat yang berbeda secara kimiawi, tetapi sistem ini berada dalam kesetimbangan sehingga komponennya menjadi 2 buah. Komposisi ke 2 jenis zat tetap dan jenis ke 3 ditetapkan.
Derajat Kebebasan Jumlah variabel yang diperlukan untuk menentukan Keadaan suatu sistem.
Tiga variabel dalam proses pemisahan adalah suhu, tekanan dan komposisi (konsentrasi).
Derajat kebebasan disimbolkan dengan F
F = C – P + 2
Derajat Kebebasan Berapa derajat kebebasan yang ada dalam kesetimbangan berikut: CaCO3 (s) CaO (s) + CO2(g) Jawab: Ada 3 fasa dan 2 komponen, jadi derajat kebebasannya: F = 2 – 3 + 2 = 1 Yaitu sistem univarian.
Contoh Sistem 1 komponen
Udara, Air, Karbon Dioksida, dll.
Diagram Fasa Diagram fasa dapat digunakan untuk memprediksi perubahan titik didih dan titik lebur suatu senyawa akibat perubahan P. Untuk memperkirakan perubahan fasa akibat perubahan P dan T. Hubungan antara P dan T menggambarkan hubungan kesetimbangan fasa cair-uap (garis TC), dinyatakan dalam persamaan:
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 1 C F = 1 – 1 + 2 = 2
Fasa tunggal
Berarti ada 2 variabel untuk menentukan keadaan sistem yaitu, tekanan dan temperatur
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 1 C
Diagram fasa 1 komponen: (1) Iodium (2) Karbon dioksida
Diagram Fasa Air Garis peleburan air menunjukkan kemiringan negatif Dipengaruhi oleh volume es > air pada 0o C Pengaruh tekanan akan menggeser kesetimbangan ke arah kanan yang volumenya lebih kecil yaitu air P naik, titik lebur es turun
Diagram Fasa Air Dengan melihat diagram fasa air, tentukan derajat kebebasan: 1. Jika hanya terdapat uap air (gas), air (cair), dan es (padatan) 2. Sepanjang garis OA, OB, dan OC 3. Pada titik tripel
KIMIA FISIKA
KESETIMBANGAN FASA
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 2 C F = 2 – 1 + 2 = 3
Aturan Gibbs Dalam sistem 2 C pada fasa tunggal
Berarti ada 3 variabel untuk menentukan keadaan sistem yaitu, tekanan, temperatur, dan komposisi/konsentrasi.
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 2 C Sifat-sifat larutan digambarkan dalam diagram fasa biasanya menunjukkan hubungan antara temperatur dan komposisi pada P 1 atm. Komposisi dinyatakan dalam fraksi mol (X). X A
X B
jumlah mol A jumlah mol A jumlah mol B jumlah mol B jumlah mol A jumlah mol B
n A n A nB n B n A nB
X A + XB = 1
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 2 C 1
Cair - padat Sistem yg mengandung 2 C
Jenis diagram fasa 2 C
2
Cair - cair Sistem yg terdiri dari 2 cairan bercampur sebagian.
3
Cair - uap Diagram P - X pada T tetap / diagram T X pada P tetap –
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 2 C
Diagram Fasa untuk Campuran Mengandung 2 C
Diagram Temperatur-Komposisi Cairan G komposisi Xo, To pemanasan dimulai T1 cairan jenuh mulai mendidih/boilling point. Komposisi cairan Xo dan uap Yo T3 semua cairan menjadi uap T2 hanya terdapat fasa uap
Hukum Raoult Dalam gas, ideal
tidak
ada gaya intermolekul dalam gas Dalam cairan, ideal gaya intermolekul dalam molekul sejenis dan tidak sejenis adalah sama
Salah satu sifat Kecenderungan menguap larutan yang penting merupakan cara untuk adalah tekanan uap mengetahui gaya intermolekul larutan dalam larutan
Hukum Raoult Raoult (1880)
Tekanan uap pelarut (Pa) pada permukaan larutan besarnya sama dengan hasil kali tekanan uap pelarut murni (Poa) dengan fraksi mol pelarut dalam larutan (Xa)
Hukum Raoult Hukum ini dapat ditulis: Pa = Xa x Poa Bila zat terlarut volatil, maka:
Pb = Xb x Pob Bila sistem terdiri dari 2 komponen (A dan B), maka:
P = Pa + Pb atau P = Xa x P oa + Xb x Pob
Distilasi Campuran cairan
Cairan murni
Uap diuapkan
diembunkan dg pendingin
Pelarut Zat terlarut
Selain itu, untuk memisahkan 2 cairan yang bersifat misibel dg TD berbeda.
Distilasi fraksionasi Komposisi uap pada TD campuran berbeda dg komposisi campuran itu sendiri
Distilasi
Latihan: Hukum Raoult 3 mol aseton dan 2 mol kloroform dicampur pada suhu 35 oC. Tekanan uap jenuh aseton dan kloroform pada suhu tersebut adalah 360 dan 250 torr. a. Bila larutan tersebut dianggap ideal, hitung tekanan uap larutan tersebut! b. Bila larutan tersebut mempunyai tekanan uap sebesar 280 torr, hitung komposisi cairan awal campuran tersebut!
Latihan: Hukum Clapeyron Berapa titik didih dari benzena jika diketahui titik didih normalnya adalah 353,2 K. dan tekanan uapnya adalah 0,47 atm dan kalor penguapan molar benzene adalah 31,8 kJ/mol. Gunakan persamaan berikut:
