Mengenal Sifat Kimia Material Sistem Multifasa

Pengertian-Pengertian

Fasa Homogenitas Komponen Sistem Fasa adalah daerah materi dari suatu sistem yang secara fisis dapat dibedakan dari daerah materi yang lain dalam sistem tersebut Antara fasa dengan fasa dapat dipisahkan secara mekanis Fasa memiliki struktur atom dan sifat-sifat sendiri Kita mengenal sistem satu-fasa & sistem multi-fasa Homogenitas Dalam keseimbangan, setiap fasa adalah homogen Komponen Sistem Komponen sistem adalah unsur atau senyawa yang membentuk satu sistem. Kita mengenal sistem komponen-tunggal & sistem multi-komponen.

Diagram Keseimbangan Derajat Kebebasan Diagram keseimbangan merupakan diagram di mana kita bisa membaca fasa-fasa apa saja yang hadir dalam keseimbangan pada berbagai nilai peubah thermodinamik Derajat Kebebasan Derajat kebebasan (degree of freedom) didefinisikan sebagai jumlah peubah thermodinamik yang dapat divariasikan secara tidak saling bergantungan tanpa mengubah jumlah fasa yang berada dalam keseimbangan.

Larutan Padat

Larutan Padat Derajat kelarutan Atom atau molekul dari satu komponen terakomodasi di dalam struktur komponen yang lain Larutan padat bisa terjadi secara subsitusional interstisial Derajat kelarutan Berbagai derajat kelarutan bisa terjadi Dua komponen dapat membentuk larutan menyeluruh (saling melarutkan) jika status keseimbangan thermodinamik dari sembarang komposisi dari keduanya membentuk sistem satu fasa. Hanya larutan substitusional yang dapat mencapai keadaan ini.

Agar larutan padat dapat terjadi: Kaidah Hume-Rothery Agar larutan padat dapat terjadi: Perbedaan ukuran atom pelarut dan atom terlarut < 15%. Struktur kristal dari komponen terlarut sama dengan komponen pelarut. Elektron valensi zat terlarut dan zat pelarut tidak berbeda lebih dari satu. Elektronegativitas zat terlarut dan pelarut kurang-lebih sama, agar tidak terjadi senyawa sehingga larutan yang terjadi dapat berupa larutan satu fasa.

Enthalpi Larutan Pada reaksi kimia: Jika Hakhir > Hawal  H > 0  penambahan enthalpi pada sistem (endothermis) Jika Hakhir < Hawal enthalpi sistem berkurang (eksothermis). Dalam peristiwa pelarutan terjadi hal yang mirip yaitu perubahan enthalpi bisa negatif bisa pula positif HB HA A B xB Hlarutan sebelum pelarutan HB HA A B xB Hlarutan HB HA A B xB Hlarutan sebelum pelarutan Hlarutan < sebelum pelarutan untuk semua komposisi Hlarutan = sebelum pelarutan; ini keadaan ideal Hlarutan > sebelum pelarutan untuk semua komposisi

Entropi Larutan Entropi dalam proses irreversible akan meningkat. entropi larutan akan lebih tinggi dari entropi masing-masing komponen sebelum larutan terjadi, karena pelarutan merupakan proses irreversible. jika SA adalah entropi komponen A tanpa kehadiran B, dan SB adalah entropi komponen B tanpa kehadiran A, maka sebelum pelarutan S SB SA A B xB S0 A B xB S Entropi pelarutan Sesudah  Sebelum entropi sesudah pelarutan > sebelum pelarutan

Larutan multifasa antara komposisi Energi Bebas Larutan Larutan satu fasa yang stabil akan terbentuk jika dalam pelarutan itu terjadi penurunan energi bebas. HB HA A B xB Hlarutan sebelum pelarutan HB HA A B xB Hlarutan sebelum pelarutan A B xB G Glarutan x1 x2   + G H A B xB Hlarutan Glarutan x1 Larutan multifasa antara komposisi x1 dan x2 Larutan satu fasa

Kaidah Fasa dari Gibbs

Jumlah fasa yang hadir dalam keseimbangan dalam satu sistem jumlah minimum komponen yang membentuk sistem jumlah derajat kebebasan Sistem satu-fasa (F = 1) komponen tunggal (K = 1) yang dlam keseimbangan akan memiliki 2 derajat kebebasan. Sistem dua fasa (F = 2) komponen tunggal (K = 1) yang dalam keseimbangan memiliki 1 derajat kebebasan. Sistem tiga fasa (F = 3) komponen tunggal (K = 1) yang dalam keseimbangan akan berderajat kebebasan 0 dan invarian.

Diagram Keseimbangan Fasa Sistem Komponen Tunggal

yaitu tekanan (P) dan temperatur (T) Sistem Komponen Tunggal : H2O Karena K = 1 maka komposisi tidak menjadi peubah F = 1  D = 2 T P A D C B cair padat uap a b c Derajat Kebebasan D = 2 yaitu tekanan (P) dan temperatur (T)

Sistem Komponen Tunggal : H2O D C B cair padat uap a b c F = 2  D = 1 Titik Tripel F = 3  D = 0 Derajat Kebebasan D = 1 yaitu tekanan : P atau temperatur : T invarian

Alotropi (allotropy) cair uap Alotropi: keberadaan satu macam zat (materi) dalam dua atau lebih bentuk yang sangat berbeda sifat fisis maupun sifat kimianya. perbedaan struktur kristal, perbedaan jumlah atom dalam molekul, perbedaan struktur molekul. Besi 910 1400 1539 T oC α (BCC) γ (FCC) δ (BCC) cair  10-12 10-8 10-4 1 102 atm uap A B C

temperatur konstan pada waktu terjadi peralihan Kurva Pendinginan α (BCC) γ (FCC) δ (BCC) cair 910 1400 1539 T oC  t cair+  +   +  α (BCC) γ (FCC) δ (BCC) cair 910 1400 1539 T [oC]  cair+  +   +  temperatur konstan pada waktu terjadi peralihan

Energi Bebas Besi FCC BCC T [oC] 910 1400 1539 G

Diagram Keseimbangan Fasa Sistem Biner

Sistem Biner Dengan Kelarutan Sempurna Karena K = 2 maka komposisi menjadi peubah TA TB A B xB xcf xca x0 xpf xpa a b d c liquidus solidus b) T A B xB x1 x2 x3 cair cair+padat padat a) Plot komposisi per komposisi Perubahan komposisi kontinyu

Sistem Biner Dengan Kelarutan Terbatas Diagram Eutectic Biner titik leleh A a b A B xB   Te + +L Cair (L) L+ liquidus solidus solvus c d x1 xe x0 xc xe xe x e T T A T B titik leleh B

Sistem Biner Dengan Kelarutan Terbatas Diagram Peritectic Biner Tp a b T TA A B xB  liquidus solidus solvus  + L cair (L)  + L  +   x1 xp x0 xp xlp TB c p titik leleh A titik leleh B

Mengenal Sifat Kimia Material Course Ware Mengenal Sifat Kimia Material Sistem Multifasa Sudaryatno Sudirham