Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.

Diagram fase yang umum. Garis titik-titik merupakan sifat anomali air. Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan. Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di mana transisi fase terjadi, dan disebut sebagai sempadan fase. Pada diagaram sebelah kiri, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan[1], yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi) Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas. Ketika dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus menerus. Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air. Diagram P-T untuk zat murni secara umum dapat dilihat dalam gambar berikut ini. Diagram ini sering juga disebut dengan diagram fasa zat karena menunjukkan ketiga jenis fasa zat yang dipisahkan oleh garis.

Diagram P-T zat murni Garis Sublimation line (garis sublim) memisahkan daerah uap (vapor) dengan daerah beku (solid). Garis vaporization line (garis penguapan) memisahkan daerah cair dari daerah uap. Garis melting line (garis leleh) memisahkan daerah beku dari daerah cair. Pada gambar disamping, terlihat dua lokasi untuk garis melting line yang dibedakan dengan jenis garis. Garis putus-putus melting line merupakan garis melting line untuk zat yang memuai saat beku, sementara untuk zat yang menyusut saat beku garis melting line nya berupa garis biasa. Dari gambar disamping terlihat bahwa kondisi liquid (cair) hanya dapat terjadi pada tekanan dibawah tekanan triple point. Untuk zat yang menyusut saat beku, kondisi liquid ini juga harus memenuhi syarat, bahwa suhunya haruslah berada diatas suhu triple point. Bila suhunya dibawah suhu triple point, maka zat tersebut sudah dapat dipastikan berada dalam keadaan beku. Untuk zat yang memuai saat beku seperti air, kondisi liquid dapat terjadi pada suhu dibawah suhu triple point apabila tekanannya jauh lebih tinggi dari tekanan triple point. Sebagai contoh, air akan berada dalam bentuk es pada tekanan 1 atm dan suhu dibawah 0 C. Tetapi, bila tekanannya jauh lebih tinggi dari 1 atm (0,1 Mpa) katakanlah misalnya pada tekanan 200 MPa, maka pada suhu -20 C air tidak berada dalam bentuk es, melainkan dalam bentuk cair.

Permukaan P-v-T Perubahan Fasa AirAgustus 29, 2011 Nurul Iman Supardi Tinggalkan komentar Apabila kita gambarkan hubungan P-v-T kedalam suatu gambar tiga dimensi, maka akan diperoleh diagram permukaan P-v-T sebagaimana yang terlihat pada gambar berikut. titik a-b-c-d-e merupakan titik-titik yang memiliki suhu yang sama. Bila titik ini dihubungkan, maka akan diperoleh garis proses suhu konstan (isothermal).

Pada titik b, dengan tekanan yang tinggi pada zat, pada suhu tersebut zat berada dalam fasa cair. Tekanan kemudian dikurangi secara bertahap hingga akhirnya turun ke titik c. Di titik ini, pada suhu tersebut zat mulai menguap hingga akhirnya tetes terakhir dari cairan zat telah berubah semua menjadi uap dititik d. Dari titik d ke titik e dengan mengurangi nilai tekanan zat akan menyebabkan terjadinya peningkatan nilai spesific volume. Penjelasan yang kita paparkan diparagraf di atas, sebenarnya telah kita paprkan pada sub bab yang lalu mengenai diagram P-v. Namun kali ini kita melihat diagram tersebut merupakan bagian kecil dari permukaan P-v-T.

P-v-T surface untuk zat yang memuai saat beku

Pada permukaan P-v-T, terlihat ada beberapa bidang permukaan. Bidang solid merupakan bidang dimana zat seluruhnya berada dalam keadaan beku. Terlihat bahwa pada bidang ini, walaupun tekanan berbeda, spesific volume zat tetap sama. Pada suhu tertentu, akan tercapai dimana keadaan beku akan berubah menjadi cair. Proses perubahan dari beku menjadi cair hingga seluruh bagian beku akan jadi cairan ini terjadi secara isothermal pada bidang Solid and Liquid pada gambar diatas.

Pada gambar tersebut terlihat, bahwa ketika zat berubah dari beku (padat) menjadi cair, terjadi penurunan nilai spesific volume nya. Untuk zat yang memiliki sifat berbeda pada saat beku dapat dilihat pada gambar berikut. Pada gambar ini bidang Solid and Liquid yang terletak disebelah kanan bidang Solid terlihat dengan jelas. Ini karena bidang solid and liquid memiliki nilai specific volume v yang lebih besar dari pada bidang solid. Ini berarti bahwa zat tersebut pada keadaan padatnya memiliki spesific volume yang lebih rendah dari pada keadaan cairnya (mengalami penyusutan saat beku).

P-v-T surface untuk zat yang menyusut saat beku

Titik i-j-k-l-m-n merupakan titik-titik yang memiliki tekanan yang sama. Bila dihubungkan satu sama lainnya, maka akan terlihat proses perubahan fasa yang terjadi pada tekanan konstan (isobarik). Pada tekanan tersebut, dititik i yang bersuhu sangat tinggi, zat akan berada pada fasa uap ( superheated vapor). Dengan menurunkan suhu hingga ke titik j superheated vapor akan

berubah menjadi saturated vapor. Perubahan dari bentuk uap menjadi cair di titik j hingga ke titik k terjadi pada suhu konstan dan tekanan konstan dengan melepaskan sejumlah energi. Spesific volume zat semakin berkurang. Pada titik k seluruh zat sudah berbentuk cair. Bila suhu diturunkan kembali hingga ketitik l, maka cairan berada pada keadaan siap membeku. Proses pembekuan terjadi pada ruas l-m pada suhu tetap dan tekanan tetap dengan melepaskan sejumlah energi. Perubahan ini juga diikuti dengan penurunan nilai spesific volume (terjadi penyusutan). Pada titik m, seluruh zat sudah berbentuk beku. Penurunan suhu hingga ketitik n hanya akan mengurangi nilai spesific volume.