MAKALAH

KIMIA FISIK 2

Kesetimbangan Fasa Sistem Satu Komponen

Di Susun Oleh:

Febby Putri Mayu (A1C111024)

Mega Affani(A1C111071)

Muhammad Quzwen

Santi Parlina(A1C111013)

Ice Lely Sitohang (A1C1110)

Dosen Mata Kuliah

Dra. Wilda Syahri, M.Pd

PRODI PENDIDIKAN KIMIA

JURUSAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN

ALAM

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS JAMBI

2013

1

KATA PENGANTAR

Segala puji hanya milik Allah SWT. Shalawat dan salam selalu tercurahkan

kepada Rasulullah SAW. Berkat limpahan dan rahmat-Nya pemakalah mampu

menyelesaikan tugas makalah ini guna memenuhi tugas mata kuliah Kimia Fisik 2.

Makalah ini disusun agar pembaca dapat memperluas ilmu tentang

kesetimbangan fasa sistem satu komponen, yang kami sajikan berdasarkan

pengamatan dari berbagai sumber informasi dan referensi yang didapat.Makalah ini di

susun oleh pemakalah dengan berbagai rintangan. Baik itu yang datang dari diri

penyusun maupun yang datang dari luar. Namun dengan penuh kesabaran dan

terutama pertolongan dari Allah akhirnya makalah ini dapat terselesaikan.

Semoga makalah ini dapat memberikan wawasan yang lebih luas dan menjadi

sumbangan pemikiran kepada pembaca khususnya para mahasiswa. Kami sadar

bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan jauh dari sempurna. Untuk itu,

kepada dosen mata kuliah Kimia Fisik 2 meminta masukannya demi perbaikan

pembuatan makalah kami di masa yang akan datang dan mengharapkan kritik dan

saran dari para pembaca.

Jambi, April 2013

Pemak

alah

2

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ................................................................................................1

KATA PENGANTAR ..............................................................................................2

DAFTAR ISI .............................................................................................................3

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ......................................................................................41.2. Rumusan Masalah ...............................................................................................41.3. Tujuan Penuliasan ...............................................................................................5

BAB II PEMBAHASAN............................................................................................6

BAB III PENUTUP ..................................................................................................12

DAFTAR PUSTAKA................................................................................................13

3

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kesetimbangan Fasa

Fasa adalah bagian sistem dengan komposisi kimia dan sifat – sifat fisik

seragam, yang terpisah dari bagian sistem lain oleh suatu bidang batas.

Kesetimbangan Fasa adalah suatu keadaan dimana suatu zat memiliki komposisi yang

pasti pada kedua fasanya pada suhu dan tekanan tertentu. Pemahaman perilaku fasa

mulai berkembang dengan adanya aturan fasa Gibbs. Untuk sistem satu komponen,

persamaan Clausius dan Clausisus – Clapeyron menghubungkan perubahan tekanan

kesetimbangan dengan perubahan suhu.

1.2 Rumusan masalah

1.2.1. Apa saja aturan-aturan dan rumus- rumus yang digunakan dalam

kesetimbangan fasa system satu komponen?

1.2.2. Apa saja contoh-contoh kesetimbangan fasa system satu komponen?

1.2.3. Bagaimana Diagram kesetimbangan fasa system satu komponen?

4

1.3 Tujuan penulisan

1.3.1. Untuk mengetahui aturan-aturan dan rumus- rumus yang digunakan

dalam kesetimbangan fasa system satu komponen

1.3.2. Untuk mengetahui contoh-contoh kesetimbangan fasa system satu

komponen

1.3.3. Untuk mengetahui diagram kesetimbangan fasa system satu komponen

5

BAB II

PEMBAHASAN

2.1. Aturan- aturan Fasa dan Turunan Rumusnya

2.1.1. Aturan Fasa

Aturan fasa bisa diterapkan ke dalam sistem yang lebih dari satu

komponen. Hal ini memungkinkan untuk memproses secara lebih umum dan untuk

mendapatkan ‘aturan fasa’ yang memberikan jumlah derajat kebebasan sistem dengan

C komponen dan P fasa.

Fasa adalah bagian yang serba sama dari suatu sistem yang dapat dipisahkan

secara mekanik, serbasama dalam hal komposisi kimia dan sifat – sifat

fisika. Jumlah komponen dalam suatu sistem merupakan jumlah minimum dari

spesi yang secara kimia independen yang diperlukan untuk menyatakan komposisi

setiap fasa dalam sistem tersebut. Cara praktis untuk menentukan jumlah

komponen adalah dengan menentukan jumlah total spesi kimia dalam

system dikurangi dengan jumlah reaksi-reaksi kesetimbangan yang

berbeda yang dapat terjadi antara zat – zat yang ada dalam sistem tersebut.

Di dalam setiap fasa, terdapat konsentrasi C-1 yang dibutuhkan untuk menetapkan

komposisi fasa sebanyak-banyaknya. Jika fraksi mol digunakan untuk

mengukur konsentrasi, sesuatu dibutuhkan untuk menentukan fraksi mol semua

komponen,komponen yang tersisa bisa ditentukan karena jumlah dari fraksi mol

menjadi satu kesatuan. Karena terdapat P fasa, maka ada P(C-1) komposisi

variabel. Tekanan dan suhu yang sudah ditentukan memberikan P(C-1) + 2

variabel intensif jika sistemnya berdasarkan fasa demi fasa. Jumlah variabel-variabel

ini, yang ditetapkan oleh kondisi kesetimbangan sistem, sekarang harus ditentukan.

Komponen 1, misalnya, didistribusikan antara fasa P1 dan P2. Bila ekuilibrium

dibuat untuk setiap komponen yang didistribusikan antara dua fasa,

hubungan distribusi dapat ditulis. Jadi, jika konsentrasi salah satu komponen dalam

fasa P1 yang ditentukan, konsentrasi dalam tahap P2 secara otomatis tetap.

Kesetimbangan serupa juga akan diatur untuk setiap komponen antara

berbagai pasangan fasa. Untuk setiap komponen akan ada hubungan P-1 tersebut.

6

Jadi, untuk komponen C total C (P-1) variabel intensif akan tetap ditentukan kondisi

kesetimbangan.

Jika komponen tidak ada atau berada pada tingkat yang diabaikan

dalam salahsatu fasa dari sistem, akan ada lebih sedikit satu variabel intensif untuk

fasa tersebut sejak konsentrasi diabaikan dari satu unsur. Juga akan ada satu relasi

kesetimbangan yang lebih sedikit. Aturan fasa berlaku untuk semua sistem terlepas

dari apakah semua fasa memiliki jumlah komponen yang sama atau tidak. Aturan ini

berlaku hanya untuk apa yang telah disebut sistem kimia biasa.

Aturan Fasa Gibbs

Pada tahun 1876, Gibbs menurunkan hubungan sederhana antara jumlah fasa setimbang, jumlah komponen, dan jumlah besaran intensif bebas yang dapat melukiskan keadaan sistem secara lengkap. Menurut Gibbs,ν = c + p – γ

Dimana:υ = derajat kebebasanc = jumlah komponenp = jumlah fasaγ = jumlah besaran intensif yang mempengaruhi sistem (P, T)

Tabel 3.1 menunjukkan hubungan antara jumlah derajat kebebasan dan jumlah fase yang ada untuk sistem satu komponen. Tabel ini menyarankan suatu aturan yangmenghubungkan jumlah derajat kebebasan, F, dengan jumlah fase, P, yang ada.F = 3 – P (3.25)yang merupakan aturan fase untuk sistem satu komponen. Aturan fase yang sederhana sangat berguna untuk memutuskan berapa banyak variabel bebas yang diperlukan untuk mendeskripsi sistem.Tabel 3.1Jumlah fase 1 2 3Derajat kebebasa 2 1 0

Jumlah variabel bebas, F, diperoleh dengan mengurangkan jumlah total persamaan dari jumlah total variabel:F = PC + 2 – P – C (P – 1),F = C – P + 2Jika sistem satu komponen, C = 1, sehingga F = 3 – P. Persamaan ini adalah aturan fase J.Willard Gibbs.

Derajat kebebasan suatu sistem adalah bilangan terkecil yang menunjukkan jumlah variabel bebas (suhu, tekanan, konsentrasi komponen – komponen) yang harus diketahui untuk menggambarkan keadaan sistem. Untuk zat murni, diperlukan hanya

7

dua variabel untuk menyatakan keadaan, yaitu P dan T, atau P dan V, atau T dan V. Variabel ketiga dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan gas ideal. Sehingga, sistem yang terdiri dari satu gas atau cairan ideal mempunyai derajat kebebasan dua (υ = 2).Bila suatu zat berada dalam kesetimbangan, jumlah komponen yang diperlukan untuk menggambarkan sistem akan berkurang satu karena dapat dihitung dari konstanta kesetimbangan. Misalnya pada reaksi penguraian

2.1.2. Turunan Rumusnya

Persamaan Clapeyron

Bila dua fasa dalam sistem satu komponen berada dalam kesetimbangan, kedua fasa

tersebut mempunyai energi Gibbs molar yang sama. Pada sistem yang memiliki fasa α

dan β,

Gα =  Gβ …………………………………………..       (3.4)

Jika tekanan dan suhu diubah dengan tetap menjaga kesetimbangan, maka

dGα =  dGβ …………………………………………       (3.5)

Dengan menggunakan hubungan Maxwell, didapat

Karena                                       

maka                                           

Persamaan 3.10 disebut sebagai Persamaan Clapeyron, yang dapat digunakan untuk

menentukan entalpi penguapan, sublimasi, peleburan, maupun transisi antara dua

padat. Entalpi sublimasi, peleburan dan penguapan pada suhu tertntu dihubungkan

dengan persamaan

8

Persamaan Clausius – Clapeyron

Untuk peristiwa penguapan dan sublimasi, Clausius menunjukkan bahwa persamaan

Clapeyron dapat disederhanakan dengan mengandaikan uapnya mengikuti hukum gas

ideal dan mengabaikan volume cairan (Vl) yang jauh lebih kecil dari volume uap (Vg).

Bila        

maka persamaan 3.10 menjadi

Persamaan 3.18 disebut Persamaan Clausius – Clapeyron. Dengan menggunakan

persamaan di atas, kalor penguapan atau sublimasi dapat dihitung dengan dua tekanan

pada dua suhu yang berbeda.

Bila entalpi penguapan suatu cairan tidak diketahui, harga pendekatannya dapat

diperkirakan dengan menggunakan Aturan Trouton, yaitu

9

2.2. Grafik Kesetimbangan fasa

Sistem Satu Komponen

Untuk sistem satu komponen seperti air murni, aturan fasanya adalah : f = 3 -p.

• Jika hanya ada satu fase maka f =2,

• Jika ada dua fase maka f =1,dan

• Jika ada 3 fase maka f =0. Dengan demikian untuk sistem satu komponen

maksimum ada dua variabel intensif untuk menyatakan keadaan sistem. Kita dapat

menggambarkan setiap keadaan dengan satu titik pada diagram fasa yaitu diagram

dua dimensi P terhadap T.

Gambar : Diagram Fasa Air

Pada titik A yaitu daerah fasa cair, p =1, f=2, sehingga ada 2 variabel spesifik, yaitu

temperatur dan tekan untuk menentukan lokasi titik A. Pada titik B yaitu satu titik

pada garis kesetimbangan cairan–uap, niai p =2 dan f =1, sehingga hanya 1 variabel

yang harus spesifik, suhu atau tekanan.

2.2.1. Keberadaan Fasa – Fasa dalam Sistem Satu Komponen

Perubahan fasa dari padat ke cair dan selanjutnya menjadi gas (pada tekanan tetap)

dapat dipahami dengan melihat kurva energi bebas Gibbs terhadap suhu atau potensial

kimia terhadap suhu.10

Gambar 3.2. Kebergantungan energi Gibbs pada fasa – fasa padat, cair dan gas

terhadap suhu pada tekanan tetap

Lereng garis energi Gibbs ketiga fasa pada gambar 3.2. mengikuti persamaan

Nilai entropi (S) adalah positif. Tanda negatif muncul karena arah lereng yang turun.

Sehingga, dapat disimpulkan bahwa Sg > Sl > Ss.

BAB III

11

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

Adapun dari pembahasan diatas, maka dapat disimpulkan bahwa:

1. Fasa adalah bagian yang serbasama dari suatu sistem yang dapat dipisahkan

secara mekanik, serbasama dalam hal komposisi kimia dan sifat – sifat fisika.

2. Penentuan jumlah komponen adalah dengan menentukan jumlah total spesi

kimia dalam sistem dikurangi dengan jumlah reaksi – reaksi kesetimbangan

yang berbeda yang dapat terjadi antara zat – zat yang ada dalam sistem

tersebut.

3. Derajat kebebasan didefinisikan sebagai jumlah minimum variabel intensif

yang harus dipilih agar keberadaan variabbel intensif dapat ditetapkan.

Daftar Pustaka12

M. Fogiel, 1992, The Essentials of Physical Chemistry II, Nex Jersey : Research andEducation Association

Surdia NM, 1980, Kimia Fisika I (terjemahan Robert A. Alberty dan F Daniels),cetakan ke 5, John Willey and Sons.

Bahan-Paparan-KF2-2012

Kesetimbangan Fasa _ Thekicker96's Blog.htm

13