Selamat Datang Dalam Kuliah Terbuka Ini

1

Kuliah terbuka kali ini berjudul

“Mengenal Sifat Material III”

2

Disajikan olehSudaryatno Sudirham

melaluiwww.darpublic.com

3

Sesi 2

Sistem Multifasa

Fasa adalah daerah materi dari suatu sistem yang secara fisis dapat dibedakan dari daerah materi yang lain dalam sistem tersebut

Setiap fasa memiliki struktur atom dan sifat-sifat sendiri

Antara fasa dengan fasa dapat dipisahkan secara mekanis

Kita mengenal sistem satu-fasa & sistem multi-fasa

Dalam keseimbangan, setiap fasa adalah homogen

Kita mengenal sistem komponen-tunggal & sistem multi-komponen.

Fasa

Homogenitas

Komponen SistemKomponen sistem adalah unsur atau

senyawa yang membentuk satu sistem.

5

Pengertian-Pengertian

Diagram keseimbangan merupakan diagram di mana kita bisa membaca fasa-fasa apa saja yang hadir dalam keseimbangan pada berbagai nilai peubah

thermodinamik

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.

Diagram Keseimbangan

Derajat Kebebasan

6

Atom atau molekul dari satu komponen terakomodasi di dalam struktur komponen yang lain

Larutan Padat

Larutan padat bisa terjadi secara subsitusional

interstisial

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.

Derajat kelarutan

7

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.

Kaidah Hume-Rothery

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 BxB

Hlarutan

HB

HA

A BxB

Hlarutan

HB

HA

A BxB

Hlarutan

Hlarutan < sebelum pelarutan untuk

semua komposisi

Hlarutan > sebelum pelarutan untuk

semua komposisi

Hlarutan = sebelum pelarutan; ini keadaan ideal

Enthalpi Larutan

8

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

SSB

SA

A BxB

S0

A BxB

S

S

Entropi pelarutan

Sesudah Sebelum

entropi sesudah pelarutan > sebelum pelarutan

Entropi Larutan

9

Larutan satu fasa yang stabil akan terbentuk jika dalam pelarutan itu terjadi penurunan energi bebas.

TSHG

HB

HA

A BxB

Hlarutan

HB

HA

A BxB

Hlarutan

GH

A BxB

Hlarutan

Glarutan

x1 A BxB

GGlarutan

x1 x2

+

Larutan satu fasa Larutan multifasa antara komposisi

x1 dan x2

Energi Bebas Larutan

10

Jumlah fasa yang hadir dalam keseimbangan dalam satu sistem

2 KDF

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.

jumlah derajat kebebasan

jumlah minimum komponen yang membentuk sistem

11

Kaidah Fasa dari Gibbs

Sistem Komponen Tunggal : H2O

Karena K = 1 maka komposisi tidak menjadi peubah

2 KDF

12

T

P

A

DC

B

cair

padat

uap

ab

c

F = 1

D = 2

Derajat Kebebasan D = 2

yaitu tekanan (P) dan temperatur (T)

Diagram Keseimbangan Fasa

T

P

A

DC

B

cair

padat

uap

ab

c

F = 2

D = 1

Derajat Kebebasan D = 1 yaitu

tekanan : P atau

temperatur : T

2 KDF

Titik Tripel

Sistem Komponen Tunggal : H2O

F = 3

D = 0

invarian

13

Alotropi (allotropy)

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.

910

1400

1539T oC

α (BCC)

γ (FCC)

δ (BCC)

cair

10-12 10-8 10-4 1 102 atm

uap

A

B

C

Besi

14

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

15

Energi Bebas TSHG

PVEH

T p

dC

TS0

)(

TbaCP310

FCC

BCC

BCC

T [oC]910 1400 1539

G

Besi

16

Sistem Biner Dengan Kelarutan Sempurna

T

A BxB

x1 x2 x3

a)

TA

TB

A BxB

xcf xca x0 xpf xpa

a

b

d

c

b)

Karena K = 2 maka komposisi menjadi peubah

2 KDF

17

Plot komposisi per komposisi

Perubahan komposisi kontinyu

Sistem Biner Dengan Kelarutan Terbatas

Diagram Eutectic Biner

titik leleh A

a

b

A BxB

Te

+

+L

Cair (L)

L+c

d

x1 xe x0 xc xe xe

x

e

T

T A

T Btitik leleh B

18

Sistem Biner Dengan Kelarutan Terbatas

Diagram Peritectic Biner

Tp

a

b

TTA

AB

xB

+ L

cair (L)

+ L

+

x1 xp x0 xp xlp

TB

c p

titik leleh A

titik leleh B

19

Kuliah Terbuka

Mengenal Sifat Material IIISesi-2

Sudaryatno Sudirham

20