Pada kesempatan kali ini, saya akan membahas salah satu dari sub bab mata kuliah Keseimbangan Kimia yaitu aturan fase. Sering kita mendengar bentuk-bentuk dari suatu benda atau yang lainnya seperti padat, cair, dan gas. Ketiga bentuk tersebut yaitu padat, cair, dan gas dapat disebut dengan fase. Pada sub bab sebelumnya kita pernah mempelajari diagram fase. Dari diagram fase tersebut kita dapat mempelajari dan mempertimbangkan apakah dua atau tiga fase tersebut dapat bercampur bersama-sama atau tidak, apakah pada kondisi tertentu terjadi kesetimbangan atau tidak dan apakah suatu sistem agar terjadi kesetimbangan dipengaruhi oleh tekanan, temperatur, dan komposisi tertentu.
Sebelum masuk ke pembahasan aturan fase, kita harus mengetahui apa saja yang terdapat dalam aturan fase. Di dalam aturan fase, ada tiga yang harus kita ketahui terlebih dahulu yaitu fase, komponen, dan derajat kebebasan. Setelah mengetahui semuanya, kita akan lebih mudah mempelajari aturan fase beserta komponen yang ada dalam sistem.
1. Fase, Komponen, dan Derajat Kebebasan
1.1. Jumlah Fase (P)
Fase merupakan suatu bagian dari sistem yang bersifat homogen dan dipisahkan dari bagian sistem yang lain dengan batas yang jelas. Fase terdiri dari fase padat, fase cair, dan fase gas. Sehingga jumlah fase (P) adalah jumlah dari bagian-bagian yang bersifat homogen tersebut di dalam sistem.
Contohnya :
• Air : P = 1
• Air dan uapnya : P = 2
• Air dan es : P = 2 walaupun untuk menentukan batas antara fase-fasenya sulit.
1.2. Jumlah Komponen (C)
Jumlah komponen merupakan jumlah minimum spesies bebas kimia yang diperlukan untuk menentukan komposisi yang ada dalam sistem. Contohnya, air murni adalah sistem satu komponen (C = 1) dan campuran air dan etanol adalah sistem dua komponen (C = 2).
1.3. Derajat Kebebasan (F)
Derajat kebebasan merupakan jumlah besaran makroskopik yang diperlukan untuk menggambarkan keadaan sistem.
2. Aturan Fase
Dalam aturan fase ini, kita lebih mudah mempelajarinya. Karena kita telah mengetahui fase, komponen, dan derajat kebebasan. Dari ketiga hal tersebut saling berkaitan. Misalnya, dalam suatu sistem terdapat komponen tunggal (C = 1) yaitu air murni maka fasenya juga tunggal (P = 1). Jika hanya ada satu fase dan komponen tunggal, maka tekanan dan temperatur dapat diubah secara bebas. Sehingga dalam aturan fase ini membahas hubungan umum antara jumlah fase, jumlah komponen, dan derajat kebebasan pada keadaan setimbang. J Williard Gibbs membuat suatu persamaan untuk menghitung jumlah minimal atau dapat disebut sebagai aturan fase Gibbs :
F = C – P + 2
Keterangan : F = Derajat kebebasan
C = Komponen
P = Fase
Dari aturan fase di atas telah mewakili dari sistem satu komponen yang telah dipelajari kemudian dapat diterapkan pada kasus yang rumit dan menjelaskan bagaimana aturan ini diturunkan.
2.1. Sistem Satu Komponen
Air murni adalah contoh satu komponen dalam suatu sistem, maka persamaan aturan fase gibbs yang berlaku :
F = 3 – P
Pada suatu sistem satu komponen terdapat satu fase maka F = 2 dengan P dan T dapat diubah-ubah dengan bebas sehingga fase tunggal tersebut dapat digambarkan pada daerah diagram fase. Jika dalam kesetimbangan ada dua fase maka F = 1 dengan P dan T tidak dapat diubah dengan bebas, kita dapat menentukannya sehingga kesetimbangan dua fase dapat digambarkan dengan garis pada diagram fase. Maka dari itu, transisi fase terjadi pada temperatur dan tekanan tertentu. Jika dalam kesetimbangan ada tiga fase maka F = 0. Dalam kondisi F = 0 ini hanya dapat terjadi pada tekanan dan temperatur tertentu. Sehingga kita dapat menggambarkan kesetimbangan tiga fase ini dengan satu titik pada diagram fase, yaitu titip tripel.
Gambar 1. Diagram fase satu komponen
2.2. Sistem Dua Komponen
Jika dalam suatu sistem terdapat dua komponen yang terkandung (C = 2), maka persamaan aturan fase gibbs yang berlaku :
F = 4 – P
Dari persamaan di atas, kita dapat menyederhanakan dengan cara mengubah tekanan dalam keadaan tetap (misalnya pada 1 atm). Jika kita membuat tekanan dalam keadaan tetap maka itu berarti satu derajat kebebasan telah habis, dan dapat dituliskan dengan F’ = 3 – P untuk varian sisanya. Salah satu sisa derajat kebebasan dalam persamaan F’ = 3 – P adalah temperatur dan sisa yang lainnya adalah komposisi yang dinyatakan dengan fraksi mol satu komponen. Dalam sistem dua komponen ini terdapat dua diagram, yaitu diagram fase cair-cair dan diagram fase padat-cair. Kedua diagram tersebut memiliki perbedaan komposisi. Berikut contoh diagram sistem dua komponen :
2.3. Sistem Tiga Komponen
Jika dalam suatu sistem terdapat tiga komponen, maka persamaan aturan fase yang berlaku :
F = 5 – P
Dalam sistem tiga komponen ini, variannya dapat mencapai 4. Apabila tekanan dan temperatur terjaga dalam keadaan tetap, maka masih ada dua derajat kebebasan yaitu fraksi mol dari dua komponen. Untuk mempermudah kita dalam pemahaman, maka dapat menggunakan diagram fase segitiga. Diagram fase segitiga ini digunakan untuk memperlihatkan varian dalam kesetimbangan fase dengan sistem komposisi.
Gambar 3. Diagram fase segitiga
Diagram fase segitiga dapat disebut juga diagram terner. Cara membaca diagram terner adalah yang pertama harus diketahui arah angka dari kecil ke besar dari setiap komponen. Setelah itu, garis yang berada di depan sudut dari komponen seperti A, B, dan C merupakan garis yang dimiliki oleh masing-masing komponen A, B, dan C secara berurutan. Sebagai contoh, titik D pada gambar 3 dapat diamati bahwa A sebesar 50%, B sebesar 20%, dan C sebesar 30%.
Daftar Pustaka
Atkins, P.W. 1996. Kimia Fisika Jilid I Edisi 4. Jakarta : Erlangga.
Rohman, Ijang dan Sri Mulyani. 2004. Kimia Fisika 1. Jakarta: JICA.
Nama : RANA NUHA ANGGARISTI
NIM : 16630069
Kelas : KIMIA B
.jpeg)
