BATAS - BATAS FASA

Tekanan dan temperatur tempat dua fase dapat ada bersamaan – karena kedua fasa ada dalam kesetimbangan maka potensial kimia sama. Oleh karena itu jika fasa α dan β dalam kesetimbangan, maka (Atkins 1979: 154).

                                                   (1)

Jika tekanan berubah ke nilai p + dp, temperature kesetimbangan akan berubah ke T + dT, sehingga pada T + dT dan p + dp kondisi kesetimbangan adalah (Adamson 1979: 278):

                                     (2)

Dengan mengurangkan persamaan (1) dengan (2) didapat (Adamson 1979: 278):

                                                                 (3)

Kemiringan kurva batas-batas fasa

Biarkan p dan T berubah sedikit, tetapi dengan cara tertentu sehingga kedua fasa α dan β ada dalam kesetimbangan. Potensial kimia fase-fase itu sama, dan tetap sama: oleh karena itu perubahan pada nya harus sama. Untuk setiap fasa : (Atkins 1996: 154)

                                           (4)

Dengan  adalah entropi molar fase-fase itu dan  adalah volume molarnya. Oleh karena itu, (Atkins 1996: 154)

                                   (5)

Dan persamaan (5) menjadi (Adamson 1979: 280):

                                                          (6)

Persamaan ini disebut persamaan Clapeyron (Adamson 1979: 280).

Persamaan Clapeyron adalah persamaan fundamental untuk pembahasan kesetimbangan antara dua fasa senyawa murni. Sebagai catatan sisi kiri kedua persamaan adalah turunan biasa bukan turunan parsial (Adamson 1979: 280). Hasil ini berlaku pada semua transisi fase zat murni (Atkins 1996: 154).

Batas padat-cair

Pelelehan (peleburan) disertai dengan perubahan entalpi molar  dan terjadi pula pada temperatur T. Oleh karena itu entropi pelelehan molar T adalah  /T, dan persamaan Clapeyron menjadi (Atkins 1996: 154)

                                                      (7)

Dengan  sebagai perubahan volume molar pelelehan. Entalpi pelelehan bernilai positif (satu satunya perkecualian adalah , yang meleleh secara eksoterm), dan perubahan volume biasanya positif tetapi selalu kecil. Kurvanya sendiri dapat diperoleh dengan mengintegrasikan dp/dT dengan asumsi  dan  hampir tidak berubah dengan adanya perubahan temperatur dan tekanan. Jika temperatur leleh T* ketika tekanan p*, dan ketika tekanan p, maka integrasi yang diperlukan adalah (Atkins 1996: 155)

                                                 (8)

Oleh karena itu, persamaan perkiraan batas padat/cair adalah (Atkins 1996: 155):

                                     (9a)

Jika T dekat dengan T*, karena ln (1 + x) = x jika x kecil; maka (Atkins 1996: 155)

                                    (9b)

Batas cair-uap

Entropi molar penguapan pada temperatur T sama dengan ; oleh karena itu persamaan Clapeyron untuk batas cair – uap (Atkins 1996: 156):

                                                      (10)

Entalpi penguapan bernilai positif;  bernilai besar dan positif. Oleh karena itu dp/dT selalu positif, tetapi jauh lebih kecil daripada dp/dT untuk batas padat-cair (Atkins  1996: 156).

Persamaan Clausius – Clapeyron :

                                                   (11)

Ketika transisi adalah fase gas, volume spesifik akhir dapat berkali-kali ukuran volume spesifik awal. Sebuah pendekatan alami akan mengganti  dengan v₂, selanjutnya pada tekanan rendah, fasa gas dapat didekati dengan hukum gas ideal, sehingga v₂ = v_gs = R T / P, dimana R adalah gas spesifik massa konstan (memaksa h dan v menjadi massa jenis) (Adamson 1979: 281).

Batas padat-uap

Perbedaan antara kasus ini dengan kasus terakhir hanyalah penggantian entalpi penguapan dengan entalpi sublimasi, . Hampiran yang menghasilkan keberuntungan tekanan uap sublimasi terhadap temperatur sebagai berikut (Atkins 1996: 157):

                                                   (12a)

 dengan                               (12b)

karena entalpi sublimasi lebih besar daripada penguapan, persamaan ini akan menunjukkan kepada kita akan adanya kemiringan kurva sublimasi yang lebih tajam dari kurva penguapan, di dekat kedua kurva bertemu (Atkins 1996: 158).

Reference :

Atkins, P. W. 1996. Kimia Fisika. Jakarta: Erlangga

Adamson, Arthur W. 1979. A Textbook of Physical Chemistry 2nd Edition. Academic Press, Elsiviers.