Jenis-fasa zat

Fasa atau wujud dari sebuah zat umumnya dikelompokan menjadi 3 macam, yaitu fasa padat, fasa

cair, dan fasa gas. Contoh dari fasa padat adalah es, batu, kayu, besi, plastik dsb. Umumnya fasa

padat ini memiliki ciri-ciri ikatan (gaya tarik menarik) antar molekul kuat dan rapat sehingga tidak

mudah untuk mengubah bentuknya, mudah untuk digenggam dan pada umumnya keras.

Fasa cair memiliki ciir-ciri diantaranya adalah memiliki ikatan (gaya tarik menarik) antar molekul

cukup kuat namun sangat renggang jadi sangat mudah dipisahkan dan berubah bentuk, sukar untuk

digenggam. Contoh dari fasa ini adalah air, alkohol, sirup, dsb. Sedangakan untuk fasa gas ciri-cirinya

adalah memiliki ikatan (gaya tarik menarik) antar molekulnya sangat lemah dan sangat renggang

sehiingga sangat mudah dipisahkan, umumnya gas tidak memiliki warna dan tidak dapat digenggam.

Contohnya adalah udara, uap air, gas CO2, dsb.

Gambar 1. Contoh jenis-jenis fasa

Kesetimbangan antar fasa

Pada kehidupan sehari-hari kita dapat menemukan ketiga fasa diatas dalam kondisi setimbang. Yang

dimaksud dengan setimbang adalah kedaan statis atau tidak ada perubahan. Dalam termodinamika

setimbang tidak hanya berarti tidak adanya perubahan, tetapi juga tidak adanya kecenderungan

untuk berubah dalam skala makroskopik. Sebuah sistem dikatakan setimbang saat tidak ada

perubahan keadaan atau semua gaya yang ada pada sistem tersebut dalam keadaan setimbang atau

saling meniadakan.

Kesetimbangan antar fasa adalah keadaan dimana terdapat dua atu lebih fasa dan tidak ada

kencenderungan untuk berubah sama sekali. Dengan kata lain besarnya perubahan fasa dari satu

fasa ke fasa yang lain adalah sama, sehingga saling meniadakan. Contohnya seperti Gambar 2

dibawah ini.

Gambar 2. Contoh kesetimbangan fasa.

Pada Gambar 2 panah berwarna merah (mengarah keatas) mewakili perubahan fasa dari cair ke gas

sedangkan panah berwarna biru (mengarah ke bawah) mewakili perubahan fasa dari gas ke cair.

Pada keadaan setimbang besarnya perubahan kedua fasa tersebut sama, sehingga secara

makroskopik tidak ada perubahan yang terjadi.

Aturan fasa Gibbs

Saat dua fasa mengalami kesetimbangan keadaan dari sistem tetap (fix) tida berubah dan hanya ada

satu kondisi. Contohnya adalah sistem dengan kesetimbangan antara uap air dengan air pada

tekanan 101,33 kPa hanya akan terjadi pada suhu 1000C, tidak pada suhu lain. Saat tekanan diubah,

otomatis suhu kesetimbangan sistem tersebut juga berubah.

Untuk semua sistem yang berada dalam keadaan setimbang, jumlah variabel bebas yang harus

diketahui diberikan oleh aturan fasa Gibbs yang dirumuskan sebagai berikut.

F = 2 – π + N

Dengan F adalah derajat kebebasan yang menyatakan jumlah variabel bebas yang harus diketahui, π

adalah jumlah fasa pada sistem kesetimbangan, dan N adalah jumlah senyawa kimia.

Nilai minimum dari F (derajat kebebasan)adalah 0. Saat F =0 keadaan sistem sudah tertentu tekanan

dan suhuya. Contohnya ada pada titik tripel (triple point) pada air. Dimana pada titik ini terdapat

uap air, air dan es secara bersamaan (π = 3), N = 1 karena senyawanya hanya ada air (H2O), maka F =

0. Titik trple air hanya terjadi pada 0,010C dan 0,0061 bar, perbahan salah satu atau dua variabel

tersebut akan menyebaban salah satu fasa menghilang dari sistem.

Gambar 3. Diagram PT dari komponen murni.

Gambar 3 diatas menunjukan diagram PT (tekanan-suhu) sebuah komponen murni. Pada Gambar 3

jelas diperlihatkan titik tripel pada titik 2 dan hanya ada satu titik tripel. Dan jelas hanya terjadi pada

tekanan dan suhu tertentu saja.

Keterangan dari Gambar 3 adalah sebagai berikut:

Garis 1-2 adalah kurva sublimasi (sublimation curve) yang membatasi fasa gas dan fasa

padat.

Garis 2-3 adalah kurva fusi (fusion curve) yang membatasi fasa padat dan fasa cair.

Garis 2-C adalah kurva penguapan (vaporization curve) yang membatasi fasa gas dan fasa

cair.

Garis-garis diatas disebut garis jenuh (saturated curve) yitu suatu keadaan dimana saat tekanan atau

suhunya berubah sedikit saja maka akan terjadi perubahan fasa. Titik-titik yang terdapat pada garis

tersebut adalah titik jenuh (saturated) dimana terdapat dua fasa yang setimbang, sehingga untuk

komponen murni menghasilkan nilai F = 1. Artinya hanya dengan 1 varibel (tekanan atau suhu) saja

dapat diketahui varibel yang lainnya. Contohnya titik D saat kita mengetahui besar tekanannya kita

dapat langsung mengetahui besar suhunya, begitu juga sebaliknya saat kita mengetahui besar

suhunya kita dapat langsung mengetahui tekanannya dengan cara menarik garis lurus sejajar sumbu

x atau sumbu y.

Daerah yang dibatasi garis-garis diatas disebut daerah satu fasa, sehingga untuk komponen murni

daerah ini memiliki nilai F = 2. Yang artinya harus diketahui dua variabel untuk mengetahui sifat

(properties) dari komponen yang bersangkutan.

Garis yang membatasi fasa cair dan fasa gas tidak dapat secara kontinu digambar, karena pada suhu

dan tekannan tertentu kedua fasa ini tidak dapat dibedakan. Daerah yang diarsir (Gambar 3) adalah

daerah fluid (fluid region) atau kadang disebut supercritical fuild dimana antara fasa gas dan fasa cair

sudah tidak dapat dibedakan. Daerah ini terletak diatas tekanan kritis dan diatas suhu kritis dari

komponen murni. Titik koordinat antara tekanan kritis dan suhu kritis ini dinamakan titik kritis

(critical point) (titik C pada Gambar 3) yaitu titik dimana tekanan dan suhu tertinggi saat fasa gas dan

cair masih dapat dibedakan. Kuva A-B adalah perubahan fasa dari cair ke gas yang tidak melewati

tahap jenuh, ini dapat dilakukan dengan mengatur suhu dan tekanan.