DIAGRAM FASA CAIR-UAP SISTEM DUA KOMPONEN

Penggunaaan diagram fase sangat luas, dalam beberapa cabang ilmu.  Dalam kimia fisik, mineralogi, dan teknik material, diagram fase adalah sejenis grafik yang digunakan untuk menunjukkan kondisi kesetimbangan antara fase-fase yang berbeda dari suatu zat yang sama. Dalam matematika dan fisika, diagram fase juga mempunyai arti sinonim dengan ruang fase.

Komponen-komponen umum diagram fase adalah garis kesetimbangan atau sempadan fase, yang merujuk pada garis yang menandakan terjadinya transisi fase. Titik tripel adalah titik potong dari garis-garis kesetimbangan antara tiga fase benda, biasanya padat, cair, dan gas. Solidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan padat. Likuidus adalah temperatur di mana zat tersebut stabil dalam keadaan cair. Adalah mungkin terdapat celah di antara solidus dan likuidus; di antara celah tersebut, zat tersebut terdiri dari campuran kristal dan cairan. Diagram fase yang paling sederhana adalah diagram tekanan-temperatur dari zat tunggal, seperti air. Sumbu-sumbu diagram berkoresponden dengan tekanan dan temperatur. Diagram fase pada ruang tekanan-temperatur menunjukkan garis kesetimbangan atau sempadan fase antara tiga fase padat, cair, dan gas.

 

Diagram fase yang umum. Garis titik-titik merupakan sifat anomali air. Garis berwarna hijau menandakan titik beku dan garis biru menandakan titik didih yang berubah-ubah sesuai dengan tekanan.

Penandaan diagram fase menunjukkan titik-titik di mana energi bebas bersifat non-analitis. Fase-fase dipisahkan dengan sebuah garis non-analisitas, di mana transisi fase terjadi, dan disebut sebagai sempadan fase.

Pada diagaram sebelah kiri, sempadan fase antara cair dan gas tidak berlanjut sampai tak terhingga. Ia akan berhenti pada sebuah titik pada diagaram fase yang disebut sebagai titik kritis. Ini menunjukkan bahwa pada temperatur dan tekanan yang sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan, yang dikenal sebagai fluida superkritis. Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi)

Keberadaan titik kritis cair-gas menunjukkan ambiguitas pada definisi di atas. Ketika dari cair menjadi gas, biasanya akan melewati sebuah sempadan fase, namun adalah mungkin untuk memilih lajur yang tidak melewati sempadan dengan berjalan menuju fase superkritis. Oleh karena itu, fase cair dan gas dapat dicampur terus menerus.

Sempadan padat-cair pada diagram fase kebanyakan zat memiliki gradien yang positif. Hal ini dikarenakan fase padat memiliki densitas yang lebih tinggi daripada fase cair, sehingga peningkatan tekanan akan meningkatkan titik leleh. Pada beberapa bagian diagram fase air, sempadan fase padat-cair air memiliki gradien yang negatif, menunjukkan bahwa es mempunyai densitas yang lebih kecil daripada air (Wikipedia.org).
Diagram fasa merupakan cara mudah untuk menampilkan wujud zat sebagai fungsi suhu dan tekanan. Dalam diagram fasa, diasumsikan bahwa zat tersebut diisolasi dengan baik dan tidak ada zat lain yang masuk atau keluar sistem. Gambar dibawah adalah diagram fasa zat tertentu. Fasa zat yang ada di daerah A, B, C dan H dan fasa yang ada di titik D, E, F dan G dan tunjukkan titik mana yang menyatakan titik tripel, titik didih normal, titik beku normal, dan titik kritis.  

   

Gambar. Diagram fasa suatu senyawa.

·       A : padat

·       B : cair

·       C : uap (gas)

·       D : padat + uap

·       E : padat + cair + uap

·        F : cair + uap

·      G : cair + uap

·     H : uap, titik tripel

·     G : titik beku normal

Diagram fasa cair-uap system dua komponen merupakan diagram yang menunjukkan titik didih dari campuran dua komponen sebagai fungsi dari kesetimbangan uap-cair dari campuran pada tekanan tetap.  Diagram tersebut terdiri dari dua kurva, kurva titik didih dan kurva kondensasi. Kurva titik didih menunjukkan komposisi campuran yang mulai menguap pada temperatur tertentu, sedangkan kurva kondensasi menunjukkan komposisi uap yang berada dalam kesetimbangan dengan campuran cair pada temperatur yang sama.

Fasa cair yang berupa sistem dua atau multi komponen, yakni larutan juga sangat penting. Larutan terdiri atas cairan yang melarutkan zat (pelarut) dan zat yang larut di dalamnya (zat terlarut). Pelarut tidak harus cairan, tetapi dapat berupa padatan atau gas asal dapat melarutkan zat lain. Sistem semacam ini disebut sistem dispersi. Untuk sistem dispersi, zat yang berfungsi seperti pelarut disebut medium pendispersi, sementara zat yang berperan seperti zat terlarut disebut dengan zat terdispersi (dispersoid).

Baik pada larutan ataupun sistem dispersi, zat terlarut dapat berupa padatan, cairan atau gas. Bahkan bila zat terlarut adalah cairan, tidak ada kesulitan dalam membedakan peran pelarut dan zat terlarut bila kuantitas zat terlarut lebih kecul dari pelarut. Namun, bila kuantitas zat terlarut dan pelarut, sukar untuk memutuskan manakah pelarut mana zat terlarut.

Untuk campuran ideal, kurva titik didih dan kondensasi menurun bila jumlah komponen yang lebih volatil meningkat.  Kedua kurva untuk komponen murni berimpit.  Campuran tidak mempunyai titik didih yang konstan melainkan berada pada interval tertentu. Konversi dari campuran total ke fase uap dikatakan lengkap/selesai bila uap mempunyai komposisi yang sama dengan fase cairnya.  Sebelum ini, uap selalu kaya dengan cairan yang lebih volatil.

Pada saat tekanan uap campuran berada dikeadaan maksimum maka titik didihnya minimum, inilah yang disebut titik azeotrop yang terjadi pada titik didih minimum, begitupun sebaliknya pada saat tekanan uapnya minimum maka titik didihnya maksimum sehingga disebut titik azeotrop yang terjadi pada titik didih maksimum. Kurva titik didih dan kondensasi berimpit pada keadaan maksimum dan minimum tersebut. Ini berarti bahwa pada keadaan tersebut, fase uap dan cairan memiliki komposisi yang sama.Campuran semacam itu, yang memiliki titik didih konstan dan komposisinya tidak berubah selama mendidih, disebut campuran azeotrop.

Penguapan cairan terjadi karena molekul-molekul cairan di permukaan cairan meninggalkan cairan. Molekul-molekul ini mempunyai tenaga lebih besar daripada tenaga rata-rata dalam cairan. Penguapan tidak teradi terus menerus, sebab sebagian dari uap kembali ke dalam cairan. Bila kecepatan penguapan dan pengembunan sama, terjadi kesetimbangan dan tekanan uap yang terjadi disebut tekanan uap jenuh pada tempratur tersebut atau tekanan uap.

Banyaknya panas yang diperlukan untuk menguapkan cairan tergantung dari beberapa faktor, yaitu:

§  Jenis cairan

§  Banyaknya cairan

      §  Tempratur