DIAGRAM FASE

logam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( konsentrasi dan temperatur

).Diagram fasa merupakan suatu kumpulan kurva limit kelarutan. Secara umum ada 2 jenis

diagram fasa yang dipakai, yaitu : diagram fasa biner ( terdiri atas 2 unsur logam ) dan

diagram fasa terner ( terdiri atas 3 unsur logam ). 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.

MACAM  - MACAM  DIAGRAM  PADUAN

              

§ Diagram  Fe – Fe3C.

§ Diagram  paduan  larutan  sempurna  dalam keadaan cair larutan  sebagian  dalam 

keadaan padat .

§  Diagram paduan yang larut sempurna  dalam keadaan cair tetapi tidak larut dalam 

keadan padat dan membentuk senyawa.

§  Diagram  paduan yang larut sempurna dalam keadaan cair tetapi tidak larut dalam

keadan padat

§  Diagram yang  larut sempurna  dalam keadaan  cair maupun padat

PEMBENTUKAN DIAGRAM FASA

Hubungan antara temperatur, komposisi diplot untuk mengetahui perubahan fasa yang

terjadi. Dengan memvariasikan komposisi dari kedua unsur (0¸100%) dan kemudian

dipanaskan hingga mencair setelah itu didinginkan dengan lambat (diukur oleh

dilatometer/kalorimeter), maka akan diperoleh kurva pendinginan (gambar a.). Perubahan

komposisi akan merubah pola dari kurva pendinginan, titik-titik A, L1, L2, L3 dan C

merupakan awal terjadinya pembekuan dan B, S1, S2, S3 dan D merupakan akhir pembekuan.

Konstruksi pembentukan diagram fasa

Garis liquidus = menunjukkan temperatur terendah dimana logam dalam keadaan cair atau

temperatur dimana awal terjadinya pembekuan dari kondisi cair akibat proses pendinginan.

Garis solidus = menunjukkan temperatur tertinggi suatu logam dalam keadaan padat atau

temperatur terendah dimana masih terdapat fasa cair.

Selain garis-garis tersebut titik-titik kritis dari keadaan cair dan padat, juga

menyatakan batas kelarutan maksimum unsur terlarut didalam pelarutnya (maximum

solubility limit).

The solubility of sugar (C12H22O11) in a sugar-water syrup.

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[1], 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.

Sifat-sifat termodinamika lainnya

Selain temperatur dan tekanan, sifat-sifat termodinamika lainnya juga dapat

digambarkan pada diagram fase. Contohnya meliputi volume jenis, entalpi jenis, atau entropi

jenis. Sebagai contoh, grafik komponen tunggal Temperatur vs. Entropi jenis (T vs. s) untuk

air/uap atau untuk refrigeran biasanya digunakan untuk mengilustrasikan siklus

termodinamika seperti siklus Carnot dan siklus Rankine.

Pada grafik dua dimensi, dua kuantitas termodinamika dapat ditunjukkan pada sumbu

horizontal dan vertikal. Kuantitas termodinamika lainnya dapat diilustrasikan dengan

bertumpuk sebagai sebuah deret garis atau kurva. Garis-garis ini mewakili kuantitas

termodinamika pada nilai konstan tertentu.

Diagram fase temperatur vs. entropi jenis untuk air/uap. Pada area di bawah kubah, air

dan uap berada dalam keadaan kesetimbangan. Titik kritisnya ada di atas kubah. Garis/kurva

biru adalah isobar yang menunjukkan tekanan konstan. Garis/kurva hijau adalah isokor yang

menunjukkan volume jenis konstan. Garis merah menunjukkan kualitas konstan

Diagram fase air

Kita ketahui bahwa air dapat berwujud padat (es), cair atau uap. Selain

ditentukan oleh temperatur, wujud H O juga ditentukan oleh tekanannya.

Gambar 6. Grafik P-T (yang sering disebut juga dengan diagram fase) untuk H O [7]

Perlu diingat bahwa grafik P-T pada Gambar 6 bukanlah grafik ’sebab-

akibat’ (tekanan pada sumbu y bukanlah hasil yang didapatkan dari perubahan

suhu pada sumbu x), tapi grafik tersebut merupakan grafik kondisi di mana wujud padat,

cair dan gas dari H 2 O dapat terjadi pada tekanan-tekanan tertentu dan suhu-suhu tertentu.

Grafik seperti ini disebut juga diagram fase. Dari diagram fase H2O di atas, dapat dilihat

bahwa air juga dapat berwujud uap di bawah suhu 100 °C (100 °C=373,15 K), jika

tekanan dikondisikan pada nilai-nilai tertentu di bawah batas QR. Bahkan es

pun memiliki kemungkinan untuk menyublim (berubah langsung menjadi

uap, tanpa melalui fase cair) pada suhu di bawah 0,01 °C (0,01

°C=273,16 K), pada tekanan tertentu (perhatikan batas di sebelah kiri titik Q).

Jika tekanan udara luar lebih kecil dari 1 atm, misalnya di pegunungan

yang jauh lebih tinggi dari permukaan laut (kita ketahui, semakin tinggi suatu permukaan

dari permukaan laut, maka tekanan udara luarnya akan semakin kecil), maka

tekanan uap jenuh yang diperlukan untuk mendidih pun semakin kecil. Sebagai

akibatnya, titik didih zat cair juga akan semakin kecil. Hal inilah yang menyebabkan air akan

lebih cepat mendidih di puncak gunung yang tinggi (titik didihnya lebih rendah)

dibandingkan dengan di dekat permukaan laut. Sebagai contoh, titik didih air di daerah

bertekanan rendah (katakanlah 1/3 atm) hanya sekitar 70 °C [2]. Implikasi Konsep

Penguapan pada Proses Pembelajaran Palor yang Menggunakan Grafik Suhu terhadap

Waktu Materi kalor merupakan materi standar SMP kelas VII dan SMA

kelas X. Untuk kepentingan perhitungan kalor yang dibutuhkan sistem untuk suatu proses

termal (termasuk penggunaan asas Black), biasanya digunakan grafik temperatur

terhadap waktu seperti gambar berikut.

Gambar 7. Grafik temperatur terhadap waktu yang melibatkan perubahan suhu dan

perubahan wujud [8

Biasanya proses pada grafik di atas akan diterjemahkan menjadi:

1. Suhu es naik dari -10 °C ke 0 °C [tanpa perubahan wujud, zat tetap dalam

bentuk es/padat, tapi ada perubahan suhu] (proses 1)

2. Es mencair pada suhu 0 °C [ada perubahan wujud, tanpa perubahan suhu] (proses 2)

3. Air mengalami perubahan suhu dari 0 °C-100 °C [tanpa perubahan wujud, zat tetap

dalam bentuk cair, tapi ada perubahan suhu] (proses 3)

4. Air mendidih dan mengalami perubahan wujud menjadi gas/uap air pada suhu 100 °C

[ada perubahan wujud, tanpa perubahan suhu] (proses 4)

5. Uap air mengalami kenaikan suhu dari 100 °C ke 120 °C [tanpa perubahan wujud, tapi ada

perubahan suhu] (proses 5)

Pembagian diagram berdasarkan Gambar 7 ini diperlukan untuk

mempermudah perhitungan kalor, yang mana proses “tanpa perubahan wujud, tapi

ada perubahan suhu” (proses 1, 3, 5) dihitung dengan persamaan yang melibatkan

perubahan suhu

Q = m c ∆T (2)

dengan Q adalah kalor, m massa zat, c adalah kalor jenis dan ∆T adalah perubahan suhu.

Sementara proses “dengan perubahan wujud, tanpa ada perubahan suhu” (proses 2 dan 4)

dihitung dengan persamaan yang melibatkan kalor laten U dan L

Q = m U (3)

atau

Q = m L (4)

di mana U adalah kalor uap dan L adalah kalor lebur. Berdasarkan pembahasan

tentang penguapan sebelumnya, keterangan ”tanpa perubahan wujud” pada proses 3 perlu

dikoreksi. Air yang mengalami perubahan suhu dari 0 °C – 100 °C sebenarnya juga

mengalami perubahan wujud (menguap), walaupun mungkin penguapan yang terjadi

tidak menghasilkan perubahan massa air yang signifikan (karena merupakan

fenomena permukaan), sehingga tidak begitu mempengaruhi nilai massa air pada

input proses 4.

Perlu ditekankan kepada siswa bahwa penguapan tidak hanya terjadi pada titik didih

saja. Pertanyaan lanjutan Apakah mungkin perubahan massa air karena penguapan

pada proses 3 signifikan? Jika terdapat perubahan massa air yang siginifikan

pada proses 3, maka nilai massa yang menjadi input proses 4 (untuk dimasukkan ke

persamaan (3)) harus dikurangi dengan massa air yang sudah menjadi uap pada proses 3.

Mohon koreksi dan masukannya.

Kesimpulan

1. Pada tekanan udara luar 1 atm, penguapan dapat terjadi pada suhu antara 0 °C – 100 °C

dengan kondisi tekanan parsial air lebih kecil dari tekanan uap jenuh, dan

tekanan uap jenuh pada suhu yang bersesuaian lebih kecil dari tekanan udara luar.

2. Proses penguapan adalah proses di mana molekul zat cair (di permukaan zat cair) yang

memiliki energi kinetik yang lebih besar dari energi kinetik rata-rata mampu ”melepaskan

diri” dari ikatan antarmolekul dan menjadi uap.

3. Zat cair dapat mendidih jika tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan udara luar. Hal ini

dicapai pada suatu kondisi suhu yang disebut dengan titik didih. Titik didih ini

bergantung pada tekanan udara luar. Jika suatu zat cair dikondisikan pada tekanan udara luar

yang semakin rendah (misalnya di lokasi yang jauh di atas permukaan laut), maka titik

didihnya juga akan semakin rendah.

TUGAS

TERMODINAMIKA I

NAMA : RICHARD REINHARD NOKY

NIM : 111.03.1021

FAKULTAS : TEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN : TEKNIK MESIN

INSTITUT SAINS & TEKNOLOGI AKPRIND YOGYAKARTA

2012