diagram fasa1
Post on 01-Dec-2015
62 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
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
top related