Kesetimbangan Diagram Fasa

12/03/2015
Fasa (P)
Fasa (phase) dalam terminology/istilah dalam mikrostrukturnya
adalah suatu daerah (region) yang berbeda struktur atau
komposisinya dari daerah lain.
Fasa juga dapat didefinisikan sebagai setiap bagian sistem yang :
a. homogen dan dipisahkan oleh batas yang jelas
b. sifat fisik dan sifat kimia berbeda dari bagian sistem lain
c. dapat dipisahkan secara mekanik dari bagian lain sistem itu
Contoh
sistem satu fasa : Dua cairan yang bercampur homogen
sistem 2 fasa : cairan polar (misal air) dan non polar (misal :minyak),
Nurun Nayiroh, M.Si
sistem belerang padat (monoklin dan rombik)
sistem 3 fasa : es, uap air dan air; CaCO3 (s) →CO2 (g) + CaO (s)
MK:TRANSFORMASI FASA
Komponen (C)
Jumlah komponen suatu sistem dinyatakan
sebagai jumlah minimum ruang kimia yang
membentuk sistem tersebut yang dapat
menentukan susunan setiap sistem fasa .
Contoh :
H2O (g) →H2O (l ) , jumlah komponen C = 1
N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH2 (g)
Derajad Kebebasan (F)
Derajad kebebasan (F) dari suatu sistem
setimbang merupakan variabel intensif
independen yang diperlukan untuk
menyatakan keadaan sistem tersebut. Untuk
menentukan derajad kebebasan dibutuhkan
aturan fasa, yang disebut aturan fasa Gibbs.
jumlah komponen C = 3 untuk perbandingan mol N2 dan H2 ≠ 1:3
jumlah komponen C = 2 bila perbandingan mol N2 : H2 = 1 : 3
1
12/03/2015
Paduan adalah campuran bahan yang
memiliki sifat-sifat logam terdiri dari dua atau
lebih komponen dan sedikitnya satu
komponen utamanya adalah logam.
Paduan dalam keadaan padat ada tiga
kemungkinan macam fasanya, yaitu:
1. Logam murni
2. Senyawa (compound)
3. Larutan padat (solid solution)
Pada kondisi kesetimbangan suatu logam murni
akan mengalami perubahan fasa pada suatu
temperatur tertentu, perubahan fasa dari padat
ke cair akan terjadi pada temperatur tertentu,
dinamakan titik cair, dan perubahan ini
berlangsung pada temperatur yang tetap hingga
seluruh perubahan selesai.
Lihat kurva pendinginan pada gambar 3.1.
Demikan juga halnya dengan perubahan fase
yang lain (bila ada), berlangsung pada suatu
temperatur konstan tertentu.
Yaitu gabungan dari beberapa unsur dengan
perbandingan tertentu yang tetap.
Compound memiliki sifat dan struktur yang
sama sekali berbeda dari unsur-unsur
pembentuknya.
Compound juga memiliki titik beku yang
tetap seperti halnya pada logam murni.
Ada tiga macam compound yang sering di
jumpai yaitu intermatallic compound,
interstitial compound, & electron compound
Gambar 3.1 Kurva Pendinginan Logam Murni
2
12/03/2015
Interstitial compound
Biasanya terbentuk dari logam logam transisi seperti
Scandium atau Sc, Titanium, Ti, Tantalum(Ta),
Wolfram (W), Besi(Fe), dengan Hydrogen (H),
Oksigen(O), Carbon( C ), Boron (B), Nitrogrn(N).
Kelima unsur ini (H, O, C, B, N) diameter atomnya
sangat kecil sehingga dapat masuk ke dalam lattice
(kisi) kristal logam di atas secara interstitials.
Senyawa interstitials bersifat metallic, komposisi
kimia mungkin dapat bervariasi dalam daerah yang
sempit, titik leburnya tinggi, dan sangat keras.
Contoh : Fe3C, TiC, TaC, W2C, Fe4N, CrN, TiH
Intermetallic compound
Biasanya terbentuk dari logam-logam yang
sifat kimianya sangat berbeda dan
kombinasinya mengikuti aturan valensi
kimia.
Ikatan atomnya sangat kuat (ionic atau
covalent), sehingga sifatnya seperti non
metal, keuletan rendah, konduktivitas listrik
rendah, dan struktur kristalnya kompleks
Contoh : CaSe, Mg2Pb, Mg2Sn, Cu2Se
Electron compound
Senyawa ini dapat terbentuk diantaranya logam-logam
Tembaga(Cu), Emas(Au), Perak(Ag), Besi(Fe) dan Nikel(Ni)
dengan logam-logam Cadmium (Ca), Magnesium(Mg),
Timah Putih(Sn), Seng (Zn), dan Alumunium(Al).
Senyawa ini terjadi sedemikian rupa sehingga mendekati
perbandingan jumlah-elektron-valensi dengan jumlah -atom
yang tertentu.
Contohnya :
1.
2.
3.
Suatu larutan terdiri dari solute (terlarut) dan solvent (pelarut). Solute
merupakan bagian yang sedikit sedangkan solvent merupakan
bagian yang banyak.
Ada tiga kondisi larutan yaitu :
Larutan tidak jenuh (unsaturated)
Bila jumlah solute yang terlarut masih lebih sedikit bila dibandingkan
solventnya pada temperature dan tekanan tertentu.
Larutan jenuh (saturated)
Bila solute yang terlarut tepat mencapai batas kelarutannya dalam
solvent
Larutan lewat jenuh (Supersaturated)
Bila solute yang terlarut melewati batas kelarutannya dalam solvent
pada temperature dan tekanan tertentu. Pada kondisi ini larutan
berada dalam keadaan tidak seimbang, dalam waktu lama atau
dengan penambahan sedikit saja energy cenderung akan menjadi
stabil dengan terjadinya pengendapan, sehingga larutan menjadi
larutan jenuh.
3
12/03/2015
Solid solution ada dua macam yaitu,
1. Substitution solid solution
2. Interstitial solid solution
Misal : sistem Cu – Ag (Gb. 9.6)
Tekanan konstan
N = 1 (hanya temperatur variabel non komposisi)
P + F = 2+1= 3
F=3–P
Jika fasenya = fase tunggal (α atau β atau γ)
sehingga P = 1
F=3–1=2
Jadi F = 2
Artinya bahwa menerangkan karakteristik
paduan mempunyai fase tunggal, kita harus
menentukan 2 parameter yaitu komposisi dan
temperatur.
Aturan fasa mengatur hubungan antara jumlah
komponen (C), jumlah fasa (P) dan derajad
kebebasan suatu sistem (F).
Konstruksi diagram fase dan kondisi kesetimbangan
fase mengikuti hukum termodinamika.
J.W. Gibbs memberikan formula yang disebut
hukum fase Gibbs (aturan fasa):
Kesetimbangan fasa dari suatu sistem harus
memenuhi syarat berikut :
a. Sistem mempunyai lebih dari satu fasa
meskipun materinya sama
b. Terjadi perpindahan reversibel ruang kimia
dari satu fasa ke fasa lain
c. Seluruh bagian sistem mempunyai tekanan
dan temperatur sama
4
12/03/2015
Diagram fasa idealnya menggambarkan hubungan
antara komposisi fasa dan temperatur pada kondisi
kesetimbangan yaitu suatu kondisi yang tidak
terjadi perubahan yang tergantung pada waktu.
Kondisi kesetimbangan biasanya didekati dengan
kondisi pemanasan atau pendinginan yang sangat
lambat, sehingga bila ada perubahan fasa yang
harus terjadi akan ada waktu yang cukup untuk
mencapai kondisi kesetimbangan.
Diagram kesetimbangan fase menggambarkan
hubungan antara temperatur dan komposisi dan
kuantitas fase-fase pada kesetimbangan.
Diagram fase berdasarkan jumlah komponen
ada 2 macam, yaitu:
1. Diagram fase yang terdiri dari paduan dua
komponen dinamakan diagram fase binary
2. Diagram fase yang terdiri dari paduan tiga
komponen dinamakan diagram fase tinery.
Klasifikasi Diagram Kesetimbangan Fasa
1. Larut sempurna dalam keadaan cair dan padat.
Pada keadaan padat kemungkinan sudah
tidak terjadi lagi perubahan fase, tetapi pada
beberapa system paduan dapat terjadi
transformasi padat-padat, antara lain :
1. Transformasi allotropic
2. Reaksi eutectoid
3. Reaksi peritektoid
2. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan
padat (reaksi eutektik).
3. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam keadaan
padat (reaksi eutektik).
4. Larut sempurna dalam keadaan cair, larut sebagian dalam
keadaan padat (reaksi peritektik).
5. Larut sempurna dalam keadaan cair, tidak larut dalam keadaan
padat dan membentuk senyawa.
6. Larut sebagian dalam keadaan cair (reaksi monotektik).
7. Tidak larut dalam keadaan cair maupun padat.
5