Diagram faseDari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Langsung ke: navigasi, cari

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.

Daftar isi

[sembunyikan] 1 Tinjauan 2 Tipe-tipe diagaram fase

← 2.1 Diagram fase 2D ← 2.1.1 Sifat-sifat termodinamika lainnya

← 2.2 Diagram fase 3D 3 Lihat pula 4 Referensi

5 Pranala luar

[sunting] Tinjauan

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.

[sunting] Tipe-tipe diagaram fase

[sunting] Diagram fase 2D

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.

[sunting] 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

[sunting] Diagram fase 3D

Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga kuantitas termodinamika. Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal, koordinat 3D Cartesius dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume jenis (v). Grafik 3D tersebut kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada dalam kesetimbangan. Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan proyeksi ortografik garis tripel.

Kesetimbangan fasa dan diagram fasaDitulis oleh Yoshito Takeuchi pada 11-08-2008

Selama ini pembahasan perubahan mutual antara tiga wujud materi difokuskan pada keadaan cair. Dengan kata lain, perhatian telah difokuskan pada perubahan cairan dan padatan, dan antara cairan dan gas. Dalam membahas keadaan kritis zat, akan lebih tepat menangani tiga wujud zat secara simultan, bukan membahas dua dari tiga wujud zat.

Gambar 7.5 Diagram fasa. Tm adalah titik leleh normal air, , T3 dan P3 adalah titik tripel, Tb adalah titik didih normal, Tc adalah temperatur kritis, Pc adalah tekanan kritis.

Diagram fasa merupakan cara mudah untuk menampilkan wujud zat sebagai fungsi suhu dan tekanan. Sebagai contoh khas, diagram fasa air diberikan di Gambar 7.5. Dalam diagram fasa, diasumsikan bahwa zat tersebut diisolasi dengan baik dan tidak ada zat lain yang masuk atau keluar sistem.

Pemahaman Anda tentang diagram fasa akan terbantu dengan pemahaman hukum fasa Gibbs, hubungan yang diturunkan oleh fisikawan-matematik Amerika Josiah Willard Gibbs (1839-1903) di tahun 1876. Aturan ini menyatakan bahwa untuk kesetimbangan apapun dalam sistem tertutup, jumlah variabel bebas-disebut derajat kebebasan F- yang sama dengan jumlah komponen C ditambah 2 dikurangi jumlah fasa P, yakni,

F=C+2-P … (7.1)

Jadi, dalam titik tertentu di diagram fasa, jumlah derajat kebebasan adalah 2 – yakni suhu dan tekanan; bila dua fasa dalam kesetimbangan-sebagaimana ditunjukkan dengan garis yang membatasi daerah dua fasa hanya ada satu derajat kebebasan-bisa suhu atau tekanan. Pada ttik tripel ketika terdapat tiga fasa tidak ada derajat kebebasan lagi. Dari diagram fasa, Anda dapat mengkonfirmasi apa yang telah diketahui, dan lebih lanjut, Anda dapat mempelajari apa yang belum diketahui. Misalnya, kemiringan yang negatif

pada perbatasan padatan-cairan memiliki implikasi penting sebagaimana dinyatakan di bagian kanan diagram, yakni bila tekanan diberikan pada es, es akan meleleh dan membentuk air. Berdasarkan prinsip Le Chatelier, bila sistem pada kesetimbangan diberi tekanan, kesetimbangan akan bergeser ke arah yang akan mengurangi perubahan ini. Hal ini berarti air memiliki volume yang lebih kecil, kerapatan leb besar daripada es; dan semua kita telah hafal dengan fakta bahwa s mengapung di air.

Sebaliknya, air pada tekanan 0,0060 atm berada sebagai cairan pada suhu rendah, sementara pada suhu 0,0098 °C, tiga wujud air akan ada bersama. Titik ini disebut titik tripel air. Tidak ada titik lain di mana tiga wujud air ada bersama.

Selain itu, titik kritis (untuk air, 218 atm, 374°C), yang telah Anda pelajari, juga ditunjukkan dalam diagram fasa. Bila cairan berubah menjadi fasa gas pada titik kritis, muncul keadaan antara (intermediate state), yakni keadaan antara cair dan gas. Dalam diagram fasa keadaan di atas titik kritis tidak didefinisikan.

Bagi yang pernah kuliah atau masih kuliah di bidang engineering ( teknik ) khususnya di Teknik Mesin, Tenik Material, Teknik Metalurgi dan bidang keteknikan lainnya yang berkaitan dengan logam/material, pasti pernah mempelajari tentang Diagram Fasa Logam.

Apa itu Diagram Fasa?

Di dalam konteks ilmu logam ( material ) diagram fasa merupakan suatu pemetaan dari kondisi logam atau paduan dengan dua variabel utama umumnya ( konsentrasi dan temperatur ). 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 ).

Gambar Diagram Fasa Fe – Fe3C yang merupakan dasar pembuatan baja dan besi cor dalam pengecoran logam.

Ehm… Pernah nggak kamu membayangkan, bahwa untuk membuat suatu produk tertentu misalnya : mobil terdiri atas bermacam macam komposisi logam atau material. Mulai dari blok mesin, rangka, mesin pendingin, pompa dan komponen lainnya yang menjadikannya sebuah mobil dengan desain oke dan trendy berdasarkan dengan diagram fasa yang menjabarkan berbagai jenis karakteristik logam yang meliputi : kekuatan, keuletan, kekerasan, dan ketangguhannya.

Atau mungkin pembuatan turbin pesawat terbang yang sangat rumit, sangat memperhatikan faktor keselamatan dan daya guna dengan berdasarkan pada perhitungan yang matang dan pemilihan material logam dengan sangat hati-hati dan akurat, yang selalu berdasarkan pada diagram fasa logam sebagai faktor penentu pada saat proses

desain, perhitungan, dan pembuatannya supaya bisa digunakan serta dimanfaatkan secara maksimal.

Sebagai oleh-oleh untuk menambah wawasan tentang ilmu logam/material dan diagram fasa, bisa baca referensi lain di Phase Diagram , Engineering Materials , atau Calculation of Phase Diagrams using the CALPHAD Method. Atau search by Google aja…

Diagram fase

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.

Tinjauan

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.

Tipe-tipe diagaram fase

Diagram fase 2D

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.

[sunting] 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 3D

Adalah mungkin untuk membuat grafik tiga dimensi (3D) yang menunjukkan tiga kuantitas

termodinamika. Sebagai contoh, untuk sebuah komponen tunggal, koordinat 3D Cartesius

dapat menunjukkan temperatur (T), tekanan (P), dan volume jenis (v). Grafik 3D tersebut

kadang-kadang disebut diagram P-v-T. Kondisi kesetimbangan akan ditungjukkan sebagai

permukaan tiga dimensi dengan luas permukaan untuk fase padat, cair, dan gas. Garis pada

permukaan tersebut disebut garis tripel, di mana zat padat, cair, dan gas dapat berada

dalam kesetimbangan. Titik kritis masih berupa sebuah titik pada permukaan bahkan pada

diagram fase 3D. Proyeksi ortografi grafik P-v-T 3D yang menunjukkan tekanan dan

temperatur sebagai sumbu vertikal dan horizontal akan menurunkan plot 3D tersebut menjadi

diagram tekanan-temperatur 2D. Ketika hal ini terjadi, permukaan padat-uap, padat-cair, dan

cair-uap akan menjadi tiga kurva garis yang akan bertemu pada titik tripel, yang merupakan

proyeksi ortografik garis tripel.