A. Pengertian fasaFasa adalah sejumlah zat yang homogen baik secara kimia maupun fisika, atau dapat juga dikatakan bahwa sebuah sistem yang homogen adalah suatu fasa. Secara umum telah dikenal tiga kelompok fasa yaitu; fasa gas, fasa cair dan fasa padat.

Sifat suatu fasa dinyatakan dengan properti-properti intensif, dan biasanya properti-properti intensif yang diperhatikan adalah temperatur, tekanan, dan konsentrasi. Banyaknya properti intensif yang harus ditetapkan atau harus dinyatakan agar keadaan setimbang tidak menjadi samar-samar bisa dihitung dengan menggunakan aturan fasa (Phase Rule). Aturan fasa untuk pertama kali diperkenalkan oleh J. Willard Gibbs (tahun 1875), tetapi baru dipublikasikan 20 tahun kemudian.

Misalkan pada sebuah sistem terdapat p buah fasa dan C buah komponen yang tersebar ke dalam setiap fasa, maka derajat kebebasan (degree of Freedom) atau biasanya juga disebut Varian (f). Derajat kebebasan (degree of Freedom) adalah banyaknya variabel intensif yang dapat secara bebas divariasikan tanpa mengubah banyaknya fasa yang ada pada sistem, atau banyaknya variabel intensif yang harus ditentukan agar nilai semua variabel yang tersisa dapat diketahui, atau banyaknya variabel intensif yang digunakan untuk mencirikan suatu sistem, dikurangi dengan banyaknya hubungan-hubungan atau batasan-batasan yang menghubungkan setiap fasa. Dengan kata lain, sebuah sistem dengan p buah fasa dan C buah komponen hanya dijelaskan atau di terangkan keadaan setimbangnya dengan lengkap apabila diberikan nilai variabel intensif sebanyak f, dengan definisi :

F = C p + 2 (1)

Sebagai contoh; pertimbangkan sebuah sistem yang terdiri dari satu komponen dan satu fasa, dan keadaannya hanya dinyatakan dengan satu variabel intensif saja, misalnya temperatur 30 oC. hal seperti ini belum memberikan informasi yang cukup kepada kita tentang keadaan sistem tersebut, karena temperatur sebesar 30 oC itu bisa saja berada pada tekanan 0.5 atm, 1 psi, 2 atm dab sebagainya. Agar sistem itu bisa dinyatakan dengan lengkap maka harus ada variabel intensif lain yang harus diberikan misalkan tekanannya 1 atm. Dengan adanya dua variabel intensif yang diketahui nilainya, maka sistem tersebut (1 fasa dan 1 komponen) dan telah dijelaskan dengan sempurna dan memenuhi aturan fasa, yaitu ;

f = 1- 1 +2 = 2

.2. KomponenJumlah komponen dalam suatu sistem merupakan jumlah minimum dari spesi yang secara kimia independen yang diperlukan untuk menyatakan komposisi setiap fasa dalam sistem tersebut. Cara praktis untuk menentukan jumlah komponen adalah dengan menentukan jumlah total spesi kimia dalam system dikurangi dengan jumlah-jumlah reaksi kesetimbangan yang berbeda yang dapat terjadi antara zat-zat yang ada dalam sistem tersebut. Contoh

CaCO3 CaO + CO2 komponen reaksi diatas dapat dihitung dengan menggunakan rumus C = S R = 3 1 = 2

3. Derajat Kebebasan Dalam membicarakan kesetimbangan fasa, kita tidak akan meninjau variabel ekstensif yang bergantung pada massa dari setiap fasa tetapi meninjau variabel-variabel intensif seperti suhu, tekanan, dan komposisi (fraksi mol). Jumlah variabel intensif independen yang diperlukan untuk menyatakan keadaan suatu system disebut derajat kebebasan dari sistem tersebut.

4. Sistem Dua Komponen Cair-Cair

Dua cairan dikatakan misibel sebagian jika A larut dalam jumlah yang terbatas, dan demikian pula dengan B, larut dalam A dalam jumlah yang terbatas. Bentuk yang paling umum dari diagram fasa T-X cair-cair pada tekanan tetap, biasanya 1 atm (seperti gambar diatas). Diagram diatas dapat diperoleh secara eksperimen dengan menambahkan suatu zat cair ke dalam cairan murni lain pada tekanan tertentu dengan variasi suhu.

Cairan B murni yang secara bertahap ditambahkan sedikit demi sedikit cairan A pada suhu tetap (T1). Sistem dimulai dari titik C (murni zat B) dan bergerak kea rah kanan secara horizontal sesuai dengan penambahan zat A. Dari titik C ke titik D diperoleh satu fasa (artinya A yang ditambahkan larut dalam B). Di titik D diperoleh kelarutan maksimum cairan A dalam cairan B pada suhu T1. Penambahan A selanjutnya akan menghasilkan sistem dua fasa (dua lapisan), yaitu lapisan pertama (L1) larutan jenuh A dalam B dengan komposisi XA,1 dan lapisan kedua (L2) larutan jenuh B dalam A dengan komposisi XA,2. Kedua lapisan ini disebut sebagai lapisan konyugat ( terdapat bersama-sama di daerah antara D dan F). Komposisi keseluruhan ada diantara titik D dan F. Di titik E komposisi keseluruhan adalah XA,3. Jumlah relatif kedua fasa dalam kesetimbangan ditentukan dengan aturan lever. Di titik E lapisan pertama lebih banyak dari lapisan kedua. Penambahan A selanjutnya akan mengubah komposisi keseluruhan semakain ke kanan, sementara komposisi kedua lapisan akan tetap XA,1 dan XA,2. Perbedaan yang terjadi akibat penambahan A secara terus menerus terletak pada jumlah relative lapisan pertama dan kedua. Semakin ke kanan jumlah relative lapisan pertama akan berkurang sedangkan lapisan kedua akan bertambah. Di titik F cairan A yang ditambahkan cukup untuk melarutkan semua B dalam A membentuk larutan jenuh B dalam A. Dengan demikian sistem di F menjadi satu fasa. Dari F ke G, penambahan A hanya merupakan pengenceran larutan B dalam A. Untuk mencapai titik G di perlukan penambahan jumlah A yang tak terhingga banyaknya atau dengan melakukan percobaan mulai dari zat A murni yang kemudian di tambah zat B sedikit demi sedikit sampai di capai titik F dan seterusnya.Jika percobaan dilakukan pada suhu tinggi akan di peroleh batas kelarutan yang berbeda. Semakin tinggi suhu, kelarytan masing-masing komponen satu sama lain meningkat, sehingga daerah fasa semakin menyempit. Kurva kelarutan pada akhirnya bertemu disuatu titik pada suhu konsolut atas, atau disebut juga suhu kelarutan kritis (Tc). Di atas titik Tc cairan saling melarut sempurna dalam berbagai komposisi .Mengenal reaksi kesetimbangan

Reaksi kesetimbangan adalah reaksi yang berlangsung dua arah (bolak-balik). Persamaan reaksi dituliskan dengan menggunakan tanda panah reaksi bolak-balik (). Reaksi dikatakan telah mencapai kesetimbangan jika laju reaksi ke kiri sama dengan laju reaksi ke kanan.Reaksi kesetimbangan dikatakan homogen, jika semua zat yang terlibat berada pada fasa yang sama.Reaksi kesetimbangan dikatakan heterogen, jika zat yang terlibat tidak berada pada fasa yang sama.

Bagian-bagian dalam persamaan reaksi kesetimbangan

Sebelum melanjutkan, mari kita pahami terlebih dahulu bagian-bagian dalam persamaan reaksi. Persamaan reaksi kesetimbangan dapat dituliskan seperti pada contoh berikut:

4 A (s) + 2 BC2 (l) 4 AC (aq) + B2 (g) (hanya contoh penulisan, bukan reaksi yang sebenarnya)

Berdasar contoh persamaan reaksi kesetimbangan di atas, berikut adalah bagian-bagiannya:

panah reaksi()membagi persamaan menjadi dua ruas, ruas kiri dan ruas kanan.

Zat yang terlibatzat yang terlibat dalam persamaan reaksi di atas adalah:

ruas kiri:A dan BC2

ruas kanan:AC dan B2

Koefisienkoefisien persamaan reaksi pada contoh di atas (berwarna merah) adalah: 4 - 2 - 4 -1, dengan perincian:

koefisien A=4

koefisien BC2=2

koefisien AC=4

koefisien B2=1 (dalam persamaan reaksi, koefisien = 1 tidak perlu dituliskan)

fasa zatfasa zat-zat yang terlibat dalam persamaan reaksi di atas (warna biru) adalah:

fasa zat A:s (solid/padat)

fasa zat BC2:l (liquid/cair)

fasa zat AC:aq (aqueous/larut dalam air)

fasa zat B2:g (gas)

Tetapan kesetimbangan (K)

Tetapan kesetimbangan (K) merupakan konstanta (angka/nilai tetap) perbandingan zat ruas kanan dengan ruas kiri pada suatu reaksi kesetimbangan. Tiap reaksi memiliki nilai K yang khas, yang hanya berubah dengan pengaruh suhu.Ada dua macam tetapan kesetimbangan, yaitu: KC dan KP.Perbedaannya:- KC diukur berdasarkan konsentrasi molar zat-zat yang terlibat.- KP diukur berdasarkan tekanan parsial gas-gas yang terlibat (khusus fasa gas).

Ada beberapa simbol lain untuk KC, sesuai jenis reaksi kesetimbangannya, seperti:- Ka, untuk reaksi kesetimbangan asam lemah - Kb, untuk reaksi kesetimbangan basa lemah- Kw, untuk reaksi kesetimbangan air (water) dan - Kh, untuk reaksi kesetimbangan hidrolisisMeskipun berbeda simbol/nama, perhitungannya sama dengan KC.

Rumus tetapan kesetimbangan (KC)

Rumus tetapan kesetimbangan KC secara garis besar merupakan perbandingan (hasil bagi) antara konsentrasi molar ([ ]) zat-zat ruas kanan dengan konsentrasi molar zat ruas kiri yang dipangkatkan dengan koefisiennya.Karena fasa padat (s) dan cair (l) tidak memiliki konsentrasi, maka kedua fasa ini tidak dilibatkan dalam rumus tetapan kesetimbangan KC (diberi nilai=1).Perlu diingat:tanda kurung siku ([]) merupakan simbol untuk konsentrasi molar zat.

KC=

[zat ruas kanan]koefisien

[zat ruas kiri]koefisien

Mari kita perhatikan contoh berikut:

Contoh (KC):

1. Diketahui persamaan reaksi kesetimbangan sebagai berikut:CaCO3 (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + H2CO3 (aq)Tentukan rumus tetapan kesetimbangannya!

Penyelesaian:Koefisien persamaan reaksi: 1 - 2 - 1 -1KC=[Ca(OH)2]1 x [H2CO3]1

1 x 1 Catatan:CaCO3 dan H2O tidak disertakan dalam rumus tetapan kesetimbangan, karena memiliki fasa padat (s) dan cair (l). Masing-masing diberi nilai = 1.

=[Ca(OH)2][H2CO3]

2. Diketahui persamaan reaksi kesetimbangan sebagai berikut:2 S2O3 (g) + O2 (g) 4 SO2 (g)Tentukan rumus tetapan kesetimbangan KC untuk reaksi tersebut!

Penyelesaian:Koefisien persamaan reaksi: 2 - 1 - 4KC=[SO2]4

[S2O3]2 x [O2]1

=[SO2]4

[S2O3]2 [O2]

Rumus tetapan kesetimbangan (KP)

Rumus tetapan kesetimbangan KP merupakan perbandingan (hasil bagi) antara tekanan parsial (PX) zat-zat ruas kanan dengan tekanan parsial zat ruas kiri yang dipangkatkan dengan koefisien masing-masing..Hanya zat yang berfasa gas (g) yang diperhitungkan dalam rumus tetapan kesetimbangan KP.Zat dengan fasa selain gas (S, l, dan aq) tidak dicantumkan dalam rumus tetapan kesetimbangan, tetapi diberi nilai = 1.

KP=

(tekanan parsial zat ruas kanan)koefisien

(tekanan parsial zat ruas kiri)koefisien

Untuk lebih jelasnya, mari kita lihat contoh berikut:

Contoh (KP):

1. Diketahui persamaan reaksi kesetimbangan sebagai berikut:CO2 (aq) CO2 (g) Tentukan rumus tetapan kesetimbangan KP untuk reaksi tersebut!

Penyelesaian:Koefisien persamaan reaksi: 1 - 1KP=(PCO2)1

1 Catatan:Rumus KP hanya berlaku untuk zat yang berfasa gas, sehingga CO2 pada ruas kiri (aq) tidak dilibatkan, hanya diberi nilai = 1.

=(PCO2)

2. Diketahui persamaan reaksi kesetimbangan sebagai berikut:2 S2O3 (g) + O2 (g) 4 SO2 (g)Tentukan rumus tetapan kesetimbangan KP untuk reaksi tersebut!

Penyelesaian:Koefisien persamaan reaksi: 2 - 1 - 4KP=(PSO2)4

(PS2O3)2 x (PO2)1

=(PSO2)4

(PS2O3)2 (PO2)