The Different Phases of Matter: A Study on Wujud Zat and Kesetimbangan Fase

Slide1WUJUD ZAT DANKESETIMBANGAN FASE Reference : Martin, et all., Physical Pharmacy  

Slide2Wujud ZatGAS                                              CAIR                           PADAT PADAT           MESOFASE         CAIR        MENGEMBUN MENGUAP

Slide3GASHUKUM BOYLE P  ∞  I                  PV=K       V GAY-LUSSAC AND CHARLES V ∞ T                V=kT P 1 V 1      P 2 V 2      P n V n      K                      PV = nRT      T 1       T 2        T n

Slide4R = konstanta gas idealVolum 1 mol gas pada STP (0 o C, 1 atm)  22,4L R = (PV)  : ( nT) = 0,08205 L Atm mol -1 deg -1 ingat 1 atm = 76 cm Hg dan massa jenis air raksa 13,595 g cm -3 P dalam dyne cm -2 , V dalam cm 3 R = 8,314 x 10 7  erg mol -1 deg -1       = 8,314 J mol -1 deg -1       = 8,314 J mol -1 deg -1 /4,184 J kal -1     = 1,987 kal mol -1 deg -1

Slide5Penentuan BM denganpersamaan gas ideal Metode Regnault dan Victor Meyer Contoh: 0,30 g cairan mudah menguap ditempatkan dalam ruangan 200 ml.  Pada suhu 100  o C semua cairan emnguap dan memberikan tekanan 1 atm.  Berapa BM senyawa tersebut? (46 g/mol)

Slide6Penentuan BMHasil akan lebih bagus jika dibuat kurva hubungan p vs m/vp pada T konstan. Harga m/vp pada harga p limit 0 adalah kondisi yang ideal m VP P PV = nRT PV = (m/BM)RT m/PV = BM/RT m VP

Slide7TEORI KINETIKA MOLEKULERPV=nRT         perlu beberapa asumsi 1. Volume molekul gas diabaikan terhadap volume ruang (tekanan rendah, suhu tinggi) 2. Molekul gas tidak saling beratraksi (tekanan rendah) 3. Gerakan partikel gas random, energi kinetik, E =  3 / 2  RT 4. Tumbukan lenting sempurna  

Slide8TEORI KINETIK MOLEKULER(Equation) PV =  1 / 3 nm c 2                   PV =  1 / 3 nm µ         3PV       n = jumlah partikel µ =   ------      m = masa 1 partikel               nm         3RT                  3P µ =   ------        µ =    -----               M                      d

Slide9PERSAMAAN VAN DERWALLS UNTUK GAS NYATA            a  P + -------    (V – b) = RT          V 2               an 2    P + ------   (V – nb) = nRT          V 2 a/V 2  adalah  internal pressure menunjukkan atraksi antar molekul. B adalah  excluded volume  menunjukkan voleme gas yang sudah tidak bisa ditekan

Slide10WUJUD CAIRGas                            liquid Binding force between molecules: 1. Van der wals force: dipole-dipole interaction (Keesom force), dipole-induced dipole force (Debyee force), induce dipole-induce dipole force (London force) 2. Ion-dipole force, ion-induce dipole force 3. Hidrogen bonding Molekul interaction

Slide11METODE PENCAIRAN GASGas, t  ↓  ---- →  kecepatan dan energi kinetik molekul  ↓  ---- →  interaksi  ↑  --- →  cair Gas ditekan ---- →  interaksi  ↑  ---- →  cair Penurunan suhu: 1. Disimpan pada suhu dingin 2. Ekspansi Adiabatis untuk gas ideal 3. Efek Joule thomson untuk gas yang non ideal

Slide12AerosolSedian dispersi dalam gas, suatu aplikasi metode pencairan Menggunakan pembawa propelan yang berujud gas dalam suhu dan tekanan normal, cair pada suhu rendah atau tekanan tinggi Produksi pada suhu rendah tekanan normal Produksi pada suhu normal tekanan tinggi Jika digunakan terjadi perubahan wujud propelan menjadi gas

Slide13SIFAT KHAS CAIRAN1.  Tekanan uap kesetimbangan/tekanan uap jenuh/tekanan uap (P), dipengaruhi oleh suhu 2.  Suhu kritik dan tekanan kritik 3.  Panas penguapan molar ( ∆H v ) , bervariasi tergantung suhu, tetapi dianggap sama pada rentang suhu yang sempit 4.  Titik didih, dipengaruhi oleh tekanan atm 5. Kalor jenis/Panas jenis.

Slide14Pengaruh Suhu  Terhadap Tekanan Uap Persamaan Clausius – Clapeyron:       p 2        ∆H v  (T 2  – T 1 ) Log---- = -----------------     atau       p 1       2,303R T 2 T 1            - ∆H v      1 Ln p = -------  ---- + konstanta                R     T

Slide15Contoh SoalData pengaruh suhu terhadap tekanan uap Aceton: Suhu ( o C) 20 30 40 50 Tekanan uap (cm Hg) 19 29,5 41 62 a. Panas Pe nguapan  Molar b. Titik didihnya pada ruang bertekanan 1 atm c. Tekanan uap pada suhu 45 o C Jawab

Slide16WUJUD PADAT Padatan Amorf (Kristal Amorf), 1.  tidak mempunyai bentuk kristal tertentu 2.  Titik leleh tidak tentu 3.  Energi ikat/kisi rendah  →solubility tinggi  Padatan Kristal (Kristal Kristalin) bagian terkecilnya disebut unit sel.  Beberapa bentuk unit sel: Kubik (NaCl), tetragonal (Urea), heksagonal (iodoform), rombik/ortorombic (iodine), monoklin (sukrosa), triklin (asam borak),

Slide17Klasifikasi padatan kristalNama Molekuler Ionik Kovalen Logam Unit yang menempati titik kisi Molekul Ion + Ion - Atom Ion positif Gaya ikat Van der wals, kutub Atraksi elektrostatik Psangan elektron Atraksi listrik ion + dg elektron Sifat Amat lunak, ttk lebur rendah, volatil, isolator Amat keras dan rapuh, tl tinggi, isolator Amat keras, tl amat tinggi, isolator Keras/luna k, tl cukup tinggi, konduktor Contoh H 2 O, H 2 , CO 2 NaCL, KNO 3, Na 2 SO 4 Intan, SiC, SiO 2 Na, Cu, Fe, Al

Slide18Sifat Khas Padatan Energi kristal/kisi →1 mol padat mjd gas terssn dari zarah yang menempati titik kisi  Panas peleburan Molar  ( ∆H f )  Titik lebur (T o ), dipengaruhi oleh tekanan atm Persamaan Clapeyron ∆T V l  – V s --- = T ------------- ∆P  ∆H f

Slide19Contoh Soal:Berapakah titik beku air pada tekanan 2 atm jk ttk beku pada 1 atm = 273,16 K, ∆H f  = 1440   kal/mol, spesific grafity air 0,9988 g/ml, es 0,9168 g/ml

Slide20Mencari ∆H f               -  ∆H f      1 Ln X 2 i  = --------  --- + konstanta    atau R   T                      ∆H f  (To –T) - Log X 2 i = -------------------------                             2,303R ToT

Slide21Kelarutan dan titik leleh Titik leleh menunjukkan gaya atraksi antar molekul penyusun padatan.  Meleleh : ikatan antar molekul banyak yang putus  Melarut : ikatan antar molekul putus membentuk ikatan baru dengan solven maka kelarutan akan meningkat dengan turunnya titk leleh

Slide22Polimorfi Struktur kimia sama dapat membentuk padatan kristal yang berbeda, masing – masing bentuk disebut polimorf.  Polimorf yang berbeda titik leleh dan kelarutan berbeda, bioavailabilitas berbeda  Polimorf yang metastabil akan memberikan kelarutan yang lebih tinggi

Slide23MESOPHASE/KRISTAL CAIRAntara padatan dan cairan Cair : gerakan molekul bebas dan dapat berputar pada 3 sumbunya Padat : molekul tidak bergerak Mesofase : bergerak dan berputar tapi terbatas 1.   SMEKTIK , gerakan molekul dua arah, berputar pada satu sumbu 2. NEMATIK , garakan molekul tiga ara, berputar pada 1 sumbu.

Slide24A. NematikB. Smektik

Slide25Bagaimana bisa terbentuk?1. Kristal cair  thermotropik , pemanasan padatan, ex: pemanasan kholesterol benzoat pd 145 o C, menjadi cair pada 179 o C 2. Kristal cair  liotropik , penambahan solven dalam padatan tertentu, ex: campuran trietanolamin dan asam oleat. Alami dalam tubuh: Jaringan otak, pembuluh darah, usus, syaraf.

Slide26KESETIMBANGANFASE

Slide27KESETIMBANGAN FASEAturan fase dari J. Willard Gibs F = C – P + 2 F : jumlah derajat bebas (degree of  F reedom C : jumlah komponen ( C omponents) P : ju m lah fase ( P hase)

Slide28Contoh - contoh Air membentuk kesetimbangan dengan uapnya  Campuran air dan alkohol membentuk kesetimbangan dengan uapnya  Campuran air dan eter membentuk kesetimbangan dengan uapnya

Slide29Sistem satu komponenDiagram fase air Suhu ( O C) Tekanan uap (mmHg ) A B O C PADAT CAIR UAP 0,0098 4,58 Pada daerah padat murni/cairan murni/uap murni (1 fase), F = 2 (sistem bivarian) Pada sepanjang garis (2 fase), F =1 (sistem univarian) Pada titik triple (O) (3 fase), F = 0 (sistem invarian) OA : Kurva tekanan Uap OB : Kurva titik leleh OC : Kurva Sublimasi

Slide30Sistem terkondensasi Sistem dua komponen, F tertinggi 3, perlu diagram tiga dimensi, susah  Fase uap tidak digambarkan, sehingga tekanan uap diabaikan dan sistem dikerjakan pada tekanan 1 atm  Tinggal variabel suhu dan konsentrasi, cukup diagram 2 dimensi  Harga F hasil hitungan dikurangi satu

Slide31Sistem dua komponen cair -cair Diagram fase campuran fenol -air T ( O C) H = temperatur konsulat maksimum A larutan fenol dalam air, C larutan air dalam fenol (1 fase, F = 2 – 1+2 = 3, terkondensasi, F menjadi 2, suhu dan konsentrasi) B : 2 fase: air jenuh fenol dibagian atas dan fenol jenuh air (bawah), F=1 50 66,8 O C 11 63 0 100 A B C Kadar fenol dalam air

Slide32Contoh Soal 20 gram fenol dicampur dengan 30 gram air, dibiarkan mencapai kesetimbangan pada 50 O C. 1.  Berapa fase yang terbentuk, berapa berat fase (- fase) tersebut, dan konsentrasi fenol pada (tiap) fase 2.  Jika terbentuk dua fase berapa jumlah air atau fenol harus ditambahkan supaya menjadi satu fase

Slide33Sistem 2 komponen padat cair Diagram fase campuran timol salol T ( O C) Cairan + padatan salol % berat timol dalam salol 13 34 T o  Salol T O  Timol 1 Fase Cair Cairan + padatan timol Padatan salol +padatan timol E Pada titik Eutektik (E) terjadi kesetimbangan 1 fase cair dan 2 fase padat (F = 2 – 3 +2 = 1), karena terkondensasi F menjadi 0

Slide34Contoh Soal 70 gram timol dicampur dengan 30 gram salol dan dibiarkan mencapai kesetimbangan pada suhu 30 O C. 1.  Berapa fase yang terbentuk 2.  Bobot (tiap) fase berapa, konsentrasinya berapa 3.  Berapa salol yang harus ditambahkan supaya menjadi 1 fase, berapa gram timol harus ditambahkan supaya menjadi 1 fase

Slide35Campuran terner (3komponen)  Derajat bebas tertinggi F = 3 – 1 + 2 = 4  Dianggap sistem terkondensasi, uap diabaikan  Dikerjakan pada suhu tetap     Tinggal konsentrasi yang divariasi  Contoh : campuran air-emulgator-minyak  Ditunjukkan dengan diagram terner

Slide36100 % AIR100 % VCO 100 % TWEEN

Slide37100 % AIR100 % VCO 100 % TWEEN

Slide38100 % AIR100 % VCO 100 % TWEEN

Slide39100 % AIR100 % VCO 100 % TWEEN SOAL : Perhatikan kurva ini, daerah dibawah kurva adalah sistem 2 fase. Campuran air VCO dan emulgator sebanyak berturut –turut  50, 40, 10 g Dibiarkan mencapai kesetimbangan, terbentuk 2 fase.  Fase bagian atas dianalisi ternyata mengandung air 15 %, bagaiana komposisi  fase konjugatnya Berapakah berat tiap fase, berapakah emulgator harus ditambahkan supaya sistem menjadi satu fase