Fasa keseimbangan dan teknik penghabluran

Peraturan fasa

Fasa ditakrifkan sebagai homogeneous, secara fizikalnya nyata dan secara mekanikalnya adalah terpisah daripada sistem. Sebagai contohnya ialah fas, cecair pekat (lebur), pepejal dan larutan.

Keseimbangan pula adalah keadaan rehat/pegun bagi sistem. Pada suhu malar, T, tekanan, P, dan komposisi, x, fasa adalah terdiri dari keadaan keseimbangan yang akan memalarkan masa terbatasnya. Perubahan T, P, atau x akan merubah keadaan keseimbangannya. Untuk perubahan nilai T, P atau x, nilai-nilai ini akan merubah keadaan keseimbangan. Untuk nilai T, P dan x yang diberi, keadaan keseimbangan yang setara adalah diperoleh, tanpa mempertimbangkan bagaimana kaedah untuk mendapatkannya.

Sebagai contohnya, pertimbangkan sodium klorid dan air. Jika sodium klorid digoncangkan pada 30⁰c, komposisi keseimbangan bagi fasa larutan akan menjadi 36.1g NaCl per 100g H₂O. Ini adalah kebolehlarutan bagi sodium klorid dalam air pada suhu 30⁰c. Jika komposisi bagi air telah berubah menerusi pertambahan asid hidroklorik (HCl) pada suhu 30⁰c. maka keseimbangan kandungan NaCl bagi larutan akan menjadi nilai yang bergantung kepada tahap HCl dalam air. Penurunan ini boleh diwakili menerusi produk kebolehlarutan,

Ksp = a_Na+a_Cl- , di mana a ialah aktiviti ion.

Untuk larutan berair bagi sodium klorid dalam sentuhan dengan pepejal garam, dan wap. Di sini ada dua juzuk daripada sistemnya: garam dan air. Komposisi bagi sebarang fasa dapat dipaparkan dalam isitilah NaCl dan H2O dan dengan itu terdapat dua komponen dalam sistem. Bilangan komponen dalam bilangan minimum bagi sebatian kimia memerlukan pemaparan komposisi pada sebarang fasa.

Setiap sistem mempunyai nombor darjah kebebasan, di mana bilangan pembolehubah (suhu, tekanan dan komposisi) mesti selari dengan tertib khusus untuk keadaan keseimbangan. Pada tahun 1876, Gibbs telah menunjukkan bahawa hubungan di antara bilangan fasa, P, bilangan komponen, C, dan darjah kebebasan, F adalah,

P + F = C+2, yang mana rumus ini dikenali sebagai peraturan fasa.

Peraturan fasa ini memaklumkan kepada kita bahawa terdapat tiga alur fasa, air dan ais kepada kewujujdan bersama pada keseimbangan.

F = 1 + 2 – 3 = 0

Demikian ia tidak mempunyai darjah kebebasan dan keseimbangannya hanya boleh wujud pada satu suhu dan tekanan.

Jika keseimbangan adalah stabil di antara pepejal dan larutan (contohnya, hablur NaCl dan air), maka larutan menjadi tepu dan terdapat dua komponen dan tiga fasa (pepejal, cecair dan wap), maka:

F = 2 + 2 – 3 = 1

Rajah 2.1

Menerusi pengkhususan bagi sebarang pemboleh ubah T, tekanan wap atau x (larutan), maka keadaan keseimbangan dapat ditakrifkan. Jika nilai bagi satu pembolehubah berubah, keadaan keseimbangan baru akan diperoleh. Ini diterjemhakan, sebagai contohnya, dalam lengkung kebolehlarutan sodium klorid-air seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2.1. Kemudian peraturan fasa mungkin oleh digunakan dalam kaedah kuantitatif bagi menjelaskan dan menakrifkan keadaan keseimbangan. Penyukatan data pada hubungan antara T, P, x dan struktur hablur bagi fasa pepejal adalah seringkali memerlukan sistem yang khusus dan lazimnya dibentangkan dalam gambarajah fasa.