Zat murni adalah zat yang homogen (yaitu, memiliki komposisi kimia yang sama di seluruh zat), dan dapat berada dalam tiga fase (gas, cair, dan padat). Sifat-sifat zat murni dapat membantu dalam memahami prinsip-prinsip termodinamika.
Sifat umum zat murni meliputi: suhu, tekanan, volume, massa, kepadatan, volume spesifik, energi, entalpi, dan entropi. Sifat-sifat ini dapat dikategorikan sebagai sifat ekstensif atau intensif. Sifat intensif adalah sifat yang tidak bergantung pada ukuran sistem. Suhu adalah contohnya. Sifat ekstensif adalah sifat yang bergantung pada ukuran sistem. Contohnya meliputi massa dan volume.
Istilah penting saat berurusan dengan zat murni meliputi:
- Penguapan, yaitu titik dimana cairan berubah menjadi fase uap
- Kondensasi, yaitu titik di mana uap berubah menjadi fase cair (dan merupakan titik yang sama dengan penguapan)
- Mencair, yaitu titik dimana benda padat berubah menjadi cair
- Membeku, yaitu saat suatu cairan berubah menjadi padat
- Sublimasi, yaitu saat suatu benda padat berubah langsung menjadi uap
- Desublimasi, yaitu titik di mana uap berubah langsung menjadi padat (tidak biasa tetapi tampaknya terjadi)
- Titik kritis, merupakan titik pertemuan kurva uap jenuh dan kurva cairan jenuh dan menjadi satu dan sama.
- Titik rangkap tiga adalah titik di mana fasa padat, cair, dan gas semuanya ada pada saat yang sama dalam kesetimbangan.
Spesifikasi diagram PV
Diagram tekanan volume (atau diagram PV) adalah representasi visual tekanan dan volume zat murni tertentu (zat yang homogen). Memahami diagram PV membantu dalam memahami sifat zat murni, aspek penting termodinamika.
Dimulai dari bagian atas grafik, titik kritis adalah lokasi di mana tidak ada perbedaan antara fase gas dan fase cair suatu zat. Pada titik ini, cairan jenuh dan uap jenuh menjadi cairan yang sama, yang menyebabkan volume molar cairan jenuh dan uap jenuh menjadi sama.
Sisi kiri kurva lonceng menggambarkan garis cairan jenuh, sedangkan sisi kanan kurva lonceng menggambarkan garis uap jenuh. Cairan atau uap jenuh akan berada pada garis yang sesuai, dan berada tepat di tempat cairan akan jenuh atau menguap pada tekanan yang ada. Di dalam kurva lonceng terdapat apa yang disebut selubung dua fase, tempat fase cair dan gas dari zat tersebut berada pada saat yang sama. Dalam keadaan ini, suatu zat dikatakan memiliki semacam kualitas (x), di mana persentase kualitas suatu zat adalah rasio jumlah uap jenuh terhadap total massa zat tersebut. Secara matematis, kualitas dapat didefinisikan sebagai:
Kualitas tidak akan pernah melebihi 100%. Dalam selubung dua fase, penting untuk menyadari bahwa suhu dan tekanan saling bergantung. Saat menentukan keadaan suatu zat, tekanan dan suhu tidak dapat ditentukan secara bersamaan.
Persamaan
Untuk zat murni ada beberapa persamaan penting yang dapat dipahami dari grafik Pv, atau variasinya dalam grafik Tv (suhu-volume), PT (tekanan-suhu), dan seterusnya.
Untuk menentukan volume total campuran, pertama-tama kenali bahwa ini adalah jumlah volume yang ditempati oleh cairan dan jumlah volume yang ditempati oleh gas. Ini dapat didefinisikan sebagai:
mv = mf vf + mg v g
Volume spesifik dapat didefinisikan sebagai:
v = v f + x * (v g - v f )
Terakhir, ketahuilah bahwa persentase cairan berdasarkan massa dapat dipahami sebagai 100(1-x) sedangkan persentase uap dapat dipahami sebagai 100x.
Diagram televisi
Diagram Tv menunjukkan hubungan zat murni antara suhu dan volume. Kurva pada diagram ini adalah isobar, atau garis tekanan konstan. Di bawah selubung dua fase, meskipun zat tersebut memiliki semacam kualitas, volume molar uap atau cairan jenuh pada tekanan tertentu dapat langsung dibaca dari grafik. Artinya, sifat cairan jenuh dan uap jenuh tidak bergantung pada kualitas.
Pada diagram ini, di sebelah kiri selubung dua fase, zat tersebut akan menjadi cairan subdingin (karena suhunya akan lebih rendah dari suhu jenuh). Di sebelah kanan selubung dua fase, zat tersebut akan menjadi uap superpanas (karena suhunya akan lebih tinggi dari suhu jenuh).
Diagram PT
Diagram PT menunjukkan hubungan antara tekanan dan suhu suatu zat murni. Diagram ini memperlihatkan sifat-sifat zat yang memuai saat membeku (seperti air).
Seperti yang dapat dilihat dari diagram ini, cairan berada pada tekanan di atas uap (tekanan uap). Dengan demikian, cairan dapat disebut sebagai cairan terkompresi. Mengikuti tanda panah pada diagram menunjukkan apa yang perlu dilakukan agar perubahan fase dapat terjadi. Misalnya, katakanlah Anda memiliki air yang berada di tengah rentang padatan. Jika Anda menjaga tekanan tetap konstan dan hanya menaikkan suhu, padatan akan mencair menjadi cairan. Demikian pula, untuk sebagian besar wilayah cairan jika tekanan diturunkan sementara suhu tetap konstan, cairan akan menguap menjadi gas.
Referensi
Semua informasi di halaman ini berasal dari www.learnthermo.com dan dari "Thermodynamics for Engineers, edisi kedua"
