Diagram Terner

Nama : Jobin Armando Hutapea

Nim   : F1C121057     

       Diagram fasa adalah representasi grafis hubungan antara batasan lingkungan, contohnya temperatur dan tekanan, komposisi, daerah stabilitas fasa dan kondisi kesetimbangannya. Diagram fasa memetakan rentang komposisi, biasanya dalam persentase berat tiap unsur paduan. Fasa juga melibatkan fasa cair padat maupun gas. Contoh khas dengan diagram fasa tiga komponen air, kloroform dan asam asetat. Zat tersebut dalam diagram fasa diisolasi dengan baik dan tidak ada zat lain yang masuk maupun keluar dari sistem ini (Milama,2014).

       Diagram kesetimbangan fase adalah suatu kurva yang mencatat pengaruh suhu, tekanan, komposisi dan jumlah fase yang ada dalam suatu sistem kesetimbangan. Jumlah dan jenis fase yang ada pada beberapa kondisi tergantung dari jenis dan sifat senyawa organik yang ada didalamnya. Bila kondisi tekanan konstan, atau efek tekanan dapat diabaikan, maka kesetimbangan cair-cair sistem biner dapat lebih mudah digambarkan dalam suatu diagram kelarutan, yaitu plot antara T vs x1. Kurva-kurva binodal yang ada menunjukkan adanya komposisi-komposisi dari fase yang timbul bersamaan. Komposisi pada campuran tiga komponen atau sistem terner ditampilkan dalam bentuk diagram segitiga sama sisi dengan satuan tinggi yang equivalent dengan jumlah komposisinya. Komposisi masing-masing fase dalam kesetimbangan dihubungkan dengan suatu garis yang disebut dengan tie lines atau connodals. Sistem terner tipe satu memiliki satu pasang zat yang tidak saling larut (immiscible) dan dua pasang zat yang saling larut (miscible). Untuk kesetimbangan sistem terner dari campuran water + propanoic acid + methyl ethyl ketone merupakan sistem tipe satu (Wardhono,2009).

Sistem terner merupakan sistem tiga komponen yang membentuk sepasang zat cair yang bercampur sebagian. Maksudnya larutan 1 dan larutan 2 membentuk dua fasa tetapi ketiga ditambahkan larutan 3 maka larutan 3 ini akan terdistribusi sebagian dilarutan 1 dan sebagian lagi dilarutan 2 sehingga terbentuklah 1 fasa. Ketiga jenis larutan yang digunakan yakni kloroform bersifat nonpolar, air bersifat polar dan asam asetat bersifat semipolar. Diagram Terner merupakan suatu diagram fasa berbentuk segitiga sama sisi dalam satu bidang datar yang dapat menggambarkan sistem tiga komponen zat dalam berbagai fasa (Daniel, 2011).

Fasa didefinisikan sebagai bagian sistem yang homogen dan berdiri sendiri yang dipisahkan dari bagian lainnya dari sistem dengan suatu permukaan batas. Jadi, suatu sistem air dan uapnya adalah sistem dua fase. Campuran kesetimbangan dari es,air dan uap air adalah sistem tiga fase. Pada diagram terner terdapat yang namanya tie line. Tie line merupakan penentuan titik-titik pada diagram fasa yang bertujuan menentukan derajat ionisasi dan fraksi mol. Garis dasi menunjukkan keadaan dimana kesetimbangan komponen-komponen saat bercampur (Cammarata et al., 1990).

        Kaidah fasa yang diturunkan oleh Willard Gibbs berdasarkan teori termodinamika merupakan sarana menarik untuk menguji kesetimbangan fasa ganda (heterogen) dan untuk menentukan jumlah variabel (derajat) kebebasan yang diperlukan untuk mendeteksi dengan mendefinisikan keadaan energi suatu sistem. Persamaan dasarnya adalah sebagai berikut : 

                P + F = C = 2

Mengaitkan jumlah fasa yang ada pada keadaan seimbang (p) dan derajat kebebasan (k) terhadap jumlah komponen (c) yang merupakan bilangan terkecil bahan dengan komponen variabel bebas. Metode yang dianjurkan untuk menentukan komposisi di titik p yang mewakili paduan terner dilakukan dengan menarik dua garis konstruksi yang memotong tiga skala komposisi biner terdekat. Diagram fasa untuk sistem tiga komponen umumnya berbentuk prisma standar dengan dasar segitiga ekilateral (ABC) dari tiga sistem biner. Pada diagram terner, volume larutan padat kontinu (α) dipisahkan dari fasa cair oleh zona dua fasa (α +air) berbentuk lensa cembung. Analisis diagram ini menjelaskan perubahan komposisi yang terjadi pada pembekuan atau pencairan larutan padat terner. Untuk sistem tiga komponen, F=5-P. Sehingga variasinya mencapai 4, dengan menjaga temperatur dan tekanan tetap, masih ada dua derajat kebebasan (fraksi mol dan komponen). Fraksi mol 3 komponen dari suatu terner (C=3). Adanya suatu zat terlarut mempengaruhi kelarutan zat terlarut lainnya. Dinding biner mudah dilipat ke bawah sehingga dapat ditarik garis konstruksi irisan isotermal dan vertikal yang sama dapat pula diterapkan pada reaksi tiga fasa pada sistem terner. Prinsip kerja dari diagram terner adalah pemisahan suatu campuran yang terjadi dari dua komponen yang melarut secara sempurna (Smallman dan Bishop, 2000).

    Pada dasarnya dalam system terner cair-cair ini menggunakan prisnsip perbedaan densitas akan kelarutan antara satu komponen dengan komponen lainnya. Adanya penambahan antara satu komponen dengan komponen lainnya. Adanya penambahan zat atau senyawa ketiga akan mempengaruhi persentase kedua zat atau senyawa pada larutan sebelumnya. Air dan kloroform merupakan senya yang tidak saling melarutkan, hal ini disebabkan adanya perbedaan massa jenis (densitas) antara keduanya. Pada temperature kamar air memiliki densitas sekitar 1 g/ml sedangkan kloroform berkisar 1,43 g/ml. Dan dicampurkan terlihat perbedaan yang menunjukkan terjadi pemisahan antara kedua senyawa tersebut sehingga tidak saling bercampur. Larutan yang berada diatas merupakan air dikarenakan air memilili densitas yang lebih kecil sedangkan larutan yang berada dibawah merupakan kloroform karena densitasnya lebih besar. Asam asetat merupakan senyawa asam lemah yang didapat bereaksi dengan air maupun kloroform. Asam asetat hanya sebagian kecil mengionisasi dalam air namun memiliki daya larut yang cukup besar, sehingga mudah saling melarutkan. Dimana hal ini disebabkan oleh adanya reaksi ikatan hydrogen yang terjadi diantara keduanya sehingga molekul dalam kedua senyawa tersebut dapat berikatan, sedangkan asam asetat dalam kloroform akan mengalami reaksi kesetimbangan. Hal ini dikarenakan kedua senyawa tersebut dapat bereaksi (Young dan Freedman, 2002).

Sistem tiga kompoen pada suhu dan tekanan tetap mempunyai jumlah derajat kebebasan paling banyak dua, maka diagram fasa sistem ini dapat digambarkan dalam satu bidang datar berupa suatu segitiga samasisi yang disebut diagram terner. Jumlah fasa dalam sistem zat cair tiga kompoen tergantung pada daya saling larut antar zat cair tersebut dan suhu percobaan. Andaikan ada tiga zat cair A, B dan C. A dan B saling larut sebagian. Penambahan zat C kedalam campuran A dan B akan memperbesar atau memperkecil daya saling larut A dan B. Tie line merupakan penentuan titik-titik pada diagram fasa yang bertujuan menentukan derajat ionisasi dan fraksi mol. Tie Line menunjukkan keadaan dimana kesetimbangan komponen-komponen saat bercampur (Rohman, 2013).

Pada sistem yang terdiri dari tiga komponen tetapi satu fase dan sistem tidak terkondensasi maka F=3-1+2=4. Empat derajat kebebasan tersebut adalah suhu, tekanan, dan konsentrasi dari 2 komponen. Jika kita menganggap sistem terkondensasi dan suhu dibuat tetap (konstan), maka F=2, sehingga dapat dibuat diagram bidang untuk menggambarkan kesetimbangan fase. Oleh karena itu, berkaitan dengan segitiga komponen maka lebih baik menggunakan kertas grafik segitiga. Diagram segitiga sistem tiga komponen disebut juga dengan sistem terner. Dalam sistem terner, setiap sudut segitiga menunjukkan bobot segitiga 100% dalam satu komponen (A, B, atau C). Sisi segitiga menunjukkan campuran dua komponen dari tiga kemungkinan kombinasi A, B, dan C. Daerah di dalam segitiga menunjukkan seluruh kemungkinan kombinasi A, B, dan C untuk memberikan sistem tiga komponen. Jika satu garis ditarik dari titik sudut ke sisi hadapannya, maka seluruh sistem terner akan mempunyai rasio tetap dari dua komponen (Sopyan et al., 2018).

       Salah satu cara untuk menentukan garis binoidal atau kurva kelarutan  ialah dengan cara menambah zat B ke dalam berbagai komposisi campuran A dan C. Titik-titik pada lengkungan menggambarkan komposisi sistem pada saat terjadi perubahan dari jernih menjadi keruh. Kekeruhan timbul karena larutan tiga komponen yang homogen pecah menjadi dua larutan konjugat terner. Suatu sistem tiga komponen mempunyai perubahan komposisi yang bebas, sebut saja X2 dan X3, jadi komposisi suatu sistem tiga komponen dapat dialurkan dalam koordinat carles dengan X2 pada salah satu sumbunya dan X3 pada sumbu yang lain yang dibatasi oleh garis X2 + X3 = 1, karena X itu tidak simetris terdapat 3 komponen, biasanya di alurkan pada suatu segi tiga sama sisi dengan tiap-tiap sudutnya menggambarkan suatu komponen murni (Dogra, 2009).

Contoh sistem tiga komponen kesetimbangan cair-cair adalah sistem kloroform, air dan asam asetat. Pasangan kloroform-asam asetat dan air- asam asetat saling melarutkan dalam segala perbandingan Sedangkan pasangan kloroform-air tidak. Titik a dan b menyatakan lapisan cairan konjugasi tanpa adanya asam asetat (Triyono, 2017).

                                                Grafik 2. Diagram Terner CHCL₃ dan H₂O (Triyono, 2017).

      Kelarutan dari zat yang terlibat dalam pencampuran ini dapat dinaikkan atau diturunkan, dengan cara melihat perbandingannya di diagram terner. Pencampuran zat akan homogen (saling melarutkan) jika komposisinya sesuai perbandingan, dan apabila komposisi salah satunya melebihi maka akan terjadi pencampuran heterogen. Pada titik pati, PVA dan air menyatakan komponen murni dari campuran. Titik pada sisi pati-air, pati-PVA dan air-PVA menyatakan fraksi dari dua komponen, sedangkan titik di dalam segitiga menyatakan fraksi tiga komponen. Fraksi tiga komponen dari system terner sesuai dengan x1+x2+x3=1. Titik pada sisi pati-air merupakan campuran biner pati dan air, titik pada sisi pati-PVA merupakan campuran biner pati dan PVA, sedangkan titi pada sisi air-PVA merupakan campuran biner air dan PVA. Jumlah fasa pada sistem zat cair 3 komponen bergantung pada daya saling larut antar zat cair tersebut. Larutan yang mengandung 2 komponen yang saling larut sempurna akan membentuk daerah berfase tunggal (Wahyuni et al., 2020).

Grafik 1. Diagram Terner Sistem Pati, PVA dan Air

        Grafik  di atas menunjukkan kurva kesetimbangan yang dibentuk oleh campuran fase tunggal pati-PVA dan air. Dari grafik terlihat bahwa pati cenderung lebih condong ke kanan atau ke arah PVA, hal ini dapat diartikan bahwa pati lebih suka bercampur dengan PVA dibandingkan dengan air. Kecenderungan ini terjadi karena kelarutan air pada PVA meningkat lebih cepat dibandingkan dengan kelarutan PVA dalam air, dimana PVA lambat larut pada suhu rendah dan sebaliknya kelarutannya lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi. Selain itu, pati lebih menyukai PVA karena massa jenis pati lebih mendekati PVA yaitu 1,5 g/cm3 dan 1,19 g/cm3, sedangkan massa jenis air lebih rendah dari PVA yaitu 1 g/cm3. Kelarutan pati meningkat ketika pati dipanaskan, menyebabkan amilosa terdepolimerisasi. Suhu tinggi menyebabkan depolimerisasi molekul pati (Wahyuni et al., 2020).

DAFTAR PUSTAKA

Daniels. 2011. Kimia Fisika. Jakarta : Erlangga. 

Dogra. 2009. Kimia Fisik Dan Soal – Soal. Bandung: Erlangga.

Cammarata,A., Martin,A dan Swarbrick,J. 1999. Farmasi Fisik. Jakarta : UI-Press.

Milama. 2014. Panduan praktikum kimia fisik II. Jakarta : FITK-Press.

Rohman, I dan Mulyani, S. 2013. Kimia Fisika I. Bandung: UPI-Press.

Smallman, R.E dan R.J. Bishop. 2000. Metalurgi Fisik Modern dan Rekayasa Material. Jakarta : Erlangga.

Sopyan, I., N. Wathoni., T. Rusdiana, dan D. Gozali. 2018. Karakterisasi Sediaan Padat Farmasi. Yogyakarta: Deepublish.

Triyono. 2017. Kesetimbangan Kimia. Yogyakarta: Gadjah Mada University Press.

Wahyuni, L.S., I. Zahrina dan Bahruddin. 2020. "Prediksi Kesetimbangan Cair-Cair Sistem Pati-PVA-Air dengan metode UNIFAC". Jurnal Bioproses, Ilmu Teknik Kimia dan Lingkungan. Vol.1(2) :     1-12.

Wardhono, E.Y. 2009. Liquid-Liquid Equilibrium Ternary System For Water + Propanoic Acid Methyl. Jurusan Teknik Kimia : Fakultas Teknik Untirta-Banten.

Young, H.D. dan R.A. Freedman. 2002. Fisika Universitas Jilid 1. Jakarta : Erlangga.