Fase Bahan Kimia

Jurusan Teknik Mesin dan Industri
Semester ganjil 2015/2016

Yuni Kusumastuti. DEng.
yuni_kusumastuti@ugm.ac.id/@yahoo.com

CP : Teknik Mesin 2015 (Kamis, 8.50 M3)
– Arya 081904598981
- Dedy 085704718185
CP : Teknik Mesin 2015 (Rabu, 09.00 M6)
- Moses 081281147362
- Ryan 087739576330

 Masukan terkait UTS dr kelas Kimia T. Mesin (Rabu,

9.00 M6)
- Soal no 4 (stoikhiometri; excess mol belum
disampaikan) dan no 7 (delta H;
penyampaiannya sekilas)
- Konsep penyelesaian UTS (di akhir kuliah)


Masukan terkait UTS dr kelas Kimia T. Mesin (Kamis;
8.50 M3)
- Waktunya kurang

Perubahan keadaan suatu bahan

Wujud dari sebuah bahan tergantung pada keseimbangan
antara ENERGI KINETIK dari tiap partikel (molekul/atom)
dan GAYA INTERMOLEKULER.

Pengaruh ikatan yang ada

 Sifat-sifat fisis zat tergantung dari fasa (physical state)
zat tersebut. Uap air, air, dan es memiliki sifat kimia

yang sama, tapi memiliki sifat fisis yang berbeda
 Ikatan kovalen (Covalent bonds) – chemical bonding

mempengaruhi


 Bentuk molekul
 Energi ikatan

 Sifat-sifat kimia (misalnya polar atau non polar)

 Gaya Intermolekuler (ikatan non-kovalen) mempengaruhi
 Sifat fisis dari cairan dan padatan

Ingat tentang ikatan kovalen?

The Kinetic-Molecular Description of Gas,
Liquids and Solids

 Gas
 Kumpulan dari molekul-molekul yang terpisah
relatif jauh
 Energi kinetik dari molekulnya lebih besar drpd
gaya tarik-menarik antar molekulnya.
 Tidak adanya gaya tarik-menarik yang kuat antar
molekulnya menyebabkan gas bisa mengembang

mengisi wadahnya
 Jika gaya tarik-menarik antar molekulnya menjadi
cukup besar, maka gas akan menunjukkan
perilaku non-ideal

 Cairan
 Gaya

tarik-menarik cukup kuat untuk menahan
molekul-molekul cukup dekat satu dg lainnya.
 Cairan lebih rapat dan lebih susah ditekan daripada gas.
 Meskipun demikian gaya tarik antar molekulnya tdk
cukup kuat sehingga molekul-molekul masih bisa
bergerak bebas melewati atau menggelincir satu sama
lainnya.

 Padatan
 Gaya tarik antar molekul cukup kuat untuk

menahan molekul-molekul pada posisi yang

tetap
 Padatan sebagaimana cairan tdk mudah ditekan
karena sempitnya jarak antar molekul.
 Jika molekul padatan tersusun secara sangat
teratur, maka susunan tsb disebut kristalin
(crystalline)

 Fasa dari suatu zat tergantung dari keseimbangan
antara energi kinetik dari masing-masing partikelnya
dengan gaya intermolekulnya
 Energi kinetik menjaga molekul-molekul berjauhan

dan bergerak bebas, dan energi kinetik ini
merupakan fungsi dari suhu zat

Explaining the physical properties of gases was
simplified since the interactions between the gas
molecules could be ignored.
However the particles in a liquid or solid are fairly close
together and their mutual interactions cannot be

ignored.
Liquids and solids are called
CONDENSED PHASES
and intermolecular forces will play a major role in
explaining their physical properties.

 Gaya intermolekular berusaha menarik partikel-

partikel menjadi berdekatan.
Gas memiliki gaya intermolekul yang lebih kecil
dari cairan, sedang cairan memiliki gaya
intermolekul yang lebih kecil dari padatan

 Untuk membedakan dengan gas, padatan dan cairan

dikenal dengan condensed phases, karena memiliki
partikel-partikel yang berdekatan.

Re ie ….
Wujud dari sebuah bahan tergantung

pada keseimbangan antara ENERGI
KINETIK dari tiap partikel (molekul/atom)
dan GAYA INTERMOLEKULER.

Intermolecular Forces
 Attractive forces between neutral molecules
 Dipole-dipole forces

 London dispersion forces

 Hydrogen bonding forces

 Attractive forces between neutral and charged (ionic)

molecules

 ion-dipole forces

 Note that all of these forces will be electrostatic in
nature


Tarik menarik molekul polar
 Molekul polar memiliki ujung yang bermuatan
berlawanan. Masing-masing molekul cenderung
mengambil posisi sehingga ujung positif mendekati
ujung negatif molekul lainnya. Sehingga secara
keseluruhan ada tarik menarik antar mereka

 Tarik menarik disebut dipole-dipole attraction yang
biasanya harganya lebih rendah dari ikatan ion
maupun kovalen (sekitar 1% dari kekuatan ikatan ion

dan kovalen)
 Tarik menarik ini akan menurun drastis jika jarak

antar molekul semakin lebar. Sehingga untuk gas,
tarik menarik ini tidak berpengaruh

Intermolecular Forces
Hanya 16 kJ/mol diperlukan utk melawan gaya tarik antar

molekul HCl pada wujud cair (ini adalah energi yg diperlukan
utk menguapkannya)

Tetapi diperlukan 431 kJ/mol untuk memecah ikatan
kovalen antara atom H and Cl dalam molekul HCl
(intramolecular forces)
Jadi saat molekul berubah wujud, susunan atom dalam
molekul tdk berubah.
Suhu saat cairan mendidih menunjukkan besarnya energi
kinetik yang diperlukan utk mengatasi gaya antar molekulnya
(sebagaimana suhu saat padatan mencair).
Jadi kekuatan gaya antar molekul akan menentukan sifat
fisis dari senyawa

Ion-dipole

A Coulombic Interaction between an ion and the dipole moment of a
molecule. Dipole moments occur when the charge distribution in a
molecule is asymmetric.
Molecules with a dipole moment are called polar molecules.


Dipole-Dipole Forces

London Dispersion Forces

Hydrogen Bonding
Hydrogen bonds are considered to be dipole-dipole type
interactions
• A bond between hydrogen and an electronegative atom
such as F, O or N is quite polar:
• Hydrogen bonds vary from about 4 kJ/mol to 25 kJ/mol
(so they are still weaker than typical covalent bonds)

• They are very important in the organization of

biological molecules, especially in influencing
the structure of proteins

• Kekuatan sekitar 5-10% dari kekuatan ikatan


kovalen. Ikatan ini bertanggungjawab terhadap
cairnya air disuhu kamar

Hydrogen Bonding in water
 When cooled to a solid the water molecules

organize into an arrangement which
maximizes the attractive interactions of the
hydrogen bonds
 This arrangement of molecules has greater
volume (is less dense) than liquid water, thus
water expands when frozen
 The arrangement has a hexagonal geometry
(involving six molecules in a ring structure)
which is the structural basis of the sixsidedness seen in snow flakes
 Each water molecule can participate in four
hydrogen bonds
 One with each non-bonding pair of
electrons
 One with each H atom


Snowflakes

www.wolaver.org/math/snowflakes.htm

Mengubah fasa suatu zat
Temperature
 Pemanasan dan pendinginan dapat mengubah energi kinetik dari
partikel – partikel sutu zat sehingga kita bisa mengubah fase
suatu zat dengan pemanasan atau pendinginan.
 Mendinginkan gas bisa mengubah fasanya menjadi cairan.
 Mendinginkan cairan dapat mengubah fasanya menjadi
padatan.
Tekanan
 Menambah tekanan pada suatu zat memaksa molekul-molekul
saling berdekatan, sehingga meningkatkan kekuatan dari gaya
intermolekulernya.
 Meningkatkan tekanan pada gas dapat mengubah fasanya
menjadi cairan.
 Meningkatkan tekanan pada suatu cairan dapat mengubah
fasanya menjadi padatan.

Pengaruh T dan P pada fasa zat

Changes of State

Perubahan Energi yang
Menyertai Perubahan Fasa
 Ketika perubahan fasa melibatkan the

disruption of intermolecular forces maka
harus disuplai dengan energi
 The disruption of intermolecular forces
menyertai perubahan fasa yang menuju pada
fasa yang lebih tidak teratur.
Energi yang harus disuplai untuk mengubah fasa
 Ice (heat of fusion) = 6.01 kJ/mol
 Water (heat of vaporization) = 40.67 kJ/mol
Kapasitas energi untuk menaikkan suhu fasa
 Specific heat of ice = 2.09 J/g K
 Specific heat of water = 4.18 J/g K
 Specific heat of water vapor = 1.84 J/g K

Properties of Liquids
 Viscosity

 The resistance of a liquid to flow

 The Physical Basis of Viscosity
 Viscosity is a measure of the ease with which molecules move past
one another
 It depends on the attractive force between the molecules
 It depends on whether there are structural features which may
cause neighboring molecules to become "entangled"
 Viscosity decreases with increasing temperature - the increasing
kinetic energy overcomes the attractive forces and molecules can
more easily move past each other

Properties of Liquids
 Surface Tension

 Surface tension is the

energy required to
increase the surface
area of a liquid by a
unit amount

Energy Changes Accompanying Changes of
State

 The melting process for a solid is also referred to as
fusion
 The enthalpy change associated with melting a solid is

often called the heat of fusion (DHfus)
 Ice DHfus = 6.01 kJ/mol

 The heat needed for the vaporization of a liquid is
called the heat of vaporization (DHvap)
 Water DHvap = 40.67 kJ/mol

Vapor Pressure

The molecular basis of vapor pressure

What if molecules in the interior of the liquid decides to
leave the liquid phase and go into the vapor phase?

Phase Diagrams

The curves indicate the conditions of temperature and pressure under
which equilibrium between different phases of a substance can exist

Phase Diagram for Water

Garis Kurva

 The curves indicate the conditions of temperature and pressure

under which equilibrium between different phases of a substance
can exist
 The vapor pressure curve is the border between the liquid and
gaseous states of the substance
 For a given temperature, it tells us the vapor pressure of the substance
 The vapor pressure curve ends at the critical point.

critical point:

 The temperature above which the gas cannot be liquefied no

matter how much pressure is applied (the kinetic energy simply
is too great for attractive forces to overcome, regardless of the
applied pressure)

 The line between the gas and solid phase indicates the vapor pressure

of the solid as it sublimes at different temperatures
 The line between the solid and liquid phases indicates the melting
temperature of the solid as a function of pressure

 For most substances the solid is denser than the liquid
 An increase in pressure usually favors the more dense solid phase
 Usually higher temperatures are required to melt the solid phase at higher

pressures

 The "triple point" is the particular condition of temperature and

pressure where all three physical states are in equilibrium
 Regions not on a line represent conditions of temperature and pressure
where only one particular phase is present
 Gases are most likely under conditions of high temperature
 Solids are most likely under conditions of high pressure