Perubahan Fasa dan Wujud Pada Zat

Updated: 16 May, 2020 • • min read

Table of Contents

Ketika kalor diberikan pada suatu zat dalam tekanan konstan, maka biasanya suhu pada zat akan mengalami kenaikan. Namun, pada kondisi tertentu suatu zat dapat menyerap kalor dalam jumlah yang besar tanpa memperlihatkan adanya perubahan pada suhunya.

Perubahan Fasa Zat

Apa artinya Perubahan Fasa ?

Perubahan fasa adalah suatu keadaan ketika kondisi fisis zat itu berubah dari suatu bentuk ke bentuk lain.

Jenis-Jenis Perubahan Fasa

Dalam perubahan fasa, secara umum dapat dibagi ke dalam tiga jenis, yaitu

Pembekuan
Pembekuan adalah perubahan fasa dari cairan menjadi padatan.
Contoh pembekuan adalah para proses perubahan air menjadi es.
Penguapan
Penguapan adalah proses perubahan fasa dari cairan menjadi gas.
Contoh penguapan adalah perubahan air menjadi uap.
Sublimasi
Sublimasi adalah proses perubahan fasa dari padatan menjadi gas.
Contoh sublimasi adalah penguapan bola-bola kamper menjadi gas.

Contoh perubahan fasa adalah misalnya kita letakkan air pada sebuah bejana hampa yang ditutup agar volumenya tetap konstan. Pada tahap awal, kita panaskan bejana tersebut dan sebagian air akan menguap, serta molekul uap air akan mengisi ruang yang semula kosong dalam tabung. Sebagian molekul uap air akan menumbuk permukaan cairan dan kembali lagi mengembun menjadi cairan air.

Mula-mula laju penguapan lebih besar dibanding laju pengembunan, kemudian kerapatan molekul uap air akan naik. Semakin bertambahnya hingga nilainya sama dengan laju penguapan dan terjadi kesetimbangan bertambahnya jumlah molekul uap air maka laju kondensasinya juga ikut bertambah sampai nilainya sama dengan laju penguapan dan terjadilah kesetimbangan.

Tekanan uap air pada kesetimbangan adalah tekanan uap air pada suhu itu.

Ketika kita memanaskan tabung sampai suhu lebih tinggi maka akan lebih banyak cairan yang menguap dan kesetimbangan baru akan terbentuk pada tekanan uap yang lebih tinggi. Contohnya, jika sejumlah kalor ditambahkan terus menerus pada sebuah es, maka suhu es akan naik.

Saat es mencapai titik lelehnya, maka es akan mencair dan selama proses ini suhu es tetap.

Pada suhu 0°C dan tekanan 1 atmosfer disebut titik beku air yaitu titik tempat terjadi kesetimbangan fase cair dan padat. Setelah seluruh es mencair menjadi air, maka suhu air akan naik.

Saat mencapai titik didih air akan menguap, dan selama proses tersebut suhu air tetap sehingga seluruh air berubah menjadi uap.

Kondisi pada suhu 100°C dan tekanan 1 atmosfer disebut sebagai titik didih air atau tempat terjadi kesetimbangan fase cair dan uap.

Berikut ini adalah diagram fase untuk air

Pada diagram fase untuk air di atas, merupakan grafik tekanan sebagai fungsi suhu pada volume konstan. Bagian diagram pada titik O dan C menunjukkan tekanan uap terhadap suhu.

Jika kita melanjutkan pemanasan tabung maka kerapatan cairan akan semakin berkurang dan kerapatan uap semakin bertambah.

Pada titik C diagram tersebut nilai kedua kerapatan adalah sama. Titik C ini disebut titik kritis atau suhu kritis.

Jika saat itu tabung didinginkan maka sebagian dari uap akan mulai mengembun menjadi cairan seperti pada kurva OC sampai titik O. Di titik ini cairan mulai membeku.

Titik O disebut sebagai titik tripel.

Apa itu titik Triple ?

Titik triple adalah suatu titik di mana fasa uap, cair dan padat suatu zat berada bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan.

Titik tripel suatu zat adalah suatu titik di mana fasa uap, cair dan padat berada bersama-sama dalam keadaan kesetimbangan.

Tiap bahan mempunyai titik tripel sendiri-sendiri dengan suhu dan tekanan spesifik. Sebagai contoh, suhu titik tripel air adalah 273,16 K atau 0,16 °C dan tekanan titik tripel air adalah 4,58 mmHg.

Rumus Cara Menentukan atau Menghitung Perubahan Wujud Suatu Zat

Dalam perubahan wujud suatu benda atau zat, sejumlah energi kalor diperlukan untuk melakukan perubahan wujud sejumlah zat tertentu. Contohnya perubahan dari wujud padat ke wujud cair, dari wujud cair ke wujud uap, dan masih banyak lagi.

Kalor yang dibutuhkan dalam perubahan wujud benda atau zat tersebut sebanding dengan massa zat tersebut.

Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah zat padat dengan massa m menjadi cairan tanpa perubahan suhunya adalah

Q = m. L_f

Keterangan:
Q, adalah kalor yang diperlukan (J)
m, adalah massa zat (kg)
L_f, adalah kalor laten peleburan atau kalor lebur zat tersebut (J/kg)

Kalor lebur suatu zat adalah banyaknya kalor yang diperlukan setiap kilogram zat itu untuk melebur pada titik leburnya.

Contohnya, kalor laten peleburan untuk mengubah es menjadi air pada tekanan 1 atm adalah 333,5 kJ/kg atau setara 79,7 kkal/kg.

Kalor yang dibutuhkan untuk mengubah zat cair dengan massa m menjadi gas tanpa disertai perubahan suhu adalah

Q = m L_v

Keterangan
Q, adalah kalor yang diperlukan (J)
m, adalah massa zat (kg)
L_v, adalah kalor laten penguapan atau kalor uap zat tersebut (J/kg)

Kalor uap suatu zat adalah banyak kalor yang diperlukan untuk tiap kilogram zat itu agar menguap pada titik didihnya.

Contohnya, kalor laten penguapan untuk mengubah air menjadi uap pada tekanan 1 atm adalah 2,26 MJ/kg atau setara 540 kkal/kg.

Titik cair (TC), titik didih (TD), kalor laten peleburan dan kalor laten penguapan untuk berbagai zat pada tekanan 1 atm ditampilkan pada tabel di bawah ini.

Zat	TC, K	L_f, kkal/kg	TD, K	L_v, kkal/kg
Alkohol	159	109	351	879
Bromine	266	67,4	332	369
Karbon dioksida	-	-	194,6*	573*
Tembaga	1356	205	2839	4726
Emas	1336	62,8	3081	1701
Helium	-	-	4,2	21
Timah	600	24,7	2023	858
Air raksa	234	11,3	630	296
Nitrogen	63	25,7	77,35	199
Oksigen	54,4	13,8	90,2	213
Perak	1234	105	2436	2323
Sulfur	388	38,5	717,75	287
Air	273,15	333,5	313,15	2257
Seng	692	102	1184	1768

* Nilai-nilai ini adalah untuk sublimasi. Karbon dioksida tidak mempunyai keadaan cair pada 1 atm

Contoh Soal Perubahan Fasa dan Wujud Zat

Contoh Soal Pertama

Sebuah balok es mempunyai massa 1 kg mempunyai suhu – 20°C. Balok es ini dipanaskan pada tekanan 1 atm sehingga semua berubah menjadi uap, Tentukan kalor yang diperlukan.
Jawab:
Jika kapasitas kalor es adalah konstan dan sama dengan 2,05 kJ/kg.°C maka energi yang diperlukan untuk menaikkan suhu es dari -20°C adalah:
Q₁ = m.c.ΔT = (1 kg).(2,05 kJ/kg.°C).(20°C) = 41 kJ

Panas laten peleburan es adalah 334 kJ/kg, sehingga kalor yang dibutuhkan untuk mencairkan 1 kg es adalah
Q₂ = m.L_f = (1 kg).(334kJ/kg) = 334 kJ

Kalor yang dibutuhkan untuk menaikkan temperatur 1 kg air yang diperoleh, dari 0°C sampai 100°C adalah:
Q₃ = m.v.ΔT = (1 kg).(4,18 kJ/kg.K).(100 K) = 418 kJ

Dimana kita telah mengabaikan variasi kapasitas kalor air meliputi jangkauan suhu ini. Akhirnya, panas yang dibutuhkan untuk menguapkan 1 kg air pada 100°C adalah:
Q₄ = m.L_v = (1 kg).(2,26 x 103 kJ/kg) = 2,26 MJ

Jumlah total kalor yang diperlukan adalah: Q = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄
Q = 0,041 MJ + 0,334 MJ + 0,418 MJ + 2,26 MJ
Q = 3,05 MJ = 3,05 x 106 J.

Proses perubahan es menjadi uap ini dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

SEGALASERBASERBI