Daripada persamaan keadaan umum:
Kuliah25
BEBERAPA CIRI SEMPADAN FASA
Daripada persamaan keadaan umum:
Rajah fasa bagi karbon dioksida merupakan rajah fasa yang lazim. Semua sempadan fasa berkecerunan positif.
Titik A adalah titik tripel (INVARIAN) merupakan takat bersuhu paling rendah cecair boleh wujud, manakala B adalah titik kritikal (UNIVARIAN) yang berupa takat bersuhu paling tinggi cecair boleh wujud. Pada suhu selepas titik B, fasa cecair tidak lagi dapat dibezakan daripada fasa gas, malah sistem lebih mirip sebagai sistem BIVARIAN. Ini berlaku kerana apabila suhu bertambah dalam sistem UNIVARIAN, jirim mengembang menjadikan ketumpatan berkurang, diikuti dengan peningkatan tekanan apabila lebih banyak zarah terlepas ke dalam fasa gas. Pada suhu kritikal, pengembangan begitu besar sehingga jarak antara zarah dalam jirim tidak lagi berupa zarah-zarah dalam fasa terkondensasi (fasa cecair), malah ia mirip berupa zarah-zarah dalam fasa gas. Pada masa yang sama, ketumpatan 'cecair' telah menghampiri ketumpatan gas, dengan demikian pemisahan fasa tidak lagi mudah berlaku.
Garis OA ialah sempadan fasa pepejal-cecair. Ia boleh dipandang sebagai korelasi antara takat penejalwapan dengan tekanan. Semakin tinggi tekanan (luar), semakin tinggi takat pemejalwapan. Bagi karbon dioksida, takat pemejalwapan di bawah tekanan 1 bar (atm) ialah -78ºC. Jika kita hendak mencairkan pepejal karbon dioksida, kita hendaklah menaikkan tekanan sehingga sekurang-kurangnya 5.11 bar (pada titik tripel).
Garis AB adalah sempadan fasa cecair-gas. Ia boleh dipandang sebagai korelasi tekanan (luar) dengan takat didih. Semakin tinggi tekanan luar, semakin tinggi takat didih cecair berkenaan. Bagi karbon dioksida, pendidihan pada suhu bilik (25ºC) berlaku di bawah tekanan 67 bar.
Garis AC adalah sempada fasa pepejal-cecair. Ia boleh dipandang sebagai korelasi antara tekanan (luar) dengan takat lebur jirim berkenaan. Semakin tinggi tekanan, semakin tinggi takat leburnya. Bagi karbon dioksida, jika kita ingin melihat pepejalnya melebur pada suhu bilik (25ºC), kita mestilah menaikkan tekanan (luar) menjadi 72.8 bar. Garis AC tiada batas. Jirim berkenaan boleh berada dalam keadaan pepejal pada suhu yang tinggi selagi tekanan luar yang sepatutnya dikenakan ke atasnya.
 |
Rajah fasa bagi air adalah rajah fasa yang tidak lazim. Ini kerana, sempadan fasa pepejal-cecair mempunyai kecerunan negatif (condong ke kiri). Ini bermakna, apabila tekanan dinaikkan, ais melebur pada suhu yang lebih rendah (kebalikan daripada sistem lazim seperti karbon dioksida). Misalnya di bawah tekanan 1 atm ais melebur pada suhu 0ºC, tetapi di bawah tekanan 130 atm, ais melebur pada suhu -1ºC. Ini berlaku dengan cara mengecilkan isipadu cecair (air) [Ingat!! semasa fasa-fasa sedang dalam keseimbangan, keupayaan kimia m, suhu T dan tekanan P mestilah sama bagi setiap fasa tersebut]. Akibatnya, cecair (air) mempunyai ketumpatan yang lebih tinggi daripada ketumpatan pepejal (ais) - ais timbul di atas air
Fenomenon luar biasa ini mempunyai kaitan dengan pengikatan hidrogen di kalangan molekul-molekul air, di dalam ais dan di dalam air. Pengikatan hidrogen dipengaruhi oleh suhu dan tekanan, dan akibatnya mempengaruhi penyusunan zarah-zarah H2O di dalam ais (pepejal) dan di dalam air (cecair). Struktur di dalam ais dikatakan lebih terbuka berbanding dengan struktur di dalam air. Kajian yang lebih mendalam tentang struktur ais menunjukkan bahawa, ais mempunyai berbagai-bagai jenis struktur pepejal, bergantung kepada suhu dan tekanan. | |
CIRI FIZIKAL PERMUKAAN CECAIR
 |
Zarah cecair di permukaan mengalami daya tarik menarik yang berbeza daripada yang di alami oleh zarah di dalam cecair. Zarah di dalam cecair mengalami daya tarik menarik dari semua arah. Tetapi zarah di permukaan mengalami daya tarik menarik cuma dari arah bawah dan arah sisi; tidak dari arah atas. Akibatnya, zarah di permukaan cenderung tertarik ke arah dalam jasad cecair. Ini menyebabkan permukaan cecair membentuk satu "filem" yang kenyal dan melengkung. Lapisan ini sebenarnya adalah suatu antaramuka di antara fasa cecair dengan fasa gas (udara). Ukuran kekuatan "filem" ini disebut tegangan permukaan atau tenaga permukaan. Ia adalah ukuran tenaga yang diperlukan untuk menyebar seluas tertentu (misalnya 1 cm2) permukaan. Ia juga boleh diertikan sebagai tenaga berlebihan bagi permukaan berkenaan; timbul kerana tidak digunakan untuk tarik menarik dengan zarah di sebelah atas.
Cecair dengan zarah-zarahnya mempunyai daya tarik menarik yang kuat di antara zarah-zarah, mempunyai tegangan permukaan yang tinggi. Air dengan pengikatan hidrogen beroperasi di antara zarah-zarah mempunyai tegangan permukaan yang tinggi berbanding dengan cecair-cecair lain. Dari segi tenaga, tegangan permukaan boleh dikaitkan dengan tenaga bebas Gibbs (di permukaan) sebagai:  dengan A adalah luas permukaan.  |
| Zarah cecair yang bersentuhan dengan bahan lain, misalnya semasa berada di dalam suatu bekas, mengalami dua jenis daya tarik menarik. Yang pertama dinamakan daya kohesif (lekitan), iaitu daya tarik menarik sesama zarah cecair. Yang kedua dinamakan daya adhesif (lekatan), iaitu daya tarik menarik di antara zarah-zarah yang berlainan, misalnya antara zarah air dengan zarah dinding pada bikar. Operasi dua jenis daya ini menimbulkan fenomenon tindakan kapilari. | |
 |
Dalam kes air di dalam bekas kaca, misalnya kapilari kaca, daya adhesif lebih besar daripada daya kohesif. Satu lapisan nipis air melekat dipermukaan dalam tiub kaca (perlekatannya agak kuat). Tegangan permukaan cuba mengecutkan permukaan. Tetapi kerana daya adhesif lebih besar daripada daya kohesif, maka permukaan akan tertarik ke atas membawa bersama-sama seturus tertentu cecair pukal. Terdapat korelasi di antara tegangan permukaan dengan tinggi turus kapilari berkenaan. |
 |
Hal sebaliknya berlaku bagi merkuri. daya kohesif lebih besar daripada daya adhesif. Daya kohesif yang lebih kuat daripada daya adhesif menyebabkan tegangan permukaan berjaya mengecutkan permukaan dan berlaku penurunan paras di dalam turus kapilari. |
 |
Berdasarkan skema seperti yang ditunjukkan, daripada keseimbangan antara daya graviti dan daya akibat tegangan permukaan, maka dapat ditunjukkan bahawa tinggi turus cecair di dalam kapilari adalah:
q - sudut sentuh r - ketumpatan cecair g - pecutan graviti r - jejari kapilari  |
Tegangan permukaan dipengaruhi oleh suhu. Satu pendekatan ialah yang diberikan oleh Persamaan Ramsay-Shields:
| Tegangan permukaan dan tegangan antaramuka (terhadap air) bagi beberapa cecair pada 20ºC (dlm mN m-1) | |||||
| Cecair | go | gi | Cecair | go | gi |
| Air | 72.5 | - | Etanol | 22.3 | - |
| Benzena | 28.88 | 35.0 | 1-Oktanol | 27.5 | 8.5 |
| Asid etanoik | 27.6 | - | Heksana | 18.7 | 51.1 |
| Aseton | 23.7 | - | Oktana | 21.8 | 50.8 |
| Karbon tetraklorida | 26.8 | 45.1 | Merkuri | 485 | 375 |
 |
Penaikan turus cecair telah dikaji secara termodinamik. Pada keseimbangan, didapati tekanan pada permukaan, P adalah lebih tinggi daripada tekanan di dalam cecair pukal, Po, dan secara kuantitatif diberikan oleh Persamaan Kelvin:
 dengan: Po - tekanan wap cecair pukal r - jejari kelengkungan M - jisim molar cecair |
Contoh (Laidler-Meiser p882/18.17)
Tegangan permukaan air pada 20ºC adalah 7.27 × 10-2 N m-1 dan ketumpatannya 0.998 g cm-3. Jika sudut sentuh adalah 10º, hitung ketinggian turus air di dalam kapilari berdiameter 2 mm. Gunakan g = 9.81 m s-2.
