Phase diagram of CO2 and H2O

Assalamualaikum dan selamat sejahtera...

Phase diagram merupakan diagram paksi Pressure(atm)  vs Temperature(^oC). Untuk melukis phase diagram untuk CO₂ dan H₂O, make sure region solid-liquid-gas berada di tempat yang betul. Lepas tu make sure tahu kedudukan dan condition TRIPLE POINT, CRITICAL POINT, pressure dan temperature untuk normal melting point dan boiling point.

Phase diagram untuk CO₂ mempunyai +ve slope untuk solid-liquid equilibrium line. (line O-D untuk gambarajah di bawah)

Phase diagram CO₂

_{Sedangkan H2O mempunyai –ve slope untuk solid-liquid equilibrium line. (line A-D untuk gambarajah di bawah)}

 Phase diagram H₂O

Ok, kenapa ada beza +ve slope dan -ve slop untuk  CO₂ dan H₂O ini adalah disebabkan oleh perbezaan density(ketumpatan). 

Anomalous behaviour of H₂O (-ve slop)

Solid H₂O (ais) mempunyai ketumpatan yang lebih rendah daripada liquid H₂O (air). Sebab tu ais terapung di atas permukaan air kan. Sebab struktur air akan expand bila ia bertukar menjadi ais. Jadi, bila density ais ini lebih rendah, bermaksud volume ais lebih tinggi. (bila expand volume semakin tinggi).

Untuk -ve slop ini, kita berbincang tentang line solid-liquid in equilibrium. (Line A-D merujuk phase equilibrium di atas)

H2O(s) ⇌ H2O(l)

Ini bermaksud, fasa yang exist di atas line ini adalah ais dan air yang sama banyak. equilibrium = equal.

Bermula di triple point, fasa solid, liquid dan gas berada dalam equilibrium. (seimbang=sama banyak). Jadi bila pressure meningkat, volume akan rendah. (Boyle's law) so time ni H₂O akan exist sebagai air (liquid phase). Tapi kita nak line solid-liquid equilibrium. Bermaksud kita nak fasa air dan ais sama banyak. Bukan nak fasa air tu saja bila pressure meningkat. 

Jadi, untuk hasilkan ais daripada air tadi apa yang kita akan buat? ya betul! Bekukan ia. Jadi rendahkan temperature. Supaya air beku jadi ais. Sebab tulah line solid-liquid equilibrium tu bergerak ke kiri apabila pressure semakin meningkat. Sebab tu line tu jadi -ve slop. 

Secara ringkasannya mcm ni;

_{+ve slope CO2}

 CO₂(s) ⇌ CO₂(l)  (fasa solid dan liquid in equilibrium = sama banyak)

Untuk CO₂ pula, density solid CO₂ adalah lebih tinggi berbanding CO₂ liquid. (normal)

Jadi Volume CO₂ solid lebih rendah berbanding CO₂ liquid. Jadi, apabila pressure meningkat, volume rendah (Boyle's Law).

So bila pressure meningkat lebih banyak solid CO₂ dihasilkan. Macam tadi juga, kita nak solid dan liquid sama banyak. Bukan lebih banyak solid CO₂ terhasil apabila pressure meningkat. Jadi, macam mana nak hasilkan semula lebih banyak liquid CO₂? tepat sekali! Cairkan ia. Untuk cairkan, perlulah tinggikan temperature. Sebab tu semakin pressure meningkat, temperature pun perlu ditingkatkan. Line tersebut akan bergerak ke kanan. So dapatlah +ve slop untuk CO₂. 

Jadi, untuk menjawab segala persoalan tentang ini, main reason adalah disebabkan oleh perbezaan ketumpatan. Solid H₂O mempunyai density yang lebih rendah daripada liquid H₂O sedangkan solid CO₂ mempunyai density yang lebih tinggi berbanding liquid CO₂.

Semoga ia dapat membantu. Selamat belajar!