Sifat koligatif larutan adalah salah satu aspek menarik dalam kimia yang menunjukkan bagaimana perilaku larutan berubah berdasarkan jumlah partikel terlarut, bukan jenisnya. Konsep ini mencakup penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik. Keempat sifat ini memberikan gambaran jelas tentang bagaimana konsentrasi larutan dapat memengaruhi sifat fisik pelarut murni. Misalnya, larutan garam memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan air murni, sebuah prinsip yang digunakan untuk mencegah pembekuan jalan pada musim dingin.
Penurunan Tekanan Uap
Penurunan tekanan uap terjadi ketika zat terlarut non-volatil ditambahkan ke pelarut. Pada pelarut murni, molekul pelarut bebas bergerak ke permukaan dan menguap. Ketika zat terlarut ditambahkan, sebagian ruang di permukaan "ditempati" partikel zat terlarut sehingga molekul pelarut yang dapat menguap berkurang dan tekanan uap larutan menjadi lebih rendah daripada pelarut murni.
Fenomena Hukum Raoult
\(P_{\text{larutan}} = X_{\text{pelarut}} \cdot P^{0}_{\text{pelarut}}\)
- \(P_{\text{larutan}}\) = tekanan uap larutan
- \(X_{\text{pelarut}}\) = fraksi mol pelarut
- \(P^{0}_{\text{pelarut}}\) = tekanan uap pelarut murni
Rumus Fraksi Mol
\(X = \dfrac{n_{\text{komponen}}}{n_{\text{total}}}\)
- X = fraksi mol suatu komponen (zat terlarut atau pelarut)
- n komponen = jumlah mol komponen tertentu (mol terlarut/mol pelarut)
- n total = jumlah mol seluruh komponen dalam larutan (mol zat terlarut + mol pelarut)
Contoh Perhitungan Fraksi Mol
Diketahui, 2 mol glukosa sebagai zat terlarut dan 8 mol air sebagai pelarut.
- Fraksi mol zat terlarut: \(X_{\text{terlarut}} = \dfrac{2}{2+8} = 0{,}2\)
- Fraksi mol pelarut: \(X_{\text{pelarut}} = \dfrac{8}{2+8} = 0{,}8\)
- Verifikasi: \(X_{\text{terlarut}} + X_{\text{pelarut}} = 0{,}2 + 0{,}8 = 1\)
Rumus Penurunan Tekanan Uap
\(\Delta P = P^{0}_{\text{pelarut}} - P_{\text{larutan}} = X_{\text{terlarut}} \cdot P^{0}_{\text{pelarut}}\)
Contoh Perhitungan Penurunan Tekanan Uap
Soal. Misalkan terdapat larutan yang terdiri dari 1 mol glukosa dalam 9 mol air. Jika tekanan uap air murni pada suhu tertentu adalah 25 mmHg, berapa tekanan uap larutan dan penurunan tekanan uapnya?
Jawaban. \(P_{\text{larutan}} = 22{,}5\) mmHg dan \(\Delta P = 2{,}5\) mmHg
Pembahasan. Fraksi mol pelarut: \(X_{\text{pelarut}} = \dfrac{9}{1+9} = 0{,}9\). Tekanan uap larutan: \(P_{\text{larutan}} = 0{,}9 \times 25 = 22{,}5\) mmHg. Penurunan tekanan uap: \(\Delta P = 25 - 22{,}5 = 2{,}5\) mmHg.
Faktor yang Mempengaruhi Penurunan Tekanan Uap
- Jenis Zat Terlarut: zat non-volatil tidak menguap, sehingga kontribusinya hanya berupa pengurangan molekul pelarut yang dapat menguap.
- Konsentrasi Zat Terlarut: semakin tinggi jumlah molekul zat terlarut, semakin besar fraksi mol zat terlarut dan semakin besar penurunan tekanan uap.
Kenaikan Titik Didih Larutan (ΔTb)
Definisi, Faktor, dan Contoh
- Definisi: titik didih adalah suhu ketika tekanan uap cairan sama dengan tekanan atmosfer. Dengan adanya zat terlarut, molekul pelarut yang menguap lebih sedikit sehingga dibutuhkan suhu lebih tinggi dan titik didih larutan meningkat.
- Faktor: kenaikan titik didih merupakan sifat koligatif, sehingga besarnya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut, bukan jenisnya.
- Contoh: menambahkan garam saat memasak sedikit menaikkan titik didih air; di industri, larutan bertitik didih tinggi dipakai sebagai cairan pendingin mesin atau reaktor agar tidak mudah menguap.
Tetapan Kenaikan Titik Didih Molal (Kb)
Tetapan kenaikan titik didih molal (Kb) menunjukkan sejauh mana titik didih suatu pelarut meningkat ketika 1 mol zat terlarut dilarutkan dalam 1 kilogram pelarut. Nilai Kb bersifat spesifik untuk setiap pelarut dan bergantung pada sifat termodinamika pelarut tersebut.
\(\Delta T_{b} = K_{b} \cdot m\)
- \(\Delta T_{b}\) = kenaikan titik didih dalam Kelvin (K) atau Celcius (°C)
- \(K_{b}\) = tetapan kenaikan titik didih molal, spesifik untuk setiap pelarut (°C·kg/mol)
- m = molalitas larutan (mol zat terlarut per kilogram pelarut)
Faktor yang Mempengaruhi Kenaikan Titik Didih
- Molalitas Larutan: semakin tinggi molalitas, semakin besar kenaikan titik didih.
- Jenis Pelarut (Tetapan Kb): pelarut dengan Kb lebih besar menunjukkan perubahan titik didih yang lebih signifikan.
- Jenis Zat Terlarut: zat elektrolit terurai menjadi ion sehingga menghasilkan lebih banyak partikel. Efeknya dihitung dengan faktor van’t Hoff, \(\Delta T_{b} = K_{b} \cdot m \cdot i\), dengan i adalah jumlah total partikel setelah ionisasi.
Contoh Perhitungan Kenaikan Titik Didih
Soal. Sebanyak 0,5 mol glukosa (zat non-elektrolit) dilarutkan dalam 1 kg air. Tetapan kenaikan titik didih air adalah 0,512 °C·kg/mol. Hitung kenaikan titik didih larutan!
Jawaban. \(\Delta T_{b} = 0{,}256\) °C sehingga \(T_{b} = 100{,}256\) °C
Pembahasan. \(\Delta T_{b} = K_{b} \cdot m = 0{,}512 \times 0{,}5 = 0{,}256\) °C. Titik didih larutan = titik didih air murni + \(\Delta T_{b}\) = \(100 + 0{,}256 = 100{,}256\) °C.
Berikut beberapa nilai tetapan kenaikan titik didih molal (Kb).
Tabel Nilai Kb Beberapa Pelarut
| Pelarut | Kb (°C) |
|---|---|
| Air | 0,52 |
| Alkohol | 1,19 |
| Benzena | 2,52 |
| Aseton | 1,67 |
| Eter | 2,11 |
Molalitas
Molalitas adalah cara menyatakan konsentrasi larutan yang dihitung berdasarkan massa pelarut, bukan volume larutan, sehingga lebih stabil terhadap perubahan suhu. Molalitas (m) didefinisikan sebagai jumlah mol zat terlarut yang dilarutkan dalam 1 kilogram pelarut.
\(m = \dfrac{n_{\text{zat terlarut}}}{\text{massa pelarut (kg)}}\)
- Mol zat terlarut = massa zat terlarut (gram) dibagi massa molar zat terlarut (Mr)
- Massa pelarut = massa pelarut dalam satuan kilogram (kg)
- m = molalitas larutan (mol/kg)
Soal. Sebanyak 10 gram urea (Mr = 60 g/mol) dilarutkan ke dalam 100 gram air. Hitung molalitas larutan tersebut!
Jawaban. \(m = 1{,}67\) mol/kg
Pembahasan. Mol urea = \(\dfrac{10}{60} = 0{,}167\) mol. Massa pelarut = 100 gram = 0,1 kg. Molalitas: \(m = \dfrac{0{,}167}{0{,}1} = 1{,}67\) mol/kg.
Menentukan Titik Didih Larutan
Titik didih larutan adalah suhu ketika tekanan uap larutan sama dengan tekanan atmosfer. Ketika zat terlarut non-volatil ditambahkan ke pelarut murni, titik didih larutan meningkat dibandingkan pelarutnya.
\(T_{b} = T^{0}_{b} + \Delta T_{b}\)
- \(T_{b}\) = titik didih larutan dalam Kelvin (K) atau Celcius (°C)
- \(T^{0}_{b}\) = titik didih pelarut murni dalam Kelvin (K) atau Celcius (°C)
- \(\Delta T_{b}\) = kenaikan titik didih larutan dalam Kelvin (K) atau Celcius (°C)
Soal. Seorang siswa melarutkan 2 mol urea (zat non-elektrolit) ke dalam 500 gram air. Diketahui Kb air adalah 0,512 °C·kg/mol dan titik didih air murni 100 °C. Tentukan titik didih larutan tersebut!
Jawaban. \(T_{b} = 102{,}048\) °C
Pembahasan. Molalitas: \(m = \dfrac{2}{0{,}5} = 4\) mol/kg. Kenaikan titik didih: \(\Delta T_{b} = K_{b} \cdot m = 0{,}512 \times 4 = 2{,}048\) °C. Titik didih larutan: \(T_{b} = 100 + 2{,}048 = 102{,}048\) °C.
Penurunan Titik Beku
Penurunan titik beku terjadi ketika zat terlarut ditambahkan ke pelarut murni sehingga titik beku larutan lebih rendah dibandingkan pelarutnya. Fenomena ini dipakai pada penggunaan garam untuk mencairkan es di jalan saat musim dingin dan pada cairan antibeku radiator kendaraan. Ketika zat terlarut non-volatil ditambahkan, molekul pelarut lebih sulit membentuk struktur kristal yang stabil sehingga diperlukan suhu yang lebih rendah untuk membekukan larutan.
Tabel Nilai Kf Beberapa Pelarut
| Pelarut | Kf (°C) |
|---|---|
| Air | 1,86 |
| Asam Cuka | 3,82 |
| Benzena | 5,12 |
| Fenol | 7,3 |
| Kloroform | 4,68 |
Rumus Penurunan Titik Beku
\(\Delta T_{f} = K_{f} \cdot m\)
- \(\Delta T_{f}\) = penurunan titik beku dalam Kelvin (K) atau Celcius (°C)
- \(K_{f}\) = tetapan penurunan titik beku molal, spesifik untuk setiap pelarut (°C·kg/mol)
- m = molalitas larutan (mol zat terlarut per kilogram pelarut)
Untuk larutan elektrolit, faktor van’t Hoff (i) digunakan untuk memperhitungkan jumlah partikel hasil ionisasi zat terlarut: \(\Delta T_{f} = K_{f} \cdot m \cdot i\). Elektrolit seperti NaCl menghasilkan lebih banyak partikel setelah ionisasi sehingga efek penurunan titik bekunya lebih besar.
Soal. Sebanyak 1 mol glukosa (non-elektrolit) dilarutkan ke dalam 1 kg air. Diketahui Kf air adalah 1,86 °C·kg/mol dan titik beku air murni 0 °C. Tentukan titik beku larutan!
Jawaban. \(T_{f} = -1{,}86\) °C
Pembahasan. Penurunan titik beku: \(\Delta T_{f} = K_{f} \cdot m = 1{,}86 \times 1 = 1{,}86\) °C. Titik beku larutan: \(T_{f} = T^{0}_{f} - \Delta T_{f} = 0 - 1{,}86 = -1{,}86\) °C.
Analisis Diagram P-T Larutan
Diagram tekanan-temperatur (P-T) menggambarkan hubungan tekanan dan suhu pada fase padat, cair, dan gas. Penambahan zat terlarut menggeser kurva cair-gas ke atas pada sumbu suhu (titik didih naik) dan menggeser kurva cair-padat ke kiri (titik beku turun), karena zat terlarut mengganggu pembentukan struktur kristal pelarut. Tekanan uap larutan yang lebih rendah menjelaskan mengapa larutan butuh suhu lebih tinggi untuk mendidih, dan triple point pun ikut bergeser. Diagram ini menjadi panduan praktis dalam desain cairan antibeku dan proses destilasi.
Tekanan Osmotik
Tekanan osmotik terjadi akibat perbedaan konsentrasi antara dua larutan yang dipisahkan membran semipermeabel. Membran ini melewatkan molekul pelarut tetapi menahan molekul zat terlarut, sehingga pelarut bergerak dari larutan berkonsentrasi rendah ke larutan berkonsentrasi tinggi hingga tercapai keseimbangan. Tekanan yang diperlukan untuk menghentikan osmosis ini disebut tekanan osmotik (𝜋).
Rumus Tekanan Osmotik
\(\pi = M \cdot R \cdot T\)
- 𝜋 = tekanan osmotik (atm)
- M = molaritas larutan (mol/L)
- R = konstanta gas ideal (0,082 L·atm/mol·K)
- T = suhu absolut (K)
Contoh Perhitungan Tekanan Osmotik
Soal. Sebuah larutan dibuat dengan melarutkan 1 mol glukosa (non-elektrolit) ke dalam 1 liter air pada suhu 27 °C. Hitung tekanan osmotik larutan tersebut!
Jawaban. \(\pi = 24{,}6\) atm
Pembahasan. Konversi suhu ke Kelvin: \(T = 27 + 273 = 300\) K. Gunakan rumus tekanan osmotik: \(\pi = M \cdot R \cdot T = 1 \times 0{,}082 \times 300 = 24{,}6\) atm.
Gratis — tolong sebarkan
Materi dan latihan di sini bisa dipakai siapa saja tanpa membayar dan tanpa mendaftar. Aplikasi Fitri Learning membawa semuanya ke HP, lengkap dengan nilai dan pembahasan, dan jalan tanpa internet setelah diunduh sekali.
Gratis, tanpa akunUnduh aplikasinya → Ilmu yang bermanfaatBagikan ke WhatsApp