Dalam larutan, terdapat beberapa sifat zat yang hanya ditentukan oleh banyaknya partikel zat terlarut. Sifat ini disebut sebagai sifat koligatif larutan. Oleh karena sifat koligatif larutan ditentukan oleh banyaknya partikel zat terlarut, bab ini akan diawali dengan pembahasan mengenai konsentrasi larutan.
Perhatikan Video di bawah ini :
Pada pelajaran sebelumnya, kita menyatakan konsentrasi dengan persentase (%) dan molaritas (M). Dalam perhitungan molaritas, kuantitas larutan didasarkan pada volume. Anda tentu ingat, volume merupakan fungsi suhu (zat akan memuai ketika dipanaskan). Oleh karena sifat koligatif larutan dipengaruhi suhu, diperlukan suatu besaran yang tidak bergantung pada suhu. Besaran tersebut dinyatakan berdasarkan massa karena massa tidak bergantung pada suhu, baik dari kuantitas zat terlarut maupun pelarutnya. Untuk itu, digunakan molalitas yang menyatakan jumlah partikel zat terlarut (mol) setiap 1 kg pelarut (bukan larutan). Larutan yang dibuat dari 1 mol NaCl yang dilarutkan dalam 1.000 g air dinyatakan sebagai larutan 1 molal dan diberi lambang 1 m NaCl. Molalitas didefinisikan dengan persamaan berikut.
Keterangan: m = molalitas (mol/kg) Mr = massa molar zat terlarut (g/mol) massa = massa zat terlarut (g) p = massa zat pelarut (g) Molalitas juga berguna pada keadaan lain, misalnya karena pelarut merupakan padatan pada suhu kamar dan hanya dapat diukur massanya, bukan volumenya sehingga tidak mungkin dinyatakan dalam bentuk molaritas.
Perhatikan contoh soal penentuan molaritas berikut :
2. Fraksi Mol
Fraksi mol merupakan satuan konsentrasi yang semua komponen larutannya dinyatakan berdasarkan mol. Fraksi mol komponen i, dilambangkan dengan xi adalah jumlah mol komponen i dibagi dengan jumlah mol semua komponen dalam larutan. Fraksi mol j adalah xj dan seterusnya. Jumlah fraksi mol dari semua komponen larutan adalah 1.
Perhatikan contoh soal di bawah ini :
B. Sifat Koligatif Larutan NonElektrolit
Meskipun sifat koligatif melibatkan larutan, sifat koligatif tidak bergantung pada interaksi antara molekul pelarut dan zat terlarut, tetapi bergantung pada jumlah zat terlarut yang larut pada suatu larutan. Sifat koligatif terdiri atas penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik. Apakah perbedaan di antara keempat sifat koligatif tersebut? Perhatikanlah uraian berikut.
1. Penurunan Tekanan Uap
Penguapan adalah peristiwa yang terjadi ketika partikel-partikel zat cair meninggalkan kelompoknya. Semakin lemah gaya tarik-menarik antarmolekul zat cair, semakin mudah zat cair tersebut menguap. Semakin mudah zat cair menguap, semakin besar pula tekanan uap jenuhnya.
Dalam suatu larutan, partikel-partikel zat terlarut menghalangi gerak molekul pelarut untuk berubah dari bentuk cair menjadi bentuk uap sehingga tekanan uap jenuh larutan menjadi lebih rendah dari tekanan uap jenuh larutan murni.
Dari eksperimen yang dilakukan Marie Francois Raoult (1878), didapatkan hasil bahwa melarutkan suatu zat terlarut menyebabkan penurunan tekanan uap larutan. Banyaknya penurunan tekanan uap (ΔP) terbukti sama dengan hasil kali fraksi mol zat terlarut (Xa) dan tekanan uap pelarut murni ( A Po), yaitu
Persamaan tersebut dikenal sebagai Hukum Raoult.
Perhatikan Contoh soal di bawah ini :
2. Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku
Adanya zat terlarut pada suatu larutan tidak hanya memengaruhi tekanan uap saja, tetapi juga memengaruhi titik didih dan titik beku. Pada larutan dengan pelarut air, kita dapat memahami hal tersebut dengan mempelajari diagram fase air pada Gambar 1.2 berikut.
a. Kenaikan Titik Didih (ΔTb)
Titik didih zat cair adalah suhu tetap pada saat zat cair mendidih. Pada suhu ini, tekanan uap zat cair sama dengan tekanan udara di sekitarnya. Hal ini menyebabkan terjadinya penguapan di seluruh bagian zat cair. Titik didih zat cair diukur pada tekanan 1 atmosfer. Contohnya, titik didih air 100 °C, artinya pada tekanan udara 1 atm air mendidih pada suhu 100 °C.
Hukum sifat koligatif dapat diterapkan dalam meramalkan titik didih larutan yang zat terlarutnya bukan elektrolit dan tidak mudah menguap. Telah ditentukan secara eksperimen bahwa 1,00 mol (6,02 × 1023 molekul) zat apa saja yang bukan elektrolit dan tidak mudah menguap yang dilarutkan dalam (1.000 g) air akan menaikkan titik didih kira-kira 0,51 °C. Perubahan pelarut murni ke larutan, yakni ΔTb, berbanding lurus dengan molalitas (m) dari larutan tersebut:
Kb adalah tetapan kenaikan titik molal dari pelarut (°C/m). Kenaikan titik didih (ΔTb) adalah titik didih larutan (Tb) dikurangi titik didih pelarut murni (Tb°).
3. Tekanan Osmotik
Osmosis adalah merembesnya partikel-partikel pelarut dari larutan yang lebih encer ke larutan yang lebih pekat melalui suatu membran semipermeabel. Membran semipermiabel hanya melewatkan molekul zat tertentu sementara zat yang lainnya tertahan.
Tekanan osmotik termasuk dalam sifat-sifat koligatif karena besarnya hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut persatuan volume larutan. Tekanan osmotik tidak tergantung pada jenis zat terlarut. Persamaan berikut (dikenal sebagai Persamaan Van’t Hoff) digunakan untuk menghitung tekanan osmotik dari larutan encer.
Perhatikan contoh di bawah ini
Proses osmosis sangat penting bagi tanaman dan hewan karena dengan proses osmosis, air dibagikan ke semua sel organisme hidup. Dinding sel merupakan membran semipermeabel, membran sel hidup ini juga dapat ditembus oleh zat-zat terlarut tertentu sehingga bahan makanan dan produk buangan dipertukarkan lewat dinding sel ini. Permeabilitas dinding sel terhadap zat terlarut seringkali bersifat memilih-milih dan sampai batas tertentu tidak bergantung pada ukuran partikel zat terlarut dan konsentrasi mereka. Misalnya, ion magnesium yang terhidrasi praktis tidak menembus dinding saluran pencernaan, sedangkan molekul glukosa dapat melewati dinding sel.
Adanya zat terlarut pada suatu larutan tidak hanya memengaruhi tekanan uap saja, tetapi juga memengaruhi titik didih dan titik beku. Pada larutan dengan pelarut air, kita dapat memahami hal tersebut dengan mempelajari diagram fase air pada Gambar 1.2 berikut.
Titik didih zat cair adalah suhu tetap pada saat zat cair mendidih. Pada suhu ini, tekanan uap zat cair sama dengan tekanan udara di sekitarnya. Hal ini menyebabkan terjadinya penguapan di seluruh bagian zat cair. Titik didih zat cair diukur pada tekanan 1 atmosfer. Contohnya, titik didih air 100 °C, artinya pada tekanan udara 1 atm air mendidih pada suhu 100 °C.
Hukum sifat koligatif dapat diterapkan dalam meramalkan titik didih larutan yang zat terlarutnya bukan elektrolit dan tidak mudah menguap. Telah ditentukan secara eksperimen bahwa 1,00 mol (6,02 × 1023 molekul) zat apa saja yang bukan elektrolit dan tidak mudah menguap yang dilarutkan dalam (1.000 g) air akan menaikkan titik didih kira-kira 0,51 °C. Perubahan pelarut murni ke larutan, yakni ΔTb, berbanding lurus dengan molalitas (m) dari larutan tersebut:
Perhatikan Contoh Soal di bawah ini :
b. Penurunan Titik Beku (ΔTf)
Seperti halnya pada kenaikan titik didih, adanya zat terlarut dalam larutan akan mengakibatkan titik beku larutan lebih kecil daripada titik beku pelarutnya. Penurunan titik beku, ΔTf (f berasal dari kata freeze) berbanding lurus dengan molalitas (m) larutan:
dengan Kf adalah tetapan penurunan titik beku molal pelarut (°C/m). Penurunan titik beku (Tf) adalah titik beku pelarut murni (Tf°) dikurangi titik beku larutan (Tf).
Berikut ini adalah beberapa harga tetapan penurunan titik beku (Kf) dari beberapa pelarut.
Perhatikan contoh soal di bawah ini :
Osmosis adalah merembesnya partikel-partikel pelarut dari larutan yang lebih encer ke larutan yang lebih pekat melalui suatu membran semipermeabel. Membran semipermiabel hanya melewatkan molekul zat tertentu sementara zat yang lainnya tertahan.
Tekanan osmotik termasuk dalam sifat-sifat koligatif karena besarnya hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut persatuan volume larutan. Tekanan osmotik tidak tergantung pada jenis zat terlarut. Persamaan berikut (dikenal sebagai Persamaan Van’t Hoff) digunakan untuk menghitung tekanan osmotik dari larutan encer.
Proses osmosis sangat penting bagi tanaman dan hewan karena dengan proses osmosis, air dibagikan ke semua sel organisme hidup. Dinding sel merupakan membran semipermeabel, membran sel hidup ini juga dapat ditembus oleh zat-zat terlarut tertentu sehingga bahan makanan dan produk buangan dipertukarkan lewat dinding sel ini. Permeabilitas dinding sel terhadap zat terlarut seringkali bersifat memilih-milih dan sampai batas tertentu tidak bergantung pada ukuran partikel zat terlarut dan konsentrasi mereka. Misalnya, ion magnesium yang terhidrasi praktis tidak menembus dinding saluran pencernaan, sedangkan molekul glukosa dapat melewati dinding sel.
C. Sifat Koligatif Larutan Elektrolit
Jika zat terlarut membentuk larutan bersifat asam, basa, dan garam, ternyata rumus-rumus sifat koligatif larutan memiliki nilai yang tidak sama dengan data percobaan. Harga-harga ΔP, ΔTb , ΔTf , dan π dari larutanlarutan asam, basa, dan garam yang diamati melalui eksperimen selalu lebih besar daripada harga-harga yang dihitung menurut perhitungan ideal. Bagaimanakah menentukan perbandingan nilai sifat koligatif larutan elektrolit dan nonelektrolit?
Menurut Arrhenius, suatu zat elektrolit yang dilarutkan dalam air akan terurai menjadi ion-ion penyusunnya sehingga jumlah partikel zat pada larutan elektrolit akan lebih banyak dibandingkan dengan larutan nonelektrolit yang konsentrasinya sama. Hal ini menyebabkan sifat koligatif pada larutan elektrolit lebih besar daripada larutan nonelektrolit. Perilaku elektrolit dapat digambarkan dengan memerhatikan fenomena di atas. Penurunan titik beku ΔTf larutan 0,005 m NaCl 1,96 kali (2 kali) ΔTf glukosa sebagai zat nonelektrolit, demikian juga ΔTf untuk K2SO4 hampir 3 kali dari ΔTf glukosa. Keadaan ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
Hubungan sifat koligatif larutan elektrolit dan konsentrasi larutan dirumuskan oleh Van’t Hoff, yaitu dengan mengalikan rumus yang ada dengan bilangan faktor Van’t Hoff yang merupakan faktor penambahan jumlah partikel dalam larutan elektrolit.
3. Tekanan Osmotik
Tekanan osmotik untuk larutan elektrolit diturunkan dengan mengalikan faktor van't Hoff.
RANGKUMAN SIFAT KOLIGATIF LARUTAN
Jika zat terlarut membentuk larutan bersifat asam, basa, dan garam, ternyata rumus-rumus sifat koligatif larutan memiliki nilai yang tidak sama dengan data percobaan. Harga-harga ΔP, ΔTb , ΔTf , dan π dari larutanlarutan asam, basa, dan garam yang diamati melalui eksperimen selalu lebih besar daripada harga-harga yang dihitung menurut perhitungan ideal. Bagaimanakah menentukan perbandingan nilai sifat koligatif larutan elektrolit dan nonelektrolit?
Menurut Arrhenius, suatu zat elektrolit yang dilarutkan dalam air akan terurai menjadi ion-ion penyusunnya sehingga jumlah partikel zat pada larutan elektrolit akan lebih banyak dibandingkan dengan larutan nonelektrolit yang konsentrasinya sama. Hal ini menyebabkan sifat koligatif pada larutan elektrolit lebih besar daripada larutan nonelektrolit. Perilaku elektrolit dapat digambarkan dengan memerhatikan fenomena di atas. Penurunan titik beku ΔTf larutan 0,005 m NaCl 1,96 kali (2 kali) ΔTf glukosa sebagai zat nonelektrolit, demikian juga ΔTf untuk K2SO4 hampir 3 kali dari ΔTf glukosa. Keadaan ini dapat dinyatakan dengan persamaan berikut.
Hubungan sifat koligatif larutan elektrolit dan konsentrasi larutan dirumuskan oleh Van’t Hoff, yaitu dengan mengalikan rumus yang ada dengan bilangan faktor Van’t Hoff yang merupakan faktor penambahan jumlah partikel dalam larutan elektrolit.
1. Penurunan Tekanan Uap Jenuh
Rumus penurunan tekanan uap jenuh dengan memakai faktor Van’t Hoff hanya berlaku untuk fraksi mol zat terlarutnya saja (zat elektrolit yang mengalami ionisasi), sedangkan pelarut air tidak terionisasi. Oleh karena itu, rumus penurunan tekanan uap jenuh untuk zat elektrolit adalah:
2. Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku
Seperti halnya penurunan tekanan uap jenuh, rumus untuk kenaikan titik didih dan penurunan titik beku untuk larutan elektrolit juga dikalikan dengan faktor Van't Hoff.
3. Tekanan Osmotik
Tekanan osmotik untuk larutan elektrolit diturunkan dengan mengalikan faktor van't Hoff.
Keren....
ReplyDelete