Apakah Anda mempunyai teman atau
kerabat yang memiliki penyakit tekanan darah tinggi? Jika ya, tentu dokter akan
menyarankan teman atau kerabat Anda itu untuk mengurangi konsumsi
garam-garaman. Mengapa pula pedagang es menaburkan garam dapur (NaCl) di dalam
tempat penyimpanan es? Kemudian, mengapa di wilayah yang memiliki musim dingin,
garam-garam, seperti CaCl2 dan NaCl ditaburkan ke jalanjalan atau
trotoar yang bersalju? Tentunya semua peristiwa itu berkaitan dengan materi
yang akan kita pelajari sekarang, yaitu sifat-sifat koligatif larutan.
Pernahkah Anda melihat atau memakan es batu? Es batu
merupakan hasil pendinginan air. Suhu pada saat tercapai kesetimbangan
perubahan fasa cair menjadi padat disebut titik beku (Tf).
Titik beku normal air pada tekanan 1 atm adalah 0oC.
Gambar 1. Es Batu
Gambar 2. Es Krim
Jika suatu zat terlarut ditambahkan pada suatu pelarut
murni hingga membentuk larutan maka titik beku pelarut murni akan mengalami
penurunan. Suhunya akan lebih rendah dari
0oC.
Ketika suatu larutan dibekukan, maka yang akan membeku terlebih dahulu adalah pelarutnya. Dalam
larutan, partikel zat terlarut terperangkap di antara partikel zat pelarut dan
terjadi gaya antar molekul diantara mereka. Oleh karena itu, ketika proses
pembekuan berlangsung, antarmolekul pelarut akan lebih sulit untuk mendekat. Penurunan
titik beku larutan lebih rendah dibandingkan dengan penurunan titik beku
pelarut murni.
Selisih temperatur
titik beku larutan dengan titik beku pelarut murni disebut penurunan titik beku (∆Tf).
Dirumuskan sebagai
berikut:
Menurut Hukum Backman
dan Raoult bahwa penurunan titik beku berbanding
langsung dengan molalitas yang terlarut di dalamnya. Hukum tersebut
dapat dirumuskan sebagai berikut.
diuraikan sbb:
Harga Kf
tergantung pada sifat-sifat zat cair yang digunakan sebagai pelarut. Untuk
setiap pelarut, besarnya tetapan penurunan titik beku molal berbeda-beda.
Berikut ini adalah beberapa harga tetapan penurunan titik beku (Kf) dari
beberapa pelarut.
Tabel 1. Tetapan Penurunan Titik Beku (Kf) Beberapa
Pelarut
|
Pelarut
|
Titik Beku (oC)
|
Kf (oC/m)
|
|
Air (H2O)
|
0
|
1,86
|
|
Aseton
|
−95,35
|
2,40
|
|
Benzena (C6H6)
|
5,45
|
5,12
|
|
Fenol (C6H5OH)
|
43
|
7,27
|
|
Kamfer (C10H12O)
|
179,8
|
39,7
|
|
Karbon Tetraklorida (CCl4)
|
−23
|
29,8
|
|
Naftalena
|
80,5
|
6,94
|
|
Sikloheksana
|
6,5
|
20,1
|
Sumber: Chemistry Matter and Its
Change, 2004
Perbandingan Sifat Koligatif Larutan Elektrolit dan
Nonelektrolit
Zat nonelektrolit yang melarut akan
memberikan sejumlah partikel sesuai dengan konsentrasinya. Misalnya, 1 mol gula,
C12H22O11 terlarut hanya akan menghasilkan 1
mol partikel terlarut berupa molekul di dalam larutannya. Berbeda dengan
elektrolit seperti NaCl dan KCl. Misalnya 1 mol NaCl terlarut akan memberikan
total 2 mol partikel terlarut berupa ion di dalam larutannya. Jumlah partikel
terlarut dari larutan nonelektrolit berbeda dengan larutan elektrolit, dan
berarti akan memberikan sifat koligatif larutan yang berbeda pula termasuk akan
memberikan penurunan titik beku yang berbeda pula.
Misalnya, larutan nonelektrolit C6H12O6,
jika dimasukkan ke dalam air menghasilkan 1 mol partikel, sehingga larutan C6H12O6 1
M akan membeku pada suhu 1,86 °C di bawah titik beku air murni, sedangkan 1 mol
larutan elektrolit NaCl mengandung 2 mol partikel, yaitu 1 mol Na+ dan
1 mol Cl–. Dipengaruhi oleh jumlah ion yang berada dalam air
NaCl (aq) → Na+(aq) + Cl– (aq),
n = 2 (jumlah dari 1 ion positif Na+ dan 1 ion negatif dari Cl–)
Larutan NaCl 1 M sebenarnya mengandung 1
mol partikel per 1.000 gram air.
Secara teoretis akan menurunkan titik beku
2 x 1,86 °C = 3,72 °C.
Sedangkan larutan CaCl2 1 M
mempunyai 3 mol ion per 1.000 g air.
Dengan reaksi ionisasi berikut.
CaCl2(aq) → Ca2+(aq) +
2Cl– (aq), n = 3(jumlah dari 1 ion positif Ca2+ dan
2 ion negatif dari Cl–)
Secara teoretis akan menurunkan titik beku
tiga kali lebih besar dibandingkan larutan C6H12O6 1M.
Contoh:
C6H12O6(s)
→ C6H12O6(aq)
1 mol
1 mol
Jumlah partikelnya = 1 x 6,02 x 1023 molekul.
NaCl(s) →Na+(aq) + Cl–(aq)
1 mol 1 mol
1 mol
Jumlah partikelnya = 2 x 6,02 x 1023 partikel
(ion Na+ dan Cl–).
CaCl2(aq) → Ca2+(aq) +
2Cl– (aq)
1 mol
1
mol 2 mol
Jumlah partikelnya = 3 x 6,02 x 1023 partikel
(ion Ca2+ dan ion Cl–).
Untuk larutan elektolit, ternyata
memiliki harga sifat koligatif larutan yang lebih tinggi daripada larutan yang
non-elektrolit dengan konsentrasi yang sama. Dengan konsentrasi yang sama,
larutan elektrolit akan mengandung jumlah partikel yang lebih banyak daripada
larutan nonelektrolit. Harga sifat koligatif larutan elektrolit dipengaruhi
oleh faktor Van’t Hoff (i).
Berlaku hubungan sebagai 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.
|
Contoh elektrolit
biner:
|
|
|
NaCl(aq) →Na+(aq) + Cl–(aq)
|
n = 2
|
|
KOH(aq) →K+(aq) + OH–(aq)
|
n = 2
|
|
Contoh elektrolit
terner:
|
|
|
H2SO4(l) + 2 H2O(l) →2 H3O+(aq) +
SO42–(aq)
|
n = 3
|
|
Mg(OH)2(aq) →Mg2+(aq) + 2 OH–(aq)
|
n = 3
|
|
Contoh elektrolit
kuarterner:
|
|
|
K3PO4(aq) →3 K+(aq) + PO43–(aq)
|
n = 4
|
|
AlBr3(aq) →Al3+(aq) + 3 Br –(aq)
|
n = 4
|
Berikut ini adalah Video contoh perhitungan dari penentuan titik beku larutan elektrolit dan nonelektrolit, agar memahami perbandingan titik beku larutan elektrolit dan non elektrolit.
Walaupun sama-sama larutan elektrolit, dengan
konsentrasi/molalitas yang sama penurunan titik beku dari larutannya juga akan
berbeda jauh.
Perhatikan
contoh kasus di bawah ini! Misalkan kita melakukan percobaan untuk menentukan
penurunan titik beku (∆Tf) dari larutan MgCl2 1 m dan K3PO4
1m.
Kita anggap α = 1
Didalam larutan atau dalam air MgCl2 akan mengalami reaksi
ionisasi, sesuai dengan reaksi berikut.
MgCl2(aq) → Mg2+(aq) + 2Cl−(aq)
1 mol 1 mol 2 mol
n = jumlah on Mg2+ + jumlah ion Cl−
n = 1 +
2 = 3
Penurunan titik beku (∆Tf) larutan MgCl2 1m adalah.
∆Tf = m x Kf x [1 + (n – 1) α]
∆Tf = 1 m x 1,86oC/m x [1 + (3 – 1) 1]
∆Tf = 1,86oC x [1 + 2]
∆Tf = 1,86oC x 3 = 5,58 oC
Titik beku larutan (Tf)
Tf = Tf pelarut - ∆Tf =0 oC − 5,58 oC = − 5,58 oC
Didalam larutan atau dalam air K3PO4 akan
mengalami reaksi ionisasi, sesuai dengan reaksi berikut.
K3PO4(aq)
→3 K+(aq) + PO43–(aq)
1 mol 3 mol 1 mol
n = jumlah on K+ + jumlah ion PO43–
n = 3 +
1 = 4
Penurunan titik beku (∆Tf) larutan K3PO4 1m adalah.
∆Tf = m x Kf x [1 + (n – 1) α]
∆Tf = 1 m x 1,86oC/m x [1 + (4 – 1) 1]
∆Tf = 1,86oC x [1 + 3
∆Tf = 1,86oC x 4 = 7,44 oC
Titik beku larutan (Tf)
Tf = Tf pelarut - ∆Tf =0 oC − 7,44 oC = − 7,44 oC
Berdasarkan hasil
perhitungan tersebut, untuk larutan elektrolit, dengan molalitas (m) yang sama,
ternyata titik beku dan penurunan titik bekunya berbeda. Penurunan titik beku (∆Tf) untuk elektrolit
kuartener (n = 4) lebih besar dibandingkan penurunan titik beku (∆Tf)
untuk elektrolit terner (n = 3) dan titik beku elektrolit terner (n = 3) lebih
besar dari elektrolit kuartener (n = 4).
Namun,
terkadang penurunan titik beku (ΔTf) pada beberapa larutan elektrolit berbeda
dari hasil perhitungan dan pengamatan melalui percobaan. Penyimpangan pada
nilai perbedaan penurunan titik beku antara larutan elektrolit dan larutan
nonelektrolit berkonsentrasi sama ditunjukkan pada tabel berikut.
Tabel 2. Penurunan Titik Beku Larutan 1,0 m
|
Zat Terlarut
|
Rumus Kimia
|
ΔTf
|
|
|
Hasil Hitung
(ΔTf
= m . Kf)
|
Hasil Pengamatan
|
||
|
Glukosa
|
C6H12O6
|
1,86°C
|
1,90°C
|
|
Urea
|
(NH2)2CO
|
1,86°C
|
1,86°C
|
|
Garam Dapur
|
NaCl
|
1,86°C
|
3,37°C
|
|
Natrium Nitrat
|
NaNO3
|
1,86°C
|
3,02°C
|
|
Magnesium Sulfat
|
MgSO4
|
1,86°C
|
2,02°C
|
Data diatas memperlihatkan perbedaan antara hasil perkiraan dan hasil pengamatan. Seharusnya antara kedua hasil tidak memiliki perbedaan (teori dan kenyataan). Namun, karena pada larutan elektrolit berlaku faktor Van’t Hoff, sehingga pada konsentrasi yang sama, larutan elektrolit memiliki titik beku lebih kecil dan penurunan titik beku lebih besar daripada larutan nonelektrolit.
Bagaimana
menentukan derajat ionisasi larutan elektrolit, jika diketahui penuruanan titik
bekunya?
Perhatikan
data hasil pengamatan pada Tabel 2 di atas untuk larutan NaNO3. Kita
menggunakan data ΔTf =
3,02oC
Pertama-tama kita menuliskan persamaan
reaksi ionisasi NaNO3, agar dapat menentukan jumlah ion (n) dalam
larutan.
NaNO3(aq) →Na+(aq)
+ NO3- (aq), n = 2
Kf air = 1,86oC/m
pertama-tama kita tentukan i dengan
menggunakan persamaan: ΔTf = m x
Kf x i
ΔTf = m x Kf x i
3,02 oC = 1 x 1,86oC/m
x i
3,02 oC = 1,86oC x i
i = 1,62
i =
1 + (n – 1) α
1,62 =
1 + (2 – 1) α
1,62 =
1 + 1α
1,62–1 =
α
α =
0,62
PENERAPAN PENURUNAN TITIK BEKU LARUTAN
Beberapa penerapan penurunan titik beku dapat mempertahankan kehidupan
selama musim dingin. Penerapan tekanan osmosis ditemukan di alam, dalam bidang
kesehatan, dan dalam ilmu biologi. Berikut ini penjelasan mengenai penerapan
sifat koligatif larutan dalam kehidupan sehari-hari.
SUMBER RUJUKAN
Rahayu, Iman. 2009. Praktis Belajar Kimia 1 : Untuk Kelas
X Sekolah Menengah Atas/Madrasah Aliyah. Jakarta : Pusat Perbukuan, Departemen
Pendidikan Nasional
Saidah, Aas dan
Michael Purba. 2017. Kimia untuk SMK/MAK
Kelas XII. Jakarta : Erlangga
Sudarmo, Unggul. 2014. Kimia Untuk
SMA/MA KelasXII. Jakarta: Erlangga.
Suharsini, Maria, dkk. 2007. Kimia dan Kecakapan Hidup Pelajaran Kimia untuk SMA/MA Kelas XII.
Jakarta: Ganeca Exact
Sunarya, Yayan. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Kimia 3 :
Untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas/ Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan
Alam. Jakarta : Pusat Perbukuan,
Departemen Pendidikan Nasional
0 comments:
Post a Comment