XIII.CAIRAN DAN SISTEM KOLIGATIF LARUTAN

LarutanLarutan adalah materi homogen yang tidak mempunyai susunan (komposisi) kimia tertentu.

Suatu larutan terdiri dari :1. Pelarut (= solven)Pelarut dapat berupa zat tunggal atau campuran2. Zat terlarut (= solut = linarut)Zat terlarut juga dapat terdiri dari dari zat tunggal atau campuran

Penggolongan larutanMenurut wujud akhirnya, larutan dapat dibagi menjadi :1. Larutan GasDalam larutan gas, baik pelarut maupun linarut (solven dan solut) berupa gas.Contoh : Uap air dalam udaraSelanjutnya larutan gas disebut juga campuran gas.2. Larutan cairDalam larutan cair, pelarutnya berwujud cair, sedangkan menurut wujud linarutnya, larutan cair dibagi menjadi :2.a. Larutan gas dalam cair Contoh : Larutan oksigen (O2) dalam air2.b. Larutan cair dalam cair Contoh : Larutan etanol dalam air2.c. Larutan padat dalam cair Contoh : Larutan Gula dalam air

3. Larutan padatDalam larutan padat, pelarutnya berwujud padat, sedang-kan menurut wujud linarutnya, larutan padat dapat dibagi menjadi :3.a. Larutan gas dalam padatLinarut berupa gas, misalnya gas hidrogen (H2) yang larut dalam paladium (Pd)3.b. Larutan cair dalam padatLinarut berupa cairan, misalnya amalgam (larutan logam dalam raksa).Contoh : amalgam perak, yaitu Ag dalam Hg3.c. Larutan padat dalam padat Linarut berupa padatan, umumnya berupa larutan logam atau paduan logam (aliasi = alliage), misalnya kuningan (Cu dalam Zn).

13.4.4. Peristiwa melarutTerjadinya larutan dapat melalui salah satu dari tiga proses berikut :1. Zat terlarut bereaksi secara kimia dengan pelarut dan membentuk zat baru.Keadaan ini terjadi bila ada antaraksi antara pelarut dengan linarut, yaitu dengan pemecahan satu atau lebih ikatan kimia.Contoh :P2O5 + 3 H2O 2 H3PO4NH3 + H2O NH4OH2. Zat terlarut berantaraksi dengan pelarut tanpa perubahan sifat zat terlarutnya.Peristiwa ini dikenal sebagai solvasi dan khusus untuk pelarut air disebut hidrasi.Contoh : pelarutan NaCl dalam air

Gambar 13.2. Proses hidrasi NaCl

Solvasi terjadi antara pelarut polar dengan linarut polar atau ionik. Contoh lain adalah larutan etanol (polar) dengan air (polar).

3. Zat terlarut mengalami dispersi (penyebaran) dalam pelarut.Keadaan ini terjadi pada pelarut dan linarut yang keduanya non-polar.Contoh : Benzena yang terdispersi dalam CCl4.

Gambar 13.3. Dispersi benzena dalam CCl4 Kedua molekul, benzena dan CCl4, bersifat non-polar. Kelarutan terjadi karena kecenderungan benzena dan CCl4 terdispersi sejauh mungkin.

soalTentukan pelarut dan zat terlarut dalam larutan alkohol 25% dan 75%?Asumsi :Dalam larutan alkohol 25% misalnya terdapat 100 gram larutan alkohol.

Sifat koligatif adalah sifat yang ditentukan oleh banyaknya zat (materi) yang ada dan bukan ditentukan oleh macamnya zat.

13.5. SIFAT-SIFAT KOLIGATIF LARUTANSifat-sifat koligatif larutan adalah :1. Penurunan Tekanan Uap2. Penurunan Titik Beku3. Kenaikan Titik Didih4. Tekanan Osmotik

13.5.1. Tekanan UapMolekul-molekul suatu zat yang berada dalam fasa cair mempunyai kecenderungan lolos keluar dari wujud cair menjadi wujud gas. Bila cairan tersebut berada dalam ruang tertutup, maka molekul-molekul yang lolos ini menimbulkan tekanan yang besarnya tergantung kepada temperatur waktu itu. Tekanan ini disebut tekanan uap zat tersebut pada temperatur itu.

Penurunan Tekanan Uap LarutanBila suatu cairan berisi zat terlarut yang tidak mudah meng-uap, maka kecenderungan lolos molekul cairan tersebut berkurang.

Gambar 13.9.Berkurangnya kecenderungan lolos

Dengan demikian terjadilah penurunan tekanan uap pelarut dalam larutan.

Hukum RaoultF.M. Raoult (1887) secara eksperimental menemukan bahwa : Tekanan parsial uap pelarut yang berkeseimbangan dengan larutan encer berbanding lurus dengan fraksi mol pelarut dalam larutan.Ini dapat dirumuskan sbb. :P = P0 . XP : tekanan parsial pelarut dalam larutanP0 : tekanan uap pelarut murniX : fraksi mol pelarut dalam larutan

Hitunglah tekanan uap larutan 2 mol sukrosa dalam 50 mol air pada 300 C jika tekanan uap air murni pada 300 C adalah 31,80 mmHg.

13.5.2. Titik BekuAdalah temperatur dimana terjadi keseimbangan antara wujud padat dan wujud cair. Pada keadaan ini kedua wujud tersebut tidak mengalami perubahan. Contoh : titik beku air pada 1 atm. adalah 0oC

Penurunan Titik Beku larutanSeperti terlihat pada diagram fasa air dan larutan dalam air, maka titik beku larutan selalu lebih rendah daripada titik beku pelarut murninya.Penurunan titik beku larutan encer berbanding lurus dengan konsentrasi zat terlarut, yang dapat dirumuskan sebagai berikut (Raoult, 1883) :Tf = Kf . mTf :Penurunan titik beku larutanKf : Tetapan penurunan molal pelarut (tetapan krioskopik)m : Konsentrasi linarut dalam molal, yang dapat dirumuskan sbb:

W1: Berat pelarut W2 : Berat linarut M2 : massa molekul linarut

13.5.3. Titik DidihTitik didih suatu cairan adalah temperatur yang menunjukkan tekanan uap cairan sama dengan tekanan udara luar. Bila tekanan tersebut = 1 atm., maka titik didih itu disebut titik didih standar cairan tersebut.Pada titik didihnya, terjadi gelembung uap pada cairan yang naik ke permukaan cairan. Peristiwa ini disebut pendidihan cairan.

Berapakah tekanan uap parsial dan tekanan uap total pada suhu 25 C di atas larutan dengan jumlah fraksi mol benzena (C6H6) sama dengan jumlah fraksi mol toluena (C7H8)? Tekanan uap benzena dan toluena pada suhu 25 C berturut-turut adalah 95,1 mmHg dan 28,4 mmHgPada suhu 100 oC, suatu larutan mengandung 10% glukosa. Jika tekanan uap jenuh air pada suhu itu adalah 760 mmHg, hitunglah tekanan uap jenuh larutan tersebut.

Gambar 13.8. Proses pendidihan cairan

Penentuan Titik Didih CairanTitik didih cairan pada tekanan udara normal dapat diukur dengan cara penyulingan (destilasi) cairan tersebut pada tekanan udara normal (fasa cair berhubungan dengan udara terbuka). Temperatur diukur sewaktu cairan mulai menetes.

Kenaikan titik didih larutanBesarnya kenaikan titik didih larutan juga berbanding lurus dengan konsentrasi zat terlarut, yang dapat dirumuskan sebagai berikut

Tb: kenaikan titik didih larutanKb: tetapan kenaikan molal pelarut (tetapan ebulioskopik)m: molalitas linarut W1 : berat pelarutW2 : berat linarutM2 : massa molekul linarut

13.5.4. Tekanan Osmotik LarutanTekanan osmotik adalah tekanan hidrostatik yang terjadi akibat peristiwa osmosis.

Peristiwa osmosis adalah adalah peristiwa perpindahan mole-kul-molekul melalui membran semi-permeabel.

Membran semi-permeabel (selaput setengah tembus) adalah suatu lapisan yang dapat dilewati oleh molekul-molekul yang kecil tetapi tidak dapat dilewati oleh molekul-molekul yang besar.Dalam hal larutan, selaput tersebut dapat dilewati oleh pelarut, tetapi tidak dapat dilewati oleh zat terlarut (linarut).

Gambar 13.11. Peristiwa osmosis melalui membran semi- permeabel

Terjadinya tekanan osmotik

- Peristiwa difusiDalam peristiwa difusi, suatu linarut akan bergerak dari konsentrasi tinggi menuju konsentrasi rendah, sehingga konsentrasinya merata.

Gambar 13.12. Difusi kristal KMnO4 dalam air

Pengukuran dan perhitungan tekanan osmotik

Rumus gas yang umum :P x V = n x R x T (Boyle-Gay Lussac-Avogadro)dengan :P : tekanan gas (atm.)V : volume gas (liter)n : jumlah mol gasR : tetapan gas (0,082 L . atm . mol-1. oK-1)T : temperatur mutlak (oK)

untuk larutan berlaku : x V = n x R x T (Boyle-Gay Lussac- van t Hoff) dengan : : tekanan osmotik (atm)V : volume larutan (liter)n : jumlah mol linarut

Contoh : 1 g sukrosa (BM=342), dilarutkan dalam air sampai menjadi 100 ml larutan. Berapakah tek osmotik larutan pada 25oC.Jawab:p.V = n.R.T V = 100 ml = 0,1 ln = 1,0 = 0,0029 mol 342T = 25oC = 25 + 273 = 298 oKp = 0,0029 x 0,082 x 298 = 0,71 atm 0,01Perhitungan tekanan osmotik berguna untuk mengukur BM senyawa, mis . protein.

13.6. TETAPAN-TETAPAN CAIRAN LAIN13.6.1. Tegangan permukaanTegangan permukaan adalah energi dalam erg yang diperlukan untuk membentuk permukaan cairan seluas 1 cm2.Terjadinya tegangan permukaan

Gambar 13.13. Gaya-gaya pada cairan

Dalam molekul-molekul cairan, terjadi gaya tarik jarak pendek (gaya van der Waals). Pada sebagian besar molekul cairan tersebut, gaya van der Waals saling meniadakan sehingga hasil akhir = 0. Pada molekul yang berada di permukaan, gaya dari atas tidak ada, sehingga resultan gaya tersebut adalah ke arah bawah, dan molekul-mole-kul menekan ke bawah seolah-olah cairan tersebut mempunyai kulit. Inilah yang disebut tegangan permukaan.Dengan adanya tegangan permukaan, maka cairan berusaha untuk mempunyai permukaan sesempit mungkin (bentuk bola).

Pengaruh temperatur terhadap tegangan permukaanBila temperatur suatu cairan meningkat, maka gerakan molekulnya makin cepat. Akibatnya, gerakan ini akan melawan gaya tarik antar molekul cairan tersebut. Maka tegangan permukaan cairan akan menurun. Pada temperatur kritisnya, cairan akan kehilangan tegangan permukaannya.

KEKENTALAN (VISKOSITAS)Kekentalan adalah besaran yang menyatakan hambatan suatu sistem untuk mengalir, bila terhadap sistem itu dikenakan suatu tekanan.Satuan kekentalanSatuan kekentalan adalah poise, yaitu gaya geser yang diperlukan untuk memperoleh kecepatan 1 cm/detik antara dua bidang sejajar suatu cairan yang masing-masing luasnya 1 cm2 dan dipisahkan dengan jarak 1 cm.Dalam satuan cgs :1 poise = 1 dyne . det . cm-2 = 1 dyne . det/cm2 = gramxcm/det2 = gram cm2 cm.det

- FluiditasFluiditas ( = phi) adalah kebalikan dari viskositasPentingnya pengukuran viskositasPengetahuan dan pengukuran viskositas sangat penting dalam pembuatan preparat-preparat cair dan setengah cair, misalnya pada pembuatan obat semprot hidung, krim salep dan obat gosok.Viskositas juga penting dalam kedokteran, misalnya dalam pengukuran tekanan darah. Bila viskositas darah naik, maka tekanan darah naik pula, yang dapat membebani kerja jantung.

Indeks bias Indeks bias suatu zat adalah perbandingan antara kerapatan optik zat itu dengan kerapatan optik ruang hampa. Pengukuran Indeks biasIndeks bias suatu zat diukur dengan alat yang disebut refraktometer. Salah satu contoh refraktometer adalah refraktometer Abbe.Prinsip kerjaRefraktometer Abbe membandingkan indeks bias zat yang akan diukur dengan indeks bias prisma yang telah diketahui.

Lambang : nD20

KEJENUHAN LARUTAN Hubungan antara keadaan larutan dengan jumlah relatif linarut dan pelarut ada 3 macam, yaitu :1. Larutan jenuh2. Larutan tak jenuh3. Larutan lewat jenuh

Larutan jenuhLarutan jenuh adalah suatu larutan yang di dalamnya zat terlarut (solut/linarut) yang berada dalam larutan, berkesetimbangan dengan zat terlarut murni yang berada dalam wadah tempat larutan itu berada tetapi di luar sistem larutan itu.

Larutan tak jenuhLarutan tak jenuh adalah suatu larutan yang di dalamnya konsentrasi zat terlarut lebih kecil daripada kelarutan zat terlarut dalam pelarutnya pada temperatur tertentu.

Gambar13.21. Gambaran larutan jenuh

Larutan jenuh metastabil dapat dijadikan larutan jenuh yang stabil dengan cara :1. Mengkristalkan linarut dengan memancingnya dengan menambahkan kristal linarut dari luar.2. Mengocok wadah dengan keras.3. Menggores dinding wadah dengan pengaduk.

Tabel 13.5. Istilah perkiraan kelarutan

IstilahBagian (volume) pelarut untuk melarutkan satu bagian (berat) li-narut IstilahBagian (volume) pelarut untuk melarutkan satu bagian (berat) li-narut Sangat larut< 1Sedikit larut100 - 1000Larut bebas1 - 10Sangat Sedikit larut1000 10.000-Larut-Agak larut10 -3030 - 100(Praktis) tidak larut> 10.000

Larutan elektrolit dan bukan elektrolitBila ke dalam air dilarutkan :Gula atauAlkohol atauUrea maka berlaku rumus-rumus penurunan tekanan uap, penurunan titik beku dan kenaikan titik didih sebagai berikut : P = PoX; DTf = Kf x m dan DTb = Kb x mLarutan-larutan tersebut mengikuti Hukum Raoult dan tidak menhantarkan arus listrik. Oleh karena itu disebut larutan non-elektrolit (larutan bukan elektrolit).

Tetapi bila ke dalam air dilarutkan :Asam atauBasa atauGaram maka terjadi penyimpangan dari Hukum Raoult, yaitu bahwa hasil-nya lebih besar daripada rumus-rumus di atas.Larutan ini disebut Larutan elektrolit (penghantar listrik cair)

Larutan lewat jenuhLarutan lewat jenuh adalah suatu larutan yang mengandung linarut dengan konsentrasi lebih besar daripada kelarutan linarut tersebut pada temperatur tertentu.Contoh :Larutan Na2S2O3 (natrium tiosulfat) dan CH3COONa (natrium asetat)

Sejumlah Na2S2O3 atau CH3COONa yang melebihi kelarutannya dapat dilarutkan dalam air dengan pemanasan. Bila dibiarkan dingin, linarut tersebut tidak mengkristal walaupun konsentrasinya melebihi kelarutannya. Larutan semacam ini disebut larutan lewat jenuh dan bersifat metastabil.

BAB XIV.SISTEM HETEROGENADALAH SISTEM YANG MEMPUNYAI BAGIAN2 YANG TIDAK SAMA DALAM KESELURUHAN SISTEMPENGGOLONGAN:SUSPENSIadalah sistem heterogen dengan ukuran partikel terdispersi > 0,1 m (1 m = 10-4)KOLOID (DISPERSI KOLOID)adalah sistem heterogen dengan ukuran partikel terdispersi antara 0,001 - 0,1 m (1,0 - 100 mm)

EMULSImerupakan jenis koloid yang medium pendispersi maupun fasa terdispersinya berupa cairan yang tidak saling campur.-Kedua fase terdiri dari fase minyak dan air atau sebaliknya.-Emulgator = zat penstabil emulsiContoh emulsi : susu, santan, minyak ikan, minyak rambut (cream)

Tabel 14.1. Perbedaan antara larutan, koloid dan suspensi

KarakteristikLarutanKoloidSuspensiPenampakan-Mikroskop biasa-Mikroskop elektronik-Tidak tampak- Tidak tampak-Tidak tampak-Tampak-Tampak-TampakPenyaringan-Kertas saring-Membran semi- permiabel-Lolos-Lolos-Lolos-Tertahan-Tertahan-Tertahan-Sifat difusi-Fasa-Kejernihan-Bila dibiarkan-Cepat-Satu fasa-Jernih-Tidak- mengendap-Sangat lambat-Dua fasa-Baur-Tidak- mengendap-Tak mendifusi-Dua fasa-Tdk tmbs chy-Mengendap

SIFAT-SIFAT KOLOID:1. SIFAT OPTIKEfek Faraday-Tyndallberupa kerucut cahaya bila s/ koloid disinari dari samping.Efek ini disebkan oleh penghamburan sinar o/ partikel -partikel terdispersi.

2. SIFAT KINETIKa.Gerak Brown: gerakan acak partikel terdispersi dalam medium terdispersi.b.Difusi : partikel terdispersi scr spontan bergerak (berdifusi) dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah.Akibat langsung dari gerak Brown.

3. SIFAT ELEKTRIKElektroforesisadalah pergerakan partikel terdispersi dengan adanya pengaruh listrik.b. Elektro-osmosisadalah pergerakan medium pendispersi dengan adanya pengaruh listrik, sedangkan fasa terdispersi diam. (kebalikan elektroforesis)

CARA PENGENDAPAN KOLOIDPenambahan sejumlah besar elektrolitPemanasanDengan muatan listrik