Penalaran Sifat Koligatif Larutan II (Kenaikan titik didih dan Penurunan titik beku)18-09-2011 22:04:57, pada KXII 02 Sifat Koligatif

Pada penalaran bagian pertama telah dibahas tentang pengertian sifat koligatif larutan dan penurunan tekanan uap. Sekarang kita perhatikan kenaikan titik didih dan penurunan titik beku larutan. Mengapa terjadi kenaikan titik didih dan penurunan titik beku, jika pada suatu pelarut dimasukkan zat terlarut yang non volatil?

Kenaikan Titik Didih Larutan

Jika ke dalam air yang mendidih pada 100oC dimasukkan gula, C12H22O11, tampak air tidak mendidih lagi, walaupun air tetap dipanaskan di atas api kecil. Termometer menunjukkan suhu larutan 100oC. Apa yang terjadi dengan molekul-molekul air dan gula dalam larutan itu? Mengapa pada suhu yang tetap sama, air tidak mendidih? Molekul-molekul gula tentu menghambat molekul-molekul air yang akan meninggalkan permukaan larutan. Molekul air yang bergerak ke atas menjadi tidak leluasa, terhalang oleh molekul gula.

Beberapa saat kemudian, ternyata larutan mendidih. Termometer menunjukkan suhu larutan naik. Waktu yang diperlukan untuk mendidih kembali tidak terlalu lama. Jika sejumlah gula ditambahkan lagi, larutan tidak mendidih lagi. Setelah beberapa saat, mendidih lagi dengan suhu yang lebih tinggi lagi. Kenaikan titik didih makin besar, jika gula ditambahkan terus. Bagaimana hal ini dapat dijelaskan?

Karena gerakan molekul-molekul air dihalangi oleh molekul-molekul gula, maka air memerlukan tambahan kalor untuk meningkatkan energi kinetiknya. Oleh sebab itu, larutan gula harus terus dipanaskan. Pada saat larutan mendidih, berarti molekul-molekul air telah berhasil mengatasi hambatan dari molekul-molekul gula. Kenaikan titik didih disebabkan oleh penyerapan kalor oleh molekul-molekul air untuk meningkatkan energi kinetiknya. Secara otomatis, dengan diserapnya sejumlah kalor oleh air, suhu air naik, berarti suhu larutan naik. Kenaikan suhu larutan dari titik didih air hingga titik didih larutan, dikenal sebagai kenaikan titik didih larutan. Perubahan inilah yang dinyatakan sebagai sifat koligatif larutan.  

Jadi Kenaikan titik didih larutan berbanding lurus dengan jumlah zat yang dinyatakan dengan konsentrasi molal. Jika jumlah zat terlarut sebagai variabel manipulasi dan jenis pelarut sebagai variabel kontrol, maka kenaikan titik didih akan konstan. Konstanta titik didih pelarut molal dalah Kb.

ΔTb = m . Kb

Penurunan Titik Beku Larutan

Seperti halnya titik didih larutan, titik beku larutan juga tidak sama dengan titik beku pelarutnya. Perubahan titik beku akan terjadi apabila ke dalam pelarut misalnya air dimasukkan gula, C12H22O11 sebagai zat terlarut. Molekul-molekul air yang akan membeku terhalang oleh molekul-molekul gula, sehingga makin sulit membeku. Jika suatu larutan makin sulit mendidih, titik didihnya naik, terjadilah kenaikan titik didih. Nah bagaimana dengan titik beku? Makin sulit membeku, titik beku makin turun, terjadilah penurunan titik beku.

Berarti penurunan titik beku sebanding dengan jumlah zat terlarut yang dinyatakan dalam konsentrasi molal. Zat terlarut merupakan variabel manipulasi, dan jenis pelarut sebagai variabel kontrolnya, maka penurunan titik beku akan konstan. Konstanta titik beku molal pelarut adalah Kf.

ΔTf = m . Kf

PENURUNAN TEKANAN UAP JENUH

Pada setiap suhu, zat cair selalu mempunyai tekanan tertentu. Tekanan ini adalah tekanan uap jenuhnya pada suhu tertentu. Penambahan suatu zat ke dalam zat cair menyebabkan penurunan tekanan uapnya. Hal ini disebabkan karena zat terlarut itu mengurangi bagian atau fraksi dari pelarut, sehingga kecepatan penguapanberkurang.

Menurut RAOULT:

p = po . XB

dimana:

p = tekanan uap jenuh larutanpo = tekanan uap jenuh pelarut murniXB = fraksi mol pelarut

Karena XA + XB = 1, maka persamaan di atas dapat diperluas menjadi:

P = Po (1 - XA)

P = Po - Po . XA

Po - P = Po . XA

sehingga:

P = po . XA

dimana:

P = penunman tekanan uap jenuh pelarutpo = tekanan uap pelarut murniXA = fraksi mol zat terlarut

Contoh:

Hitunglah penurunan tekanan uap jenuh air, bila 45 gram glukosa (Mr = 180) dilarutkan dalam 90 gram air !Diketahui tekanan uap jenuh air murni pada 20oC adalah 18 mmHg.

Jawab:

mol glukosa = 45/180 = 0.25 mol

mol air = 90/18 = 5 mol

fraksi mol glukosa = 0.25/(0.25 + 5) = 0.048

Penurunan tekanan uap jenuh air:

P = Po. XA = 18 x 0.048 = 0.864 mmHg

 

KENAIKAN TITIK DIDIH

Adanya penurunan tekanan uap jenuh mengakibatkan titik didih larutan lebih tinggi dari titik didih pelarut murni.

Untuk larutan non elektrolit kenaikan titik didih dinyatakan dengan:

Tb = m . Kb

dimana:

Tb = kenaikan titik didih (oC)m = molalitas larutanKb = tetapan kenaikan titik didih molal

Karena : m = (W/Mr) . (1000/p) ; (W menyatakan massa zat terlarut)

Maka kenaikan titik didih larutan dapat dinyatakan sebagai:Tb = (W/Mr) . (1000/p) . Kb

Apabila pelarutnya air dan tekanan udara 1 atm, maka titik didih larutan dinyatakan sebagai:

Tb = (100 + Tb)oC

Kenaikan Titik Didih

Kata Kunci: titik beku, titik didihDitulis oleh Zulfikar pada 24-08-2010

Hasil eksperimen Roult menunjukan bahwa Kenaikan titik didih larutan akan semakin besar apabila konsentrasi (molal) dari zat terlarut semakin besar. Titik didih larutan akan lebih tinggi dari titik didih pelarut murni. Hal ini juga diikuti dengan penurunan titik beku pelarut murni, atau titik beku larutan lebih kecil dibandingkan titik beku pelarutnya. Hasil eksperimen ini disederhanakan dalam Gambar 11.4.

Gambar 11.4. Diagram tekanan dan suhu untuk titik didih dan titik beku dari pelarut dan larutan

Roult menyederhanakan ke dalam persamaan

Tb = kb . m

Tb = kenaikan titik didih larutankb = tetapan kenaikan titik didih molal pelarut (kenaikan titik didih untuk 1 mol zat dalam 1000 gram pelarut)m = molal larutan (mol/100 gram pelarut)

Perubahan titik didih atau ΔTb merupakan selisih dari titik didih larutan dengan titik didih pelarutnya, seperti persamaan : ΔTb = Tb – Tbº

Hal yang berpengaruh pada kenaikan titik didih adalah harga kb dari zat pelarut. Kenaikan tidak dipengaruhi oleh jenis zat yang terlarut, tapi oleh jumlah partikel/mol terlarut khususnya yang terkait dengan proses ionisasinya.

Untuk zat terlarut yang bersifat elektrolit persamaan untuk kenaikan titik didik harus dikalikan dengan faktor ionisasi larutan, sehingga persamaannya menjadi :

dimana

n = jumlah ion-ion dalam larutanα = derajat ionisasi

Contoh jumlah ion untuk beberapa elektrolit:

HCl → H+ + Cl-, jumlah n = 2

H2SO4 → 2 H+ + SO42-, jumlah n = 3

H3PO4 → 3 H+ + PO43-, jumlah n = 4

Agar mudah dimengerti kita ambil perhitungan kenaikan titik didih untuk zat non-elektrolit dan non elektrolit sebagai perbandingannya.

Sebuah larutan gula C6H12O6 dengan konsentrasi sebesar 0.1 molal, jika pelarutnya air dengan harga kb = 0.52 °C/molal. Tentukan titik didih larutan tersebut.

Larutan gula tidak mengalami ionisasi sehingga,

C6H12O6 → C6H12O60.1 molal → 0.1 mola

ΔTb = kb . mΔTb = 0.52 . 0.1ΔTb = 0.052oC

Diketahui titik didih air adalah 100°C, maka titik didih larutan adalah

ΔTb = Tb – Tb0Tb = 100 + 0.052Tb = 100.052

Sekarang coba kita bandingkan dengan zat yang dapat terionisasi : Sebuah larutan 0.1 molal H2SO4, zat tersebut merupakan asam kuat dengan derajat ionisasi D = 1. jika pelarutnya air, dan harga kb air= 0.52 °C/molal.

Tentukan titik didih larutan tersebut. Penyelesaian soal ini ditampilkan pada Bagan 11.5. di sebelah

2. Penurunan Tekanan Uap Larutan (ΔP)

Pernahkah kamu melihat peristiwa penguapan? Pada peristiwa penguapan terjadi perubahan dari zat cair menjadi gas. Jika zat cair dimasukkan ke dalam suatu ruangan tertutup maka zat tersebut akan menguap hingga ruangan tersebut jenuh. Pada keadaan ini proses penguapan tetap berlangsung dan pada saat yang sama juga terjadi proses pengembunan. Laju penguapan sama dengan laju pengembunan. Keadaan ini dikatakan terjadi kesetimbangan dinamis antara zat cair dan uap jenuhnya. Artinya bahwa tidak akan terjadi perubahan lebih lanjut tetapi reaksi atau proses yang terjadi masih terus berlangsung. Tekanan yang disebabkan oleh uap jenuh dinamakan tekanan uap jenuh.

Besarnya tekanan uap jenuh dipengaruhi oleh jumlah zat dan suhu. Makin besar tekanan uap suatu cairan, makin mudah molekul-molekul cairan itu berubah menjadi uap. Tekanan uap suatu larutan dapat diukur dengan alat manometer merkurium. Perhatikan Gambar disamping.

Gambar Manometer merkurium

Pada alat tersebut setelah larutan dimasukkan dalam labu, semua udara dalam pipa penghubung dikeluarkan melalui pompa vakum. Jika keran ditutup, maka uap yang ada dalam pipa penghubung hanyalah uap dari pelarut larutan tadi sehingga uap itu disebut tekanan uap larutan tersebut. Semakin tinggi suhu cairan semakin banyak uap yang berada di atas permukaan cairan dan tekanan uap yang terbaca semakin tinggi.

Untuk mengetahui penurunan tekanan uap maka pada tahun 1880-an kimiawan Perancis F.M. Raoult mendapati bahwa melarutkan suatu zat terlarut mempunyai efek penurunan tekanan uap dari pelarut. Apabila pada pelarut murni kita tambahkan sejumlah zat terlarut yang tidak mudah menguap, apa yang akan terjadi?

Untuk mengetahui penurunan tekanan uap maka pada tahun 1880-an kimiawan Perancis F.M. Raoult mendapati bahwa melarutkan suatu zat terlarut mempunyai efek penurunan tekanan uap dari pelarut. Apabila pada pelarut murni kita tambahkan sejumlah zat terlarut yang tidak mudah menguap, apa yang akan terjadi?

Gambar Partikel-partikel Pelarut Murni

dan Larutan

Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa jumlah partikel pelarut pada pelarut murni (Gambar A) di permukaan lebih banyak dibandingkan pada larutan (Gambar B). Partikel-partikel pada larutan lebih tidak teratur dibandingkan partikel-partikelpada pelarut murni. Hal ini menyebabkan tekanan uap larutan lebih kecil daripada pelarut murni. Inilah yang dinamakan penurunan tekanan uap jenuh. Selisih antara tekanan uap murni dengan tekanan uap larutan jenuh dapat dituliskan secaramatematis seperti berikut.ΔP = P0 – P

Keterangan:ΔP = penurunan tekanan uapP0 = tekanan uap pelarut murniP = tekanan uap jenuh larutan

Bagaimana hubungan penurunan tekanan uap dengan jumlah partikel? Menurut Raoult, besarnya tekanan uap pelarut di atas suatu larutan (P) sama dengan hasil kali tekanan uap pelarut murni (P0) dengan fraksi mol zat pelarut dalam larutan (xB).

P = xB . P0

Persamaan di atas dikenal dengan hukum Raoult. Hukum Raoult hanya berlaku pada larutan ideal dan larutan tersebut merupakan larutan encer tetapi pada larutan encer yang tidak mempunyai interaksi kimia di antara komponen-komponennya, hukum Raoult berlaku pada pelarut saja. Adapun banyaknya penurunan tekanan uap ( ΔP ) sama dengan hasil kali fraksi mol terlarut (xA) dan tekanan uap pelarut murni (P0). Pernyataan ini secara matematis dapat dituliskan seperti berikut.

ΔP = xA  . Po

Keterangan:xA = fraksi mol zat terlarutxB = fraksi mol zat pelarut

ContohFraksi mol urea dalam air adalah 0,5. Tekanan uap air pada 20°C adalah 17,5 mmHg. Berapakah tekanan uap jenuh larutan tersebut pada suhu tersebut?Penyelesaian:Diketahui : xA = 0,5P0 = 17,5 mmHgDitanya : P …?Jawab : ΔP = xA ⋅ P0= 0,5 ⋅ 17,5 mmHg= 8,75 mmHgP = P0 – ΔP= 17,5 mmHg – 8,75 mmHg= 8,75 mmHg