Sifat Koligatif

 
Pengantar

1. Es Tung-tung
    Pernahkah kalian melihat penjual es tung-tung di jalanan? Apa yang menyebabkan es tersebut tidak mencair dalam waktu yang lama?

Penjual es menambahkan garam pada es batu yang diletakkan pada bagian luar tabung. Penambahan garam tersebut akan menurunkan titik beku es sehingga es tidak mudah mencair.

2. Air radiator
    Air radiator tentunya bukan barang yang asing bagi kalian. Sekarang ini banyak sepeda motor yang menggunakan radiator sebagai pendingin mesin. Air radiator yang baik bukanlah air murni, melainkan air yang mengandung senyawa glikol. Apa manfaat glikol pada air radiator?



Penambahan glikol pada air radiator berguna untuk menaikkan titik didih air, sehingga air radiator tidak mudah menguap pada saat suhu mesin tinggi. Disamping itu, juga berfungsi menurunkan titik beku air, sehingga air radiator tidak mudah membeku disaat musim dingin, khususnya di daerah dengan 4 musim. 3. Menghitung Konsentrasi Larutan     Sebelum mempelajari materi sifat koligatif larutan, hendaknya siswa menguasai konsep dasar perhitungan konsentrasi larutan. Adapun konsentrasi larutan yang wajib dikuasai oleh siswa untuk materi ini adalah: molaritas, molalitas, dan fraksi mol.

• Molaritas

Molaritas, yaitu jumlah zat terlarutnya dinyatakan dalam mol dan volume larutannya dinyatakan dalam mL.

Contoh:
Jika 6 gram urea Mr = 60) dilarutkan dalam air sampai volume 500 mL. Hitunglah molaritas larutan tersebut
Solusi:

b. Molalitas
Molalitas, yaitu jumlah zat terlarutnya dinyatakan dalam mol dan kuantitas pelarutnya dinyatakan dalam gram.

Contoh:
Jika 45 gram glukosa (Mr = 180) dilarutkan dalam air sebanyak 2 kg. Hitunglah molaritas larutan tersebut Solusi:

c. Fraksi mol
Fraksi mol menyartakan banyaknya mol suatu komponen dibagi dengan banyaknya mol total semua komponen dalam larutan. Misal dalam larutan terdapat m mol zat terlarut A atau n mol zat pelarut B. Maka untuk menentukan besar masing-masing fraksi molnya dapat dirumuskan dengan :

Contoh :
1. Tentukan fraksi mol glukosa 80 % massa di dalam air.
2. Fraksi mol NaOH (Mr = 40) suatu larutan NaOH dalam air (Mr H2O = 18) adalah 0,05. Tentukan molalitas NaOH.
Solusi :
1. Fraksi mol glukosa adalah

2. Molalitas NaOH

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

Sifat Koligatif, yaitu sifat-sifat fisis yang hanya tergantung pada jumlah partikel zat terlarut, tidak tergantung pada jenis zat terlarut. Kegunaan praktis sifat-sifat koligatif banyak dan beragam. Penelitian sifat-sifat koligatif memainkan peranan penting dalam metode penetapan massa molekul dan pengembangan teori larutan. Yang termasuk sifat koligatif adalah :

PENURUNAN TEKANAN UAP

Harga tekanan uap akan membesar apabila suhu dinaikkan. Tekanan uap suatu cairan tergantung pada banyaknya molekul dipermukaan yang memiliki cukup energi kinetik untuk lepas dari ikatan molekul sekelilingnya. Jika suatu cairan dilarutkan suatu zat terlarut maka permukaan cairan tidak hanya ditempati molekul zat pelarut tetapi juga molekul zat terlarut.
Karena molekul zat pelarut di permukaan makin sedikit maka laju penguapan makin berkurang. Akibatnya tekanan uap cairan turun. Makin banyak zat terlarut, makin besar pula penurunan tekanan uapnya.

Perhatikan pengaruh penambahan konsentrasi terhadap tekanan uap pada animasi berikut ini.


Download media pembelajaran flash "Tekanan Uap", di sini

Rumus

Contoh Soal :
Berapakah tekanan uap parsial dan tekanan uap total pada suhu 25^oC diatas larutan dengan jumlah molekul benzena (C6H6) yang sama dengan jumlah molekul toluene (C7H8)? Tekanan uap benzena dan Toluena pada suhu 25^oC berturut-turut adalah 95,1 dan 28,4 mmHg.

Solusi :
Jika larutan terdiri atas dua komponen dengan jumlah yang sama, maka fraksi mol masing-masing zat adalah 0,5 (jumlah fraksi mol zat larutan dan zat pelarut adalah 1)
Tekanan Parsial :
P. Benzena      = X benzena x P^o Benzena
                        = 0,5 x 95,1 mmHg
                        = 47,6 mmHg
P. Toluena       = X toluena x P^o toluena
                        = 0,5 x 28,4 mmHg
                        = 14,2 mmHg
P. Uap total    = P, Benzena + P. toluena.
                        = 47,6 mmHg + 14,2 mmHg
                        = 61,8 mmHg

Evaluasi Diri :

1. 6 gram zat X dilarutkan dalam 200 gram CCl4 ( ArC =12, Cl = 35,5 ) terjadi penurunan tekanan uap pelarut sebesar 2 % . Tentukan massa molekul zat X
2. Sebanyak 60 gram Urea [CO(NH2)2] dilarutkan dalam 72 gram air, jika tekanan uap pelarut murni pada suhu 20^oC adalah 22,5 mmHg. Tentkan tekanan uap larutan pada suhu tersebut.
3. Tentukan tekanan uap larutan larutan sukrosa yang konsentasinya 2 molal pada suhu 30^oC dan tekanan uap murni air pada suhu tersebut adalah 31,82 mmHg.
4. Tekanan uap jenuh air pada suhu 30^oC adalah 40 mmHg. Pada suhu yang sama larutan X gram zat A (Mr = 180) dalam 90 gram air mempunyai tekanan uap 29,41mmHg. Tentukan massa zat X 

KENAIKKAN TITIK DIDIH LARUTAN (ΔTb ) dan PENURUNAN TITIK BEKU (ΔTf )

Selama ini kita selalu menganggap bahwa pelarut dan zat terlarutnya adalah volatile (mudah menguap / atsiri). Tetapi kenyatannya ada zat terlarut yang tidak volatile. Dalam hal ini zat terlarut yang tak volatile juga menurunkan tekanan uap pelarut. Semakin tinggi konsentrasinya semakin besar penurunannya tekanan uapnya, akibatnya membawa konsekuensi bagi titik didih dan titik beku cairan tersebut.


Download media pembelajaran flash "Titik didih dan Titik beku larutan", di sini

Besarnya penurunan titik beku (ΔTf) dan peningkatan titik didih (ΔTb) hanya ditentukan oleh jumlah partikel zat terlarut. Makin banyak partikel zat terlarut, makin besar pula harga ΔTf (Tf = freezing point depression) dan ΔTb (Tb = boiling point elevation)

Roult merumuskan hukumnya sebagai berikut :
ΔTf    = Kf . m
atau
ΔTb   = Kb . m 

Tf   =  Tf^o  -  ΔTf
Tb   =  Tb^o  +  ΔTb

Keterangan :
ΔTf   = penurunan titik beku
ΔTb  = peningkatan / kenaikkan titik didih
Kf     = tetapan titik didih molal
Kb     = tetapan titik beku molal
m      = konsentrasi larutan dalam molal
Tf      = Titik beku larutan
Tb     = Titik didih larutan
Tf^o   = Titik beku pelarut murni
Tb^o   = Titik didih pelarut murni

Tetapan kenaikan titik didih molal adalah nilai kenaikan titik didih jika konsentrasi larutan sebesar satu molal (konsentrasi partikel dalam larutan), sedangkan untuk tetapan penurunan titik beku adalah nilai penurunan jika konsentrasi larutan sebesar satu molal (konsentrasi partikel dalam larutan). Secara historis, pengukuran titik beku dapat digunakan untuk menentukan rumus molekul.

Contoh :

1. Berapakah molalitas zat terlarut dalam larutan dengan titik beku – 0,45^oC ? 
2. 2,12 gram senyawa dilarutkan dalam 48,92 gram air. Tentukan massa rumus zat tersebut.
3. Bagaimana rumus molekul senyawa , jika analisisnya memberikan 40,0 % karbon massa, 53, 3 % oksigen massa, dan 6,7 % Hidrogen massa

Solusi:
1. Molalitas zat terlarut

2. Massa molekul relatif (Mr)

3. Rumus Empiris

Evaluasi Diri: 

1. Penambahan 5,4 gram suatu zat non elektrolit ke dalam 300 gram air ternyata menurunkan titik beku sebesar 0,24^oC. Jika Kf air = 1,86^oC. Tentukan massa molekul zat tersebut.
2. Larutan yang mengandung 20 gram zat non elektrolit dalam 1 liter air (∫ air = 1 gram / cm3 ) mendidih pada suhu 100,052^oC. Jika Kb air = 0,52^oC. Tentukan massa molekul zat non elektrolit tersebut.
3. 15 gram urea ( Mr = 60 ) dilarutkan dalam 250 gram air, Kf air = 1,86^oC . Tentukan titik beku larutan tersebut.
4. Suatu larutan urea [CO(NH2)2] dalam air mempunyai penurunan titik beku 0,372^oC. Bila Kf air = 1,86^oC dan Kb air= 0,52^oC. Tentukan kenaikan titik didih larutan urea.
5. Suatu senyawa terdiri dari 42,4 % karbon, 2,4 % hidrogen, 16,6 % nitrogen, dan 37,8 % oksigen. Penambahan 6,45 gram senyawa tersebut ke dalam 50 mL Benzena (∫= 0,879 g/cm3 ) menurunkan titik beku dari 5,51^oC menjadi 1,35^oC. Tentukan massa molekul dari senyawa tersebut. 

TEKANAN OSMOTIK

Tekanan Osmotik adalah tekanan yang diperlukan untuk menghentikan aliran air dari air menuju larutan yang lebih pekat melalui membrane semipermiabel.
Makin pekat konsentrasi larutan, semakin tinggi kenaikan permukaannya. Aliran dari air ke dalam larutan gula dapat dikurangi dengan memberikan tekanan kepada larutan. Tekanan ini menyebabkan aliran air berubah ke arah yang berlawanan.
Contoh :
Osmosis yang paling penting terdapat dalam jasad hidup adalah pada sel-sel darah merah. Jika sel darah merah diletakan dalam air murni, akan mengembang dan akhirnya pecah karena air memasuki sel-sel secara osmosis. Tekanan osmotik yang diakibatkan oleh cairan di dalam sel setara dengan larutan 0,9 % natrium klorida. Dengan demikian jika sel-sel dimasukan dalam larutan natrium klorida 0,9 % tidak akan aliran bersih dari melalui dinding sel dan sel tetap stabil. Larutan yang demikian disebut larutan ISOTONIK. Jika konsentrasi larutan garam lebih tinggi dari 0,9 %, air mengalir keluar dari sel dan sel mengerut. Larutan dinamakan HIPERTONIK. Jika konsentrasi garam kurang dari 0,9 % air mengalir masuk ke dalam sel dan larutan dinamakan HIPOTONIK.
Tekanan osmotik termasuk sifat koligatif, karena besarnya hanya tergantung pada jumlah partikel zat terlarut persatuan volume. Menurut Van,t Hoff untuk larutan encer dapat dirumuskan :

π = M R T

Keterangan :
π     = tekanan osmotic larutan
R     = tetapan gas ( 0,0821 L . atm / mol.K )
T      = suhu Kelvin
M    = molaritas

Contoh :

1. Tentukan tekanan osmotik larutan 0,001 M sukrosa (C12H22O11) pada suhu 25^oC.
2. Suatu larutan dibuat dengan melarutkan 1,08 gram protein, yaitu serum albumin yang diperoleh dari plasma darah, dalam 50 mL air. Larutan menunjukan tekanan osmotik sebesar 5,85 mmHg pada suhu 298 K. Tentukan massa molekul albumin. 

Solusi :
1.    π    = M R T
              = 0.01 mol / L x 0,0821 L atm mol-1 K-1 x 298 K
              = 0,024 atm
              = 18 mmHg
 2.

Evaluasi Diri :

1. Tentukan tekanan Osmotik larutan yang mengandung 34,2 gram Sukrosa (Mr = 342) dalam 500 mL larutan pada suhu 30^oC
2. Sebanyak 16 gram suatu zat non elektrolit dilarutkan dalam air hingga volume larutan menjadi 400 mL, dan tekanan osmotik larutan 2,86 atm. Tentukan massa molekul zat tersebut.
3. Sebanyak 250 mL larutan yang mengandung 17,1 gram zat non elektrolit pada suhu 27^oC,mempunyai tekanan osmotik sebesar 2,46 atm . Tentukan massa molekul zat tersebut.
4. Tentukan tekanan osmotik larutan yang mengandung 9 gram gula (Mr = 180) dalam 250 mL larutan pada suhu 25^oC.
5. Pada suhu 25^oC tekanan osmosis rata-rata dari darah adalah 7,7 atm. Tentukan konsentrasi molar dari glukosa (C6H12O6) yang isotonic dengan darah. 

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN ELEKTROLIT

Semua larutan elektrolit kuat atau lemah, menunjukkan penurunan titik beku, kenaikan titik didih serta penurunan tekanan uap yang lebih besar dibandingkan dengan larutan non elektrolit, yang molalitasnya sama. Perbandingan antara harga sifat koligatif yang terukur dari suatu larutan elektrolit dengan harga sifat koligatif larutan non elektrolit dengan konsentrasi yang sama disebut faktor Van,t Hoff ( i )

i = 1 + ( n – 1 ) α

keterangan:
n = jumlah koefisien kation dan anion
α = derajat ionisasi

Rumus Sifat Koligatit Larutan Elektrolit sebagai berikut :

1. Penurunan Tekanan Uap (ΔP) 
     ΔP  =  XA . P^o . i

2. Penurunan Titik Beku (ΔTf)
     ΔTf  =  m . Kf . i

3. Kenaikan Titik Didih (ΔTb)
     ΔTb  =  m . Kb . i

4. Tekanan Osmotik (π)
      π = M . R . T . i

Contoh Soal:

7,45 gram Kalium Klorida (Mr. KCl = 74,5) dilarutkan dalam 500 gram air. Tentukan :
a. Titik didih
b. Titik beku
c. Tekanan Osmotik pada suhu 27oC,
    jika derajat ionisasi KCl = 0,6, Kb air = 0,52^oC m^-1, Kf air = 1,86oC m^-1. R = 0,082 L. atm.mol^-1K^-1

Solusi:

mol KCl                = 7,45/74,5
                               = 0,1 mol
molalitas larutan   = 0,1 mol/0,5 Kg
                                = 0,2 molal

Molaritas larutan sama dengan molitas larutan, karena merupakan larutan encer.
KCl terionisasi menjadi : KCl → K⁺  +  Cl^- , jadi jumlah ion =2, maka n =2
i    = 1 + (n – 1 ) α
     = 1 + ( 2-1 ) 0,6
     = 1,2

a. Titik Didih
     ΔTb   = m x Kb x і
               = 0,2 x 0,52 x 1,2
               = 0,1248
    Jadi titik didih larutan adalah = 100 + 0,1248^oC = 100,1248^oC

b. Titik Beku larutan
     ΔTf   = m x Kf x і
               = 0,2 x 1,86 x 1,2
               = 0,4464
    Jadi titik beku larutannya adalah = 0 – 0,4464^oC = - 0, 4464^oC

c. Tekanan Osmotik
     π      = M R T і
             = 0,2 x 0,082 x 300 x 1,2
             = 5,904 atm
             = 5,9 atm

Evaluasi Diri:

1. 3,24 gram zat yang tidak menguap dilarutan dalam 200 gram air yang mendidih pada suhu 100,130^oC pada tekanan 1 atm . Tentukan massa molekul zat terlarut, jika Kb =0,51
2. Supaya air sebanyak 2 ton tidak membeku pada suhu – 5^oC. Tentukan garam dapur yang harus ditambahkan kedalam larutan.Jika Kf air = 1,86^oC dan Mr NaCl = 58,5
3. Tekanan osmotik larutan 0,1 M satu elektrolit biner pada suhu 25^oC dengan derajat ionisasi 70 %
4. Laruan 0,1 molal K2SO4 mengalami penurunan titik beku sebesar 0,458^oC, jika Kb air = 1,86^oC. Tentukan bilangan mol ( i ) dari larutan K2SO4