SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

 A.    Satuan Konsentrasi Larutan

Marilah kita pelajari kembali mengenai konsentrasi larutan sebelum kita mempelajari sifat koligatif larutan. Satuan konsentrasi ada beberapa macam, antara lain adalah molalitas (m), molaritas (M), dan fraksi mol (x).

1.  Molalitas (m)

Apakah yang kamu ketahui tentang molalitas? Molalitas merupakan satuan konsentrasi   yang penting untuk menentukan sifat-sifat yang tergabung dari jumlah partikel dalam larutan.

Molalitas didefinisikan sebagai banyak mol zat terlarut yang dilarutkan dalam satu kilogram (1.000 gram) pelarut. Misalkan jika 2 mol garam dapur (NaCl) dilarutkan dalam 1.000 gram air maka molalitas garam dapur tersebut adalah 2 molal.

Secara matematis pernyataan tersebut dinyatakan seperti berikut.

.......... 1.1

Keterangan:

m   =  molalitas larutan

n   =  jumlah mol zat terlarut

p    =  massa pelarut (gram)

Jumlah mol zat terlarut (n) dapat kita tentukan dari massa zat terlarut (m) dibagi dengan massa molekul relatif zat terlarut (Mr). Jadi persamaan (1.1) dapat juga kita tuliskan seperti berikut.

 

3.  Fraksi Mol (x)

Fraksi mol (x) menyatakan perbandingan mol salah satu komponen dengan jumlah mol semua komponen- komponen. Perhatikan contoh berikut. Misalkan 2 mol garam (NaCl) yang dinotasikan dengan A dilarutkan dalam 8 mol air yang dinotasikan dengan B, maka fraksi mol garam (xA) = 0,2 dan fraksi mol air (xB) = 0,8.

Perhatikan gambar di bawah!

Jadi, fraksi mol masing-masing komponen dalam suatu larutan dapat  ditentukan sebagai berikut.

B. Sifat Koligatif Larutan

Pada saat kamu memasak air, apa yang terjadi jika air tersebut mendidih kamu tambahkan gula? Air yang semula mendidih akan berhenti beberapa saat ketika kamu tambahkan gula, kemudian akan mendidih kembali. Hal ini menunjukkan bahwa telah terjadi kenaikan titik didih. Titik didih air murni lebih rendah daripada titik didih larutan gula. Kenaikan titik didih ini bergantung jumlah zat terlarut yang ditambahkan pada pelarut, dalam contoh ini bergantung jumlah gula yang ditambahkan pada air. Sifat inilah disebut sifat koligatif larutan.

Sifat koligatif larutan yang lain adalah penurunan tekanan uap, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik. Jadi sifat koligatif larutan tergantung pada konsentrasi zat terlarut dan tidak dipengaruhi oleh jenis zat terlarut. Agar lebih jelas, marilah kita pelajari uraian dari masing-masing sifat koligatif larutan.

1.        Penurunan Tekanan Uap Jenuh

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 2.1.

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? Coba perhatikan gambar berikut ini.

Dalam larutan, terjadi interaksi antara zat terlarut dengan pelarut sehingga zat terlarut tersebut akan menghalangi pelarut untuk menguap. 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 secara matematis seperti berikut.

 

Persamaan (2.2) 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.

2.        Kenaikan Titik Didih (ΔTb )

Mengapa air mendidih pada suhu 100 ^oC? Pada pembahasan terdahulu telah disebutkan bahwa air dapat menguap pada suhu berapa saja dan tekanan uapnya akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Tekanan uap menggambarkan kecenderungan cairan untuk menguap. Semakin besar tekanan uap, semakin mudah zat itu menguap. Sementara itu, tekanan udara luar memaksa uap tetap berada dalam cairan. Jika tekanan uap kurang dari tekanan udara luar (tekanan dipermukaan cairan), uap hanya terbentuk dari permukaan cairan. Namun ketika tekanan uap cairan sama dengan tekanan udara dipermukaan, penguapan dapat terjadi di seluruh bagian cairan. Uap yang terbentuk dapat naik dan pecah dipermukaan. Keadaan seperti itu disebut mendidih.

Jadi, titik didih adalah suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan  dipermukaan. Oleh karena itu, titik didih bergantung pada tekanan dipermukaan. Dipermukaan laut (tekanan = 760 mmHg), air mendidih pada 100^oC karena pada suhu 100^oC tekanan uap air sama dengan 760 mmHg. Di pencak Everest (ketinggian 8.882 m dari permukaan laut), air mendidih pada 71^oC. Biasanya, yang dimaksud dengan titik didih adalah titik didih normal, yaitu titik didih pada tekanan 760 mmHg. Titik didih normal air adalah 100^oC.

Telah dijelaskan sebelumnya bahwa tekanan uap larutan lebih rendah daripada tekanan uap pelarutnya. Hal ini disebabkan karena zat terlarut itu mengurangi bagian atau fraksi dari pelarut sehingga kecepatan penguapan berkurang.

Hubungan antara tekanan uap jenuh dan suhu air dalam larutan berair ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Garis mendidih air digambarkan oleh garis CD, sedangkan garis mendidih larutan digambarkan oleh garis BG. Titik didih larutan dinyatakan dengan T_b1, dan titik didih pelarut dinyatakan dengan T_b0. Larutan mendidih pada tekanan 1 atm. Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa titik didih larutan (titik G) lebih tinggi dari pada titik didih air (titik D).

Jika sama-sama mendidih, manakah yang lebih tinggi suhunya, air murni atau air laut? Melalui percobaan telah kita ketahui bahwa larutan dari zat-zat yang sukar menguap mempunyai titik didih lebih tinggi dari pada pelarutnya. Sebagai contoh larutan garam mendidih pada suhu di atas 100^oC.

Selisih antara titik didih larutan dengan titik didih pelarutnya disebut kenaikan titik didih (∆T_b = boilling point elevation).

Harga K_b bergantung pada jenis pelarut. Harga K_b beberapa pelarut diberikan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1 Tetapan kenaikan titik didih molal (K_b­) dari beberapa pelarut

3.  Penurunan Titik Beku (∆T_f)

Titik beku adalah suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap padatannya. Pada tekanan 1 atm, air membeku pada 0^oC karena pada suhu itu tekanan uap air sama dengan tekanan uap es.

Penurunan titik beku pada konsepnya sama dengan kenaikan titik didih. Larutan mempunyai titik beku yang lebih rendah dibandingkan dengan pelarut murni. Selisih antara titik beku larutan dengan titik beku pelarut disebut penurunan titik beku (∆T_f = freezing point deppression).

Harga K_f bergantung pada jenis pelarut. Harga K_f dari beberapa pelarut diberikan pada tabel 2.2.

Tabel 2.2 Tetapan penurunan titik beku molal (K_f­) dari beberapa pelarut

4. Tekanan Osmosis Larutan (∏)

Osmosis adalah peristiwa mengalirnya molekul-molekul pelarut ke dalam larutan secara spontan melalui selaput semipermeable, atau peristiwa mengalirnya molekul-molekul zat pelarut dari larutan yang lebih encer ke larutan yang lebih pekat. Proses osmosis terdapat kecenderungan untuk menyetimbangkan konsentrasi antara dua larutan yang saling berhubungan melalui membran.

Perhatikan peristiwa osmosis pada gambar 2.3. gabar tersebut menunjukkan osmometer yang diisi larutan gula, kemudian dimasukkan ke dalam gelas kimia yang berisi air, ternyata permukaan larutan gula pada osmoter naik. Akan tetapi jika di atas torak diberi beban tertentu (Gambar 2.4), maka aliran air ke dalam osmoter dapat dicegah. Gaya yang diperlukan untuk mengimbangi desakan zat pelarut yang mengalir melalui selaput semipermeable ke dalam larutan hingga osmosis tepat berhenti disebut tekanan osmosis larutan (∏). Osmosis balik akan terjadi jika tekanan balik diperbesar hingga melebihi tekanan osmosis.

Tekanan osmosis tergolong sifat koligatif larutan karena harganya bergantung pada konsentrasi dan bukan pada jenis partikel zat terlarut. Menurut van’t Hoff, tekanan osmosis larutan encer dapat dihitung dengan rumus yang serupa dengan persamaan gas ideal, yaitu: