Sifat koligatif merupakan sifat fisik pelarut yang dipengaruhi oleh zat terlarut. Beberapa sifat koligatif larutan yang akan dibahas adalah perubahan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmosis.
Perubahan Tekanan Uap
Tekanan uap merupakan tekanan yang dimiliki oleh uap zat cair yang berada dalam kesetimbangan dengan zat cair. Misalkan kita memiliki gelas yang berisi air dan tertutup. Ketika ditutup, maka sebagian air pada fasa liquid akan menguap menjadi uap air hingga tekanan uap tersebut mencapai nilai tertentu. Nilai inilah yang disebut sebagai tekanan uap (P).
Perubahan tekanan uap dapat terjadi jika suatu zat dicampur dengan zat lain. Hal ini disebabkan antara kedua zat akan berinteraksi sehingga menghasilkan gaya tarik yang berbeda dari keadaan murninya. Misalkan zat A dicampur dengan zat B, maka akan terdapat beberapa kemungkinan dalam perubahan tekanan uap nya.
Kasus I: Zat A & B Adalah Zat Volatile
Zat volatile merupakan zat yang mudah menguap. Ciri khas dari zat volatile adalah ketika dibiarkan di tempat terbuka maka zat tersebut akan berkurang jumlahnya. Contoh: air, bensin, alkohol.
Pada keadaan murni, zat A akan memiliki tekanan uap (PA) dan zat B akan memiliki tekanan uap (PB) sementara ketika zat A dan B dicampur, tekanan uap A akan bernilai PA (tidak sama dengan PA) dan tekanan uap B akan bernilai PB (tidak sama dengan PB). Nilai PA dan PB dapat memiliki hubungan:
\(P_A = \chi_A \cdot P^0_A \)
dengan:
\(\chi_A = \frac{n_A}{n_{total}}\)
Tekanan total (Pmix) campuran merupakan penjumlahan PA dan PB
\(P_{mix} = P_A + P_B \)
\(P_{mix} = \chi_A \cdot P^0_A + \chi_B \cdot P^0_B\)
dimana:
\(\chi_A + \chi_B = 1\)
- nA = mol zat A
- \(\chi_A \) = fraksi mol A
Kasus II: Zat A Volatile dan B Non-Volatile Non-Ionik
Pada kasus 2, tekanan total dirumuskan sama dengan kasus I,
\(P_{total} = \chi_A \cdot P^0_A + \chi_B \cdot P^0_B \)
namun, pada kasus ini karena B merupakan zat non-volatile, maka nilai PB ≈ 0, maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi
\(P_{total} = \chi_A \cdot P^0_A \)
Jika A kita sebut sebagai pelarut dan B sebagai zat terlarut, kita dapat menulis:
karena χt + χp = 1, maka χt < 1
Kasus III: A Zat Volatile dan B Non-Volatile Ionik
Pada kasus 3, tekanan total dirumuskan sama dengan kasus I:
\(P_{total} = \chi_A \cdot P^0_A + \chi_B \cdot P^0_B \)
Namun, pada kasus ini karena B merupakan zat non-volatile, maka nilai PB ≈ 0, maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi seperti dibawah ini:
\(P_{total} = \chi_A \cdot P^0_A \)
Selain itu, karena B merupakan senyawa ionik, maka B dapat terurai menjadi ion-ionnya sehingga:
i merupakan faktor Van’t Hoff yang dapat dirumuskan sebagaimana berikut:
- n = jumlah ion yang terurai
- α = derajat dissosiasi
Contoh Soal Tekanan Uap
- Soal: Hitung tekanan uap suatu larutan yang terdiri dari 3 mol zat terlarut non-volatil dan 15 mol air pada suhu 25 ℃, mengingat tekanan uap air murni pada suhu 25 ℃ adalah 23,8 torr.
- Jawaban dan pembahasan:
Langkah pertama, hitung fraksi mol zat pelarut:
\(x_{\rm A} = \frac{moles\ solvent}{total\ moles} \)
\(x_{\rm A} = \frac{15}{18} = 0.83\)
Langkah kedua, gunakan rumus tekanan uap non-volatil:
\(p = p^{\star}_{\rm A} x_{\rm A} \)
\(p = 23.8\ torr \times 0.83\)
\(p = 19.8\ torr\)
Kenaikan Titik Didih
Suatu zat dapat mendidih jika tekanan uap zat tersebut sudah sama dengan tekanan luar. Tekanan uap suatu zat merupakan fungsi suhu, ketika suhu naik maka tekanan uap zat tersebut juga naik. Sebagai contoh titik didih normal air adalah 100oC hal ini menyatakan bahwa tekanan uap air bernilai sama dengan tekanan luar yakni 1 atm.
Dari proses penurunan tekanan uap, kita mengetahui bahwa ketika suatu zat dicampur maka tekanan uap nya akan turun. Hal ini menjadikan diperlukan suhu yang lebih besar untuk mencapai tekanan luar. Hal inilah yang menjadikan titik didih suatu campuran akan meningkat dari pada zat murninya. Kenaikan titik didih ini dapat dirumuskan:
\(\Delta T_b = b \cdot K_b\)
- b = molalitas zat terlarut
- Kb = konstanta kenaikan titik didih
Dimana b merupakan molalitas dari zat terlarut. Molalitas sendiri dapat dirumuskan:
\(b = \frac{n_{t}}{m_{p}\text{ ( kg )}}\)
Jika zat terlarut ionik, maka persamaannya menjadi:
\(\Delta T_b = b \cdot K_b \cdot i\)
- nt = mol zat terlarut
- mp = massa pelarut dalam satuan kg
- \(i\) = jumlah ion terlarut
Contoh Soal Kenaikan Titik Didih
- Soal: Hitung titik didih larutan berair dimana cukup NaCl ditambahkan untuk membuat larutan 0,37 molal. Kb untuk air adalah 0,512 [lateks] \ frac {^ oC} {m} [/ lateks].
- Jawaban dan Pembahasan:
\(\Delta T_b = i \times K_b \times b\)
\(\Delta T_b = 2 \times 0.512 \frac{^oC}{m} \times 0.37\ m\)
\(\Delta T_b = 0.38^oC\)
Dikarenakan titik didih air pada kondisi normal adalah 100 ℃, maka titik didih akhirnya akan menjadi:
100 + 0.38 = 100.38 ℃
Penurunan Titik Beku
Selain mengalami kenaikan titik didih, campuran suatu zat juga akan mengalami penurunan titik beku. Perumusan penurunan titik beku tertulis seperti dibawah ini:
\(\Delta T_f = b \cdot K_f\)
- b = molalitas zat terlarut
- Kf = konstanta penurunan titik beku
Dimana b merupakan molalitas dari zat terlarut. Molalitas sendiri dapat dirumuskan
\(b = \frac{n_{t}}{m_{p}\text{ ( kg )}}\)
Jika zat terlarut ionik, maka
\(\Delta T_f = b \cdot K_f \cdot i\)
- nt = mol zat terlarut
- mp = massa pelarut dalam satuan kg
- \(i\) = jumlah ion terlarut
Contoh Soal Penurunan Titik beku
- Soal: Berapakah titik beku larutan air ketika sejumlah NaCl ditambahkan untuk membuat larutan 0,25m? Nilai Kf untuk air adalah 1.858 ℃ / m.
- Jawaban dan pembahasan:
NaCl dapat terpecah menjadi dua ion yaitu Na+ dan Cl– oleh karenanya, nilai i adalah 2.
\(\Delta T_f = i\times K_f \times molality\)
\(\Delta T_f = 2\times 1.86 \frac{^oC}{m} \times 0.25\ m\)
\(\Delta T_f = 0.93^oC\)
Dari sini didapatkan bahwa perubahan titik beku akan turun sebesar 0.93 ℃. Maka titik beku akhirnya akan menjadi:
0 – 0.93 = -0.93 oC
Tekanan Osmosis
Proses osmosis merupakan proses mengalirnya zat cair dari larutan yang encer menuju ke larutan yang pekat dengan melewati membran semipermeabel. Tekanan yang diperlukan untuk menghentikan proses osmosis.
Tekanan osmosis dirumuskan
\(\Pi = M \cdot R \cdot T \cdot i\)
- M = Molaritas larutan (M)
- R = konstanta gas (0,08206 l atm / mol K)
- T = suhu (dalam satuan Kelvin)
- \(i\) = jumlah ion jika zat terionisasi
Jika pada larutan yang pekat diberi tekanan sebesar Π, maka proses osmosis tidak akan terjadi dan jika tekanan lebih besar dari Π maka akan terjadi peristiwa osmosis balik yang artinya zat cair akan berpindah dari larutan pekat ke larutan encer.
Contoh Soal Tekanan Osmotik
- Soal: Berapa tekanan osmotik larutan 1,35 M NaCl pada temperatur 25 oC?
- Jawaban dan pembahasan:
Pertama-tama kumpulkan semua informasi yang kita peroleh.
i = 2 (NaCl terbagi menjadi dua ion)
M = 1.35 \(\frac{moles}{L}\)
R = 0.0821 \(\frac{L\times atm}{K \times mol} \)\(\frac{L\times atm}{K \times mol} \)
T = 25 oC + 273 = 298 K
Dari informasi di atas, dapat dicari tekanan osmotik Π menggunakan rumus berikut:
\(\Pi = M \cdot R \cdot T \cdot i\)
\(\Pi = 2 \times 1.35 \times 0.0821 \times 298\)
\(\Pi = 66.1\ atm\)
Maka tekanan osmotik dari larutan NaCL 1,35 M diketahui sebesar \(\Pi = 66.1\ atm\).
Sekian pembahasan kami mengenai sifat koligatif larutan lengkap dengan soal dan pembahasannya. Semoga bermanfaat dan jangan lupa untuk tetap mengunjungi Statmat.net sebagai referensi belajar kamu!
Referensi contoh soal: lumenlearning.com
