1 SIFAT KOLIGATIF LARUTAN A. KONSENTRASI LARUTAN B. PENGERTIAN SIFAT KOLIGATIF LARUTAN C. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN NONELEKTROLIT D. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN ELEKTROLIT Di dalam kehidupan sehari-hari, banyak kita temukan penerapan atau aplikasi dari sifat koligatif larutan. Pernahkah Anda mengamati cairan infus yang ada di rumah sakit? Contoh lain adalah teknologi pengolahan air laut untuk menghasilkan air tawar. Di negara bermusim dingin, garam dapur banyak ditaburkan di jalan-jalan raya untuk mencegah terbentuknya es yang dapat menyebabkan tergelincirnya kendaraan saat melaju. Etilen glikol juga ditambahkan ke dalam air radiator mobil agar tidak membeku pada musim dingin dan tidak mendidih di musim panas. Semua gejala ini dapat dijelaskan dengan sifat koligatif larutan.
2 KIMIA XII SMA Dalam mempelajari sifat koligatif larutan Anda dapat menjelaskan sifatsifat koligatif larutan lebih jelasnya perhatikan peta konsep di bawah ini! SIFAT KOLIGATIF LARUTAN larutan non elektrolit meliputi terdiri larutan elektrolit meliputi penurunan titik beku kenaikan titik didih tekanan osmosis penurunan tekanan uap Berbanding lurus dengan kemolalan penurunan tekanan uap tekanan osmosis kenaikan titik didih penurunan titik beku berbanding lurus dengan kemolaran berbanding lurus dengan fraksimol Peta konsep sifat koligatif larutan A. KONSENTRASI LARUTAN Dalam perhitungan sifat-sifat koligatif larutan ada tiga satuan konsentrasi yang digunakan. 1. Molaritas. 2. Molalitas. 3. Fraksi mol. 1. Molaritas (M) Molaritas adalah satuan konsentrasi yang menyatakan banyaknya mol zat terlarut dalam satu liter larutan. M = mol L massa zat (gram) karena mol = massa molar (Mr) maka apabila disubstitusi gram/ Mr M = L karena 1 L = 1.000 ml
KIMIA XII SMA 3 sehingga persamaan tersebut dapat ditulis M = gram x 1.000 Mr ml 2. Molalitas (m) Molalitas adalah satuan konsentrasi yang menyatakan banyaknya mol zat terlarut dalam satu kilogram pelarut. m = mol kg massa zat (gram) karena mol = massa molar (Mr) maka apabila disubstitusi gram/ Mr m = kg karena 1 kg = 1.000 gram sehingga persamaan tersebut dapat ditulis a = massa (gram) zat terlarut b = massa (gram) zat pelarut m gram ( = a ) Mr x 1.000 gram (b) 3. Fraksi mol (X) Fraksi mol adalah satuan konsentrasi yang menyatakan banyaknya mol zat terlarut atau pelarut dalam jumlah mol larutan. mol Xterlarut = terlarut mol terlarut + mol pelarut mol Xpelarut = pelarut mol terlarut + mol pelarut X terlarut + X pelarut = 1 Contoh 1. Berapa gramkah urea CO(NH 2 ) 2 yang harus ditimbang untuk membuat 0,5 L larutan urea dalam air dengan konsentrasi 0,1 M? (Ar C = 12, O = 16, N = 14, dan H = 1) Jawab: M = gram x 1.000 Mr ml gram 01, = x 1000 60 500 gram = 01, x 30 = 3 gram
4 KIMIA XII SMA 2. Glukosa sebanyak 90 gram dilarutkan ke dalam 400 gram air, berapa molalitas larutan glukosa tersebut? (Mr C 6 H 12 O 6 = 180) Jawab: m= gram (a) 1.000 x Mr gram (b) 90 = x 1.000 10 = = 125, 180 400 8 3. NaOH (Mr = 40) sebanyak 100 gram dilarutkan dalam 90 gram air (Mr = 18). Hitunglah fraksi mol NaOH dalam larutan tersebut! Jawab: mol NaOH = 10 = 025, 40 mol air = 90 = 5 mol 18 mol m NaOH XNaOH = mol mol NaOH + mol air 025, = 025+ 5 = 025, 525 = 0, 0476,, Latihan 1 1. Hitunglah kemolaran (M) dari larutan berikut: a. 2 gram NaOH dalam 100 ml larutan b. 6 gram CO(NH 2 ) 2 dalam 0,2 liter larutan (Ar Na = 23, O = 16, H = 1, C = 12, dan N = 14) 2. Hitunglah kemolaran (m) dari larutan berikut: a. 17 gram NaNO 3 dalam 2 kg air b. 15,6 gram C 6 H 6 dalam 0,5 kg CCl 4 (Ar Na = 23, N = 14, O = 16, C = 12, H = 1, Cl = 35,5) 3. Hitunglah fraksi mol (X) dari larutan: a. 7 gram KOH (Mr = 56) dilarutkan dalam 18 gram air (Mr = 18) b. 7,8 gram benzena (Mr = 78) dalam 92,4 gram karbon tetraklorida (Mr = 154) 4. Sebuah larutan mengandung 0,10 M KCl dan 0,125 M MgCl 2. Berapakah molaritas K +, Mg 2+, dan Cl - dalam larutan tersebut? 5. Apabila di dalam madu mengandung 35% massa sukrosa (Mr sukrosa = 342 dan Mr air = 18) serta massa jenis madu = 1,25 gram/ml, hitunglah: a. molaritas madu c. fraksi mol madu b. molalitas madu
KIMIA XII SMA 5 B. PENGERTIAN SIFAT KOLIGATIF LARUTAN Larutan adalah campuran antara dua zat atau lebih yang bersifat homogen. Salah satu zat berfungsi sebagai pelarut (solvent) dan yang lain sebagai zat terlarut (solute). Adanya perbedaan jumlah partikel zat terlarut dalam suatu pelarut akan menyebabkan perbedaan sifat suatu larutan. Titik didih 1 mol gula sama dengan titik didih 1 mol urea. Di dalam pelarut air gula dan urea terpecah menjadi molekul-molekul yang jumlah partikelnya sama dalam wujud padat. Sedangkan titik didih 1 mol garam dapur lebih tinggi dibanding titik didih 1 mol gula. Jumlah partikel 1 mol gula berbeda dengan jumlah partikel garam dapur dalam pelarut air. Garam dapur dalam pelarut air akan terurai menjadi ion-ion (ion Na + dan ion Cli), sehingga jumlah partikel garam dapur lebih dari 1 mol. Titik didih adalah salah satu sifat koligatif larutan. Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang tergantung pada jumlah partikel zat terlarut di dalam larutan tetapi tidak tergantung pada jenis zat terlarutnya. Sifat koligatif larutan dibedakan menjadi dua yaitu: a. sifat koligatif larutan nonelektrolit b. sifat koligatif larutan elektrolit C. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN NONELEKTROLIT Sifat koligatif larutan nonelektrolit meliputi: penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmosis. Kita hanya mempelajari sifat-sifat koligatif larutan nonelektrolit yang encer dan zat terlarutnya nonvolatil (tidak mudah menguap). 1. Penurunan Tekanan Uap Dalam mempelajari fenomena penurunan tekanan uap, kita harus paham mengenai pengertian tekanan uap jenuh, tekanan uap pelarut murni, dan tekanan uap larutan. - Tekanan uap jenuh, adalah tekanan suatu gas yang berada di atas zat cairnya dalam wadah/tempat yang tertutup, di mana terjadi kesetimbangan dinamis antara gas/uap dan zat cair. - Tekanan uap pelarut murni, adalah tekanan gas yang berada di atas permukaan pelarut murni dalam tempat tertutup di mana terjadi kesetimbangan dinamis antara pelarut murni fase gas dan cairnya. - Tekanan uap larutan, adalah tekanan gas yang berada di atas permukaan larutan dalam tempat tertutup, di mana terjadi kesetimbangan dinamis antara fase gas dari pelarut dan larutan fase cair.
6 KIMIA XII SMA Perhatikan gambar berikut! gas pelarut gas pelarut gas partikel pelarut cair pelarut cair pelarut cair partikel terlarut (non volatil) (a) (b) (c) tekanan uap jenuh tekanan uap pelarut murni tekanan uap larutan Gambar 1.1 Jika pelarut murni dimasukkan ke dalam wadah yang tertutup maka akan terjadi perpindahan partikel fase cair ke fase gas dan sebaliknya dari fase gas ke fase cair. Setelah beberapa saat jumlah partikel pelarut murni yang berubah dari fase cair ke fase gas sama dengan jumlah partikel pelarut murni dari fase gas ke fase cair, sehingga terjadi kesetimbangan dinamis. Jumlah partikel pelarut murni pada fase gas akan memberikan tekanan yang disebut tekanan uap pelarut murni. Bagaimanakah partikel-partikel dapat berpindah dari fase cair ke fase gas atau sebaliknya? Mengapa suhu semakin tinggi tekanan uap semakin besar? Bagaimanakah tekanan uap larutan bila dibanding dengan tekanan uap pelarut murninya? Apabila ke dalam pelarut murni ditambahkan zat terlarut nonvolatil maka hanya partikel pelarut saja yang berubah menjadi fase gas dan membentuk tekanan uap larutan. Partikel zat terlarut tetap dalam larutan dan justru menghalanghalangi/menghambat penguapan partikel pelarutnya. Sehingga tekanan uap larutan lebih kecil dibandingkan tekanan uap pelarut murninya. Perhatikan gambar berikut! partikel pelarut partikel pelarut partikel terlarut cair (a) pelarut murni Gambar 1.2 (b) larutan Menurut penjelasan dan gambar di atas, kita dapat melihat adanya fenomena penurunan tekanan uap akibat penambahan zat terlarut ke dalam pelarut murni.
KIMIA XII SMA 7 Francois Raoult (1830-1901) menyatakan bahwa besarnya tekanan uap larutan bergantung pada jumlah partikel pelarut di dalam larutan, dan ini dikenal dengan Hukum Raoult. P = tekanan uap larutan X A = fraksi mol pelarut P 0 = tekanan uap pelarut murni mol A = mol pelarut mol B = mol terlarut = fraksi mol terlarut X B P= X A. P o mol A XA = mol A + mol B X A + X B = 1 Penurunan tekanan uap larutan ( P) adalah selisih antara tekanan uap pelarut murni (P o ) dan tekanan uap larutan (P) yang dirumuskan sebagai: P = P o P Sehingga, penurunan tekanan uap larutan dapat dijabarkan sebagai berikut. P = P o P, karena P = X A. P o maka P = P o (X A. P o ), karena X A = 1 X B maka P = P o ((1 X B )P o ) P = P o P o + P o X B P = P o X B Contoh Sebanyak 18 gram glukosa C 6 H 12 O 6 (Mr = 180) dilarutkan dalam 180 gram air (Mr = 18) pada suhu 29 o C, bila tekanan uap air pada suhu itu = 31,90 mmhg maka hitunglah: a. tekanan uap larutan b. penurunan tekanan uap larutan
8 KIMIA XII SMA Jawab: 18 jumlah mol C 6 H 12 O 6 = = 0,1 mol C 6 H 12 O 180 6 jumlah mol H 2 O = = 10 mol H 2 O mol H O 10 XH O= 2 = = 099, 2 mol H 2O + mol C6 H 12 O 6 10 + 0, 1 a. tekanan uap larutan P= X H2 O x Po = 0,99 x 31,90 mmhg = 31,581 mmhg b. penurunan tekanan uap larutan P = P o - P = (31,90-31,581) mmhg = 0,319 mmhg Penurunan tekanan uap larutan dapat pula digunakan untuk menghitung Mr zat yang belum diketahui. Perhatikan contoh berikut: 9,6 gram lilin dilarutkan dalam 40 gram CCl 4 pada suhu 25 o C sehingga tekanan uap larutan turun sebesar 0,014 atm jika diketahui tekanan uap CCl 4 murni pada suhu 25 o C = 0,131 atm dan Mr CCl 4 = 154. Hitunglah Mr lilin tersebut! Jawab: P = P o - P = (0,131-0,014) atm = 0,117 atm jumlah mol CCl 4 = fraksi mol pelarut = 180 18 40 = 026, mol CCl 4 154 mol CCl X CCl = 4 4 mol CCl 4 + mol lilin 026, 0, 893 = 026, + mol lilin mol lilin = 0,031 mol Mr lilin = gram 96, = = 309, 7 mol 0, 031 P P o = 0, 117 0 131 = 0, 893 (X CCl, 4)
KIMIA XII SMA 9 Latihan 2 Penurunan Tekanan Uap 1. Tekanan uap larutan 10 gram C 6 H 12 O 6 dalam 100 gram etanol (C 2 H 5 OH) adalah 55 mmhg. Berapakah tekanan uap pelarut murni etanol tersebut? (Mr C 6 H 12 O 6 = 180 dan Mr C 2 H 5 OH = 46) 2. 15 gram C 16 H 22 O 4 dilarutkan ke dalam 100 gram oktana C 8 H 18. a. Berapakah tekanan uap larutan pada suhu 20 o C, jika tekanan uap C 8 H 18 murni = 0,0138 atm? (Mr C 16 H 22 O 4 = 278 dan Mr C 8 H 18 = 114) b. Hitunglah penurunan tekanan uap larutan! 3. 10 gram zat nonvolatil dilarutkan dalam 100 gram aseton pada suhu 25 o C. Akibatnya terjadi penurunan tekanan uap dari 195 mmhg menjadi 192,5 mmhg. Berapakah Mr zat tersebut jika diketahui Mr aseton = 58? 2. Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku Suatu larutan yang mengalami penurunan tekanan uap maka akan mengalami kenaikan titik didih ( Tb) dan penurunan titik beku ( Tf). a. Kenaikan titik didih ( Tb) Perhatikan diagram fase berikut! 1 atm C D Tekanan A padat cair B gas 0 o C suhu 100 o C Gambar 1.3 Diagram P - T untuk air Diagram P - T (tekanan - suhu) ini menggambarkan hubungan antara tekanan dengan suhu suatu zat pada fase padat, cair, gas, dan kesetimbangan fase. Pernahkah Anda merebus air? Berapakah titik didihnya? Pada tekanan 1 atm, titik didih air adalah 100 o C. Perhatikan kurva B - D pada diagram P - T air!
10 KIMIA XII SMA Jika P < 1 atm maka titik didih < 100 o C Jika P > 1 atm maka titik didih > 100 o C Bagaimanakah titik didih suatu larutan bila dibandingkan dengan titik didih pelarut murninya? Lakukan kegiatan eksperimen berikut! Percobaan 1.1 : Menentukan Titik Didih Siapkan 2 gelas beker 400 ml. Isi gelas beker pertama dengan 200 ml air. Isilah gelas beker kedua dengan 200 ml larutan gula 0,1 M. Panaskan kedua gelas tersebut. Setelah mendidih, ukurlah suhu masing-masing dengan termometer termometer termometer air 4 3 2 1 0 larutan gula 4 3 2 1 0 Anda akan memperoleh data bahwa titik didih larutan gula lebih tinggi daripada titik didih air, mengapa? Adanya zat terlarut nonvolatil di dalam larutan mengakibatkan penurunan tekanan uap larutan. Pelarut murni akan mendidih jika tekanan uapnya sama dengan tekanan luar, demikian juga untuk larutan, agar mendidih tekanan uap larutan harus sama dengan tekanan luar yang berarti sama dengan tekanan uap pelarut murninya. Perbedaan tekanan uap larutan dan pelarut murni ditunjukkan oleh kurva larutan dan kurva pelarut murni pada diagram P - T dalam gambar. Karena tekanan uap larutan lebih kecil dari tekanan uap pelarut murni maka kurva larutan terletak di bawah kurva pelarut murninya.
KIMIA XII SMA 11 1 atm C C' pelarut murni cair Larutan Tekanan padat B 1 B gas T f T b A 1 A D D' suhu( o C) Gambar 1.4 Diagram PT air dan larutan Agar tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni (1 atm) maka suhu yang lebih tinggi dari titik didih pelarut murni dibutuhkan agar larutan mendidih. Inilah yang dinamakan kenaikan titik didih larutan relatif terhadap titik didih pelarut murni dan dapat dirumuskan: Tb = Tb larutan - Tb pelarut murni Kenaikan titik didih juga tergantung pada jumlah partikel dalam larutan. Persamaan berikut menggambarkan hubungan Tb dengan jumlah partikel dalam larutan (dinyatakan dalam molal). Kb = tetapan larutan Tb = Kb. m Nilai Kb bergantung pada jenis pelarut Nilai Kb dan Tb untuk beberapa pelarut dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1.1 Pelarut Tb ( o C) Kb ( o C kg/mol) air (H 2 O) 100 0,512 etanol (C 2 H 5 OH) 78,5 1,22 asam asetat (CH 3 COOH) 117,9 3,07 benzena (C 6 H 6 ) 80,1 2,53 Pengukuran Tb suatu larutan dapat digunakan untuk menentukan Mr zat terlarut. Tb = Kb. m karena m = a x 1.000 Mr b
12 KIMIA XII SMA maka Tb = a Kb x x 1.000 Mr b dari persamaan ini, Mr zat terlarut dapat ditentukan a = gram zat terlarut Kb Mr = x 1.000 x a b = gram pelarut Tb b Contoh 1. 8 gram C 12 H 22 O 11 dilarutkan dalam 60 gram air. (Mr C 12 H 22 O 11 = 342, Kb air = 0,512 o C kg/mol, dan Tb air = 100 o C) Hitunglah! a. Tb larutan b. Tb larutan Jawab: a. a Tb = Kb x x 1.000 Mr b 8 = 0, 512 x 342 x 1.000 60 = 0, 512 x 0,0234 x 16,67 = 0,19968 o 02, C b. Tb larutan = Tb air + Tb = 100 o C + 0,2 o C = 100,2 o C 2. Sebanyak 1,41 gram zat organik dilarutkan dalam 20 gram aseton sehingga terjadi kenaikan titik didih 0,5 o C. Berapa Mr zat organik tersebut? (Kb aseton = 1,67 o C kg/mol) Jawab: Kb Mr = x 1.000 x a Tb b 167, = x 1.000 x 141, 05, 20 = 334, x 50 x 1, 41 = 235, 5 Latihan 3 1. Diketahui 1000 gram larutan gula (C 12 H 22 O 11 ) dalam air dengan kadar 30% massa. (Mr gula = 342 dan Kb air = 0,512 o C kg/mol, Mr air = 18 dan Tb air = 100 o C). Pada suhu berapa larutan akan mendidih?
KIMIA XII SMA 13 2. Suatu zat X sebanyak 12,5 gram dilarutkan dalam 170 gram air sehingga titik didih larutan menjadi 100,63 o C. Hitunglah Mr zat X tersebut! (Kb air = 0,512 o C kg/mol) 3. Diketahui titik didih karbontetraklorida adalah 76,8 o C dan tetapan kenaikan titik didih molalnya = 5,02 o C kg/mol. Jika 0,25 molal naftalena dilarutkan dalam karbontetraklorida, berapakah titik didih larutan? 4. 1,065 gram suatu zat organik di larutkan dalam 30,14 gram dietil eter sehingga terjadi kenaikan titik didih 0,296 o C dan Kb eter = 2,11 kg/mol. Hitunglah Mr zat organik tersebut! b. Penurunan Titik Beku ( Tf) Pernahkah Anda melihat orang sedang membuat ice cream? Zat apakah yang ditambahkan ke dalam es batu? Titik beku adalah suhu di mana tekanan uap zat cair sama dengan tekanan uap zat padat. Bila air pada suhu kamar 25 o C dan tekanan 1 atmosfir didinginkan maka sewaktu air mulai membeku, akan berada dalam dua fase, yaitu cair dan padat. Pada tekanan 1 atm titik beku air adalah 0 o C. Bagaimanakah titik beku larutan bila dibandingkan dengan titik beku pelarutnya? Untuk lebih Gambar 1.5 jelasnya lakukan kegiatan sebagai berikut! Percobaan 1.2 : Mengamati Penurunan Titik Beku Larutan Ambillah 500 ml air yang dicampur es batu dan termometer masuk dalam gelas kimia. Ukur dan catatlah suhu air es tersebut. gelas kimia es batu urea 500ml air Tambahkan 50 gram urea ke dalamnya dan aduk, catat suhunya. Tambahkan 50 gram urea lagi, aduk kembali dan catat suhunya. Lakukan terus, sejauh mana suhu akan turun? Buatlah data pengamatan seperti di bawah ini. Volum air Berat urea (g) Suhu (ml) Ditambahkan Total ( o C) 500 0 0... 50 50... 50 100... 50 150... 50 200... 50 250... 50 300...
14 KIMIA XII SMA Kita sudah mengetahui dari keterangan sebelumnya, bahwa adanya zat terlarut ternyata menyebabkan penurunan tekanan uap larutan relatif terhadap tekanan uap pelarut murninya. Menurut pengertian titik beku bahwa pelarut murni akan membeku apabila tekanan uapnya sama dengan tekanan uap pelarut murni padat. Demikian juga larutan, akan membeku bila tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni padat. Bagaimana agar tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni padat? Perhatikan kurva kesetimbangan cair-padat untuk pelarut murni dan larutan pada diagram P - T (Gambar 6 ). Supaya tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni padat maka kurva larutan harus bertemu dengan kurva pelarut murni padat di B' dan titik beku larutan (A') lebih rendah dari titik beku pelarut murni (A). Inilah yang disebut penurunan titik beku larutan relatif terhadap titik beku pelarut murninya. Maka dapat dirumuskan sebagai berikut. Tf = Tf pelarut murni Tf larutan Penurunan titik beku larutan tergantung pada jumlah partikel dalam larutan, karena itu penurunan titik beku merupakan sifat koligatif larutan. Persamaan berikut menyatakan hubungan T f dengan jumlah partikel dalam suatu larutan. Tf = Kf. m Kf = tetapan penurunan titik beku molal m = molalitas larutan Nilai Kf tergantung pada jenis pelarut Nilai Kf dan Tf untuk beberapa pelarut dapat dilihat pada tabel berikut. Tabel 1.2 Pelarut Tf ( o C) Kf ( o C kg/mol) air (H 2 O) 0 1,86 asam asetat (CH 3 COOH) 16,6 3,90 benzena (C 6 H 6 ) 5,5 5,10 Pengukuran Tf suatu larutan, dapat digunakan untuk menentukan Mr zat terlarutnya. Tf = Kf. m karena m = a x 1.000 Mr b
KIMIA XII SMA 15 maka bila disubstitusi menjadi Tf = a Kf x x 1.000 Mr b dari persamaan ini, Mr zat terlarut dapat ditentukan a = gram zat terlarut Kf Mr = x 1.000 x a b = gram pelarut Tf b Contoh 1. Bila 50 gram etilen glikol (C 2 H 6 O 2, Mr = 62) dilarutkan dalam 100 gram air. Hitunglah titik beku larutan tersebut! (Kf air = 1,86) Jawab: a mc H O x 1.000 50 x 1.000 2 6 2 = = = 806, Mr b 62 100 o Tf = Kf x m = 1,86 x 8,06 = 14, 99 C o o Tf larutan = Tf air Tf = 0 14, 99 C o o = -14,99 C 15 C 2. Sebanyak 0,4 gram zat X dilarutkan dalam 20 gram benzena, ternyata terjadi penurunan titik beku 0,57 o C. Berapa Mr zat X! (Kf benzena = 5,10 o C kg/mol) Jawab: Mr Kf = Tf x 1.000 x a b 50 x 0, 4 = 178, 9 179 = 5,10 0, 57 x 1.000 20 Latihan 4 1. Sebanyak 8 gram suatu zat yang Mr-nya 246 dilarutkan ke dalam 125 gram benzena. Jika Tf benzana 5,4 o C dan Kf benzena 5,10 o C kg/mol maka pada suhu berapakah larutan tersebut akan membeku? 2. Ke dalam 52,8 gram benzena ditambahkan 1,25 gram naftalena dan membeku pada suhu 277,5 K. Bila titik beku benzena 278,5 K dan tetapan penurunan titik beku molal benzena 5,1 o C kg/mol, berapakah massa molekul relatif dari naftalena? 3. Bila air radiator mobil mengandung 75% massa air dan 25% massa etilen glikol C 2 H 4 (OH) 2, Mr = 62. Pada suhu berapa air radiator mobil tersebut mulai membeku? (Kf air = 1,86 o C kg/mol)
16 KIMIA XII SMA 4. Berapakah besar penurunan titik beku larutan yang mengandung 5 gram antrasena (Mr = 178) dan 35 gram benzena, jika titik beku benzena 5,5 o dan Kf benzena 5,1 o C kg/mol? 5. Suatu larutan yang mengandung 7,5 gram urea (Mr = 60) dalam 200 gram air membeku pada suhu yang sama dengan larutan yang mengandung 15 gram zat X dalam 200 gram air. Berapa Mr zat X? (Kf air = 1,86) 3. Tekanan Osmosis (π) Dalam memahami tekanan osmosis, kita harus tahu dahulu apa itu osmosis. Salah satu contoh peristiwa osmosis adalah masuknya air tanah ke dalam tanaman melalui sel-sel akar. Mengapa air tanah dapat masuk ke dalam tanaman, tetapi zat dalam sel tanaman tidak dapat keluar? Hal ini karena dalam kulit tumbuhan terdapat selaput semipermeabel yang hanya dapat dilewati oleh partikel pelarut dan tidak dapat dilewati oleh partikel zat terlarut. Contoh selaput semipermeabel adalah: kertas perkamen, kulit ari telur, dan dinding sel hidup pada tumbuhan maupun hewan. Gambar 1.6 Percobaan 1.3 : Mengamati Proses Osmosis dan Tekanan Osmosis Ambillah 1 buah wortel besar dan lubangi tengahnya Isilah lubangnya tadi dengan larutan garam yang berwarna Letakkan stopper dan pipa kaca sempit di atas wortel Letakkan wortel di dalam gelas beker yang berisi air murni (aquades) Perhatikan apa yang terjadi dengan permukaan larutan garam? pipa kaca stopper wortel larutan garam air beaker glass Kita akan mengamati bahwa permukaan larutan garam pada pipa kaca naik. Air dari gelas beker masuk ke dalam larutan garam melalui sel-sel wortel yang berfungsi sebagai selaput semipermeabel. Selanjutnya perhatikan gambar di bawah. pelarut larutan pelarut h tekanan osmosis larutan semi permiabel Gambar peristiwa osmosis
KIMIA XII SMA 17 Partikel air dalam pelarut murni lebih banyak maka aliran yang terjadi dari pelarut murni ke larutan. Perpindahan partikel pelarut dari pelarut murni (larutan encer) ke dalam larutan yang lebih pekat melalui selaput semipermeabel disebut proses osmosis. Akibat aliran yang terjadi maka permukaan larutan akan naik, proses ini berlanjut sampai jumlah partikel air di kedua sisi sama. Perbedaan ketinggian h ini disebut tekanan osmosis larutan. Jadi, tekanan osmosis adalah tekanan yang diperlukan untuk menghentikan proses osmosis. Tekanan osmosis dapat berupa tekanan dari luar atau tekanan hidrostatik larutan. Hubungan tekanan osmosis dengan jumlah partikel dalam larutan dinyatakan secara matematis melalui persamaan Van't Hoff yang identik dengan persamaan gas ideal. π x V = n x R x T atau π= n v x R x T karena n v = M maka persamaan dapat ditulis π = M x R x T π = tekanan osmosis larutan (atm) v = volum larutan (L) n = jumlah mol zat terlarut T = suhu mutlak (K) R = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K = 8,3145 m 3 Pa/mol K M = molaritas larutan Contoh Berapakah tekanan osmosis larutan naftalena dalam benzena yang mengandung 10 gram naftalena (Mr = 128) tiap 1 liter larutan pada suhu 15 o C? (R = 0,082 L atm/mol K) Jawab: mol naftalena, n = 10 = 0, 078 mol 128 M= n 0, 078 mol = = 0, 078 mol/l v 1 L T = 15 o C + 273 = 288 K π = M x R x T = 0,078 x 0,082 x 288 = 1,84 atm Pengukuran tekanan osmosis sulit dilakukan dan hasilnya tidak akurat karena sangat sensitif. Namun dapat juga untuk menentukan massa molekul relatif (Mr) dari protein, polimer, dan molekul besar lainnya karena pengukuran dapat dilakukan pada suhu kamar. Makromolekul cenderung bersifat kurang stabil pada suhu tinggi.
18 KIMIA XII SMA Persamaan Van't Hoff, Mr zat terlarut dapat dihitung sebagai berikut. π = M x R x T karena M = massa Mr (gram) x L maka bila disubstitusi menjadi π= gram dan g Mr = ram x R x T Mr x L x R x T π x L Contoh Ke dalam 1 L larutan ditambahkan 1,82 gram zat antibeku (etilen glikol) pada suhu 10 o C tekanan osmosisnya adalah 0,68 atmosfer. Hitunglah Mr etilen glikol! (R = 0,082 L atm/mol K) Jawab: T = 10 o C + 273 = 283 K 182, x 0,082 x 283 Mr = = 62, 11 62 068, x 1 Apabila setetes sel darah merah diletakkan dalam air murni apa yang terjadi? Air akan mengalir masuk ke dalam sel darah melalui selaput sel sehingga sel darah menjadi menggelembung dan pecah. Air dikatakan bersifat hipotonik terhadap sel darah merah. Jika sel darah merah diteteskan ke dalam larutan NaCl ± 5%, air akan mengalir dari dalam sel ke larutan NaCl dan sel darah merah akan mengerut kecil karena kehilangan pelarutnya. Larutan NaCl 5% bersifat hipertonik terhadap sel darah merah. Jika darah merah diteteskan dalam larutan NaCl ± 0,9%, ternyata sel darah merah tetap dalam kondisi semula, tidak menggelembung dan tidak mengerut. Berarti jumlah air yang masuk dan keluar sel sama banyak. Kondisi demikian dinamakan isotonik. Untuk selaput semipermeabel sempurna maka kedua larutan yang isotonik akan mempunyai tekanan osmosis yang sama (iso-osmosis). Α Hipotonik Hipertonik Isotonik Α Η Η 2 Ο 2 Ο Α Η 2 Ο Β Β Β air murni larutan NaCl 5% larutan NaCl 0,9% Gambar 1.7 jika πa < πb maka A bersifat hipotonik relatif terhadap B jika πa = πb maka A bersifat isotonik relatif terhadap B jika πa > πb maka A bersifat hipertonik relatif terhadap B
KIMIA XII SMA 19 Catatan: Larutan NaCl 0,9% bersifat isotonik terhadap plasma darah, larutan ini digunakan untuk larutan infus di rumah sakit. Selaput sel darah merah tidak semipermeabel sempurna sehingga walaupun isotonik terhadap cairan infus tetapi tidak iso-osmosis. Latihan 5 1. Sebanyak 4 gram urea (CO(NH 2 ) 2 (Mr = 60) dilarutkan dalam air sehingga volum larutan menjadi 100 ml. Berapakah tekanan osmotik larutan pada suhu 20 o C! 2. Suatu larutan sebanyak 200 ml mengandung 1,6 gram gula tebu, ternyata pada suhu 20 o C mempunyai tekanan osmotik larutan 0,562 atm. Hitunglah Mr gula tebu! (R = 0,082 L atm/mol K) 3. Hitunglah tekanan osmotik dari larutan glukosa 0,75% (Mr = 180) pada suhu 27 o C! (ρ larutan = 1,2 gram/ml, R = 0,082 larutan atm/mol K) 4. Hitunglah konsentrasi (M) suatu larutan glukosa yang bersifat isotonik dengan darah yang mempunyai tekanan osmosis 7,65 atm pada suhu 37 o C dan Mr glukosa = 180! (R = 0,082 L atm/mol K) 5. Rumus perbandingan dalam senyawa Gom Arab adalah C 12 H 22 O 11. Jika larutan 1 gram Gom Arab dalam 100 ml pada 27 o C mempunyai tekanan osmotik 7,7 mmhg. a. Berapakah Mr dari Gom Arab tersebut? b. Bagaimanakah kira-kira rumus molekul Gom Arab tersebut? D. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN ELEKTROLIT Masih ingatkah Anda, apakah larutan elektrolit? Mengapa larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik? Larutan elektrolit dapat menghantarkan listrik karena terurai menjadi ion positif dan ion negatif yang bergerak bebas dalam larutan. Contohnya: NaCl (aq) Na + (aq) + Cl- (aq) Bagaimanakah sifat-sifat koligatif larutan elektrolit encer bila dibandingkan dengan larutan nonelektrolit? ion Cl - molekul urea ion Na + larutan urea encer 0,01M Gambar 1.8 larutannacl encer 0,005M
20 KIMIA XII SMA Bandingkan larutan urea 0,01 M dan larutan garam 0,005 M secara teoretis. Walaupun kedua larutan konsentrasinya berbeda ternyata dari pengukuran menunjukkan bahwa sifat koligatif dari kedua larutan tersebut sama. Mengapa? Diketahui bahwa larutan NaCl terion sempurna menjadi Na + (aq) dan Cl - (aq) maka larutan garam 0,005 M akan menghasilkan 0,005 M Na+ dan 0,005 M Cl -. Total mol larutan NaCl sama dengan mol larutan urea. Maka untuk konsentrasi larutan yang sama, larutan elektrolit mempunyai sifat koligatif yang lebih besar dibandingkan dengan larutan nonelektrolit. Dalam menghitung nilai sifat koligatif larutan elektrolit maka persamaan-persamaan dalam larutan nonelektrolit dapat digunakan dengan menambahkan faktor i yang diusulkan oleh Van't Hoff (1880). Nilai faktor Van't Hoff merupakan perbandingan antara efek koligatif larutan elektrolit dengan nonelektrolit pada konsentrasi yang sama. efek koligatif larutan elektrolit i = efek koligatif larutan nonelektrolit P Tb Tf i = elektrolit = elektrolit = elektrolit = π elektrolit Pnonelektrolit Tbnonelektrolit Tfnonelektrolit πnonelektrolit Kita dapat menuliskan kembali persamaan penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku dan tekanan osmosis untuk larutan elektrolit sebagai berikut. P elektrolit = P o x X B x i Tf elektrolit = Kf x m x i Tb elektrolit = Kb x m x i π elektrolit = M x R x T x i Contoh soal 1.7 Berapakah faktor Van't Hoff (i) dari larutan HF 0,1 M jika titik beku larutan -0,197 o C (Kf air = 1,86 o C kg/mol) Jawab: Tf = Tf air - Tf larutan = 0 o C - (-0,197) = 0,197 o C Tf = Kf x m x i 0,197 = 1,86 x 0,1 x i 0, 197 i = = 1,06 0, 186
KIMIA XII SMA 21 Hubungan faktor Van't Hoff (i) dengan derajat ionisasi (α) adalah sebagai berikut: terion larutan elektrolit n n ion-ion mula-mula : 1 - ionisasi : α nα setimbang : 1 - α nα Larutan elektrolit 1 mol menghasilkan n ion. Derajat ionisasinya α dan jumlah partikel dalam keadaan setimbang = (1 - α) + nα sehingga diperoleh faktor Van't Hoff. ( 1 α) + nα i = = 1+ ( n 1) α 1 jadi i = 1 + (n - 1)α di mana: n = jumlah ion α = derajat ionisasi Contoh Tekanan osmosis larutan MgCl 2 adalah 0,6 atm dan larutan glukosa 0,25 atm. Apabila kedua larutan molaritasnya sama, hitunglah: a. faktor Van't Hoff (i) b. derajat ionisasi MgCl 2 (α) Jawab: a. i elektrolit MgCl = π = π 2 06, = = 24, πnonelektrolit πglukosa 025, b. MgCl 2 terion menjadi Mg 2+ + 2Cl - (n = 3) i = 1 + (3-1)α 2,4 = 1 + 2α 24, 1 α = = 0,7 2 Latihan 6 1. Hitunglah faktor Van't Hoff (i) dan tekanan osmosis larutan (π) dari larutan BaCl 2 pada suhu 15 o C yang mengandung 2,08 gram BaCl 2 dalam 600 ml larutan, jika α = 06 dan Mr BaCl 2 = 208! 2. Hitunglah tekanan osmosis larutan KCl 0,01 M pada suhu 27 o C jika α KCl = 86%!
2 2 KIMIA XII SMA 3. Larutan 2,9 gram NaCl dalam 98 ml larutan mempunyai titik beku -1,8 o C. Berapa derajatkah ionisasi NaCl dalam larutan tersebut jika massa jenis larutan 1,02 gram/ml dan Kf air = 1,86? 4. Larutan 0,1 molal nonelektrolit P dalam air mempunyai titik beku yang sama dengan larutan 0,05 mol zat Q dalam 900 gram air. Perkirakan apakah zat Q suatu elektrolit atau nonelektrolit dan berapakah derajat ionisasinya jika dianggap sebagai elektrolit biner? 5. Sebanyak 5,85 gram NaCl dalam 1.000 gram air mempunyai penurunan titik beku 1,8 kali penurunan titik beku 3 gram urea dalam 500 gram air. Berapa derajat ionisasi (α) larutan NaCl tersebut? (Ar Na = 23, Cl = 35,5, C = 12, O = 16, N = 14, dan H = 1) Kf air = 1,86 Kata Kunci fraksi mol hukum Raoult hipertonik hipotonik isotonik molalitas molaritas solvent solute sifat koligatif selaput semipermeabel tekanan osmotik Van't Hoff kenaikan titik didih penurunan titik didih RANGKUMAN Larutan adalah campuran dua zat atau lebih yang bersifat homogen. Sifat koligatif larutan: sifat larutan yang tergantung pada jumlah partikel zat terlarut, bukan jenis terlarutnya. Ada tiga satuan konsentrasi yang digunakan dalam sifat koligatif larutan a. Fraksi mol (x): banyaknya mol zat dalam jumlah mol larutan. Digunakan untuk perhitungan penurunan tekanan uap. b. Molalitas (m): banyaknya mol zat terlarut dalam 1 kg pelarut. Digunakan untuk perhitungan penurunan titik beku dan kenaikan titik didih larutan. c. Molaritas (M): banyaknya mol zat
KIMIA XII SMA 23 yang terlarut dalam 1 liter larutan. Digunakan untuk perhitungan tekanan osmosis larutan. Penurunan tekanan uap ( P) adalah fenomena di mana tekanan uap larutan lebih kecil bila dibandingkan dengan tekanan uap pelarut murninya. Tekanan uap adalah tekanan gas yang berada di atas zat air dalam tempat tertutup di mana terjadi kesetimbangan dinamis antara fase gas dan cairannya. Kenaikan titik didih ( Tb) adalah fenomena di mana titik didih larutan lebih tinggi dari titik didih pelarut murninya. Titik didih larutan adalah suhu di mana tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murninya. Penurunan titik beku ( Tf) adalah fenomena di mana titik beku larutan lebih rendah dari titik beku pelarut murninya. Titik beku larutan adalah suhu di mana tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni padatnya. Tekanan osmosis (π) adalah tekanan yang diperlukan untuk menghentikan proses osmosis larutan encer atau pelarut murni ke dalam larutan yang lebih pekat melalui selaput semipermeabel. Osmosis adalah perpindahan partikel pelarut dari suatu larutan encer atau pelarut murni ke larutan yang lebih pekat melalui suatu selaput/membran semipermeabel. Selaput semipermeabel adalah selaput yang dapat dilalui oleh partikel pelarut, tetapi tidak dapat dilalui oleh partikel zat terlarut. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik karena terurai menjadi ion-ion yang bebas bergerak. Pada konsentrasi yang sama larutan
24 KIMIA XII SMA elektrolit mempunyai nilai sifat koligatif lebih besar daripada larutan nonelektrolit. Perbandingan antara sifat koligatif larutan elektrolit dan nonelektrolit ditunjukkan oleh faktor Van't Hoff (i). Hubungan sifat koligatif larutan dengan jumlah partikel dalam larutan. Larutan nonelektrolit: a. P = P o X B b. Tb = Kb x m c. Tf = Kf x m d. π = M x R x T Untuk larutan elektrolit a. P = P o X B x i b. Tb = Kb x m x i c. Tf = Kf x m x i d. π = M x R x T x i Menentukan Mr zat terlarut a. Dari Tf Mr = Kb Tb x 1.000 x a b b. Dari Tf Mr = Kf Tf x 1.000 x a b gram x RT c. Dari π Mr = π x L a = gram terlarut b = gram pelarut
KIMIA XII SMA 25 P ELATIHAN SOAL I. Pilihlah huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang tepat! 1. Berikut yang merupakan sifat koligatif larutan adalah... a. penurunan larutan b. kenaikan titik didih c. kenaikan titik beku d. kenaikan tekanan uap e. kenaikan tekanan osmosis 2. Larutan-larutan berikut dalam jumlah massa zat terlarut sama (dalam air) yang memiliki tekanan uap terbesar adalah... a. urea (Mr = 60) b. glukosa (Mr = 180) c. garam dapur (Mr = 58,5) d. gula pasir (Mr = 342) e. gliserol (Mr = 92) 3. Dalam mesin uap digunakan air tawar bukannya air laut. Alasan yang benar untuk itu adalah... a. air tawar harganya lebih murah b. air tawar memiliki titik didih yang lebih tinggi dari air laut c. air tawar tidak asin sedang air laut asin d. air tawar bertekanan uap lebih besar daripada air laut e. air tawar memiliki titik beku lebih tinggi daripada air laut 4. Berikut kegunaan sifat koligatif yang tidak benar adalah... a. untuk pembangkit listrik tenaga uap b. dapat digunakan untuk menentukan larutan c. untuk menentukan massa jenis larutan d. untuk pembuatan larutan anti beku (anti freezing solution) e. untuk pembuatan larutan isotonik pada transfusi darah 5. Larutan urea CO(NH 2 ) 2 20% berat mempunyai molalitas... m. a. 0,75 d. 4,16 b. 2,40 e. 13,33 c. 3,33 6. Ke dalam 150 gram air dimasukkan sejumlah urea CO(NH 2 ) 2 ternyata larutan mendidih pada suhu 100,12 o C. Bila air mempunyai Kb = 0,52 maka banyaknya urea yang dimasukkan adalah... gram. a. 0,69 d. 4,15 b. 1,96 e. 5,0 c. 2,077 7. Untuk mengurangi rasa asin pada ikan asin dapat dilakukan dengan cara memasukkan ikan asin ke dalam larutan garam. Hal-hal yang membenarkan kejadian tersebut adalah... a. larutan garam masuk ke dalam tubuh ikan b. daging ikan bersifat semipermeabel c. garam pindah dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi d. air pindah dari konsentrasi rendah ke konsentrasi tinggi e. air pindah dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah
26 KIMIA XII SMA 8. Tekanan osmosis rata-rata dalam darah adalah 7,7 atm pada suhu 25 o C. Berapakah konsetrasi glukosa (C 6 H 12 O 6 ) yang isotonik dengan darah adalah... (R = 0,08) a. 3,76 M d. 0,32 M b. 0,376 M e. 0,032 M c. 0,370 M 9. Data penurunan titik beku dari suatu percobaan Larutan konsentrasi titik beku (molal) (t o C) urea 0,10-0,1860 CO(NH 2 ) 2 0,01-0,0186 garam dapur 0,10-0,3720 (NaCl) 0,01-0,0372 gula 0,10-0,1860 (C 12 H 22 O 11 ) 0,01-0,0186 Dari data tersebut larutan elektrolit dan nonelektrolit berbeda titik bekunya disebabkan karena... a. sifat keasamannya b. daya larutnya dalam air c. jumlah peritkelnya d. kepekatannya e. massa jenisnya 10. Sebanyak 10 gram zat nonelektrolit yang tidak mudah menguap dilarutkan ke dalam 100 gram aseton O ((CH 3 C CH 3 ) pada suhu 25 o C terjadi penurunan tekanan uap dari 195 mmhg menjadi 192,5 mmhg. Dari data tersebut tentukan berapa massa molekul relatif zat nonelektrolit tersebut? a. 452 b. 440 c. 440 d. 342 e. 180 II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini! 1. Sebanyak 23,25 gram garam dapur (NaCl) dilarutkan ke dalam 1 liter air dan mendidih pada suhu 100,372 o C, jika Kb air = 0,52, maka berapa derajat ionisasi NaCl tersebut! 2. Dalam suatu percobaan ditemukan bahwa dengan melarutkan 3 gram zat A dalam 100 gram CCl 4 (Mr = 154) terjadi penurunan tekanan uap pelarut sebesar 2%. Dari data ini hitunglah massa molekul relatif zat A! 3. Suatu larutan urea dalam air mempunyai penurunan titik beku 0,372 o C. Bila Kf air = 1,86 dan Kb air = 0,52, maka tentukan kenaikan titik didih larutan urea tersebut! 4. Sebanyak 3,24 grm zat X yang tidak mudah menguap dan nonelektrolit dilarutkan dalam 200 gram air, ternyata mendidih pada suhu 100,130 o C. Jika Kb air = 0,52, maka tentukan massa molekul relatif zat X! 5. Berapa tekanan osmotik dari suatu larutan elektrolit biner 0,1 M yang pada suhu 20 o C mempunyai derajat ionisasi 0,72!