Penurunan Titik Beku (Materi Kimia Kelas XII)

 

PENURUNAN TITIK BEKU

 

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).

 

Tekanan Uap

Ilustrasi Tekanan Uap

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:

 

Baca Juga:  Contoh Larutan Elektrolit Non-Elektrolit dan Rumus Derajat Dissosiasi

PA=χA⋅P0A

 

dengan:

 

χA=nAntotal

 

Tekanan total (Pmix) campuran merupakan penjumlahan PA dan PB

 

Pmix=PA+PB

Pmix=χA⋅P0A+χB⋅P0B

 

dimana:

 

χA+χB=1

 

nA = mol zat A

χA = fraksi mol A

Kasus II: Zat A Volatile dan B Non-Volatile Non-Ionik

Pada kasus 2, tekanan total dirumuskan sama dengan kasus I,

 

Ptotal=χA⋅P0A+χB⋅P0B

 

namun, pada kasus ini karena B merupakan zat non-volatile, maka nilai PB ≈ 0, maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi

 

Ptotal=χA⋅P0A

 

Jika A kita sebut sebagai pelarut dan B sebagai zat terlarut, kita dapat menulis:

 

Screen Shot 2020 12 23 At 16.51.07

Rumus tekanan total

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:

 

Ptotal=χA⋅P0A+χB⋅P0B

 

Namun, pada kasus ini karena B merupakan zat non-volatile, maka nilai PB ≈ 0, maka persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi seperti dibawah ini:

 

Ptotal=χA⋅P0A

 

Selain itu, karena B merupakan senyawa ionik, maka B dapat terurai menjadi ion-ionnya sehingga:

 

Screen Shot 2020 12 23 At 17.08.29

i merupakan faktor Van’t Hoff yang dapat dirumuskan sebagaimana berikut:

 

Screen Shot 2020 12 23 At 17.13.19

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:

 

xA=moles solventtotal moles

xA=1518=0.83

 

Langkah kedua, gunakan rumus tekanan uap non-volatil:

 

p=p⋆AxA

p=23.8 torr×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.

 

Kenaikan Titik Didih

Kenaikan titik didih sebesar ΔT terjadi jika suatu zat yang masih murni (solvent) dicampur dengan zat lainnya sehingga berubah menjadi larutan (solution) yang memiliki titik didih yang baru dan lebih tinggi dari sebelumnya. [lumenlearning.com]

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:

 

 

 

Baca Juga:  7 Gambaran Teori Model Atom: Karakteristik dan Rumusnya

ΔTb=b⋅Kb

 

b = molalitas zat terlarut

Kb = konstanta kenaikan titik didih

Dimana b merupakan molalitas dari zat terlarut. Molalitas sendiri dapat dirumuskan:

 

b=ntmp ( kg )

 

Jika zat terlarut ionik, maka persamaannya menjadi:

 

ΔTb=b⋅Kb⋅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:

ΔTb=i×Kb×b

ΔTb=2×0.512oCm×0.37 m

ΔTb=0.38oC

 

Dikarenakan titik didih air pada kondisi normal adalah 100 ℃, maka titik didih akhirnya akan menjadi:

 

100 + 0.38 = 100.38 ℃

 

Penurunan Titik Beku

Penurunan Titik Beku

Kurva penurunan titik beku sebagaimana digambarkan oleh nomor 2 (kondisi awal) dan nomor 4 (kondisi akhir).

Selain mengalami kenaikan titik didih, campuran suatu zat juga akan mengalami penurunan titik beku. Perumusan penurunan titik beku tertulis seperti dibawah ini:

 

ΔTf=b⋅Kf

 

b = molalitas zat terlarut

Kf = konstanta penurunan titik beku

Dimana b merupakan molalitas dari zat terlarut. Molalitas sendiri dapat dirumuskan

 

b=ntmp ( kg )

 

Jika zat terlarut ionik, maka

 

ΔTf=b⋅Kf⋅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.

 

ΔTf=i×Kf×molality

ΔTf=2×1.86oCm×0.25 m

ΔTf=0.93oC

 

Baca Juga:  Bilangan Kuantum dan Konfigurasi Elektron [Soal - Pembahasan]

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.

 

Osmoticpressure

Ilustrasi Tekanan Osmosis

 

Tekanan osmosis dirumuskan

 

Π=M⋅R⋅T⋅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 molesL

R = 0.0821 L×atmK×molL×atmK×mol

T = 25 oC + 273 = 298 K

 

Dari informasi di atas, dapat dicari tekanan osmotik Π menggunakan rumus berikut:

 

Π=M⋅R⋅T⋅i

Π=2×1.35×0.0821×298

Π=66.1 atm

 

Maka tekanan osmotik dari larutan NaCL 1,35 M diketahui sebesar Π=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