Sifat Koligatif Larutan

Pernah kah kamu melihat atau mendengar orang-orang di negara musim dingin menaburkan garam di jalanan? Atau pernah kah kamu membeli dan melihat tukang es potong menaburkan garam pada bagian sisi gerobaknya? Kira-kira tujuannya apa ya?

Untuk memahami fenomena tersebut, pada kali artikel ini akan dibahas mengenai sifat koligatif larutan. Kedua fenomena tersebut ada kaitannya dengan pembahasan pada artikel ini. Sifat koligatif yang akan dibahas terdiri dari 4 jenis, yaitu penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku dan tekanan osmotik.

Pengertian Sifat Koligatif Larutan

Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang hanya dipengaruhi oleh jumlah zat terlarut dan tidak dipengaruhi oleh jenis zat terlarut. Jumlah zat terlarut dalam hal ini meliputi konsentrasi larutan berupa molaritas, molalitas, dan fraksi mol. Sebagai ilustrasi dari pengertian tersebut, perhatikan tabel berikut ini:

Pada tabel diatas terlihat bahwa perbedaan konsentrasi pada urea dan glukosa akan menyebabkan perbedaan titik beku, sementara urea dan glukosa dengan konsentrasi sama memiliki titik beku yang sama. Hal ini menunjukkan bahwa titik beku larutan hanya dipengaruhi oleh jumlah zat terlarut dan tidak dipengaruhi jenis zat terlarut.

Baca juga: Sifat Koligatif Larutan Elektrolit

Jenis Sifat Koligatif Larutan

Penurunan Tekanan Uap ΔP

Proses menguap merupakan proses perubahan fasa dari bentuk cair menjadi gas. Sunarya dan Setiabudi (2009) menyatakan bahwa kondisi tersebut disebabkan oleh molekul-molekul pada bagian permukaan cairan memiliki energi yang dapat mengatasi gaya antaraksi di antara molekul-molekul cairan. Gaya antaraksi antarmolekul pada permukaan cairan dinamakan tegangan permukaan. Jadi dapat dikatakan bahwa molekul-molekul yang menguap memiliki energi lebih besar dibandingkan dengan tegangan permukaan.

Partikel zat cair yang menguap menjadi gas akan kembali menjadi partikel cair sehingga mengalami kesetimbangan. Pada kondisi tersebut dihasilkan tekanan yang dinamakan tekanan uap jenuh. Jadi jika kita memasak air dan mengalami penguapan maka pada kondisi tersebut akan dihasilkan tekanan uap jenuh pelarut murni. Lalu apa yang terjadi jika ke dalam air tersebut ditambahkan zat yang tidak mudah menguap, misal gula. Apa yang akan terjadi dengan tekanan uap jenuhnya? Untuk memahaminya perhatikan gambar berikut:

Ketika ditambahkan zat terlarut (butiran warna hitam) pada pelarut, maka akan terjadi gaya antara partikel pelarut dan zat terlarut. Adanya gaya antar partikel tersebut akan menyebabkan jumlah partikel pelarut yang menguap menjadi lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah pelarut yang menguap pada kondisi pelarut murni. Tekanan uap yang dihasilkan dari proses penguapan pelarut yang sudah ditambahkan zat terlarut dinamakan tekanan uap larutan.

Berdasarkan ilustrasi tersebut menunjukkan bahwa tekanan uap larutan akan lebih kecil daripada tekanan uap jenuh pelarut murni sehingga pada proses ini mengalami penurunan tekanan uap. Persamaan matematis untuk menjelaskan proses penurunan tekanan uap ini adalah sebagai berikut:

P= P⁰. Xp

ΔP= P⁰. Xt

ΔP= P⁰ – P

Dimana:

P= tekanan uap larutan

P⁰= tekanan uap jenuh pelarut murni

ΔP= penurunan tekanan uap

Xp = fraksi mol pelarut

Xt = fraksi mol terlarut

Untuk satuan tekanan uap bisa dalam bentuk cmHg, mmHg, atm, pascal (Pa). Semuanya bergantung pada kebutuhan dan permintaan soal. Jadi semuanya sesuaikan saja dengan soal yang diketahui dan ditanyakan.

Contoh Soal

Pada suhu 100⁰C tekanan uap jenuh air murni sebesar 20 cmHg. Jika ke dalam 180 gram air ditambahkan 12 gram urea (Mm= 60), maka berapakah penurunan tekanan uap dan tekanan uap larutan jika diukur pada suhu 100⁰C?

Jawaban:

Untuk menentukan penurunan tekanan uap (ΔP) dan tekanan uap larutan urea (P) dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

ΔP= P⁰. Xt dan P= P⁰. Xp

Langkah 1: tentukan Xp dan Xt

Untuk menentukan Xt bisa menggunakan persamaan berikut : Xt = 1 – Xp = 1 – 0,98 = 0,02

Langkah 2: tentukan penurunan tekanan uap dan tekanan uap larutan

ΔP= P⁰. Xt

ΔP= 20 cmHg x 0,02

ΔP= 0,4 cmHg

Berdasarkan perhitungan tersebut, maka penurunan tekanan uap yang dihasilkan adalah 0,4 cmHg.

Untuk menentukan tekanan uap larutan bisa menggunakan persamaan berikut:

P= P⁰. Xp

P= 20 cmHg x 0,98

P= 19,6 cmHg

Atau bisa juga dengan persamaan lainnya yaitu:

ΔP= P⁰ – P

P = ΔP – P⁰

P= 20 cmHg – 0,4 cmHg

P= 19,6 cmHg

Berdasarkan dua cara perhitungan tersebut, maka diperoleh tekanan uap larutan urea sebesar 19,6 cmHg.

Kenaikan Titik Didih (ΔTb)

Proses mendidih terjadi ketika tekanan uapnya sama dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luas) di atas permukaan cairan. Titik didih air (pelarut murni) adalah 100⁰C. Jika ke dalam pelarut tersebut ditambahkan zat terlarut yang sukar menguap, maka akan titik didihnya akan mengalami kenaikan atau lebih besar daripada titik didih pelarut murni. Kenapa bisa demikian?

Adanya zat terlarut membuat partikel pelarut dan partikel zat terlarut mengalami gaya antar molekul. Gaya antar molekul ini membuat partikel pelarut yang akan menguap membutuhkan energi yang lebih daripada ketika hanya ada partikel pelarut saja.

Untuk menentukan kenaikan titik didih dan titik didih larutan dapat digunakan persamaan berikut ini:

ΔTb = Kb.m

Tb = Tb⁰ + ΔTb

Dimana:

ΔTb = kenaikan titik didih

Kb = tetapan kenaikan titik didih molal

m = molalitas

Tb⁰ = titik didih pelarut murni

Baca juga: Senyawa Hidrokarbon Alkana

Contoh Soal

Suatu larutan dibuat dengan mencampurkan 9 gram glukosa (Mr = 180) dengan 250 gram air. Jika Kb air 0,52 ⁰C/m, tentukan:

1. Kenaikan titik didh larutan glukosa
2. Titik didih larutan glukosa

Jawaban:

1. Kenaikan titik didih larutan dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:

ΔTb = Kb.m

ΔTb = 0,52 x 0,05 x 4

ΔTb = 0,104⁰C

Berdasarkan hasil perhitungan diperoleh kenaikan titik didih larutan glukosa sebesar 0,104⁰C

2. Untuk titik didih larutan glukosa dapat dicari dengan menggunakan persamaan berikut:

Tb = Tb⁰ + ΔTb

Tb = 100 + 0,104

Tb = 100,104⁰C

Titik didih larutan glukosa yang terbentuk adalah sebesar 100,104⁰C. Berdasarkan hasil ini dapat disimpulkan bahwa penambahan glukosa sebanyak 9 gram dapat membuat larutan tersebut memiliki titik didih yang lebih besar daripada 100, yaitu 100,104.

Penurunan titik beku (ΔTf)

Menurut Sunarya dan Setiabudi (2009) menyebtukan bahwa suatu zat dikatakan membeku jika partikel-partikel zat tersebut berada dalam kisi kesetimbangan sehingga tidak terjadi gerakan partikel dan hanya mengalami vibrasi (pergerakan di tempat). Jika pada suatu pelarut ditambahkan zat terlarut, maka titik beku larutannya akan mengalami penurunan atau dengan kata lain titik beku larutannya lebih rendah daripada titik beku pelarut murni.

Untuk penentuan penurunan titik beku dan titik beku larutan dapat menggunakan persamaan berikut ini:

ΔTf = Kf.m

Tf = Tf⁰ – ΔTf

Dimana:

ΔTf = penurunan titik beku

Kf = tetapan penurunan titik beku molal

M = molalitas

Tf = titik beku larutan

Tf⁰ = titik beku pelarut murni

Contoh soal

Suatu larutan terbentuk dari pencampuran 6 gram gliserol (Mm = 92) dengan 200 gram air. Jika Kf  air = 1,86 ^oC/m, tentukan:

1. Penurunan titik beku
2. Titik beku larutan gliserol

Jawaban:

1. Untuk menentukan penurunan titik beku, dapat dicari dengan persamaan berikut:

ΔTf = Kf.m

ΔTf = 1,86 x 0,065 x 5

ΔTf = 0,61 ⁰C

Berdasarkan perhitungan diperoleh penurunan titik beku sebesar 0,61 ⁰C

2. Untuk menentukan titik beku larutan gliserol dapat dicari dengan persamaan berikut:

Tf = Tf⁰ – ΔTf

Tf = 0 – 0,61

Tf = -0,61 ⁰C

Berdasarkan perhitungan diperoleh titik beku larutan gliserol adalah -0,61 ⁰C.

Fenomena kenaikan titik didih dan penurunan titik beku larutan dapat dijelaskan juga melalui sebuah diagram yang dinamakan diagaram fasa. Adapun gambar dari diagram tersebut adalah sebagai berikut:

Pada diagram tersebut terlihat bahwa air dapat berada pada tiga fasa, yaitu padat, cair dan gas yang bergantung pada suhu dan tekanan. Ketiga fasa tersebut dapat dilihat dalam sebuah diagaram hubungan P dan T atau sering disebut diagram fasa.

Lalu seperti apa pengaruh penambahan zat terlarut yang dapat dilihat dari diagaram tersebut? Perhatikan garis putus-putus pada diagaram! Garis putus-putus tersebut merupakan garis yang merepresentasikan suatu larutan.

Pada diagram tersebut titik beku pelarut ditandai dengan huruf C dan titik beku larutan ditandai dengan C’, dengan demikian jika melihat diagaram tersebut terlihat jelas bahwa terjadi penurunan titik beku dari titik beku pelarut (0 ⁰C) menjadi titik beku larutan yang memiliki nilai di bawah nol. Selisih perubahan atau penurunan titik bekunya sebesar C – C’.

Sementara itu titik didih pelarut diberi tanda huruf B dan titik didih larutan diberi tanda B’. Jika melihat diagram tersebut maka titik didih larutan lebih besar daripada titik didih pelarut sehingga titik didihnya mengalami kenaikan. kenaikan titik didihnya sebesar B – B’.

Tekanan osmosis (∏)

Tekanan osmosis atau tekanan osmotik merupakan Tekanan yang diberikan untuk menghentikan laju perpindahan pelarut dari larutan yang memiliki konsentrasi rendah ke dalam larutan yang lebih pekat. Persamaan untuk menentukan tekanan osmotik adalah sebagai berikut:

∏ = M. R. T

Dimana:

∏ = tekanan osmotik satuannya atm

M = molaritas satuannya Molar atau M

R = tetapan gas (0,082 L atm mol^–1K^–1)

T = suhu satuannya kelvin

Contoh soal

18 gram glukosa dilarutakan dalam air sampai volumenya 400 mL. Jika suhu larutan tersebut 27 ^oC, tentukan tekanan osmotik yang dihasilkan! (Mm glukosa = 180, R = 0,082).

Jawaban:

∏ = M. R. T

Untuk menentukan tekanan osmotik cari dulu Molaritas larutan tersebut dengan persamaan berikut:

M = 0,1 x 2,5

M = 0,25 M

Setelah itu masukan ke persamaan tekanan osmotik, dan pastikan dulu semua satuan sudah sesuai dengan ketentuan, seperti suhu 27 ^oC + 273 = 300 K

∏ = M. R. T

∏ = 0,25 x 0,082 x 300

∏ = 6,15 atm

Berdasarkan perhitungan tersebut, maka diperoleh tekanan osmotik larutan glukosa adalah 6,15 atm.

Aplikasi Sifat Koligatif Larutan

Sifat koligatif larutan memiliki keterkaitan yang dekat dengan kehidupan sehari-hari, bahkan aplikasi dari sifat koligatif larutan ini mudah dijumpai bahkan pernah dialami oleh kita. Lalu apa saja aplikasi sifat koligatif larutan? Berikut penjabarannya.

• Terjadinya laut mati merupakan contoh dari sifat koligatif larutan penurunan tekanan uap.
• Pemisahan minyak bumi berdasarkan titik didihnya merupakan penerapan sifat koligatif larutan kenaikan titik didih.
• Pemberian etilen glikol pada radiator mobil, penaburan garam di jalanan pada musim dingin, dan pemberian garam yang dilakukan oleh tukang es potong merupakan contoh penerapan sifat koligatif larutan penurunan titik beku.
• Proses infus, pembuatan manisan, dan penaburan garam untuk membunuh lintah merupakan fenomena-fenomena yang memperhatikan prinsip osmosis.

Baca juga: Manfaat Kingdom Plantae

Pemaparan aplikasi sifat koligatif larutan ini menjadi penutup dari pembahasan mengenai bab sifat koligatif larutan, yang dibahas pada artikel ini masih terbatas pada sifat koligatif untuk larutan non elektrolit. Untuk pembahasan sifat koligatif larutan elektrolit sendiri akan dibahas pada artikel selanjutnya. Pastikan terlebih dulu, kamu sudah memahami bagian yang ini. Karena kalau bagian yang ini sudah paham, maka bagian selanjutnya akan jauh lebih mudah.

Pemahaman Akhir

Sifat koligatif larutan, terdapat empat jenis sifat koligatif yang telah dibahas, yaitu penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmosis. Fenomena yang disebutkan dalam pertanyaan, yaitu penaburan garam di jalanan pada musim dingin dan penaburan garam oleh tukang es potong, berkaitan dengan sifat koligatif penurunan titik beku.

Penurunan titik beku merupakan salah satu sifat koligatif larutan yang terjadi ketika ditambahkan zat terlarut ke dalam pelarut, sehingga titik beku larutan menjadi lebih rendah daripada titik beku pelarut murni. Garam yang ditaburkan di jalanan pada musim dingin bertujuan untuk menurunkan titik beku air, sehingga air tidak membeku menjadi es yang dapat menyebabkan jalanan menjadi licin dan sulit dilalui.

Hal serupa juga terjadi pada tukang es potong yang menaburkan garam pada bagian sisi gerobaknya. Garam tersebut berfungsi untuk menurunkan titik beku air yang ada di sekitar gerobak, sehingga air tidak membeku dan es yang dihasilkan oleh tukang es potong tetap dapat terjaga dalam keadaan cair.

Dengan menambahkan zat terlarut seperti garam ke dalam air, konsentrasi zat terlarut dalam larutan meningkat, sehingga menyebabkan penurunan titik beku larutan. Hal ini dapat dimengerti berdasarkan prinsip bahwa partikel-partikel zat terlarut mempengaruhi keseimbangan antara partikel-partikel air, sehingga mengganggu pembentukan struktur kristal es pada suhu rendah.

Dalam aplikasinya, penurunan titik beku larutan juga dapat dimanfaatkan dalam berbagai proses industri, seperti pembuatan es krim, pembuatan manisan, pemisahan minyak bumi berdasarkan titik didihnya, dan sebagainya.

Dalam kesimpulannya, fenomena penaburan garam di jalanan pada musim dingin dan penaburan garam oleh tukang es potong bertujuan untuk menurunkan titik beku air. Hal ini merupakan salah satu contoh dari penerapan sifat koligatif larutan, yaitu penurunan titik beku, yang terjadi ketika ditambahkan zat terlarut ke dalam pelarut.

Referensi:

Sunarya, Y dan Setiabudi, A. (2009). Mudah dan Aktif Belajar Kimia Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan Kementrian Pendidikan dan Kebudayaan.