Sifat Koligatif Larutan Elektrolit

Pada pembahasan sebelumnya telah dibahas mengenai sifat koligatif larutan non elektrolit. Pada artikel kali ini akan dibahas lebih detail mengenai sifat koligatif larutan untuk larutan elektrolit. Sebelum membahasnya, mari ingat kembali tentang larutan elektrolit yang sudah dipelajari di kelas X.

Seperti yang sudah dipelajari sebelumnya, larutan elektrolit merupakan larutan yang jika dilarutkan dalam air akan menghasilkan elektron yang bergerak bebas atau dengan kata lain dapat mengalami ionisasi menghasilkan kation dan anion. Ionisasi yang terjadi bisa ionisasi sempurna ataupun ionisasi sebagian. Secara umum larutan elektrolit ini memiliki kemampuan menghantarkan listrik dengan ditandai adanya lampu yang menyala dan adanya gelembung gas.

Lalu seperti apa pengaruh larutan elektrolit ini terhadap sifat koligatif larutan? Untuk menjawabnya perhatikan penjelasan berikut ini:

Larutan Elektrolit dan Larutan Non Elektrolit

Jika melarutkan glukosa dalam air, maka dalam larutan glukosa tersebut akan ada dua komponen utama, yaitu molekul glukosa dan molekul air. Bentuk persamaan reaksinya dapat dituliskan sebagai berikut:

C₆H₁₂O₆ –> C₆H₁₂O₆

Pada persamaan reaksi tersebut terlihat bahwa glukosa dalam larutan tidak mengalami ionisasi, tetapi tetap dalam bentuk molekulnya. Dengan kata lain glukosa ini termasuk larutan non elektrolit. Kondisi tersebut menyebabkan konsentrasi glukosa tidak mengalami perubahan ketika dilarutkan dalam air. Jadi ketika pelarutan 1 molal glukosa, maka dalam larutannya pun akan tetap ada 1 molal.

Mari kita bandingkan dengan pelarutan 1 molal NaCl. Persamaan reaksi untuk pelarutan NaCL adalah:

NaCl –> Na⁺ + Cl^–

Ketika garam NaCl dilarutkan dalam air maka akan terjadi ionisasi dengan ditandai adanya ion Na⁺ dan ion Cl^– yang dihasilkan dalam proses pelarutan tersebut. Jadi jika melarutkan 1 molal NaCl, maka akan menghasilkan 1 molal Na⁺ dan 1 molal Cl^–. Dengan kata lain, pelarutan 1 molal NaCl akan menghasilkan konsentrasi larutan sebesar 2 molal yang berasal dari ion Na⁺ dan Cl^–.

Berdasarkan penjelasan tersebut dapat disimpulkan bahwa pada larutan elektrolit sangat dipengaruhi oleh jumlah ion yang dihasilkan dalam proses pelarutannya dan tentu saja dipengaruhi juga oleh derajat ionisasi (sempurna atau sebagian).

Baca juga: Materi Elektrolisis Secara Lengkap

Faktor Van’t Hoff

Faktor Van’t Hoff merupakan temuan dari seorang ilmuan kimia yang berasal dari Belanda yaitu Jabcobus Henricus Van’t Hoff.  Van’t Hoff menyatakan bahwa pada konsentrasi yang sama, larutan elektrolit akan memiliki sifat koligatif yang lebih besar daripada larutan non elektrolit. Hal tersebut dikarenakan pada larutan elektrolit jumlah partikelnya lebih banyak daripada larutan non elektroit sesuai pembahasan sebelumnya mengenai perbedaan larutan elektrolit dan non elektrolit.

Faktor van’t Hoff ini diformulasikan atau dirumuskan dalam persamaan sebagai berikut:

i = 1 + (n-1)ɑ

Dimana:

i =  faktor Van’t Hoff

n = jumlah ion (dilihat dari koefisien reaksi kation dan anion)

ɑ = drajat ionisasi

Lalu seperti apa pengaruh faktor Van’t Hoff ini terhadap sifat koligatif larutan. Berikut rumus atau persamaan matematisnya yang menunjukkan pengaruh dari faktor Van’t Hoff pada sifat koligatif larutan.

Penurunan Tekanan Uap

ΔP = P⁰. Xt

Perbedaan mendasar dengan rumus penurunan tekanan uap pada larutan non elektrolit adalah adanya faktor Van’t Hoff yang disimbolkan dengan huruf “i”. Faktor Van’t Hoff pada penurunan tekanan uap hanya berlaku untuk mol zat terlarut saja (n_t), sementara mol pelarut (n_p) tidak perlu dikalikan dengan faktor Van’t Hoff.

Kenaikan Titik Didih

ΔTb = Kb x m x i

Penurunan Titik Beku

ΔTf = Kf x m x i

Tekanan Osmotik

∏ = M x R x T x i

Secara umum untuk persamaan matematis kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik tinggal mengkalikan faktor Van’t Hoff (i) pada persamaan matematis sifat koligatif larutan non elektrolit. Selanjutnya mari kita lihat beberapa contoh soal sifat koligatif larutan elektrolit.

Contoh Soal

Contoh Soal 1

0,2 mol CaCl₂ dilarutkan dalam 250 gram air. Hitunglah kenaikan titik didih dan titik didih larutan CaCl₂! (Kb = 0,52 ^oC/m).

Jawaban:

CaCl₂ merupakan larutan elektrolit sehingga dalam penentuan titik didihnya memerlukan nilai “i”, untuk menentukan nilai i yang harus dilakukan adalah membuat reaksi ionisasi untuk CaCl₂, adapun ionisasinya sebagai berikut:

CaCl₂ –> Ca²⁺ + 2Cl^–

Pada reaksi ionisasi tersebut jumlah n nya adalah 3, koefisien pada Ca adalah 1 dan pada Cl adalah 2. Untuk menentukan nilai i maka perlu memasukan nilai n pada persamaan Van’t Hoff, yaitu:

i = 1 + (n-1)ɑ, ɑ (derajat ionisasi) pada soal tersebut bernilai 1 karena pada soal tidak disebutkan dengan jelas derajat ionisasinya. Sehingga CaCl₂ diasumsikan mengalami ionisasi sempurna (ɑ = 1).

Catatan tentang ɑ : elektrolit kuat nilai derajat ionisasinya 1 dan elektrolit lemah nilai derajat ionisasinya kurang dari 1 dan lebih dari 0. Sementara non elektrolit derajat ionisasinya 0.

i = 1 + (3 – 1)1

i = 1 + 2

i = 3

Catatan penting: kalau larutan elektrolitnya terionisasi sempurna maka berlaku i = n.

Untuk menentukan kenaikan titik didih bisa menggunakan persamaan berikut:

ΔTb = Kb x m x i

ΔTb = Kb x n x 1000/massa pelarut x i

ΔTb = 0,52 x 0,2 x 1000 / 250 x 3

ΔTb = 0,52 x 0,2 x 4 x 3

ΔTb = 1,25 ^oC

Berdasarkan perhitungan tersebut, maka kenaikan titik didih larutan CaCl₂ sebesar 1,25 ^oC.

Untuk titik didih larutan CaCl₂ dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Tb = Tb⁰ + ΔTb

Tb = 100 + 1,25

Tb = 101,25 ^oC

Jadi titik didih larutan CaCl₂ adalah 101,25 ^oC

Baca juga: Materi Tata Nama Senyawa

Contoh soal 2

Larutan asam asetat CH₃COOH mengalami ionisasi sebesar 75%. Jika 0,5 mol larutan asam asetat dicampurkan ke dalam 300 gram air, hitunglah penurunan titik beku dan titik beku larutan asam asetat tersebut! (Kf = 1,86 ^oC).

Jawaban:

Langkah 1: tentukan nilai i pada soal tersebut

i = 1 + (n-1)ɑ

CH₃COOH –> CH₃COO^– + H⁺, n pada reaksi ini adalah 1 + 1 = 2

ɑ (derajat ionisasi) 75% = 0,75

i = 1 + (n-1)ɑ

i = 1 + (2-1) x 0,75

i = 1 + (1) x 0,75

i = 1 + 0,75

i = 1,75

Langkah 2: menentukan penurunan titik beku dan titik beku larutan asam asetat dengan persamaan berikut

ΔTf = Kf x m x i

ΔTf = 1,86 x n x 1000/massa pelarut x i

ΔTf = 1,86 x 0,5 x 1000/300 x 1,75

ΔTf = 1,86 x 0,5 x 3,3 x 1,75

ΔTf = 5,37 ^oC

Untuk titik beku larutan asam asetat dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Tf = Tf⁰ – ΔTf

Tf = 0 ⁰C – 5,37 ^oC

Tf = -5,37 ^oC

Jadi titik beku larutan asam asetat adalah -5,37 ^oC.

Contoh soal 3

Suatu larutan elektrolit triner memiliki konsentrasi 0,2 M. Tentukan tekanan osmotik larutan tersebut jika pada suhu 37 ⁰C (R = 0,082).

Jawaban:

∏ = M x R x T x i

Molaritas (konsentrasi) larutannya 0,2 M

Larutan elektrolit triner artinya larutan elektrolit tersebut memiliki n = 3, karena pada soal tidak disebutkan ionisasinya sempurna atau sebagian, maka diasumsikan larutan tersebut mengalami ionisasi sempurna (i = n) yaitu 3.

Suhu yang diketahui masih dalam celcius sehingga harus diubah menjadi kelvin: 37 + 273 = 310 ^oC.

Selanjutnya setelah semua yang diketahui sesuai dengan ketentuan, maka masukan ke persamaan tekanan osmotik larutan elektrolit berikut ini:

∏ = M x R x T x i

∏ = 0,2 x 0,082 x 310 x 3

∏ = 15,25 atm

Jadi tekanan osmotik larutan tersebut adalah 15,25 atm.

Catatan:

Jika pada soal lain menemukan istilah lain selain biner, maka silahkan gunakan catatan ini untuk menentukan jumlah n nya.

• larutan elektrolit biner, berarti n = 2
• larutan elektrolit triner, berarti n = 3
• larutan elektrolit kuartener, berarti n = 4
• larutan elektrolit pentatener, berarti n = 5

Contoh Soal 4

Perhatikan beberapa larutan berikut ini:

• AlCl₃ 0,2 molal
• KCl 0,2 molal
• C₆H₁₂O₆ 0,2 molal
• Na₂SO₄ 0,2 molal

Berdasarkan data tersebut, urutkan larutan dari yang memiliki titik didih rendah sampai pada larutan yang memiliki titik didih tinggi!

Jawaban:

Untuk mengetahui titik didih masing-masing larutan, maka gunakan persamaan penentuan perubahan titik didih larutan yang biasa digunakan, yaitu: ΔTb = Kb x m x i. Karena pada soal tersebut konsentrasinya sama yaitu 0,2 molal dan Kb nya pasti sama, maka yang mempengaruhi titik didihnya adalah nilai dari i.

• Pada AlCl₃ nilai i nya adalah 4. AlCl_{3 –>} Al³⁺ + 3Cl^– (i = 1 + 3 = 4)
• KCl nilai i nya adalah 2. KCl –> K⁺ + Cl^– (i = 1 + 1 = 2)
• C₆H₁₂O₆ nilai i nya 1. Karena C₆H₁₂O₆ termasuk larutan non elektrolit.
• Na₂SO₄ nilai i nya 3. Na₂SO₄ –> 2Na⁺ + SO₄^2- (i = 2 + 1 = 3)

Berdasarkan perhitungan nilai i tersebut, maka urutan larutan yang memiliki titik didih paling rendah sampai titik didih paling tinggi adalah larutan C₆H₁₂O₆ < larutan KCl < larutan Na₂SO₄ < larutan AlCl_3.

Contoh soal 5

Perhatikan gambar berikut:

Tentukan larutan yang memiliki tekanan uap paling tinggi! Jelaskan alasannya!

Jawaban:

Proses penguapan partikel pelarut dipengaruhi oleh keberadaan zat terlarut, semakin banyak partikel zat terlarut maka akan semakin banyak gaya antar partikel yang terjadi. Sebaliknya semakin sedikit partikel zat terlarut, maka gaya antar partikel pun semakin berkurang yang akan menyebabkan partikel pelarut akan lebih mudah menguap.

Berdasarkan hal tersebut, maka larutan yang memiliki tekanan uap paling tinggi adalah larutan dengan nomor (2), karena pada nomor (2) partikel zat terlarutnya paling sedikit, sehingga akan banyak partikel pelarut yang menguap sehingga menghasilkan tekanan uap yang paling besar.

Kesimpulan yang bisa diperoleh dari penjelasan tersebut adalah: “semakin banyak jumlah zat terlarut, maka tekanan uap larutan akan semakin kecil. Sebaliknya semakin sedikit jumlah zat terlarut, maka tekanan uap larutan akan semakin besar”.

Contoh soal 6

Perhatikan gambar berikut:

Tentukan larutan yang memiliki titik didih paling tinggi! Jelaskan alasannya!

Jawaban: 

Untuk menentukan larutan yang memiliki titik didih paling tinggi dapat dilihat dari jumlah zat terlarut dalam larutan tersebut. Semakin banyak jumlah zat terlarut, maka titik didihnya akan semakin tinggi, sebaliknya jika jumlah zat terlarutnya semakin sedikit, maka titik didihnya pun akan semakin rendah.

Berdasarkan hal tersebut, maka larutan yang memiliki titik didih paling tinggi adalah larutan dengan nomor (1). Pada larutan nomor 1, jumlah zat terlarut paling banyak dibandingkan larutan pada nomor lain.

Baca juga: Materi Senyawa Karbon Secara Lengkap

Pemahaman Akhir

Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat mengalami ionisasi saat dilarutkan dalam air, menghasilkan kation dan anion yang bergerak bebas. Ionisasi ini dapat berupa ionisasi sempurna atau sebagian, tergantung pada jenis senyawa dan derajat ionisasinya. Larutan elektrolit memiliki kemampuan menghantarkan listrik dan ditandai oleh adanya lampu yang menyala dan gelembung gas saat dilarutkan dalam air.

Faktor Van’t Hoff merupakan sebuah konsep yang diperkenalkan oleh Jacobus Henricus Van’t Hoff, yang menyatakan bahwa larutan elektrolit akan memiliki sifat koligatif yang lebih besar dibandingkan larutan non elektrolit dengan konsentrasi yang sama. Hal ini disebabkan oleh jumlah partikel yang lebih banyak pada larutan elektrolit akibat ionisasi.

Faktor Van’t Hoff (i) diperhitungkan dalam perhitungan sifat koligatif seperti penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik. Untuk larutan elektrolit, nilai faktor Van’t Hoff (i) ditentukan oleh jumlah ion (n) yang dihasilkan dari ionisasi dan derajat ionisasinya (α).

Sifat koligatif larutan elektrolit seperti penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik dipengaruhi oleh faktor Van’t Hoff (i). Nilai i diperhitungkan dalam persamaan matematis yang digunakan untuk menghitung perubahan sifat koligatif pada larutan elektrolit.

Dalam kasus penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, dan penurunan titik beku, nilai i dikalikan dengan perubahan konsentrasi zat terlarut (molalitas) pada larutan. Pada tekanan osmotik, nilai i digunakan dalam persamaan perhitungan tekanan osmotik larutan elektrolit.

Perbedaan sifat koligatif antara larutan elektrolit dan non elektrolit sangatlah penting dalam pemahaman dan perhitungan konsentrasi larutan serta pengaruhnya dalam berbagai proses kimia dan industri. Dengan memahami konsep sifat koligatif larutan elektrolit ini, diharapkan dapat mempermudah pemahaman tentang reaksi dan perilaku larutan elektrolit dalam berbagai konteks kimia.

Gimana sudah bisa membedakan penentuan sifat koligatif larutan elektrolit dan larutan non elektrolit? Intinya pastikan dulu jenis larutannya, apakah elektrolit atau non elektrolit. Jika elektrolit, pastikan dulu apakah elektrolit kuat atau elektrolit lemah. Jika sudah jelas semuanya, maka baru masukan ke persamaan tentang sifat koligatif larutan.

Referensi:

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