Sifat Koligatif Larutan Nonelektrolit

Materi di alam banyak dijumpai sebagai larutan. Komponen pembentuk larutan adalah zat terlarut (solut) dan pelarut (solven). Pada artikel kali ini akan dibahas sifat fisis larutan yang hanya bergantung pada “jumlah partikel zat terlarut dan bukan pada jenis zat terlarut itu”.

Advertisement

Sifat larutan seperti ini dikenal sebagai sifat koligatif larutan. Zat apapun, jika melarut dengan memberikan jumlah partikel yang sama maka larutannya akan memperlihatkan sifat koligatif yang sama.

Pemahaman terhadap sifat koligatif larutan dapat memperluas pemahaman gejala alam dan dapat dimanfaatkan bagi kehidupan. Misalnya menaburkan garam pada salju yang menutupi jalan raya; penggunaan cairan infus, menghindari pemberian pupuk buatan secara berlebihan pada tanaman; untuk penetapan M suatu zat; untuk memperoleh air bersih dari air laut; dan lain sebagainya.

Sifat koligatif larutan mencakup penurunan tekanan uap; kenaikan titik didih; penurunan titik beku dan tekanan osmotik dari larutan.

Nonelektrolit yang melarut akan memberikan sejumlah partikel sesuai dengan konsentrasinya. Misalnya. 1 mol gula, C12H22O11 terlarut hanya akan menghasilkan 1 mol partikel terlarut berupa molekul di dalam larutannya. Berbeda dengan elektrolit seperti NaCl, KCl, All.

Misalnya 1 mol NaCI terlarut akan memberikan total 2 mol partikel terlarut berupa ion di dalam larutannya. Jumlah partikel terlarut dari larutan noneektrolit berbeda dengan larutan elektrolit, dan berarti akan memberikan sitat koligatif larutan yang berbeda pula.

Advertisement

Penurunan Tekanan Uap

Zat cair murni selalu berada dalam kesetimbangan dengan uapnya pada suhu tertentu. Jadi jumlah uap zat cair murni di atas permukaan cairannya bergantung pada suhu, dan biasanya dicirikan oleh tekanan uapnya.

Tabel. Suhu Dan Tekanan Uap Air

Suhu (0C) 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 100
PH2O (mmHg) 17,54 18,65 19,83 21,07 22,38 23,76 25,21 26,74 82,35 30,04 31,82 760

 

Jika ke dalam air dilarutkan zat terlarut mudah menguap seperti alkohol, maka tekanan uap di atas permukaan larutannya merupakan campuran dari uap air dan uap alkohol yang bersangkutan.

Berbeda, bila zat terlarutnya adalah zat tidak mudah menguap maka jumlah uap di atas permukaan larutannya hanya berasal dari pelarutnya saja. Tinjauan ditujukan pada tipe larutan terakhir ini.

Air pada 250 C mempunyai tekanan uap sebesar 23.76 mmHg (lihat Tabel di atas), dan jika kedalaman air ini dilarutkan sejumlah zat padat tidak mudah menguap, apakah akan berubah tekanan uapnya? Berapa besarkah perubahan tekanan uap ini?

Pertanyaan pertama berhasil dijawab oleh Von Babo pada awal abad 19. Tetapi pertanyaan terakhir baru terjawab pada 1886 oleh F.M. Raoult. Menurut Raoult bahwa tekanan uap dari larutan yang mengandung zat terlarut tidak mudah menguap secara kuantitatif dapat di perkirakan berdasarkan fraksi mol zat terlarut. Tepatnya, Hukum Raoult berbunyi:

Tekanan uap suatu larutan (P) sama dengan hasilkali antara fraksi mol pelarut (XA) dan tekanan uap pelarut murninya (P°).

Secara matematis:

Plarutan = Xpelarut.P0pelarut

Tekanan uap larutan (Plarutan) akan selalu lebih rendah dari tekanan uap pelarut murni (P°pelarut) oleh adanya zat terlarut.

Dalam pelarut murni. Fraksi-mol total (Xtotal) = fraksi-mol pelarut (Xpelarut). Adanya zat terlarut menyebabkan XpeIarut turun.

Dalam larutan berlaku: Xtotal = Xpelarut + Xzat telarut = 1.

Jadi semakin besar jumlah zat terlarut, semakin rendah nilai Xpelarut, dan semakin rendah tekanan uap larutannya.

Terhadap hubungan di atas dapat diubah seperti berikut:

P = (1 – Xzat terlarut).P°

P = P0 – Xzat terlarut.P0 Û P0 – P = Xzat terlarut.P0

DP = Xzat terlarut

Dengan demikian persamaan 1 .2 dapat dinyatakan dalam bentuk:

DP = Xzat terlarut.P0

DP = besarnya penurunan tekanan uap

Persamaan 1 .2 menunjukkan semakin besar jumlah zat terlarut semakin tinggi penurunan tekanan uapnya.

Kenaikan Titik Didih Larutan

Titik didih dan titik beku dari suatu zat cair merupakan salah satu ciri dari kemurnian zat cair itu.

titik didih zat cair didefinisikan sebagai,

suhu di mana tekanan uap zat cair itu sama dengan tekanan udara sekitar.

Titik didih yang diukur pada tekanan udara 760 mmHg disebut titik didih normal. Titik didih air pada tekanan 760mmHg adalah 100°C.

Tabel. Titik Didih Air pada Berbagai Tekanan

Titik Didih (0C) 97,71 98,11 98,49 98,88 99,26 99,63 100 100,4
Tekanan Udara (mmHg) 700 710 720 730 740 750 760 770

 

Sedangkan titik beku (atau titik leleh) didefinisikan sebagai

Suhu di mana suatu zat dengan fasa cair dan fasa padatnya berada dalam kesetimbangan.

Dengan adanya zat terlarut menyebabkan tekanan uap pelarut murni turun atau tekanan uap larutannya akan lebih rendah dari tekanan uap pelarut murninya. Dengan demikian adanya zat terlarut, titik didih larutan tidak akan sama dengan titik didih pelarut murninya.

Cairan baru mendidih bila tekanan uapnya sama dengan tekanan udara sekitar. Pelarut air mendidih pada 100°C pada tekanan uap air 760 mmHg.

Tetapi larutannya, pada 100°C belum mendidih karena tekanan uapnya kurang dari 760 mmHg. Larutan akan mendidih pada suhu yang lebih tinggi agar tekanan ini mencapai 760 mmHg.

Dengan demikian, adanya zat terlarut akan mengakibatkan kenaikan titik didih larutannya. Perbedaan ini dapat digambarkan menurut diagram fasa berikut ini.

Diagram Perubahan Fasa dari Pelarut dan Larutan

Setiap zat terlarut dalam pelarut yang memberikan 1 molal partikel dalam larutannya akan menyebabkan kenaikan titik didih yang sama besar. Besarnya kenaikan titik didih per 1 molal larutan dikenal sebagai kenaikan titik didih molal (simbol: Kb), dan untuk setiap pelarut memiliki harga Kb tertentu (lihat Tabel).

Tabel. Titik Didih, Tb (pada 1 atm) dan Harga Kb, Beberapa Pelarut

Pelarut Tb (0C) Kb (0C/molal)
Air, H2O 100,0 0,52
Etanol, C2H2OH 78,4 1,22
Benzena, C6H6 80,1 2,53
Kloroform, CHCl3 64,2 3,63
Karbontetraklorida,CCl4 76,8 5,03

 

Pelarut air memiliki Kb sebesar 0,52; berarti tiap 1 mol zat terlarut di dalam 1000 g pelarut air akan menyebabkan kenaikan titik didih sebesar 0,52°C; atau larutannya akan mendidih pada suhu 100,520C.

Hubungan antara banyaknya zat terlarut dan kenaikan titik didih larutannya adalah:

ΔTb = m.Kb

Dimana: ΔTb kenaikan titik didih; m = molalitas zat terlarut, dan Kd = tetapan titik didih molal

Persamaannya dapat dinyatakan ke dalam bentuk;

Persamaan

Dimana; WA = massa zat terlarut A; WP = massa pelarut P, dan MA = Mr zat terlarut A.

Penurunan Titik Beku Larutan

Selain mengakibatkan penurunan tekanan uap dan kenaikan titik didih, adanya zat terlarut tidak mudah menguap juga mengakibatkan penurunan titik beku larutan. Dalam hubungan ini juga dikenal tetapan penurunan titik beku molal (simbol: Kr).

Tabel. Titik Beku (Tf) dan Harga Kf dari beberapa Pelarut

Pelarut Tf (0C) Kf (0C/molal)
Air, H2O 0,0 1,86
Benzena, C6H6 5,5 4,9
Kloroform, CHCl3 -63,5 4,7
Karbontetraklorida,CCl4 23,9 28,8

 

Hubungan antara banyaknya zat terlarut dan penurunan titik beku adalah:

ΔTf = m.Kf

Dimana. ΔTf = penurunan titik beku. m = molalitas zat terarut, dan Kf = tetapan titik beku molal

Persamaan di atas dapat dinyatakan ke dalam bentuk:

Persamaan 2

Dimana; WA = massa zat terlarut A ; WP = massa pelarut P ; dan MA = Mr zat terlarut A.

Tekanan Osmotik Larutan

Perhatikanlah gambar berikut ini.

Gejala Osmosis
Gambar. Gejala Osmosis (a) keadaan awal, dan (b) keadaan akhir

Gambar. Gejala Osmosis: (a) keadaan awal, dan (b) keadaan akhir.

Gambar di atas memperlihatkan gejala osmosis pada larutan. Osmosis merupakan suatu proses pergerakan molekul pelarut dari pelarut murni (atau larutan encer) ke larutan lebih pekat melalui dinding/selaput semipermiabel. Dinding/selaput semipermiabel adalah benda yang hanya dapat dilewati oleh molekul-molekul pelarut (air).

Molekul-molekul pelarut bergerak masuk dan larutan encer ke larutan yang lebih pekat. Molekul pelarut yang masuk ini membuat permukaan larutan pekat naik. Kenaikan permukaan ini disebabkan oleh adanya suatu tekanan yang melawan gaya hidrostatik larutan pekat.

Tekanan inilah yang disebut tekanan osmotik larutan. Gaya hidrostatik ditimbulkan oleh tinggi permukaan suatu cairan.

Selama tekanan osmotik yang ditimbulkan oleh larutan encer lebih besar dari tekanan hidrostatik dari larutan pekat maka permukaan larutan pekat terus merambat naik. Suatu saat permukaan larutan pekat berhenti merambat naik; berarti pada saat ini kedua gaya yang saling berlawanan itu sama besar dan berada dalam keadaan setimbang.

Dengan kata lain, tekanan osmotik larutan encer sama dengan tekanan hidrostatik larutan pekat.

Ketika Raoult (1897) menemukan hubungan tekanan uap antara larutan encer dan pelarut murninya, J.H. van`t Hoff menemukan bahwa tekanan osmotik (simbol: p) dari larutan encer memenuhi sebuah persamaan yang analog dengan persamaan gas ideal (PV = nRT), yaitu:

persamaan 3

Dimana;

π = tekanan osmosis (dalam Tan)

n = jumlah mol zat terlarut (dalam mol)

V = volume larutan (dalam liter)

T = suhu larutan (dalam Kevin), dan

R = tetapan gas ideal (dalam L Tan.mol-1.K-1)

Persamaan 4

Di mana;

π = tekanan osmosis (dalam atm)

C = konsentrasi larutan (dalam molar),

wA = massa zat terlarut A (dalam g), dan

MA = Mr zat terlarut A (dalam g/mol).

Persamaan di atas memperlihatkan bahwa tekanan osmotik larutan merupakan sifat larutan yang termasuk sifat koligatif larutan. Mengapa? Karena gejala tekanan osmotik juga bergantung pada jumlah partikel zat terlarut dan bukan pada jenisnya.

Menurut persamaan a atau b, suatu larutan berkonsentrasi 1,0 M mempunyai tekanan osmotik larutan sebesar 22,4 atm pada 0°C.

π = C.R.T

= (1,0 mol.L-1)(0,082 atm.mol-1.K-1)(273 K) = (1,0)( 0.082)( 273) atm.

= 22,4 atm.

Dua larutan yang terpisah oleh selaput semipermiabel tidak akan mengalami osmosis apabila konsentrasi (kepekatan) keduanya sama. Kedua larutan yang tidak mengalami osmosis ini di sebut sebagai larutan isotonik. Sementara untuk larutan encer disebut larutan hipotonik terhadap larutan yang lebih pekat sebaliknya larutan pekat disebut larutan hipertonik terhadap larutan yang lebih encer.

Osmosis memainkan peran penting dalam proses sistem hidup termasuk di dalam tubuh. Sebagai contoh, selaput yang membungkus sel darah merah bersifat semipermiabel. Keberadaan sel dalam lingkungan larutan yang satu terhadap lainnya bersifat relatif hipertonik akan dapat menyebabkan air keuar-masuk sel. Proses keluarnya air dari dalam sel dikenal sebagai krenasi, dan dapat mengakibatkan sel mengkerut. Bila sebaliknya yang terjadi, disebut hemolisis, dan berakibat sel akan mengembang. Krenasi terjadi jika cairan di luar sel lebih pekat; atau sebaliknya terjadi hemolisis bila cairan di luar sel lebih encer.

Orang yang memperoleh penggantian cairan darah atau makanan melalui infus harus bersifat isotonik terhadap cairan dalam sel darah merah orang tersebut. Hal ini untuk menghindarkan terjadinya kreasi atau hemolisis pada sel darah merah.

Osmosis juga dapat berlangsung ke arah larutan yang lebih encer yang dikenal sebagai osmosis-balik. Hal ini dapat terjadi bila dari atas permukaan cairan pekat ini diberikan tekanan tambahan untuk mendorong permukaan cairan pekat ke arah bawah searah gaya hidrostatik, Akibatnya, molekul pelarut akan mengalir balik ke arah cairan yang lebih encer. Osmosis-balik diterapkan untuk memperoleh air bersih dari air laut. Cara ini dijumpai di beberapa negara Timur Tengah.

Advertisement

Leave a Reply

Your email address will not be published.