Sifat Koligatif Larutan: Pengertian,Jenis-jenis dan Penerapannya

Pendahuluan

Air akan mendidih lebih cepat di dataran tinggi daripada di dataran rendah.Karena tekanan udara luar untuk daerah tinggi memang lebih rendah dibandingkan di daerah dataran rendah, sehingga molekul air lebih mudah terlepas ke udara menjadi uap (mendidih)

        Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis zat terlarut tetapi hanya bergantung pada konsentrasi pertikel zat terlarutnya. Sifat koligatif larutan terdiri dari dua jenis, yaitu sifat koligatif larutan elektrolit dan sifat koligatif larutan nonelektrolit. Meskipun sifat koligatif melibatkan larutan, sifat koligatif tidak bergantung pada interaksi antara molekul pelarut dan zat terlarut, tetapi bergatung pada jumlah zat terlarut yang larut pada suatu larutan.

Sifat Koligatif Larutan meliputi

1. Penurunan tekanan uap 

2. Kenaikan titik didih 

3. Penurunan titik beku 

4. Tekanan osmotik   

    Pembentukan suatu larutan tidak menimbulkan pengaruh terhadap sifat-sifat kimia zat penyusun larutan tersebut. Air suling (air murni) dan air sumur (air yang mengandung zat terlarut) memperlihatkan reaksi yang sama jika misalnya direaksikan dengan logam natrium. Akan tetapi sifat fisik suatu zat berubah apabila zat itu menjadi komponen larutan

A.Kemolalan dan Fraksi Mol

1.Kemolalan

        Kemolalan atau molalitas merupakan pernyataan konsentrasi larutan yang menyatakan jumlah mol zat terlarut dalam 1 kg atau 1.000 g zat pelarut. 

a.Hubungan Kemolalan dan Kemolaran

                    Kemolalan (m)                           dan                                      Kemolaran (M)

     Kemolaran dapat dikonversi menjadi kemolalan  dengan mengubah lebih dahulu volume larutan menjadi massa larutan. 

b.Hubungan Kemolalan dan Persen Massa

    Persen massa adalah jumlah gram zat terlarut dalam 100 gram massa larutan. 

atau

Contoh Soal:

Sebanyak 23,4 gram Nacl (Mr = 58,5) dilarutkan dalam 500 gram. Tentukan molalitas larutan NaCl.

Penyelesaian

 g NaCl = 23,4 gram; Mr NaCl = 58,5 p air = 500 gram

m = 0,8 m

2. Fraksi Mol

    Fraksi mol merupakan pernyataan konsentrasi suatu larutan yang menyatakan perbandingan jumlah mol zat terlarut terhadap jumlah mol total komponen larutan (jumlah mol pelarut + jumlah mol zat terlarut).

Contoh Soal:

Hitung fraksi mol NaCl dan air, jika diketahui 14,6 gram NaCl dilarutkan dalam 150 gram air. (Mr NaCl = 58,5; H2O = 18) 

Penyelesaian:

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

    Sifat Koligatif Larutan adalah sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis zat terlarut tetapi hanya bergantung pada konsentrasi pertikel zat terlarutnya. Sifat koligatif larutan terdiri dari dua jenis, yaitu sifat koligatif larutan elektrolit dan sifat koligatif larutan nonelektrolit. Meskipun sifat koligatif melibatkan larutan, sifat koligatif tidak bergantung pada interaksi antara molekul pelarut dan zat terlarut, tetapi bergatung pada jumlah zat terlarut yang larut pada suatu larutan.     

    Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang bergantung pada jumlah partikel zat terlarut dan bukan pada jenis zat terlarutnya. Dan sifat ini berlaku pada larutan yang bersifat encer dan zat terlarut tidak mudah menguap (non volatil).Contohnya : penambahan garam dan etilen glikol ke dalam air akan menyebabkan penurunan titik beku larutan. Sifat koligatif larutan punya kebalikannya juga yaitu Sifat non Koligatif Larutan,yaitu sifat larutan yang tidak bergantung pada jumlah partikel zat terlarut tapi bergantung pada jenis zat terlarutnya. Contohnya : Penambahan garam dan gula masing masing akan memberikan rasa asin dan manis. Karena rasa bergantung pada jenis zat terlarut dan jumlah partikel zat terlarut, maka rasa termasuk sifat non koligatif larutan.

    Sifat koligatif terdiri dari penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik.

A. Sifat Koligatif Larutan pada Diagram Fasa

    Perhatikan diagram fasa cair berikut. 

diagram fasa cair

        Pada diagram fasa di atas garis putus-putus menunjukkan perilaku anomali air. Garis hijau menandai titik beku dan garis biru titik didih, menunjukkan bagaimana mereka bervariasi dengan tekanan. Kurva pada diagram fasa menunjukkan titik-titik di manaenergi bebas (dan sifat turunan lainnya) menjadi non-analitis" turunannya berkenaandengan (suhu dan tekanan dalam contoh ini) koordinat perubahan terputus-putus(tiba-tiba). 0isalnya, kapasitas panas dari wadah dengan es akan berubah tiba-tiba sebagai wadah dipanaskan melewati titik lebur. 1uang terbuka, di mana energi bebasadalah analitik, sesuai dengan daerah fase tunggal. Daerah satu fasa dipisahkan olehgaris non-analitis, di mana transisi fase terjadi, yang disebut batas fase. Dalamdiagram di sebelah kiri, batas fasa antara air dan gas tidak berlanjut tanpa batas.-ebaliknya, berakhir pada sebuah titik pada diagram fase yang disebut titik kritis. Ini mencerminkan fakta bahwa, pada suhu dan tekanan sangat tinggi, fase cair dan gas menjadi tidak dapat dibedakan, dalam apa yang dikenal sebagai fluida superkritis.Pada air, titik kritisterjadi pada sekitar Pada air, titik kritis ada pada sekitar 647 K dan 22,064 MPa (3.200,1 psi). Keberadaan titik cair-gas kritis mengungkapkan ambiguitas sedikit pelabelan daerah fase tunggal. Ketika terjadi dari cairan ke fase gas, satu biasanya menyeberangi batas fase, namun adalah mungkinuntuk memilih jalan yang tidak pernah melintasi batas dengan pergi ke kanan titik kritis. Dengan demikian, fase cair dan gas dapat berbaur terus menerus ke satu sama lain.

    Batas fase padat-cair hanya dapat diakhiri dengan titik kritis jika fase padatdan air memiliki grup simetri yang sama. 'atas fase padat-cair dalam diagram fase/at yang paling memiliki kemiringan positif, semakin besar tekanan pada saat tertentu,semakin dekat bersama-sama molekul-molekul saat dibawa ke satu sama lain, yangmeningkatkan efek dari kekuatan antarmolekul substansi itu. Dengan demikian,substansi memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk molekul untuk memiliki energiyang cukup untuk keluar pola tetap dari fase padat dan memasuki fase cair. Konsepserupa juga berlaku untuk perubahan fase cair-gas air, karena sifat tertentu, adalahsalah satu dari beberapa pengecualian aturan.

        Dan berikut diagram fasa untuk sifat koligatif larutan secara umum.  

 1.Penurunan Tekanan Uap

     Penurunan tekanan uap adalah fenomena di mana tekanan uap suatu larutan lebih kecil dibandingkan tekanan uap pelarut murninya dengan ukuran kecenderungan molekul-molekul suatu cairan untuk lolos menguap.Tekanan uap adalah tekanan gas yang berada di atas zat cairnya di dalam tempat tertutup, di mana gas dan zat cair berada dalam kesetimbangan dinamis. ( jumlah partikel yang melepaskan diri dari fase cair ke fase gas sama dengan fase gas yang terperangkap di permukaan fase cair ).

     Makin besar tekanan uap suatu cairan, makin mudah molekul-molekul cairan itu berubah menjadi uap. Harga tekanan uap akan membesar (cairan makin mudah menguap) apabila suhu dinaikkan. Tekanan uap suatu cairan bergantung pada banyaknya molekul di permukaan yang memiliki cukup energi kinetik untuk lolos dari tarikan molekul-molekul di sekitarnya. Jika ke dalam cairan itu dilarutkan suatu zat, maka kini yang menempati permukaan bukan hanya molekul pelarut, tetapi juga molekul zat terlarut. Karena molekul pelarut di permukaan makin sedikit, maka laju penguapan akan berkurang. Dengan kata lain, tekanan uap cairan itu turun. Makin banyak zat terlarut, makin besar pula penurunan tekanan uap.

Diagram penurunan tekanan uap

Penurunan tekanan dari P° ke P disebut dengan penurunan tekanan uap, yang diberi notasi ΔP dapat dirumuskan:

Contoh Soal:

Sebanyak 60 gram urea (Mr = 60) dilarutkan dalam 72 gram air (Mr = 18). Jika tekanan uap air murni pada 20°C adalah 22,5 mmHg, tentukan tekanan uap larutan dan penurunan tekanan uap larutan pada suhu itu. 

Penyelesaian:

   P = P° × Xp(air)

 P    = 22,5 mmHg × 0,8 = 18 mmHg, 

 ∆P = Po – P = 22,5 – 18 = 4,5 mmHg

2.Penurunan Titik Beku Larutan

    Titik beku adalah suhu pada nilai tekanan tertentu, saat terjadi perubahan wujud zat dari cair menjadi padat.Penurunan tekanan uap akibat zat terlarut yang tidak menguap juga dapat menyebabkan penurunan titik beku larutan. Gejala ini terjadi karena zat terlarut tidak terlarut dalam fasa padat pelarut. Contohnya es murni selalu memisah ketika larutan dalam air membeku. Agar tidak terjadi pemisahan zat terlarut dan pelarut ketika larutan membeku, maka diperlukan suhu lebih rendah lagi untuk mengubah seluruh larutan menjadi fasa padatnya.

Diagram penurunan titik beku

Penurunan titik beku larutan diberi notasi Tf. 

3.Kenaikan Titik Didih

    Titik didih adalah suhu pada saat tekanan uap jenuh suatu cairan sama dengan tekanan atmosfer di sekitarnya.

Titik didih zat cair adalah suhu tetap pada saat zat cair mendidih. Pada suhu ini, tekanan uap zat cair sama dengan tekanan udara di sekitarnya. Hal ini menyebabkan terjadinya penguapan di seluruh bagian zat cair. Titik didih zat cair diukur pada tekanan 1 atmosfer. Dari hasil penelitian, ternyata titik didih larutan selalu lebih tinggi dari titik didih pelarut murninya. Hal ini disebabkan adanya partikel - partikel zat terlarut dalam suatu larutan menghalangi peristiwa penguapan partikel - partikel pelarut. Oleh karena itu, penguapan partikel - partikel pelarut membutuhkan energi yang lebih besar. Perbedaan titik didih larutan dengan titik didih pelarut murni di sebut kenaikan titik didih yang dinyatakan dengan (ΔTb).

Diagram kenaikan titik didih

Kenaikan titik didih larutan yang diberi notasi Tb

Dari rumusan penuruan titik beku larutan dan kenaikan titik didih larutan dengan molal yang sama berlaku hubungan : 

      Massa molekul relatif (Mr ) zat terlarut                                  Jumlah Zat Terlarut

Contoh Soal 1:

Tentukan titik beku dan titik didih 0,54 molal (m) glukosa dalam air. (Kf = 1,86°C.m–1 , Kb= 0,52°C.m–1 ) 

Penyelesaian: 

Titik beku (Tf)

 ΔTf = kf × m 

        = 1,86°C.m-1 × 0,54 m 

        = 1,0044°C 

  Tf  = Tf = T° – Tf

        = 0°C – 1°C 

        = –1,0044°C

Titik didih (Tb)

Td= kd × m 

    = 0,52°C.m–1× 0,54 m 

    = 0,28°C 

Td =T° + Td

     =100°C + 0,28°C 

     = 100,28°C

 

Contoh Soal 2:

Berapa gram glukosa yang harus dilarutkan dalam 100 g air (Mr = 180) agar larutannya membeku pada –1,5°C (kf = 1,86°C.m–1 ).
Penyelesaian:
    Tf = T° – Tf 

        = 0°– ( –1,5°C) 

        = 1,5°C 

gram glukosa= 14,5 g 

4.Tekanan Osmotik Larutan

    Tekanan osmotik adalah tekanan yang diberikan kepada larutan sehingga dapat mencegah mengalirnya molekul pelarut memasuki selaput semipermeabel. Misalnya suatu larutan encer dan suatu larutan pekat dipisahkan oleh selaput (membran) yang semipermeabel, yaitu selaput yang dapat ditembus oleh molekul pelarut, tetapi tidak mampu ditembus oleh molekul zat terlarut. Selaput semipermeabel ini dapat berupa gelatin, kertas perkamen, lapisan film selofan, atau membrane sel makhluk hidup. Maka terjadilah peristiwa osmosis, yaitu perpindahan molekul pelarut dari larutan yang memiliki konsentrasi lebih rendah (encer) ke larutan yang konsentrasinya lebih tinggi (pekat) melalui membran semipermeabel. 

    Peristiwa osmosis menyebabkan naiknya permukaan larutan pekat, sehingga tekanan membesar yang pada gilirannya akan memperlambat laju osmosis. Akhirnya tercapailah suatu tekanan yang mampu menghentikan osmosis atau perpindahan molekul pelarut atau disebut tekanan osmosis. Suatu larutan yang encer memiliki tekanan uap yang lebih besar daripada larutan yang pekat. Artinya, molekul-molekul pelarut dalam larutan encer memiliki kecenderungan lolos (escaping tendency) yang lebih besar. 

    Tekanan osmotik(π) adalah tekanan yang diperlukan untuk mempertahankan agar pelarut tidak berpindah dari larutan encer ke larutan pekat.Tekan osmotik dirumuskan:

Dimana : 

M = Molaritas larutan 

R = tetapan gas 0,08206 L atm / mol K 

T = Suhu ( derajat Kelvin ) 

Contoh Soal:

Sebanyak 7,2 g glukosa (Mr = 180) dilarutkan dalam air sampai volumenya 400 mL. Tentukan tekanan osmotik larutan pada temperatur 27°C. (R = 0,0821 L.atm/K.mol) 

Penyelesaian 

T = 27°C = 300 K

Sifat Koligatif Larutan Elektrolit

    Faktor van’t Hoff adalah faktor yang membandingkan jumlah ion dari larutan elektrolit terhadap jumlah molekul dari larutan nonelektrolit. Berikut persamaan pada sifat koligatif larutan elektrolit.

Keterangan : 

i = { 1 + (n-1) α }

 n = jumlah koefisien kation dan anion 

α = derajat ionisasi elektrolit

PENERAPAN SIFAT KOLIGATIF LARUTAN DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI 

    Sifat koligatif larutan  terutama pada penurunan titik beku dan tekanan osmosis memiliki banyak kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. Beberapa penerapan penurunan titik beku dapat mempertahankan kehidupan selama musim dingin. Penerapan tekanan osmosis ditemukan di alam, dalam bidang kesehatan, dan dalam ilmu biologi. 

 A. PENERAPAN PENURUNAN TEKANAN UAP 

    Laut Mati adalah contoh dari terjadinya penurunan tekanan uap pelarut oleh zat terlarut yang tidak mudah menguap. Air berkadar garam sangat tinggi ini terletak di daerah gurun yang sangat panas dan kering, serta tidak berhubungan dengan laut bebas, sehingga konsentrasi zat terlarutnya semakin tinggi. Pada saat berenang di laut mati, kita tidak akan tenggelam karena konsentrasi zat terlarutnya yang sangat tinggi. Penerapan prinsip yang sama dengan laut mati dapat kita temui di beberapa tempat wisata di Indonesia yang berupa kolam apung. 

 B. PENERAPAN PENURUNAN TITIK BEKU 

1. Membuat Campuran Pendingin 

    Cairan pendingin adalah larutan berair yang memiliki titik beku jauh di bawah 0oC. Cairan pendingin digunakan pada pabrik es, juga digunakan untuk membuat es putar. Cairan pendingin dibuat dengan melarutkan berbagai jenis garam ke dalam air. 

2. Anti beku pada radiator mobil 

     Di daerah beriklim dingin, ke dalam air radiator biasanya ditambahkan etilen glikol. Di daerah beriklim dingin, air radiator mudah membeku. Jika keadaan ini dibiarkan, maka radiator kendaraan akan cepat rusak. Dengan penambahan etilen glikol dalam air radiator kan titik beku air dalam radiator menurun, dengan kata lain air tidak mudah membeku. 

3. Antibeku dalam Tubuh Hewan 

    Hewan-hewan yang tinggal di daerah beriklim dingin, seperti beruang kutub, memanfaatkan prinsip sifat koligatif larutan penurunan titik beku untuk bertahan hidup. Darah ikan-ikan laut mengandung zat-zat antibeku yang mempu menurunkan titik beku air hingga 0,8oC. Dengan demikian, ikan laut dapat bertahan di musim dingin yang suhunya mencapai 1,9oC karena zat antibeku yang dikandungnya dapat mencegah pembentukan kristal es dalam jaringan dan selnya. Hewan-hewan lain yang tubuhnya mengandung zat antibeku antara lain serangga , ampibi, dan nematoda. 

4. Antibeku untuk Mencairkan Salju 

    Di daerah yang mempunyai musim salju, setiap hujan salju terjadi, jalanan dipenuhi es salju. Hal ini tentu saja membuat kendaraan sulit untuk melaju. Untuk mengatasinya, jalanan bersalju tersebut ditaburi campuran garam NaCl dan CaCl2. Penaburan garam tersebut dapat mencairkan salju. Semakin banyak garam yang ditaburkan, akan semakin banyak pula salju yang mencair. 

5. Menentukan Massa Molekul Relatif (Mr) 

Pengukuran sifat koligatif larutan dapat digunakan untuk menentukan massa molekul relatif zat terlarut. Hal itu dapat dilakukan karena sifat koligatif bergantung pada konsentrasi zat terlarut. 

C. PENERAPAN TEKANAN OSMOSIS 

1. Mengontrol Bentuk Sel 

    Larutan-larutan yang mempunyai tekanan osmosis yang sama disebut isotonik. Larutan-larutan yang mempunyai tekanan osmosis lebih rendah daripada larutan lain disebut hipotonik. Sementara itu, larutan-larutan yang mempunyai tekanan osmosis lebih tinggi daripada larutan lain disebut hipertonik. Contoh larutan isotonik adalah cairan infus yang dimasukkan ke dalam darah. Cairan infus harus isotonik dengan cairan intrasel agar tidak terjadi osmosis, baik ke dalam ataupun ke luar sel darah. Dengan demikian, sel-sel darah tidak mengalami kerusakan. 

2. Mesin Cuci Darah 

    Pasien penderita gagal ginjal harus menjalani terapi cuci darah. Terapi menggunakan metode dialisis, yaitu proses perpindahan molekul kecil-kecil seperti urea melalui membran semipermeabel dan masuk ke cairan lain, kemudian dibuang. Membran tak dapat ditembus oleh molekul besar seperti protein sehingga akan tetap berada di dalam darah. 

3. Pengawetan Makanan 

    Sebelum teknik pendinginan untuk mengawetkan makanan ditemukan, garam dapur digunakan untuk mengawetkan makanan. Garam dapat membunuh mikroba penyebab makanan busuk yang berada di permukaan makanan. 

4. Membasmi Lintah 

    Garam dapur dapat membasmi hewan lunak, seperti lintah. Hal ini karena garam yang ditaburkan pada permukaan tubuh lintah mampu menyerap air yang ada dalam tubuh sehingga lintah akan kekurangan air dalam tubuhnya. 

5. Penyerapan Air oleh Akar Tanaman 

    Tanaman membutuhkan air dari dalam tanah. Air tersebut diserap oleh tanaman melalui akar. Tanaman mengandung zat-zat terlarut sehingga konsentrasinya lebih tinggi daripada air di sekitar tanaman sehingga air dalam tanah dapat diserap oleh tanaman. 

6. Desalinasi Air Laut Melalui Osmosis Balik 

    Osmosis balik adalah perembesan pelarut dari larutan ke pelarut, atau dari larutan yang lebih pekat ke larutan yang lebih encer. Osmosis balik terjadi jika kepada larutan diberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotiknya. Osmosis balik digunakan untuk membuat air murni dari air laut. Dengan memberi tekanan pada permukaan air laut yang lebih besar daripada tekanan osmotiknya, air dipaksa untuk merembes dari air asin ke dalam air murni melalui selaput yang permeabel untuk air tetapi tidak untuk ion-ion dalam air laut. Tanpa tekanan yang cukup besar, air secara spontan akan merembes dari air murni ke dalam air asin. Penggunaan lain dari osmosis balik yaitu untuk memisahkan zat-zat beracun dalam air limbah sebelum dilepas ke lingkungan bebas.