BAB 1 KOLIGATIF

1
SIFAT KOLIGATIF LARUTAN
A.
KONSENTRASI LARUTAN
B.
PENGERTIAN SIFAT KOLIGATIF LARUTAN
C.
SIFAT KOLIGATIF LARUTAN NONELEKTROLIT
D. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN ELEKTROLIT
Di dalam kehidupan sehari-hari, banyak kita temukan penerapan atau
aplikasi dari sifat koligatif larutan. Pernahkah Anda mengamati cairan infus
yang ada di rumah sakit? Contoh lain adalah teknologi pengolahan air laut
untuk menghasilkan air tawar. Di negara bermusim dingin, garam dapur
banyak ditaburkan di jalan-jalan raya untuk mencegah terbentuknya es yang
dapat menyebabkan tergelincirnya kendaraan saat melaju. Etilen glikol juga
ditambahkan ke dalam air radiator mobil agar tidak membeku pada musim
dingin dan tidak mendidih di musim panas. Semua gejala ini dapat dijelaskan
dengan sifat koligatif larutan.
2
KIMIA XII SMA
Dalam mempelajari sifat koligatif larutan Anda dapat menjelaskan sifatsifat koligatif larutan lebih jelasnya perhatikan peta konsep di bawah ini!
SIFAT KOLIGATIF
LARUTAN
terdiri
larutan non
elektrolit
larutan
elektrolit
meliputi
meliputi
penurunan
titik beku
kenaikan
titik didih
tekanan
osmosis
penurunan
tekanan uap
Berbanding lurus dengan kemolalan
penurunan
tekanan uap
tekanan
osmosis
kenaikan
titik didih
penurunan
titik beku
berbanding lurus dengan kemolaran
berbanding lurus dengan fraksimol
Peta konsep sifat koligatif larutan
A. KONSENTRASI LARUTAN
Dalam perhitungan sifat-sifat koligatif larutan ada tiga satuan konsentrasi yang digunakan.
1. Molaritas.
2. Molalitas.
3. Fraksi mol.
1. Molaritas (M)
Molaritas adalah satuan konsentrasi yang menyatakan banyaknya
mol zat terlarut dalam satu liter larutan.
M=
mol
L
karena mol =
maka apabila disubstitusi
massa zat (gram)
massa molar (Mr)
M=
gram / Mr
L
karena 1 L = 1.000 mL
KIMIA XII SMA
sehingga persamaan tersebut dapat ditulis
M=
gram 1.000
x
Mr
mL
2. Molalitas (m)
Molalitas adalah satuan konsentrasi yang menyatakan banyaknya
mol zat terlarut dalam satu kilogram pelarut.
m=
mol
kg
karena mol =
maka apabila disubstitusi
massa zat (gram)
massa molar (Mr)
m=
gram / Mr
kg
karena 1 kg = 1.000 gram
sehingga persamaan tersebut dapat ditulis m =
gram (a)
1.000
x
Mr
gram (b)
a = massa (gram) zat terlarut
b = massa (gram) zat pelarut
3. Fraksi mol (X)
Fraksi mol adalah satuan konsentrasi yang menyatakan banyaknya
mol zat terlarut atau pelarut dalam jumlah mol larutan.
X terlarut =
mol terlarut
mol terlarut + mol pelarut
X pelarut =
mol pelarut
mol terlarut + mol pelarut
Xterlarut + Xpelarut = 1
Contoh
1. Berapa gramkah urea CO(NH2)2 yang harus ditimbang untuk membuat
0,5 L larutan urea dalam air dengan konsentrasi 0,1 M? (Ar C = 12,
O = 16, N = 14, dan H = 1)
Jawab:
gram 1.000
M=
x
Mr
mL
gram 1000
0, 1 =
x
60
500
gram = 0, 1 x 30 = 3 gram
3
4
KIMIA XII SMA
2. Glukosa sebanyak 90 gram dilarutkan ke dalam 400 gram air, berapa
molalitas larutan glukosa tersebut? (Mr C6H12O6 = 180)
Jawab:
gram (a)
1.000
x
Mr
gram (b)
90
1.000 10
=
x
=
= 1, 25 m
180
400
8
m=
3. NaOH (Mr = 40) sebanyak 100 gram dilarutkan dalam 90 gram air
(Mr = 18). Hitunglah fraksi mol NaOH dalam larutan tersebut!
Jawab:
mol NaOH =
mol air =
10
= 0, 25 mol
40
90
= 5 mol
18
mol NaOH
mol NaOH + mol air
0, 25
0, 25
=
=
= 0, 0476
0, 25 + 5 5, 25
X NaOH =
Latihan 1
1. Hitunglah kemolaran (M) dari larutan berikut:
a. 2 gram NaOH dalam 100 mL larutan
b. 6 gram CO(NH2)2 dalam 0,2 liter larutan
(Ar Na = 23, O = 16, H = 1, C = 12, dan N = 14)
2. Hitunglah kemolaran (m) dari larutan berikut:
a. 17 gram NaNO3 dalam 2 kg air
b. 15,6 gram C6H6 dalam 0,5 kg CCl4
(Ar Na = 23, N = 14, O = 16, C = 12, H = 1, Cl = 35,5)
3. Hitunglah fraksi mol (X) dari larutan:
a. 7 gram KOH (Mr = 56) dilarutkan dalam 18 gram air (Mr = 18)
b. 7,8 gram benzena (Mr = 78) dalam 92,4 gram karbon tetraklorida (Mr = 154)
4. Sebuah larutan mengandung 0,10 M KCl dan 0,125 M MgCl2. Berapakah
molaritas K+, Mg2+, dan Cl- dalam larutan tersebut?
5. Apabila di dalam madu mengandung 35% massa sukrosa (Mr sukrosa = 342
dan Mr air = 18) serta massa jenis madu = 1,25 gram/mL, hitunglah:
a. molaritas madu
c. fraksi mol madu
b. molalitas madu
KIMIA XII SMA
B. PENGERTIAN SIFAT KOLIGATIF LARUTAN
Larutan adalah campuran antara dua zat atau lebih yang bersifat
homogen. Salah satu zat berfungsi sebagai pelarut (solvent) dan yang lain
sebagai zat terlarut (solute). Adanya perbedaan jumlah partikel zat terlarut
dalam suatu pelarut akan menyebabkan perbedaan sifat suatu larutan.
Titik didih 1 mol gula sama dengan titik didih 1 mol urea. Di dalam pelarut
air gula dan urea terpecah menjadi molekul-molekul yang jumlah partikelnya sama dalam wujud padat. Sedangkan titik didih 1 mol garam dapur
lebih tinggi dibanding titik didih 1 mol gula. Jumlah partikel 1 mol gula
berbeda dengan jumlah partikel garam dapur dalam pelarut air. Garam
dapur dalam pelarut air akan terurai menjadi ion-ion (ion Na+ dan ion Cli),
sehingga jumlah partikel garam dapur lebih dari 1 mol.
Titik didih adalah salah satu sifat koligatif larutan.
Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang tergantung pada
jumlah partikel zat terlarut di dalam larutan tetapi tidak tergantung
pada jenis zat terlarutnya.
Sifat koligatif larutan dibedakan menjadi dua yaitu:
a. sifat koligatif larutan nonelektrolit
b. sifat koligatif larutan elektrolit
C. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN NONELEKTROLIT
Sifat koligatif larutan nonelektrolit meliputi: penurunan tekanan uap,
kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmosis. Kita
hanya mempelajari sifat-sifat koligatif larutan nonelektrolit yang encer dan
zat terlarutnya nonvolatil (tidak mudah menguap).
1. Penurunan Tekanan Uap
Dalam mempelajari fenomena penurunan tekanan uap, kita harus
paham mengenai pengertian tekanan uap jenuh, tekanan uap pelarut
murni, dan tekanan uap larutan.
- Tekanan uap jenuh, adalah tekanan suatu gas yang berada di atas zat
cairnya dalam wadah/tempat yang tertutup, di mana terjadi
kesetimbangan dinamis antara gas/uap dan zat cair.
- Tekanan uap pelarut murni, adalah tekanan gas yang berada di atas
permukaan pelarut murni dalam tempat tertutup di mana terjadi
kesetimbangan dinamis antara pelarut murni fase gas dan cairnya.
- Tekanan uap larutan, adalah tekanan gas yang berada di atas
permukaan larutan dalam tempat tertutup, di mana terjadi
kesetimbangan dinamis antara fase gas dari pelarut dan larutan fase
cair.
5
6
KIMIA XII SMA
Perhatikan gambar berikut!
gas
cair
(a)
tekanan uap jenuh
pelarut
gas
pelarut
gas
pelarut
cair
pelarut
cair
(b)
tekanan uap pelarut murni
Gambar 1.1
partikel pelarut
partikel terlarut
(non volatil)
(c)
tekanan uap larutan
Jika pelarut murni dimasukkan ke dalam wadah yang tertutup
maka akan terjadi perpindahan partikel fase cair ke fase gas dan
sebaliknya dari fase gas ke fase cair. Setelah beberapa saat jumlah
partikel pelarut murni yang berubah dari fase cair ke fase gas sama
dengan jumlah partikel pelarut murni dari fase gas ke fase cair,
sehingga terjadi kesetimbangan dinamis. Jumlah partikel pelarut murni
pada fase gas akan memberikan tekanan yang disebut tekanan uap
pelarut murni.
Bagaimanakah partikel-partikel dapat berpindah dari fase cair ke
fase gas atau sebaliknya? Mengapa suhu semakin tinggi tekanan uap
semakin besar? Bagaimanakah tekanan uap larutan bila dibanding
dengan tekanan uap pelarut murninya? Apabila ke dalam pelarut
murni ditambahkan zat terlarut nonvolatil maka hanya partikel pelarut
saja yang berubah menjadi fase gas dan membentuk tekanan uap larutan.
Partikel zat terlarut tetap dalam larutan dan justru menghalanghalangi/menghambat penguapan partikel pelarutnya. Sehingga
tekanan uap larutan lebih kecil dibandingkan tekanan uap pelarut
murninya.
Perhatikan gambar berikut!
partikel
pelarut
partikel
pelarut
partikel
terlarut
cair
(a) pelarut murni
(b) larutan
Gambar 1.2
Menurut penjelasan dan gambar di atas, kita dapat melihat adanya
fenomena penurunan tekanan uap akibat penambahan zat terlarut ke
dalam pelarut murni.
KIMIA XII SMA
Francois Raoult (1830 - 1901) menyatakan bahwa besarnya tekanan
uap larutan bergantung pada jumlah partikel pelarut di dalam larutan,
dan ini dikenal dengan Hukum Raoult.
P = XA . Po
P = tekanan uap larutan
XA = fraksi mol pelarut
P0 = tekanan uap pelarut murni
XA =
mol A
mol A + mol B
mol A = mol pelarut
mol B = mol terlarut
XB
= fraksi mol terlarut
XA + XB = 1
Penurunan tekanan uap larutan (∆P) adalah selisih antara tekanan uap
pelarut murni (Po) dan tekanan uap larutan (P) yang dirumuskan
sebagai:
∆P = Po – P
Sehingga, penurunan tekanan uap larutan dapat dijabarkan sebagai
berikut.
∆P = Po – P, karena P = XA . Po maka
∆P = Po – (XA . Po), karena XA = 1 – XB maka
∆P = Po – ((1 – XB)Po)
∆P = Po – Po + PoXB
∆P = PoXB
Contoh
Sebanyak 18 gram glukosa C6H12O6 (Mr = 180) dilarutkan dalam 180
gram air (Mr = 18) pada suhu 29oC, bila tekanan uap air pada suhu itu
= 31,90 mmHg maka hitunglah:
a. tekanan uap larutan
b. penurunan tekanan uap larutan
7
8
KIMIA XII SMA
Jawab:
18
= 0,1 mol C6H12O6
180
jumlah mol C6H12O6 =
jumlah mol H2O =
XH2O =
180
= 10 mol H2O
18
mol H 2 O
10
=
= 0, 99
mol H 2 O + mol C6 H12 O 6 10 + 0, 1
a. tekanan uap larutan
P = XH
2O
x Po = 0,99 x 31,90 mmHg = 31,581 mmHg
b. penurunan tekanan uap larutan
∆P = Po - P
= (31,90 - 31,581) mmHg
= 0,319 mmHg
Penurunan tekanan uap larutan dapat pula digunakan untuk
menghitung Mr zat yang belum diketahui.
Perhatikan contoh berikut:
9,6 gram lilin dilarutkan dalam 40 gram CCl4 pada suhu 25oC sehingga
tekanan uap larutan turun sebesar 0,014 atm jika diketahui tekanan uap
CCl4 murni pada suhu 25oC = 0,131 atm dan Mr CCl4 = 154. Hitunglah Mr
lilin tersebut!
Jawab:
P = Po - ∆P
= (0,131 - 0,014) atm = 0,117 atm
jumlah mol CCl4 =
fraksi mol pelarut =
40
= 0, 26 mol CCl 4
154
P
P
o
=
0, 117
= 0, 893 (X CCl 4 )
0, 131
mol CCl 4
mol CCl 4 + mol lilin
0, 26
0, 893 =
0, 26 + mol lilin
mol lilin = 0, 031 mol
gram
9, 6
Mr lilin =
=
= 309, 7
mol
0, 031
X CCl =
4
KIMIA XII SMA
Latihan 2
Penurunan Tekanan Uap
1. Tekanan uap larutan 10 gram C6H12O6 dalam 100 gram etanol (C2H5OH)
adalah 55 mmHg. Berapakah tekanan uap pelarut murni etanol tersebut?
(Mr C6H12O6 = 180 dan Mr C2H5OH = 46)
2. 15 gram C16H22O4 dilarutkan ke dalam 100 gram oktana C8H18.
a. Berapakah tekanan uap larutan pada suhu 20oC, jika tekanan uap C8H18
murni = 0,0138 atm? (Mr C16H22O4 = 278 dan Mr C8H18 = 114)
b. Hitunglah penurunan tekanan uap larutan!
3. 10 gram zat nonvolatil dilarutkan dalam 100 gram aseton pada suhu 25oC.
Akibatnya terjadi penurunan tekanan uap dari 195 mmHg menjadi 192,5
mmHg. Berapakah Mr zat tersebut jika diketahui Mr aseton = 58?
2. Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku
Suatu larutan yang mengalami penurunan tekanan uap maka akan
mengalami kenaikan titik didih (∆Tb) dan penurunan titik beku (∆Tf).
∆Tb)
a. Kenaikan titik didih (∆
Perhatikan diagram fase berikut!
Tekanan
1 atm
C
D
cair
padat
B
A
o
0C
gas
suhu
o
100 C
Gambar 1.3 Diagram P - T untuk air
Diagram P - T (tekanan - suhu) ini menggambarkan hubungan
antara tekanan dengan suhu suatu zat pada fase padat, cair, gas, dan
kesetimbangan fase.
Pernahkah Anda merebus air? Berapakah titik didihnya? Pada
tekanan 1 atm, titik didih air adalah 100oC.
Perhatikan kurva B - D pada diagram P - T air!
9
10
KIMIA XII SMA
Jika P < 1 atm maka titik didih < 100oC
Jika P > 1 atm maka titik didih > 100oC
Bagaimanakah titik didih suatu larutan bila dibandingkan dengan
titik didih pelarut murninya?
Lakukan kegiatan eksperimen berikut!
Percobaan 1.1 : Menentukan Titik Didih
Siapkan 2 gelas beker 400 mL. Isi gelas beker pertama dengan 200 mL air. Isilah
gelas beker kedua dengan 200 mL larutan gula 0,1 M. Panaskan kedua gelas
tersebut. Setelah mendidih, ukurlah suhu masing-masing dengan termometer
termometer
termometer
4
air
4
3
2
1
0
larutan
gula
3
2
1
0
Anda akan memperoleh data bahwa titik didih larutan gula lebih
tinggi daripada titik didih air, mengapa? Adanya zat terlarut nonvolatil
di dalam larutan mengakibatkan penurunan tekanan uap larutan.
Pelarut murni akan mendidih jika tekanan uapnya sama dengan
tekanan luar, demikian juga untuk larutan, agar mendidih tekanan uap
larutan harus sama dengan tekanan luar yang berarti sama dengan
tekanan uap pelarut murninya. Perbedaan tekanan uap larutan dan
pelarut murni ditunjukkan oleh kurva larutan dan kurva pelarut murni
pada diagram P - T dalam gambar. Karena tekanan uap larutan lebih
kecil dari tekanan uap pelarut murni maka kurva larutan terletak di
bawah kurva pelarut murninya.
KIMIA XII SMA
C
1 atm
C'
pelarut
murni
Tekanan
cair
Larutan
B
padat
1
B
gas
∆Tb
∆Tf
1
A
D
D'
o
suhu ( C)
A
Gambar 1.4 Diagram PT air dan larutan
Agar tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni
(1 atm) maka suhu yang lebih tinggi dari titik didih pelarut murni
dibutuhkan agar larutan mendidih. Inilah yang dinamakan kenaikan
titik didih larutan relatif terhadap titik didih pelarut murni dan dapat
dirumuskan:
∆Tb = Tb larutan - Tb pelarut murni
Kenaikan titik didih juga tergantung pada jumlah partikel dalam
larutan. Persamaan berikut menggambarkan hubungan ∆Tb dengan
jumlah partikel dalam larutan (dinyatakan dalam molal).
Kb = tetapan larutan
∆Tb = Kb . m
Nilai Kb bergantung pada jenis pelarut
Nilai Kb dan Tb untuk beberapa pelarut dapat dilihat pada tabel
berikut.
Tabel 1.1
Tb (oC)
Kb (oC kg/mol)
air (H2O)
100
0,512
etanol (C2H5OH)
78,5
1,22
asam asetat (CH3COOH)
117,9
3,07
benzena (C6H6)
80,1
2,53
Pelarut
Pengukuran ∆Tb suatu larutan dapat digunakan untuk menentukan
Mr zat terlarut.
∆Tb = Kb . m
karena
m=
a
1.000
x
b
Mr
11
12
KIMIA XII SMA
maka
∆Tb = Kb x
a
1.000
x
Mr
b
dari persamaan ini, Mr zat terlarut dapat ditentukan
a = gram zat terlarut
Kb
1.000
Mr =
x
xa
b = gram pelarut
∆Tb
b
Contoh
1. 8 gram C12H22O11 dilarutkan dalam 60 gram air. (Mr C12H22O11 = 342,
Kb air = 0,512o C kg/mol, dan Tb air = 100o C)
Hitunglah!
a. ∆Tb larutan
b. Tb larutan
Jawab:
a
1.000
a. ∆Tb = Kb x
x
Mr
b
8
1.000
= 0, 512 x
x
342
60
= 0, 512 x 0, 0234 x 16, 67
= 0,19968
b.
≈ 0, 2o C
Tblarutan = Tbair + ∆Tb
= 100o C + 0,2o C = 100,2o C
2. Sebanyak 1,41 gram zat organik dilarutkan dalam 20 gram aseton
sehingga terjadi kenaikan titik didih 0,5o C. Berapa Mr zat organik
tersebut? (Kb aseton = 1,67o C kg/mol)
Jawab:
Kb
1.000
x
xa
∆Tb
b
1, 67 1.000
=
x
x 1, 41
0, 5
20
= 3, 34 x 50 x 1, 41
= 235, 5
Mr =
Latihan 3
1. Diketahui 1000 gram larutan gula (C12H22O11) dalam air dengan kadar 30%
massa. (Mr gula = 342 dan Kb air = 0,512o C kg/mol, Mr air = 18 dan Tb air
= 100o C). Pada suhu berapa larutan akan mendidih?
KIMIA XII SMA
2. Suatu zat X sebanyak 12,5 gram dilarutkan dalam 170 gram air sehingga
titik didih larutan menjadi 100,63o C. Hitunglah Mr zat X tersebut! (Kb air
= 0,512o C kg/mol)
3. Diketahui titik didih karbontetraklorida adalah 76,8o C dan tetapan kenaikan
titik didih molalnya = 5,02o C kg/mol. Jika 0,25 molal naftalena dilarutkan
dalam karbontetraklorida, berapakah titik didih larutan?
4. 1,065 gram suatu zat organik di larutkan dalam 30,14 gram dietil eter
sehingga terjadi kenaikan titik didih 0,296oC dan Kb eter = 2,11 kg/mol.
Hitunglah Mr zat organik tersebut!
b. Penurunan Titik Beku (∆Tf)
Pernahkah Anda melihat orang sedang membuat ice cream? Zat
apakah yang ditambahkan ke dalam es batu?
Titik beku adalah suhu di mana tekanan uap zat
cair sama dengan tekanan uap zat padat. Bila air
pada suhu kamar 25oC dan tekanan 1 atmosfir
didinginkan maka sewaktu air mulai membeku,
akan berada dalam dua fase, yaitu cair dan padat.
Pada tekanan 1 atm titik beku air adalah 0oC.
Bagaimanakah titik beku larutan bila dibandingkan dengan titik beku pelarutnya? Untuk lebih
jelasnya lakukan kegiatan sebagai berikut!
Gambar 1.5
Percobaan 1.2 : Mengamati Penurunan Titik Beku Larutan
• Ambillah 500 mL air yang dicampur es batu dan
masuk dalam gelas kimia. Ukur dan catatlah suhu
termometer
air es tersebut.
gelas kimia • Tambahkan 50 gram urea ke dalamnya dan aduk,
catat suhunya.
es batu
urea
• Tambahkan 50 gram urea lagi, aduk kembali dan
500ml air
catat suhunya.
• Lakukan terus, sejauh mana suhu akan turun?
• Buatlah data pengamatan seperti di bawah ini.
Volum air
(mL)
500
Berat urea (g)
Ditambahkan
Total
0
0
50
50
50
100
50
150
50
200
50
250
50
300
Suhu
(oC)
...
...
...
...
...
...
...
13
14
KIMIA XII SMA
Kita sudah mengetahui dari keterangan sebelumnya, bahwa adanya
zat terlarut ternyata menyebabkan penurunan tekanan uap larutan
relatif terhadap tekanan uap pelarut murninya. Menurut pengertian
titik beku bahwa pelarut murni akan membeku apabila tekanan uapnya
sama dengan tekanan uap pelarut murni padat. Demikian juga larutan,
akan membeku bila tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap
pelarut murni padat.
Bagaimana agar tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap
pelarut murni padat? Perhatikan kurva kesetimbangan cair-padat
untuk pelarut murni dan larutan pada diagram P - T (Gambar 6 ).
Supaya tekanan uap larutan sama dengan tekanan uap pelarut murni
padat maka kurva larutan harus bertemu dengan kurva pelarut murni
padat di B' dan titik beku larutan (A') lebih rendah dari titik beku
pelarut murni (A). Inilah yang disebut penurunan titik beku larutan
relatif terhadap titik beku pelarut murninya. Maka dapat dirumuskan
sebagai berikut.
∆Tf = Tf pelarut murni – Tf larutan
Penurunan titik beku larutan tergantung pada jumlah partikel
dalam larutan, karena itu penurunan titik beku merupakan sifat
koligatif larutan. Persamaan berikut menyatakan hubungan ∆Tf dengan
jumlah partikel dalam suatu larutan.
∆Tf = Kf . m
Kf = tetapan penurunan titik beku molal
m = molalitas larutan
Nilai Kf tergantung pada jenis pelarut
Nilai Kf dan Tf untuk beberapa pelarut dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 1.2
Tf (oC)
Kf (oC kg/mol)
0
1,86
asam asetat (CH3COOH)
16,6
3,90
benzena (C6H6)
5,5
5,10
Pelarut
air (H2O)
Pengukuran ∆Tf suatu larutan, dapat digunakan untuk menentukan Mr
zat terlarutnya.
∆Tf = Kf . m
karena
m=
a
1.000
x
Mr
b
KIMIA XII SMA
maka bila disubstitusi menjadi
∆Tf = Kf x
a
1.000
x
Mr
b
dari persamaan ini, Mr zat terlarut dapat ditentukan
a = gram zat terlarut
Kf
1.000
Mr =
x
xa
b = gram pelarut
∆Tf
b
Contoh
1. Bila 50 gram etilen glikol (C2H6O2, Mr = 62) dilarutkan dalam 100 gram
air. Hitunglah titik beku larutan tersebut! (Kf air = 1,86)
Jawab:
a
1.000 50 1.000
x
x
=
= 8, 06
Mr
b
100
62
∆Tf = Kf x m = 1, 86 x 8, 06 = 14, 99o C
m C2H6O 2 =
Tf larutan = Tf air − ∆Tf = 0o − 14 , 99o C
= -14, 99o C ≈ −15o C
2. Sebanyak 0,4 gram zat X dilarutkan dalam 20 gram benzena, ternyata
terjadi penurunan titik beku 0,57o C. Berapa Mr zat X! (Kf benzena =
5,10o C kg/mol)
Jawab:
Mr =
Kf
1.000
x
xa
∆Tf
b
50
5,10 1.000
=
x
x 0, 4 = 178, 9 ≈ 179
0, 57
20
Latihan 4
1. Sebanyak 8 gram suatu zat yang Mr-nya 246 dilarutkan ke dalam 125 gram
benzena. Jika Tf benzana 5,4o C dan Kf benzena 5,10o C kg/mol maka pada
suhu berapakah larutan tersebut akan membeku?
2. Ke dalam 52,8 gram benzena ditambahkan 1,25 gram naftalena dan
membeku pada suhu 277,5 K. Bila titik beku benzena 278,5 K dan tetapan
penurunan titik beku molal benzena 5,1o C kg/mol, berapakah massa
molekul relatif dari naftalena?
3. Bila air radiator mobil mengandung 75% massa air dan 25% massa etilen
glikol C2H4(OH)2, Mr = 62. Pada suhu berapa air radiator mobil tersebut
mulai membeku? (Kf air = 1,86o C kg/mol)
15
16
KIMIA XII SMA
4. Berapakah besar penurunan titik beku larutan yang mengandung 5 gram
antrasena (Mr = 178) dan 35 gram benzena, jika titik beku benzena 5,5o dan
Kf benzena 5,1o C kg/mol?
5. Suatu larutan yang mengandung 7,5 gram urea (Mr = 60) dalam 200 gram air
membeku pada suhu yang sama dengan larutan yang mengandung 15 gram
zat X dalam 200 gram air. Berapa Mr zat X? (Kf air = 1,86)
3. Tekanan Osmosis (π)
Dalam memahami tekanan osmosis, kita harus tahu dahulu apa itu
osmosis. Salah satu contoh peristiwa osmosis adalah masuknya air
tanah ke dalam tanaman melalui sel-sel akar.
Mengapa air tanah dapat masuk ke dalam tanaman, tetapi zat
dalam sel tanaman tidak dapat keluar?
Hal ini karena dalam kulit tumbuhan terdapat
selaput semipermeabel yang hanya dapat dilewati oleh
partikel pelarut dan tidak dapat dilewati oleh
partikel zat terlarut.
Contoh selaput semipermeabel adalah: kertas
perkamen, kulit ari telur, dan dinding sel hidup
pada tumbuhan maupun hewan.
Gambar 1.6
Percobaan 1.3 : Mengamati Proses Osmosis dan Tekanan Osmosis
• Ambillah 1 buah wortel besar dan lubangi tengahnya
• Isilah lubangnya tadi dengan larutan garam yang berwarna
• Letakkan stopper dan pipa kaca sempit di atas wortel
• Letakkan wortel di dalam gelas beker yang berisi air murni (aquades)
• Perhatikan apa yang terjadi dengan permukaan larutan garam?
Kita akan mengamati bahwa permukaan larutan
garam pada pipa kaca naik. Air dari gelas beker
pipa kaca
masuk ke dalam larutan garam melalui sel-sel
stopper
wortel yang berfungsi sebagai selaput semiwortel
permeabel.
larutan
garam
Selanjutnya perhatikan gambar di bawah.
air
beaker glass
∆h
larutan
pelarut
pelarut
semi permiabel
Gambar peristiwa osmosis
tekanan
osmosis
larutan
KIMIA XII SMA
Partikel air dalam pelarut murni lebih banyak maka aliran yang
terjadi dari pelarut murni ke larutan. Perpindahan partikel pelarut dari
pelarut murni (larutan encer) ke dalam larutan yang lebih pekat
melalui selaput semipermeabel disebut proses osmosis. Akibat aliran
yang terjadi maka permukaan larutan akan naik, proses ini berlanjut
sampai jumlah partikel air di kedua sisi sama. Perbedaan ketinggian ∆h
ini disebut tekanan osmosis larutan. Jadi, tekanan osmosis adalah
tekanan yang diperlukan untuk menghentikan proses osmosis.
Tekanan osmosis dapat berupa tekanan dari luar atau tekanan
hidrostatik larutan.
Hubungan tekanan osmosis dengan jumlah partikel dalam larutan
dinyatakan secara matematis melalui persamaan Van't Hoff yang
identik dengan persamaan gas ideal.
πxV=nxRxT
atau
π=
maka persamaan dapat ditulis
π
v
n
T
n
xRxT
v
karena
n
=M
v
π=MxRxT
= tekanan osmosis larutan (atm)
= volum larutan (L)
= jumlah mol zat terlarut
= suhu mutlak (K)
R = tetapan gas = 0,082 L atm/mol K = 8,3145 m3 Pa/mol K
M = molaritas larutan
Contoh
Berapakah tekanan osmosis larutan naftalena dalam benzena yang
mengandung 10 gram naftalena (Mr = 128) tiap 1 liter larutan pada
suhu 15o C? (R = 0,082 L atm/mol K)
Jawab:
mol naftalena, n =
M=
10
= 0, 078 mol
128
n 0, 078 mol
=
= 0, 078 mol/L
v
1L
T = 15oC + 273 = 288 K
π = M x R x T = 0,078 x 0,082 x 288 = 1,84 atm
Pengukuran tekanan osmosis sulit dilakukan dan hasilnya tidak
akurat karena sangat sensitif. Namun dapat juga untuk menentukan
massa molekul relatif (Mr) dari protein, polimer, dan molekul besar
lainnya karena pengukuran dapat dilakukan pada suhu kamar.
Makromolekul cenderung bersifat kurang stabil pada suhu tinggi.
17
18
KIMIA XII SMA
Persamaan Van't Hoff, Mr zat terlarut dapat dihitung sebagai
berikut.
π=MxRxT
menjadi π =
karena
M=
gram
xRxT
Mr x L
massa (gram)
Mr x L
dan
Mr =
maka bila disubstitusi
gram x R x T
πxL
Contoh
Ke dalam 1 L larutan ditambahkan 1,82 gram zat antibeku (etilen glikol)
pada suhu 10o C tekanan osmosisnya adalah 0,68 atmosfer. Hitunglah
Mr etilen glikol! (R = 0,082 L atm/mol K)
Jawab:
T = 10o C + 273 = 283 K
Mr =
1, 82 x 0, 082 x 283
= 62 , 11 ≈ 62
0, 68 x 1
Apabila setetes sel darah merah diletakkan dalam air murni apa
yang terjadi? Air akan mengalir masuk ke dalam sel darah melalui
selaput sel sehingga sel darah menjadi menggelembung dan pecah. Air
dikatakan bersifat hipotonik terhadap sel darah merah. Jika sel darah
merah diteteskan ke dalam larutan NaCl ± 5%, air akan mengalir dari
dalam sel ke larutan NaCl dan sel darah merah akan mengerut kecil
karena kehilangan pelarutnya. Larutan NaCl 5% bersifat hipertonik
terhadap sel darah merah. Jika darah merah diteteskan dalam larutan
NaCl ± 0,9%, ternyata sel darah merah tetap dalam kondisi semula,
tidak menggelembung dan tidak mengerut. Berarti jumlah air yang
masuk dan keluar sel sama banyak. Kondisi demikian dinamakan
isotonik. Untuk selaput semipermeabel sempurna maka kedua
larutan yang isotonik akan mempunyai tekanan osmosis yang sama
(iso-osmosis).
Hipotonik
Hipertonik
Η2Ο
Α
Β
air murni
Isotonik
Η2Ο
Α
Β
larutan NaCl 5%
Α
Η 2Ο
Β
larutan NaCl 0,9%
Gambar 1.7
jika πA < πB maka A bersifat hipotonik relatif terhadap B
jika πA = πB maka A bersifat isotonik relatif terhadap B
jika πA > πB maka A bersifat hipertonik relatif terhadap B
KIMIA XII SMA
Catatan: Larutan NaCl 0,9% bersifat isotonik terhadap plasma
darah, larutan ini digunakan untuk larutan infus di rumah sakit.
Selaput sel darah merah tidak semipermeabel sempurna sehingga
walaupun isotonik terhadap cairan infus tetapi tidak iso-osmosis.
Latihan 5
1. Sebanyak 4 gram urea (CO(NH2)2 (Mr = 60) dilarutkan dalam air sehingga
volum larutan menjadi 100 ml. Berapakah tekanan osmotik larutan pada
suhu 20o C!
2. Suatu larutan sebanyak 200 ml mengandung 1,6 gram gula tebu, ternyata
pada suhu 20o C mempunyai tekanan osmotik larutan 0,562 atm. Hitunglah
Mr gula tebu! (R = 0,082 L atm/mol K)
3. Hitunglah tekanan osmotik dari larutan glukosa 0,75% (Mr = 180) pada
suhu 27o C! (ρ larutan = 1,2 gram/ml, R = 0,082 larutan atm/mol K)
4. Hitunglah konsentrasi (M) suatu larutan glukosa yang bersifat isotonik
dengan darah yang mempunyai tekanan osmosis 7,65 atm pada suhu 37oC
dan Mr glukosa = 180! (R = 0,082 L atm/mol K)
5. Rumus perbandingan dalam senyawa Gom Arab adalah C12H22O11. Jika
larutan 1 gram Gom Arab dalam 100 ml pada 27o C mempunyai tekanan
osmotik 7,7 mmHg.
a. Berapakah Mr dari Gom Arab tersebut?
b. Bagaimanakah kira-kira rumus molekul Gom Arab tersebut?
D. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN ELEKTROLIT
Masih ingatkah Anda, apakah larutan elektrolit? Mengapa larutan
elektrolit dapat menghantarkan arus listrik? Larutan elektrolit dapat
menghantarkan listrik karena terurai menjadi ion positif dan ion negatif
yang bergerak bebas dalam larutan. Contohnya: NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)
Bagaimanakah sifat-sifat koligatif larutan elektrolit encer bila
dibandingkan dengan larutan nonelektrolit?
ion Clmolekul
urea
ion Na+
larutanNaCl encer
0,005M
larutan urea encer
0,01M
Gambar 1.8
19
20
KIMIA XII SMA
Bandingkan larutan urea 0,01 M dan larutan garam 0,005 M secara teoretis.
Walaupun kedua larutan konsentrasinya berbeda ternyata dari pengukuran
menunjukkan bahwa sifat koligatif dari kedua larutan tersebut sama.
Mengapa? Diketahui bahwa larutan NaCl terion sempurna menjadi Na+(aq)
dan Cl-(aq) maka larutan garam 0,005 M akan menghasilkan 0,005 M Na+
dan 0,005 M Cl-. Total mol larutan NaCl sama dengan mol larutan urea.
Maka untuk konsentrasi larutan yang sama, larutan elektrolit mempunyai
sifat koligatif yang lebih besar dibandingkan dengan larutan nonelektrolit.
Dalam menghitung nilai sifat koligatif larutan elektrolit maka
persamaan-persamaan dalam larutan nonelektrolit dapat digunakan
dengan menambahkan faktor i yang diusulkan oleh Van't Hoff (1880). Nilai
faktor Van't Hoff merupakan perbandingan antara efek koligatif larutan
elektrolit dengan nonelektrolit pada konsentrasi yang sama.
efek koligatif larutan elektrolit
efek koligatif larutan nonelektrolit
∆Pelektrolit
∆Tb elektrolit
∆Tfelektrolit
π elektrolit
i=
=
=
=
∆Pnonelektrolit ∆Tb nonelektrolit ∆Tfnonelektrolit π nonelektrolit
i=
Kita dapat menuliskan kembali persamaan penurunan tekanan uap,
kenaikan titik didih, penurunan titik beku dan tekanan osmosis untuk
larutan elektrolit sebagai berikut.
∆Pelektrolit = Po x XB x i
∆Tfelektrolit = Kf x m x i
∆Tbelektrolit = Kb x m x i
πelektrolit = M x R x T x i
Contoh soal 1.7
Berapakah faktor Van't Hoff (i) dari larutan HF 0,1 M jika titik beku larutan
-0,197o C (Kfair = 1,86oC kg/mol)
Jawab:
∆Tf = Tfair - Tflarutan
= 0oC - (-0,197) = 0,197oC
∆Tf = Kf x m x i
0,197 = 1,86 x 0,1 x i
i=
0, 197
= 1,06
0, 186
KIMIA XII SMA
Hubungan faktor Van't Hoff (i) dengan derajat ionisasi (α) adalah
sebagai berikut:
larutan elektrolit n
terion
n ion-ion
mula-mula
ionisasi
:
:
1
α
nα
setimbang
:
1-α
nα
Larutan elektrolit 1 mol menghasilkan n ion. Derajat ionisasinya α dan
jumlah partikel dalam keadaan setimbang = (1 - α) + nα sehingga diperoleh
faktor Van't Hoff.
i=
(1 − α ) + nα
= 1 + (n − 1)α
1
di mana:
jadi
i = 1 + (n - 1)α
n = jumlah ion
α = derajat ionisasi
Contoh
Tekanan osmosis larutan MgCl2 adalah 0,6 atm dan larutan glukosa 0,25
atm. Apabila kedua larutan molaritasnya sama, hitunglah:
a. faktor Van't Hoff (i)
b. derajat ionisasi MgCl2 (α)
Jawab:
a.
i=
π elektrolit
π nonelektrolit
=
π MgCl 2
π glukosa
=
0, 6
= 2, 4
0, 25
b. MgCl2 terion menjadi Mg2+ + 2Cl- (n = 3)
i = 1 + (3 - 1)α
2,4 = 1 + 2α
α=
2, 4 − 1
= 0,7
2
Latihan 6
1. Hitunglah faktor Van't Hoff (i) dan tekanan osmosis larutan (π) dari larutan
BaCl2 pada suhu 15o C yang mengandung 2,08 gram BaCl2 dalam 600 mL
larutan, jika α = 06 dan Mr BaCl2 = 208!
2. Hitunglah tekanan osmosis larutan KCl 0,01 M pada suhu 27 o C jika
α KCl = 86%!
21
22
KIMIA XII SMA
3. Larutan 2,9 gram NaCl dalam 98 mL larutan mempunyai titik beku -1,8o C.
Berapa derajatkah ionisasi NaCl dalam larutan tersebut jika massa jenis
larutan 1,02 gram/mL dan Kfair = 1,86?
4. Larutan 0,1 molal nonelektrolit P dalam air mempunyai titik beku yang
sama dengan larutan 0,05 mol zat Q dalam 900 gram air. Perkirakan apakah
zat Q suatu elektrolit atau nonelektrolit dan berapakah derajat ionisasinya
jika dianggap sebagai elektrolit biner?
5. Sebanyak 5,85 gram NaCl dalam 1.000 gram air mempunyai penurunan
titik beku 1,8 kali penurunan titik beku 3 gram urea dalam 500 gram air.
Berapa derajat ionisasi (α) larutan NaCl tersebut? (Ar Na = 23, Cl = 35,5, C
= 12, O = 16, N = 14, dan H = 1) Kfair = 1,86
nc i
u
K
a
Ka t
fraksi mol
hukum Raoult
hipertonik
hipotonik
isotonik
molalitas
molaritas
solvent
solute
sifat koligatif
selaput semipermeabel
tekanan osmotik
Van't Hoff
kenaikan titik didih
penurunan titik didih
RANGKUMAN
•
•
•
Larutan adalah campuran dua zat atau
lebih yang bersifat homogen.
Sifat koligatif larutan: sifat larutan yang
tergantung pada jumlah partikel zat
terlarut, bukan jenis terlarutnya.
Ada tiga satuan konsentrasi yang
digunakan dalam sifat koligatif larutan
a. Fraksi mol (x): banyaknya mol zat
dalam
jumlah
mol
larutan.
Digunakan
untuk
perhitungan
penurunan tekanan uap.
b. Molalitas (m): banyaknya mol zat
terlarut dalam 1 kg pelarut.
Digunakan
untuk
perhitungan
penurunan titik beku dan kenaikan
titik didih larutan.
c. Molaritas (M): banyaknya mol zat
KIMIA XII SMA
•
•
•
•
•
yang terlarut dalam 1 liter larutan.
Digunakan
untuk
perhitungan
tekanan osmosis larutan.
Penurunan tekanan uap (∆P) adalah
fenomena di mana tekanan uap larutan
lebih kecil bila dibandingkan dengan
tekanan uap pelarut murninya.
Tekanan uap adalah tekanan gas yang
berada di atas zat air dalam tempat tertutup di mana terjadi kesetimbangan
dinamis antara fase gas dan cairannya.
Kenaikan titik didih (∆Tb) adalah fenomena
di mana titik didih larutan lebih tinggi
dari titik didih pelarut murninya.
Titik didih larutan adalah suhu di mana
tekanan uap larutan sama dengan
tekanan uap pelarut murninya.
Penurunan titik beku (∆Tf) adalah fenomena
di mana titik beku larutan lebih rendah
dari titik beku pelarut murninya.
Titik beku larutan adalah suhu di mana
tekanan uap larutan sama dengan
tekanan uap pelarut murni padatnya.
Tekanan osmosis (π) adalah tekanan yang
diperlukan untuk menghentikan proses
osmosis larutan encer atau pelarut murni
ke dalam larutan yang lebih pekat melalui
selaput semipermeabel.
Osmosis adalah perpindahan partikel
pelarut dari suatu larutan encer atau
pelarut murni ke larutan yang lebih pekat
melalui suatu selaput/membran semipermeabel.
Selaput semipermeabel adalah selaput
yang dapat dilalui oleh partikel pelarut,
tetapi tidak dapat dilalui oleh partikel zat
terlarut.
Larutan elektrolit adalah larutan yang
dapat menghantarkan arus listrik karena
terurai menjadi ion-ion yang bebas bergerak.
Pada konsentrasi yang sama larutan
23
24
KIMIA XII SMA
elektrolit mempunyai nilai sifat koligatif
lebih besar daripada larutan nonelektrolit.
Perbandingan antara sifat koligatif larutan
elektrolit dan nonelektrolit ditunjukkan
oleh faktor Van't Hoff (i).
•
Hubungan sifat koligatif larutan dengan
jumlah partikel dalam larutan.
Larutan nonelektrolit:
a. ∆P = PoXB
b. ∆Tb = Kb x m
c. ∆Tf = Kf x m
d. π = M x R x T
Untuk larutan elektrolit
a. ∆P = PoXB x i
•
b. ∆Tb = Kb x m x i
c. ∆Tf = Kf x m x i
d. π = M x R x T x i
Menentukan Mr zat terlarut
Kb
1.000
x
xa
∆Tb
b
Kf
1.000
b. Dari ∆Tf ⇒ Mr =
x
xa
∆Tf
b
gram x RT
c. Dari π ⇒ Mr =
πxL
a. Dari ∆Tf ⇒ Mr =
a = gram terlarut
b = gram pelarut
KIMIA XII SMA
P
ELATIHAN SOAL
I. Pilihlah huruf a, b, c, d, atau e pada jawaban yang tepat!
1. Berikut yang merupakan sifat
koligatif larutan adalah ....
a. penurunan larutan
b. kenaikan titik didih
c. kenaikan titik beku
d. kenaikan tekanan uap
e. kenaikan tekanan osmosis
2. Larutan-larutan berikut dalam
jumlah massa zat terlarut sama
(dalam air) yang memiliki
tekanan uap terbesar adalah ....
a. urea (Mr = 60)
b. glukosa (Mr = 180)
c. garam dapur (Mr = 58,5)
d. gula pasir (Mr = 342)
e. gliserol (Mr = 92)
3. Dalam mesin uap digunakan
air tawar bukannya air laut.
Alasan yang benar untuk itu
adalah ....
a. air tawar harganya lebih
murah
b. air tawar memiliki titik didih
yang lebih tinggi dari air laut
c. air tawar tidak asin sedang
air laut asin
d. air tawar bertekanan uap
lebih besar daripada air laut
e. air tawar memiliki titik
beku lebih tinggi daripada
air laut
4. Berikut kegunaan sifat koligatif
yang tidak benar adalah ....
a. untuk pembangkit listrik
tenaga uap
b. dapat digunakan untuk
menentukan larutan
c. untuk menentukan massa
jenis larutan
d. untuk pembuatan larutan
anti beku (anti freezing
solution)
e. untuk pembuatan larutan
isotonik pada transfusi
darah
5. Larutan urea CO(NH2)2 20%
berat mempunyai molalitas ... m.
a. 0,75
d. 4,16
b. 2,40
e. 13,33
c. 3,33
6. Ke dalam 150 gram air
dimasukkan sejumlah urea
CO(NH2)2 ternyata larutan
mendidih pada suhu 100,12oC.
Bila air mempunyai Kb = 0,52
maka banyaknya urea yang
dimasukkan adalah ... gram.
a. 0,69
d. 4,15
b. 1,96
e. 5,0
c. 2,077
7. Untuk mengurangi rasa asin
pada ikan asin dapat dilakukan
dengan cara memasukkan ikan
asin ke dalam larutan garam.
Hal-hal yang membenarkan
kejadian tersebut adalah ....
a. larutan garam masuk ke
dalam tubuh ikan
b. daging ikan bersifat semipermeabel
c. garam pindah dari konsentrasi rendah ke konsentrasi
tinggi
d. air pindah dari konsentrasi
rendah ke konsentrasi tinggi
e. air pindah dari konsentrasi
tinggi ke konsentrasi rendah
25
26
KIMIA XII SMA
8. Tekanan osmosis rata-rata
dalam darah adalah 7,7 atm
pada suhu 25oC. Berapakah
konsetrasi glukosa (C6H12O6)
yang isotonik dengan darah
adalah .... (R = 0,08)
a. 3,76 M
d. 0,32 M
b. 0,376 M
e. 0,032 M
c. 0,370 M
9. Data penurunan titik beku dari
suatu percobaan
Larutan
konsentrasi titik beku
(molal)
(toC)
urea
CO(NH2)2
0,10
0,01
-0,1860
-0,0186
garam dapur
(NaCl)
0,10
0,01
-0,3720
-0,0372
gula
(C12H22O11)
0,10
0,01
-0,1860
-0,0186
Dari data tersebut larutan
elektrolit dan nonelektrolit
berbeda titik bekunya disebabkan karena ....
a. sifat keasamannya
b. daya larutnya dalam air
c. jumlah peritkelnya
d. kepekatannya
e. massa jenisnya
10. Sebanyak 10 gram zat nonelektrolit yang tidak mudah
menguap dilarutkan ke dalam
100 gram aseton
O
||
((CH3–C–CH3)
pada suhu 25oC terjadi penurunan tekanan uap dari 195
mmHg menjadi 192,5 mmHg.
Dari data tersebut tentukan
berapa massa molekul relatif
zat nonelektrolit tersebut?
a. 452
b. 440
c. 440
d. 342
e. 180
II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan berikut ini!
1. Sebanyak 23,25 gram garam dapur (NaCl) dilarutkan ke dalam 1 liter
air dan mendidih pada suhu 100,372oC, jika Kb air = 0,52, maka berapa
derajat ionisasi NaCl tersebut!
2. Dalam suatu percobaan ditemukan bahwa dengan melarutkan 3 gram
zat A dalam 100 gram CCl4 (Mr = 154) terjadi penurunan tekanan uap
pelarut sebesar 2%. Dari data ini hitunglah massa molekul relatif zat A!
3. Suatu larutan urea dalam air mempunyai penurunan titik beku 0,372oC.
Bila Kf air = 1,86 dan Kb air = 0,52, maka tentukan kenaikan titik didih
larutan urea tersebut!
4. Sebanyak 3,24 grm zat X yang tidak mudah menguap dan nonelektrolit
dilarutkan dalam 200 gram air, ternyata mendidih pada suhu
100,130oC. Jika Kb air = 0,52, maka tentukan massa molekul relatif zat
X!
5. Berapa tekanan osmotik dari suatu larutan elektrolit biner 0,1 M yang
pada suhu 20oC mempunyai derajat ionisasi 0,72!