SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

(Hasan Ali M – 16630062)

Sifat koligatif merupakan sifat yang didasarkan pada tingkat konsentrasi dari larutan. Empat sifat koligatif larutan antara lain: penurunan titik beku, kenaikan titik didih, penurunan tekanan uap, dan tekanan osmosis. Dalam beberapa buku penurunan tekanan uap tidak dicantumkan dan diganti dengan kelarutan (solubiliti). Semua sifat koligatif didapatkan dari penurunan nilai potensial kimia pelarut cair sebagai akibat dari hadirnya zat terlarut.

a.     Penurunan Titik Beku

Contoh gambar disamping adalah kesetimbangan heterogen yang melibatkan perhitungan dari penurunan titik beku antara A dalam solid murni dan A pada campuran. A menjadi pelarut dan B zat terlarut.

Jika zat padat terlarut yang larut dalam pelarut, tapi tidak larut dalam pelarut padat. Bisa kita asumsikan bahwa pelarut padat murni berada pada kesetimbangan dengan larutan cair yang mengandung zat terlarut encer. Saat kesetimbangan,

μ₁^(liq) = μ₁^*(solid) .................................................................................................(1)

            Kita asumsikan bahwa larutan cukup encer sehingga memenuhi persamaan

                        μ₁^*(liq) + RTln(x₁) = μ₁^*(solid)..............................................................................(2)

Dimana x₁ adalah fraksi mol dari pelarut dalam larutan. Dengan aturan fase Gibbs ada dua variabel intensif independen. Jika tekanan dan suhu sedang dipilih untuk menjadi variabel independen, fraksi mol dari pelarut dalam fase cair adalah variabel dependen.

Kita bisa menurunkan persamaan (2), kemudian menerapkan hubungan termodinamika dan  mengintegrasikannya. Kita bagi dengan T dan kemudian diturunkan dengan T pada P konstan :

...............................................................(3)

Dengan menggunakan hubungan termodinamika

.....................................(4)

Dimasukkan ke persamaan (3) menjadi

..........................................(5)

Dimana ∆_fusH^*_m,1 adalah perubahan entalpi penggabungan dari pelrut murni.

Kesetimbangan temperatur akan lebih rendah dibanding temperatur pembekuan pelarut murni. Kita kalikan persamaan (5) dengan dT dan diintegralkan kedua sisi pada persamaan tersebut dengan interval dari temperatur leleh normal pelarut murni T_m,1 ke temperatur lebih rendah T’.

 .................................................(6)

...............................................................(7)

di mana x₁ (T) adalah fraksi mol pelarut dalam larutan yang berada pada kesetimbangan dengan pelarut murni pada suhu T, dan di mana kita telah menggunakan fakta bahwa x₁ = 1 pada suhu T_m,1.

Sistem ini (pelarut padat murni ditambah larutan cair) sesuai dengan salah satu kurva dalam diagram fase padat-cair seperti pada Gambar 1.1, sehingga persamaan (7) adalah persamaan untuk kurva ini, dengan tidak ada kelarutan pada padatan yang cukup dan pelarut cair yang bertindak secara ideal. Untuk larutan encer, persamaan (7) disederhanakan dengan menggunakan persamaan pertama dari deret Taylor

.....................(8)

            di mana kita mengabaikan superskrip utama (‘) pada T. Persamaan ini akurat hanya untuk larutan encer, dalam hal ini T diperkirakan sama dengan T_m,1. Kita ganti T dengan T_{m, 1} di penyebut dari persamaan (8):

................................................................................................................(9)

di mana kita menggunakan simbol ∆T_f untuk T_m,1 - T, penurunan titik beku.

Persamaan (9) sering ditulis ulang dalam hal molalitas, menggunakan persamaan (10) untuk menghubungkan dengan molalitas dan fraksi mol untuk larutan encer:

            Dimana M₁ adalah masa molar dari pelarut (kg)

........................................................................................................................(10)

            Dimana m₂ adalah molalitas dari terlarut. K_f,1 inilah yang disebut sebagai konstanta penurunan titik beku untuk pelarut spesifik.

 ......................................................................................................................(11)

Konstanta penurunan titik beku K_f,1 memiliki nilai yang berbeda pada tiap pelarut.

b.     Kenaikan Titik Didih

Kesetimbangan heterogen dalam hal ini melibatkan penghitungan dari kenaikan titik didih antara A dalam uap murni dan A dalam campuran, A menjadi pelarut dan B menjadi zat terlarut yang non-volatil.

 Jika pelarut volatil dan pelarut non volatil dalam sebuah larutan yang berada pada kesetimbangan dengan pelarut gas dengan P konstan, maka kita bisa mengasumsikan bahwa fasa gas dianggap sebagai gas ideal dan pelarut bertindak seolah-olah ideal. Fakta mendasar dari fasa kesetimbangannya adalah

....................................................................................(12)

Dimana x₁ adalah fraksi mol dari pelarut di fasa cair. Gunakan persamaan (4) sehingga

.........................................................................(13)

Dimana ∆_vapH^*_m.1 adalah perubahan molar entalpi dari penguapan pelarut murni. Kemudian persamaan tersebut dikali dengan dT dan diintegralkan dari T_b,1, temperatur normal pendidihan ke temperatur yang lebih tinggi, T’. Perubahaan entalpi  penguapan mendekati konstan, sehingga integrasinya menjadi (analog dengan persamaan (7)) :

  ...............................................................................(14)

Dan bisa disederhanakan menjadi,

.......................................................................................................(15)

Dimana ∆T_b = T – T_b.

            Ketika persamaan (15) terpecahkan untuk kenaikan titik didih dan ditulis persamaannya. Maka hasilnya analog dengan persamaan (10) :

......................................................................................................................(16)

            Konstanta kenaikan titik didihnya adalah

................................................................................................................(17)

Besar konstanta ini berbeda pada tiap pelarut, tapi tidak bergantung pada identitas dari zat terlarutnya. Jika lebih dari satu zat terlarut yang ada, molalitas m₂ diganti dengan  jumlah dari keseluruhan molalitas zat terlarut.

c.      Penurunan Tekanan Uap

Untuk zat terlarut nonvolatil dan pelarut volatil yang mematuhi aturan Raoult, total tekanan uap adalah sama dengan tekanan uap dari si pelarut :

.........................................................................................................................(18)

            Dimana P^*_1,vap adalah tekanan uap dari pelarut murni dan x₁ adalah fraksi mol dari pelarut dalam fasa cair. Penurunan tekanan uap bisa ditulis dengan

...............................................(19)

d.     Tekanan Osmosis

Sifat koligatif ini melibatkan kesetimbangan antara larutan cair dan larutan cair murni pada  sisi yang berlawanan dari membran semipermeable yang bisa dilewati hanya untuk mencapai kesetimbangan. Kesetimbangan tercapai ketika tekanan dari dua fasa adalah berbeda. Gambar 1.2 menunjukkan contoh osmometer sederhana, bagian kiri dari osmometer ini terisi dengan zat terlarut yang larut dalam pelarut, dan sebelah kanan berisi pelarut murni. Tekanan dari larutan naik keatas melebihi pelarut murni karena gaya gravitasi (hidrostatik) pada larutan yang ada di kolom sebelah kiri.

Kita menulis tekanan pada pelarut murni dengan P, dan pada larutan dengan P + Π. Perbedaan Π disebut dengan tekanan osmotik. Pada kesetimbangan, nilai dari potensial kimia pelarut haruslah sama antara kesua sisi dari membran tersebut. Jika pelarut memenuhi aturan Raoult,

................................(20)

kita harus mengabaikan perkiraan sebelumnya bahwa potential kimia adalah tidak terikat dengan besar tekanan. Dari persamanan,

jika volume molar dari cair murni mendekati ketidak terikatan  pada tekanan,

........................................................................(21)

Yang mana

................................................................................................(22)

Dari persamaan diatas, untuk larutan encer dari dua komponen bisa ditulis

Dan kita bisa menulis bahwa

Dari kedua persamaan itu bisa dibuat sebuah persamaan

..............................................................................................................(23)

            Dimana c₂ adalah konsentrasi molar dari zat terlarut. Persamaan (23) dikenal sebagai persamaan van’t Hoff.  Persamaan ini mirip dengan keadaan persamaan gas ideal

DAFTAR PUSTAKA

Mortimer, Robert G., 2008. Physical Chemistry Third Edition. London : Elsevier

Atkins, Peter dan Julio de Paula. 2014. Physical Chemistry Tenth Edition. New York : W. H. Freeman and Company