Sifat Koligatif Larutan: Pengertian, Jenis-jenis Sifat Koligatif, dan Penerapannya [Lengkap + Contoh Soal]

Pernahkah teman-teman pembaca terpikirkan bahwa mengapa air garam lebih sulit mendidih daripada air biasa? Mengapa air teh lebih sulit membeku daripada air biasa? Mengapa es krim dapat terbentuk dan tidak mudah meleleh? Ataupun mengapa cairan infus bisa masuk ke dalam tubuh manusia? Nah, ternyata, semua fenomena-fenomena ini ada rahasianya lho! Semua rahasia dari fenomena-fenomena ini dapat dijelaskan oleh suatu konsep, yaitu Sifat Koligatif Larutan! Sebenarnya apa sih sifat koligatif larutan itu? Yuk kita pelajari di artikel ini!

Pengertian Sifat Koligatif Larutan

Menurut Raymond Chang dalam bukunya yang berjudul “Chemistry 10^th Edition”, sifat koligatif larutan adalah sifat yang hanya bergantung pada jumlah partikel terlarut dalam suatu larutan dan tidak bergantung pada sifat alami partikel terlarut. Sifat koligatif larutan bergantung pada jumlah dari partikel terlarut saja, dalam bentuk atom, ion, maupun molekul. Sifat koligatif larutan sendiri terdiri atas penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik larutan. Berikut ini adalah video singkat mengenai sifat koligatif larutan.

Jenis-jenis Sifat Koligatif Larutan

• Penurunan Tekanan Uap

Penurunan tekanan uap adalah sifat koligatif larutan dimana suatu larutan memiliki tekanan uap yang lebih rendah daripada pelarut murninya. Penurunan tekanan uap disebabkan oleh adanya zat terlarut nonvolatile (tidak mudah menguap) yang memiliki interaksi dengan pelarut murni, dan membuat molekul-molekul pelarut murni menjadi lebih sulit untuk menguap. Penurunan tekanan uap dapat dijelaskan melalui Hukum Raoult sebagai berikut.

Dimana ΔP adalah besar penurunan tekanan uap, P⁰ adalah tekanan uap pelarut murni, dan X_t adalah fraksi mol zat terlarut. Dimana fraksi mol zat terlarut sendiri dapat dituliskan sebagai

Dimana n_t adalah jumlah mol zat terlarut, dan n_p adalah jumlah mol pelarut, dimana X_t + X_p = 1. Rumus lain dari penurunan tekanan uap adalah sebagai berikut.

Dimana P adalah tekanan uap larutan dan X_p adalah fraksi mol pelarut.

• Kenaikan Titik Didih

Sebelum mempelajari mengenai kenaikan titik didih, kita harus mengetahui definisi dari titik didih terlebih dahulu. Titik didih sendiri merupakan temperature dimana tekanan uap larutan sama dengan tekanan atmosfer eksternal. Kenaikan titik didih adalah sifat koligatif larutan dimana titik didih suatu larutan lebih tinggi daripada pelarut murninya. Kenaikan titik didih disebabkan oleh adanya zat terlarut nonvolatile (tidak mudah menguap) yang “menghalangi” molekul-molekul pelarut untuk menguap, sehingga menyebabkan suatu larutan lebih sulit untuk mencapai titik didihnya. Berikut ini adalah ilustrasi dari terjadinya kenaikan titik didih.

 Kenaikan titik didih dapat dirumuskan sebagai

Dimana  adalah besar kenaikan titik didih (°C), Tb adalah titik didih larutan (°C), Tb⁰ adalah titik didih pelarut murni (°C), kb adalah konstanta molal kenaikan titik didih (°C/m), m adalah molalitas larutan (mol/kg), dan  adalah Faktor Van’thoff (untuk zat nonelektrolit, nilai faktor Vant’hoff adalah 1), dan dapat dirumuskan sebagai berikut.

Dimana n adalah jumlah ion (misalkan NaCl, saat terlarut berubah menjadi ion Na⁺ dan ion Cl^–, maka dapat dikatakan memiliki 2 ion), dan  adalah derajat ionisasi (untuk larutan elektrolit kuat α = 1, untuk larutan elektrolit lemah 0 < α < 1).

• Penurunan Titik Beku

Teman-teman pembaca pasti pernah merasakan membeli jajanan es goyang dan merasakan sensasi sedikit asin pada kemasan es nya? Ya, benar! Ternyata penjual es goyang juga memanfaatkan salah satu sifat koligatif larutan loh, yaitu penurunan titik beku. Penurunan titik beku adalah sifat koligatif larutan dimana zat terlarut yang ditambahkan akan menurunkan titik beku dari pelarut murni nya. Penurunan titik beku disebabkan oleh adanya partikel zat terlarut yang menghalangi sesama molekul pelarut untuk saling berinteraksi membentuk fasa padatnya.

Penurunan titik beku dapat dirumuskan sebagai berikut.

Dimana ΔTf adalah besar penurunan titik beku (°C), Tf adalah titik beku larutan (°C), Tf⁰ adalah titik beku pelarut murni (°C), kf adalah konstanta molal penurunan titik beku (°C/m), m adalah molalitas larutan (mol/kg), dan  adalah Faktor Van’thoff (untuk zat nonelektrolit, nilai faktor Vant’hoff adalah 1), dan dapat dirumuskan sebagai berikut.

Dimana n adalah jumlah ion (misalkan NaCl, saat terlarut berubah menjadi ion Na⁺ dan ion Cl^–, maka dapat dikatakan memiliki 2 ion), dan  adalah derajat ionisasi (untuk larutan elektrolit kuat α = 1, untuk larutan elektrolit lemah 0 < α < 1).

• Tekanan Osmotik Larutan

Teman-teman pembaca pasti pernah melihat tips bagaimana untuk mematikan seekor lintah, yaitu dengan cara menaburi lintah tersebut dengan garam. Setelah ditaburi garam, lintah tersebut akan menciut dan kemudian akan mati. Ternyata, fenomena ini bisa dijelaskan dengan sifat koligatif larutan lho, yaitu tekanan osmotik larutan. Garam yang ditaburi di luar tubuh lintah akan menarik air dari dalam tubuh lintah, sehingga lintah menjadi dehidrasi lalu mati, dan perpindahan air dari dalam ke luar tubuh lintah terjadi karena adanya proses osmosis.

Proses osmosis sendiri berarti perpindahan suatu zat / pelarut melalui membrane semipermeable akibat adanya perbedaan konsentrasi, perpindahan terjadi dari konsentrasi yang lebih rendah ke tempat dengan konsentrasi lebih tinggi. Pada kasus lintah dan garam, air adalah pelarut yang berpindah dari konsentrasi garam yang rendah  (di tubuh lintah) menuju ke konsentrasi garam yang tinggi (di luar tubuh lintah). Peristiwa osmosis terjadi juga karena adanya suatu tekanan, dimana pengertian dari tekanan osmotik larutan adalah tekanan yang dibutuhkan untuk menghentikan proses osmosis. Tekanan osmotik larutan disimbolkan sebagai π dan memiliki satuan atm (tekanan atmosfer). Rumus dari tekanan osmotic larutan adalah sebagai berikut.

Dimana π adalah tekanan osmotic larutan (atm), M adalah molaritas (konsentrasi) larutan (mol/L), R adalah konstanta gas ideal (0,082 L.atm/mol.K), dan T adalah temperature absolut (Kelvin).

Untuk mencari molaritas (konsentrasi) dari larutan, dapat digunakan rumus

Dimana M adalah konsentrasi larutan, n adalah jumlah mol zat terlarut (mol), dan V adalah volume pelarut (Liter).

Dalam tekanan osmotik larutan, dikenal beberapa istilah khusus, yaitu hipotonik, isotonik, dan hipertonik. Pada kasus ini kita ibaratkan sebuah sel darah merah yang ditempatkan dalam tiga jenis larutan yang berbeda.

• Kondisi Hipotonik

Ketika sel darah ditempatkan dalam kondisi hipotonik (dalam larutan yang memiliki konsentrasi partikel terlarut lebih rendah dari sel), maka air akan berpindah dari luar ke dalam sel, sehingga sel darah akan mengembang.

• Kondisi Isotonik

Ketika sel darah ditempatkan dalam kondisi isotonik (kondisi dimana konsentrasi zat terlarut di dalam dan di luar sel adalah sama), maka sel darah tidak akan mengalami hal apapun.

• Kondisi Hipertonik

Jika sel darah ditempatkan dalam kondisi hipertonik (konsentrasi zat terlarut di luar sel lebih tinggi daripada di dalam sel), air dari dalam sel darah akan keluar, menyebabkan sel darah menjadi mengempis.

Berikut ini adalah ilustrasi dari ketiga kondisi tersebut.

Penerapan Sifat Koligatif Larutan

• Pencairan Salju

Pencairan salju di daerah empat musim dapat dilakukan dengan menaburkan garam ataupun menyiramkan jalanan bersalju dengan air garam. Garam atau larutan garam dapat menurunkan titik beku dari es, sehingga salju dapat lebih cepat mencair.

• Penambahan etilen glikol pada radiator mobil

Radiator mobil saat musim bersalju seringkali ditambahkan agen antibeku (anti freezing agent) untuk mencegah mesin mobil yang membeku saat turun salju, salah satu agen antibeku yang umum digunakan adalah etilen glikol. Etilen glikol biasa ditambahkan pada radiator mobil untuk menurunkan titik beku dan mencegah mesin mobil untuk membeku lebih cepat.

• Pembuatan Es Krim

Pembuatan es krim juga memanfaatkan prinsip sifat koligatif lho, yaitu penurunan titik beku. Proses pembuatan es krim sederhana biasanya digunakan garam untuk menurunkan suhu es, sehingga es krim dapat membeku lebih lama dan tidak mudah cair. Adanya partikel-partikel terlarut dalam campuran es krim (misalnya gula) juga membuat es krim yang sudah beku akan lebih sulit mencair.

• Cairan Infus

Penggunaan cairan infus juga memakai prinsip sifat koligatif larutan yaitu tekanan osmotik larutan. Cairan infus dibuat dengan formulasi dan konsentrasi tertentu agar dapat masuk ke dalam tubuh menggantikan cairan tubuh yang hilang.

Kesimpulan

Nah, jadi sekarang kita telah mengetahui bahwa pelajaran mengenai sifat koligatif larutan ternyata dapat kita jumpai pada fenomena-fenomena di sekitar kita. Sifat koligatif larutan sendiri merupakan sifat yang hanya bergantung pada jumlah dari partikel zat terlarut dan tidak bergantung pada sifat alami dari partikel tersebut. Jenis-jenis sifat koligatif sendiri terdiri atas penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotic larutan. Penerapan dari sifat koligatif  larutan juga sangat banyak, diantaranya adalah pencairan salju, penggunaan agen antibeku, pembuatan es krim, hingga penggunaan cairan infus.

Daftar Pustaka

Chang, R. 2010. Chemistry 10^th Edition. McGraw-Hill Companies, Inc.

Contoh Soal

1. Pada suatu malam, Ikhsan sedang memanaskan 500 mL air untuk membuat teh. Tekanan uap dari air pada saat itu adalah 17,23 mmHg. Karena merasa kurang manis, Ikhsan kemudian memasukkan 1,8 gram glukosa (C₆H₁₂O₆) ke dalam air teh tersebut. Berapakah tekanan uap dari teh yang dibuat oleh Ikhsan?

Pembahasan

• Diketahui :

Tekanan uap pelarut murni (P⁰) = 17,23 mmHg à tekanan uap air

Massa pelarut (air) = 500 gram (dari massa jenis air 1 gram/mL)

Massa zat terlarut (glukosa) = 1,8 gram

Mr zat terlarut (glukosa) = 180 g/mol

• Ditanya : Tekanan uap larutan dari teh yang dibuat (P) = ?
• Jawab :

Untuk mencari tekanan uap larutan, dapat dicari dahulu melalui besarnya penurunan tekanan uap menggunakan Hukum Raoult. Rumusnya adalah

Pertama, kita harus menghitung fraksi mol dari zat terlarut (X_t) terlebih dahulu menggunakan rumus

Jadi, fraksi mol zat terlarut atau glukosa adalah X_t = 0,0036. Masukkan fraksi mol zat terlarut ke dalam Hukum Raoult, maka perhitungannya menjadi

Besar penurunan tekanan uap larutan adalah sebesar 0,062 mmHg. Kemudian masukkan besar penurunan tekanan uap untuk menemukan tekanan uap larutan

Jadi, tekanan uap larutan dari teh yang dibuat oleh Ikhsan adalah sebesar P = 17,168 mmHg.

2. Pada suatu sore, Ibu Tina berencana untuk membuat kolak pisang untuk keluarganya. Ibu Tina menyiapkan 500 mL air (Kb = 0,52°C/m) yang kemudian direbus, dan ditambah gula sukrosa (C₁₂H₂₂O₁₁) sebanyak 17,1 gram. Sebelum menjadi kolak, berapakah kenaikan titik didih dari larutan gula yang disiapkan oleh Ibu Tina?

Pembahasan

• Diketahui :

Massa Pelarut = 500 gram (massa jenis air 1 gram/mL)

Massa zat terlarut (sukrosa) = 17,1 gram

Mr zat terlarut (sukrosa) = 342 g/mol

Jenis larutan = non elektrolit

• Ditanya : Kenaikan titik didih larutan (Tb) = ?
• Jawab :

Untuk mencari kenaikan titik didih larutan, dapat digunakan rumus sebagai berikut\

Terlebih dahulu kita akan mencari molalitas dari larutan sukrosa, dengan rumus

Jadi, konsentrasi (molalitas) dari larutan sukrosa tersebut adalah 0,1 molal. Masukkan konsentrasi ini ke dalam rumus kenaikan titik didih, sehingga menjadi

Jadi, kenaikan titik didih dari larutan sukrosa yang disiapkan oleh Ibu Tina adalah sebesar 0,052°C.

3. Di suatu siang yang terik, Pak Abdul sedang meracik larutan garam yang akan digunakan untuk pembekuan es krim yang dijualnya. Pak Abdul membuat larutan garam NaCl dari 1 Liter air (Kf = 1,86°C/m), ditambah dengan 58,5 gram padatan NaCl (Ar Na = 23 g/mol; Ar Cl = 35,5 g/mol). Setelah racikan larutan garam khas Pak Abdul selesai, berapakah titik beku dari larutan garam tersebut?

Pembahasan

• Diketahui :

Massa pelarut (air) = 1000 gram (massa jenis air 1 gram/mL)

Massa zat terlarut (NaCl) = 58,5 gram

Mr zat terlarut (NaCl) = 58,5 g/mol

Mr pelarut (air) = 18 g/mol

Jenis zat = Elektrolit kuat

• Ditanya : Titik beku larutan garam (Tf) = ?
• Jawab :

Untuk mencari titik beku larutan, perlu diketahui besarnya penurunan titik beku dari larutan tersebut. Karena larutan merupakan larutan elektrolit kuat, maka nilai derajat ionisasi adalah α = 1, dan jumlah ion adalah 2 (ion Na⁺ dan Cl^–). Penurunan titik beku dari suatu zat elektrolit dapat dihitung menggunakan rumus

Karena besar penurunan titik beku larutan adalah ΔTf = 3,72°C, dan titik beku pelarut murni (air) adalah 0°C, maka titik beku dari larutan dapat dicari menggunakan rumus

Jadi, titik beku dari larutan garam yang dibuat oleh Pak Abdul adalah sebesar -3,72°C.

4. Tekanan osmotik dari darah manusia adalah sebesar 7,4 atm pada temperature 37°C. Berapa gram gula sukrosa (C₁₂H₂₂O₁₁) yang harus ditambahkan untuk membuat 500 mL larutan yang isotonic dengan darah manusia pada temperature 25°C?

Pembahasan

• Diketahui :

Tekanan osmotic darah manusia (π) = 7,4 atm

Temperature darah manusia = 37°C

Volume Pelarut (air) = 500 mL

Temperatur larutan gula = 25°C

Mr Sukrosa = 342 g/mol

Isotonik = memiliki tekanan osmotik yang sama

• Ditanya : massa glukosa yang ditambahkan untuk membuat larutan yang isotonic dengan darah manusia = ?
• Jawab :

Karena larutan gula merupakan larutan nonelektrolit, maka rumus yang digunakan adalah

Karena kondisi larutan isotonic, maka dapat dituliskan sebagai

Dimana π₁ adalah tekanan osmotic darah manusia dan π₂ adalah tekanan osmotic larutan gula sukrosa. Setelah itu, rumus tekanan osmotic dapat ditulis sebagai

Diketahui bahwa konsentrasi larutan sukrosa yang harus dibuat adalah sebesar 0,3 M. Ketika konsentrasi sudah diketahui, maka massa dari sukrosa dapat ditentukan

Jadi, untuk membuat larutan sukrosa yang isotonic dengan darah manusia, diperlukan sebanyak 51,3 gram sukrosa dalam 500 mL air.