Makalah Larutan Larutan Fasa cair yang berupa sistem dua atau multi komponen, yakni larutan juga sangat penting. Larutan terdiri...
Makalah Larutan
Larutan
Fasa
cair yang berupa sistem dua atau multi komponen, yakni larutan juga sangat
penting. Larutan terdiri atas cairan yang melarutkan zat (pelarut) dan zat yang
larut di dalamnya (zat terlarut). Pelarut tidak harus cairan, tetapi dapat
berupa padatan atau gas asal dapat melarutkan zat lain. Sistem semacam ini
disebut sistem dispersi. Untuk sistem dispersi, zat yang berfungsi seperti
pelarut disebut medium pendispersi, sementara zat yang berperan seperti zat terlarut
disebut dengan zat terdispersi (dispersoid).
Baik
pada larutan ataupun sistem dispersi, zat terlarut dapat berupa padatan, cairan
atau gas. Bahkan bila zat terlarut adalah cairan, tidak ada kesulitan dalam
membedakan peran pelarut dan zat terlarut bila kuantitas zat terlarut lebih
kecul dari pelarut. Namun, bila kuantitas zat terlarut dan pelarut, sukar untuk
memutuskan manakah pelarut mana zat terlarut.
a.
Konsentrasi
Konsentrasi
larutan didefinisikan dengan salah satu dari ungkapan berikut:
Ungkapan
konsentrasi
(1)
persen massa (%) =(massa zat terlarut/ massa larutan) x 100
(2)
molaritas (konsentrasi molar) (mol dm–3) =(mol zat terlarut)/(liter larutan)
(3)
molalitas (mol kg–1) =(mol zat teralrut)/(kg pelarut)
Contoh soal
Hitung
jumlah perak nitrat AgNO3 yang diperlukan untuk membuat 0,500 dm3 larutan 0,150
mol.dm–3,
asumsikan massa molar AgNO3 adalah 170 g mol–1.
Jawab
Bila jumlah perak nitrat yang diperlukan x g, x = [170 g mol–1 x
0,500 (dm3)
x 0,150 (mol dm–3)]/[1 (dm3) x 1 (dm3)]
∴x = 12,8 mg.
b.
Tekanan uap
Tekanan
uap cairan adalah salah satu sifat penting larutan. Tekanan uap larutan juga
penting dan bermanfaat untuk mengidentifikasi larutan. Dalam hal sistem biner,
bila komponennya mirip ukuran molekul dan kepolarannya, misalnya benzen dan
toluen, tekanan uap larutan dapat diprediksi dari tekanan uap komponennya. Hal
ini karena sifat tekanan uap yang aditif. Bila larutan komponen A dan komponen
B dengan fraksi mol masing-masing adalah xA dan xB berada dalam kesetimbangan
dengan fasa gasnya tekanan uap masing-masing komponen sebanding dengan fraksi
molnya dalam larutan. Tekanan uap komponen A, pA,diungkapkan sebagai:
ρA = ρAxA (7.2)
ρA0 adalah tekanan uap cairan A murni pada
suhu yang sama. Hubungan yang sama juga berlaku bagi tekanan uap B, pB.
Hubungan ini ditemukan oleh kimiawan Perancis Francois Marie Raoult (1830-1901)
dan disebut dengan hukum Raoult.
Untuk larutan yang mengikuti hukum Raoult, interaksi antara molekul individual
kedua komponen sama dengan interaksi antara molekul dalam tiap komponen.
Larutan semacam ini disebut larutan
ideal. Gambar 7.6 menunjukkan tekanan uap larutan ideal sebagai fungsi
konsentrasi zat teralrut. Tekanan total campuran gas adalah jumlah pA dan pB,
masing-masing sesuai dengan hukum Raoult.
Gambar
7.6 Tekanan total dan parsial larutan ideal.
Contoh
soal 7.3
Tekanan
uap cairan A dan B adalah 15 Torr dan 40 Torr pada 25°C. tentukan tekanan uap
larutan ideal yang terdiri atas 1 mol A dan 5 mol of B.
Jawab
pA
= pA0 xA = 15 x (1/6) = 2,5 Torr
pB
= pB0 xB = 40 x (5/6) = 33,3 Torr
P
= pA + pB = 35,8 Torr
c.
Larutan ideal
dan nyata
Sebagaimana juga perilaku gas nyata berbeda
dengan perilaku gas ideal, perilaku larutan nyata berbeda dengan perilaku
larutan ideal, dengan kata lain berbeda dari hukum Raoult. Gambar 7.7(a)
menunjukkan kurva tekanan uap sistem biner dua cairan yang cukup berbeda
polaritasnya, aseton Me2CO dan karbon disulfida CS2. Dalam hal ini, penyimpangan
positif dari hukum Raoult (tekanan uap lebih besar) diamati. Gambar 7.7(b)
menunjukkan tekanan uap sistem biner aseton dan khloroform CHCl3. Dalam kasus
ini, penyimpangan negatif dari hukum Raoult diamati. Garis putus-putus
menunjukkan perilaku larutan ideal. Peilaku larutan mendekati ideal bila fraksi
mol komponen mendekati 0 atau 1. Dengan menjauhnya fraksi mol dari 0 atau 1,
penyimpangan dari ideal menjadi lebih besar, dan kurva tekanan uap akan
mencapai minimum atau maksimum.
Gambar
7.7 Tekanan total dan parsial larutan nyata (25°C).
Penyebab
penyimpangan dari perilaku ideal sebagian besar disebabkan oleh besarnya
interaksi molekul. Bila pencampuran komponen A dan B menyebabkan absorpsi kalor
dari lingkungan (endoterm), interaksi molekul antara dua komponen lebih kecil
daripada pada masing-masing komponen, dan penyimpangan positif dari hukum
Raoult akan terjadi. Sebaliknya, bila pencampuran menghasilkan kalor ke
lingkungan (eksoterm), penyimpangan negatif akan terjadi.
Bila
ikatan hidrogen terbentuk antara komponen A dan komponen B, kecenderungan salah
satu komponen untuk meninggalkan larutan (menguap) diperlemah, dan penyimpangan
negatif dari hukum Raoult akan diamati. Kesimpulannya, penyebab penyimpangan
dari hukum Raoult sama dengan penyebab penyimpangan dari hukum gas ideal.
d.
Kenaikan titik
didih dan penurunan titik beku
Bila
dibandingkan tekanan uap larutan pada suhu yang sama lebih rendah dari tekanan
uap
pelarutnya.
Jadi, titik didih normal larutan, yakni suhu saat fasa gas pelarut mencapai 1
atm, harus lebih tinggi daripada titik didih pelarut. Fenomena ini disebut
dengan kenaikan titik didih larutan.
Dengan
menerapkan hukum Raoult pada larutan ideal, kita dapat memperoleh hubungan
berikut:
pA = pA0 xA = pA0 [nA /(nA + nB)] (7.3)
(pA0- pA)/ pA0 = 1 - xA = xB
(7.4)
xA
dan xB adalah fraksi mol, dan nA dan nB adalah jumlah mol tiap komponen.
Persamaan ini menunjukkan bahwa, untuk larutan ideal dengan zat terlarut tidak
mudah menguap, penurunan tekanan uap sebanding dengan fraksi mol zat terlarut.
Untuk
larutan encer, yakni nA + nB hampir sama dengan nA, jumlah mol nB dan massa pada
konsentrasi
molal mB diberikan dalam ungkapan.
xB = nB/(nA + nB) . nB/nA= nB/(1/MA) = MamB (7.5)
MA
adalah massa molar pelarut A. Untuk larutan encer, penurunan tekanan uap
sebanding dengan mB, massa konsentrasi molal zat terlarut B.
Perbedaan
titik didih larutan dan pelarut disebut dengan kenaikan titik didih, .Tb. Untuk
larutan encer, kenaikan titik didih sebanding dengan massa konsentrasi molal
zat terlarut B.
∆Tb
= Kb mB
(7.6)
Tetapan
kesebandingan Kb khas untuk setiap pelarut dan disebut dengan kenaikan titik
didih molal.
Hubungan
yang mirip juga berlaku bila larutan ideal didinginkan sampai membeku. Titik
beku larutan lebih rendah dari titik beku pelarut. Perbedaan antara titik beku
larutan dan pelarut disebut penurunan titik beku, ∆Tf. Untuk larutan encer
penurunan titik beku akan sebanding dengan konsentrasi molal zat terlarut mB
∆Tf = Kf
mB
(7.7)
Tetapan
kesebandingannya Kb khas untuk tiap pelarut dan disebut dengan penurunan titik
beku molal.
Tabel
7.3 Kenaikan titik didih dan penurunan titik beku molal.
pelarut
|
titik didih (°C)
|
Kb
|
pelarut
|
titik beku (°C)
|
Kf
|
CS2
|
46
|
2,40
|
H2O
|
0
|
1,86
|
aseton 55,9
|
1,69
|
benzen
|
5,1
|
5,07
|
|
benzen
|
79,8
|
2,54
|
asam asetat
|
16,3
|
39
|
H2O
|
100
|
0,51
|
kamfer
|
180
|
40
|
Di
Tabel 7.3 beberapa nilai umum kenaikan titik didih dan penurunan titik beku
molal diberikan. Dengan menggunakan nilai ini dan persamaan 7.6 dan 7.7
dimungkinkan untuk menentukan massa molar zat terlarut yang belum diketahui.
Kini, penentuan massa molekul lebih mudah dilakukan dengan spektrometer massa.
Sebelum spektrometer massa digunakan dengan rutin, massa molekul umumnya
ditentukan dengan menggunakan kenaikan titik didih atau penurunan titik beku.
Untuk kedua metoda, derajat kesalahan tertentu tak terhindarkan, dan
keterampilan yang baik diperlukan agar didapatkan hasil yang akurat.
Contoh
soal 7.4 Penentuan massa molekul dengan metoda penurunan titik beku.
Larutan
dalam air terdiri atas 100 g H2O dan 5,12 g zat A (yang massa molekulnya tidak
diketahui) membeku pada–0,280°C. Dengan menggunakan data di Tabel 7.3, tentukan
massa molar A.
Jawab
Massa
molar A andaikan M. Dengan menggunakan persamaan 7.7, M dapat ditentukan dengan
0,280 = Kf x (m/M) x (1/W) = 1,86 x (5,12/M) x (1/0,11)
∴M = 340 g mol–1.
e.
Tekanan osmosis
Membran
berpori yang dapat dilalui pelarut tetapi zat terlarut tidak dapat melaluinya
disebut
dengan
membran semipermeabel. Bila dua jenis larutan dipisahkan denga membran
semipermeabel,
pelarut akan bergerak dari sisi konsentrasi rendah ke sisi konsentrasi tinggi
melalui membran. Fenomena ini disebut osmosis. Membran sel adalah contoh khas
membran
semipermeabel.
Membran semipermeabel buatan juga tersedia.
Bila
larutan dan pelarut dipisahkan membran semipermeabel, diperlukan tekanan yang
cukup
besar
agar pelarut bergerak dari larutan ke pelarut. Tekanan ini disebut dengan
tekanan osmosis. Tekanan osmosis larutan 22,4 dm3 pelarut dan 1 mol zat
terlarut pada 0 °C adalah 1,1 x 105 N m–2.
Hubungan
antara konsentrasi dan tekanan osmoisi diberikan oleh hukum van’t Hoff’s.
πV = nRT
(7.8)
π
adalah tekanan osmosis, V volume, T temperatur absolut, n jumlah zat (mol) dan
R gas.
Contoh
soal 7.5 hukum van’t Hoff
Tekanan
osmosis larutan 60,0 g zat A dalam 1,00 dm3 air adalah 4,31 x 105 Nm–2.
Tentukan massa molekul A.
Jawab
Dengan
menggunakan hubungan πV = nRT
4,31
x 105 (N m–2) x 1,00 x 10–3 (m3) = [60,0 (g) x 8,314 (J mol–1 K–1) x 298 (K)]/M
(g mol–1)
∴M = 345 (g mol–1)
f.
Viskositas
Gaya
tarik menarik antarmolekul yang besar dalam cairan menghasilkan viskositas yang
tinggi. Koefisien viskositas didefinisikan sebagai hambatan pada aliran cairan.
Gas juga memiliki viskositas, tetapi nilainya sangat kecil. Dalam kasus
tertentu viskositas gas memiliki peran penting, misalnya dalam pesawat terbang.
Viskositas
(1)
Viskositas cairan yang partikelnya besar dan berbentuk tak teratur lebih tinggo
daripada yang partikelnya kecil dan bentuknya teratur.
(2)
Semakin tinggi suhu cairan, semakin kecil viskositasnya.
Dua
poin ini dapat dijelaskan dengan teori kinetik. Tumbukan antara partikel yang
berbentuk bola atau dekat dengan bentuk bola adalah tumbukan elastik atau
hampir elastik. Namun, tumbukan antara partikel yang bentuknya tidak beraturan
cenderung tidak elastik. Dalam tumbukan tidak elastik, sebagian energi
translasi diubah menjadi energi vibrasi, dan akibatnya partikel menjadi lebih
sukar bergerak dan cenderung berkoagulasi. Efek suhu mirip dengan efek suhu
pada gas.
Koefisien
viskositas juga kadang secara singkat disebut dengan viskositas dan diungkapkan
dalam
N
s m–2 dalam satuan SI. Bila sebuah bola berjari-jari r bergerak dalam cairan
dengan viskositas η dengan kecepatan U, hambatan D terhadap bola tadi
diungkapkan sebagai.
D = 6πhrU
(7.9)
Hubungan
ini (hukum Stokes) ditemukan oleh fisikawan Inggris Gabriel Stokes (1819-1903).
g.
Tegangan
permukaan
Tegangan
permukaan juga merupakan sifat fisik yang berhubungan dengan gaya antarmolekul
dalam cairan dan didefinisikan sebagai hambatan peningkatan luas permukaan
cairan. Awalnya tegangan permukaan didefinisikan pada antarmuka cairan dan gas.
Namun, tegangan yang mirip juga ada pada antarmuka cairan-cairan, atau padatan
dan gas. Tegangan semacam ini secara umum disebut dengan tegangan antarmuka.
Tarikan antarmolekul dalam dua fas dan tegangan permukaan di antarmuka antara
dua jenis partikel ini akan menurun bila tempeartur menurun. Tegangan antarmuka
juga bergantung pada struktur zat yang terlibat. Molekul dalam cairan ditarik
oleh molekul di sekitarnya secara homogen ke segala arah. Namun, molekul di
permukaan hanya ditarik ke dalam oleh molekul yang di dalam dan dengan demikian
luas permukaan cenderung berkurang. Inilah asal mula teori tegangan permukaan.
Bentuk tetesan keringat maupun tetesan merkuri adalah akibat adanya tegangan
permukaan.
Cairan
naik dalam kapiler, fenomena kapiler, juga merupakan fenomena terkenal akibat
adanya tegangan permukaan. Semakin besar tarikan antar molekul cairan dan
kapilernya, semakin besar daya basah cairan. Bila gaya gravitasi pada cairan
yang naik dan tarikan antara cairan dan dinding kapiler menjadi berimbang,
kenaikan akan terhenti. Tegangan permukaan γ diungkapkan sebagai.
γ = rhdg/2 1 (7.10)
h
adalah tinggi kenaikan cairan, r radius kapiler dan g percepatan gravitasi.
Jadi, tegangan
permukaan
dapat ditentukan dengan percobaan.
Daftar
Pustaka
Atkims,P.W.
Physical Chemistry,3 rd ed,Oxtord: Oxtord University Press, 1987.
Purba
Michael. 2006.Kimia Dasar. Jakarta : Erlangga
http://blogspot.com/2010/makalah
kimia larutan
http://oktavia-nurse.blogspot.co.id/2012/04/makalah-larutan.html
COMMENTS