KIMIA PERCOBAAN III

PERCOBAAN III

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

1.             TUJUAN PERCOBAAN

Tujuan praktikum ini adalah dapat memahami pengaruh keberadaan suatu zat terlarut terhadap sifat fisis larutan dan menggunakan penurunan titik didih suatu larutan untuk menentukan masa molekul relatif dari zat terlarut.

II. TINJAUAN PUSTAKA

Kata koligatif larutan berasal dari bahasa latin (Colligare) yang berarti berkumpul bersama. Sifat koligatif adalah sifat yang disebabkan hanya oleh kebersamaan (jumlah partikel) -7,6 x 10⁵ dan bukan oleh ukurannya. Zat terlarut mempengaruhi sifat larutan dan besarnya pengaruh itu bergantung pada jumlah partikel tersebut (Syukri, 1999).

Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang disebabkan hanya oleh kebersamaan (jumlah partikel) dan bukan oleh ukurannya. Zat terlarut mempengaruhi sifat larutan dan besarnya pengaruh itu tergantung pada jumlah partikel tersebut. Ada empat sifat koligatif larutan, yaitu:

o  Penurunan tekanan uap jenuh (∆P)

o  Peningkatan titik didih (∆Td)

o  Penurunan titik beku (∆Tb)

o   Tekanan osmotik  (Brady, 1999).

Larutan yang tidak dapat menghantarkan arus listrik disebut larutan non-elektrolit. Berdasarkan nilai titik didih zat terlarut, larutan dapat dibagi menjadi dua, yaitu :

a.    Titik didih zat terlarut lebih kecil dari pada pelarutnya, sehingga zat terlarut lebih mudah menguap. Contohnya: O₂, NH₃, H₂S, dan alkohol dalam air.

b.    Titik zat terlarut lebih besar dari pada pelarut, dan jika dipanaskan maka pelarut yang terlebih dahulu menguap. Maka, larutan ini yang mempunyai sifat koligatif larutan. Contohnya: gula, urea, dan NaCl dalam air (Syukri, 1999).

1.        Penurunan Tekanan Uap

Dari Hukum Raoult ternyata tekanan uap pelarut murni lebih besar dari pada tekanan uap pelarut dalam larutan. Besar perbedaannya adalah

P_A = X_AP_A

P_A = (1-X_B) P_A^o = P_A^o – X_BP_A^o

P_{A –} P_A^o = X_BP_A^o

∆P = X_BP_A^o

Keterangan:

∆P = Penurunan tekanan uap pelarut (mmHg)

P_A^o = Tekanan uap pelarut murni (mmHg)

X_B = fraksi mol zat pelarut

Jadi, penurunan tekanan uap pelarut berbanding lurus dengan fraksi mol zat terlarut (Petrucci, 1987).

2.        Peningkatan Titik Didih (∆Td) dan penurunan Titik Beku (∆Tb)

Titik didih normal cairan murni atau larutan adalah suhu pada saat tekanan uap mencapai 1 atm, karena zat terlarut menurunkan tekanan uap, maka suhu larutan harus dinaikkan agar ia mendidih. Artinya, titik didih larutan lebih tinggi dari pada titik didih pelarut murni. Peristiwa ini disebut sebagai peningkatan titik didih, merupakan metode alternatif untuk menentukkan masa molar (Syukri, 1999).

Peralihan wujud suatu zat ditentukan oleh suhu dan tekanan , misalnya air pada tekanan 1 atm mempunyai titik didih 100^oC dan titik beku 0^oC. Jika air mengandung zat terlarut yang sukar menguap (misalnya gula), maka titik didihnya akan lebih besar dari 100⁰C dan titik bekunya lebih kecil dari 0⁰C. Perbedaan itu disebut dengan peningkatan titik didih (∆Td) dan penurunan titik beku (∆Tb) (Syukri, 1999).

Peningkatan titik didih dan penurunan titik beku dari suatu larutan berbanding lurus dengan konsentrasi molal (m) dari larutan. Tiap pelarut mempunyai konsenta tertentu yang spesifik. Konsenta ini disebut dengan tetapan kenaikan titik didih (Kd).

Persamannya adalah :

o  Peningkatan titik didih (∆Td)

∆Td = Kd . m

                             ∆Td = Kd .  .

o  Penurunan titik beku (∆Tb)

∆Tb = Kb . m

                             ∆Tb = Kb .  .

Keterangan :

∆Td = Kenaikan titik didih (K)

∆Tb = Penurunan titik beku (K)

 Kb = Tetapan kenaikan titik didih (K kg/mol)

 Kd = Tetapan penurunan titik beku (K kg/mol)

 gr  = masa zat terlarut (kg)

 Mr = masa molekul relatif

 P = besarnya pelarut (Petrucci, 1987).

3.             Tekanan Osmotik

Tekanan osmotik  adalah tekanan yang diberikan kepada larutan sehingga dapat mencegah mengalirnya molekul pelarut memasuki larutan melalui selaput semipermeabel. Semipermeabel adalah membran yang berperan penting dalam transpor molekul melalui membran sel. Membran ini membiarkan molekul kecil dapat lewat tetapi menahan molekul besar seperti protein dan karbohidrat. Membran semipermeabel dapat digunakan  untuk memisahkan molekul pelarut kecil dari molekul zat terlarut yang besar (Syukri, 1999).

Nilai tekanan osmotik akan berbanding lurus dengan kerapatan atau konsentrasi zat terlarut. Satuan konsentrasi  yang cocok untuk kerapatan partikel adalah fraksi mol (X_B). Selain itu, tekanan uap pelarut auatu larutan berbanding lurus dengan tekanan osmotik. Maka didapatkan persamaan  = X_B. Jika larutan encer, maka  akan sama dengan kemolaran zat (C_B­) sehingga rumus yang sering dipakai adalah :

 = C_B­RT

keterangan:

   = tekanan osmotik (atm)

C_B = kemolaran zat terlarut (mol/L)

R  = konstanta gas ideal (0.082 L atm mol^-1)

T  = suhu mutlak (K) (Brady, 1999).

Oleh karena c =  , dengan n adalah bahan kimia zat terlarut dan V adalah volume larutan, maka persamaan Van’t Hoff dapat ditulis ulang sebagai V = nRT yang menyatakan kesamaan dengan hukum gas ideal. Dengan hubungan ini massa molar zat terlarut dapat ditentukan dari tekanan osmotik. Tekanan osmotik termasuk dalam sifat-sifat koligatif karena besarnya hanya tergantung pada jumlah partikel zat terlarut persatuan volume larutan. Tekanan osmotik tidak tergantung pada jeniszat terlarut (Petrucci, 1987).

Kondisi penyimpanan merupakan salah satu faktor yang menentukan kualitas produk buah beku. Menurut Tressler (1968), penyimpanan produk beku pada suhu - 20°F (29°C) di Eropa, dapat mempertahankan kualitas produk beku selama penyimpanan. Buckle et al. (1987) menguraikan bahwa penyimpanan beku pada suhu sekitar -18°C atau lebih rendah akan mencegah kerusakan mikrobiologi, bila tidak terjadi fluktuasi suhu yang besar (Mulyawanti, 2008).

III.    ALAT DAN BAHAN

A.       Alat

Alat-alat yang digunakan pada percobaan ini meliputi: tabung reaksi besar, gelas beker besar (500 mL atau 1000 mL), pengaduk gelas, gelas ukur, neraca analitik dan termometer.

B.       Bahan

   Bahan – bahan yang digunakan dalam percobaan ini meliputi siklohesana, larutan contoh dan es batu.

IV.    PROSEDUR KERJA

A.       Penentuan Titik Beku Larutan

1.    Semua peralatan gelas yang akan digunakan dikeringkan dengan menggunakan kain atau kertas tisu.

2.    Tabung reaksi dalam keadaan kosong ditimbang dan dicatat beratnya dengan menggunakan neraca analitik.

3.    10 mL siklohesana diisi kedalam tabung reaksi. Ditimbang kembali berat tabung reaksi yang telah berisi siklohesana. Tutup tabung  reaksi dengan menggunakan sumbat.

4.    Es batu diisi kedalam gelas bekerbesar, hingga ketinggian es batu kira – kira lebih tinggi dibandingkan tinggi larutan dalam tabung reaksi.

5.    Termometer dan pengaduk gelas dimasukkan kedalam tabung reaksi berisi sikloheksana. Jika memungkinkan, tutup tabung reaksi dengan sumbat yang memiliki lubang.

6.    Sikloheksana dalam tabung diaduk perlahan dengan menggunakan pengaduk gelas.

7.    Perubahan suhu yang terjadi diamati dan dicatat suhu setiap 10 detik.

8.    Melakukan pengamatan selama 8 menit.

B.       Penentuan Titik Beku Larutan Contoh

1.    Semua peralatan gelas yang akan digunakan dikeringkan dengan menggunakan kain atau kertas tisu.

2.    Tabung reaksi dalam keadaan kosong ditimbang dan dicatat beratnya dengan menggunakan neraca analitik.

3.    10 mL larutan contoh diisi kedalam tabung reaksi, kemudian ditimbang beratnya. Selanjutnya tabung reaksi ditutup dengan sumbat.

4.    Es batu diisi ke dalam gelas beker besar, tabung reaksi dimasukkan ke dalam gelas beker hingga ketinggian es batu kira-kira lebih tinggi dibandingkan tinggi larutan dalam tabung reaksi.

5.    Termometer dan pengaduk gelas dimasukkan ke dalam tabung reaksi berisi larutan contoh. Sesuai percobaan, disumbat dengan tisu.

6.    Suhu awal larutan dalam tabung reaksi dicatat, kemudian tabung reaksi dimasukkan ke dalam gelas beker.

7.    Larutan contoh dalam tabung diaduk perlahan dengan pengaduk kaca.

8.    Perubahan suhu yang terjadi diamati dan suhu setiap 10 detik dicatat.

9.    Pengamatan dilakukan selama 8 menit.

      Susunan alat percobaan :

termometer

pengaduk

 

 

es batu

larutan contoh

V.      HASIL DAN PEMBAHASAN

A.      Hasil dan Perhitungan

       1.    Hasil

5.1     Penentuan Titik Beku Pelarut

No	Percobaan				Pengamatan
1.	Tabung reaksi ditimbang dalam keadaan kosong.				m = 69, 15 gram
2.	Volume sikloheksana yang digunakan				V = 10 mL
3.	Massa sikloheksana yang digunakan				m = 7,6 gram
4.	10 mL sikloheksana dimasukkan ke dalam tabung reaksi, kemudian tabung reaksi yang telah berisi sikloheksana ditimbang.				m = 76, 75 gram
5.	Es batu dimasukkan ke dalam gelas beker ukur				-
6.	Tabung reaksi yang telah berisi sikloheksana dimasukkan ke dalam gelas beker				-
7.	Perubahan suhu yang terjadi setiap 10 detik, sebagai berikut :
	t (dtk)	T (°C)	t (dtk)	T (°C)		t (dtk)	T (°C)	t (dtk)	T (°C)
	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120	30 12 11 10,5 10,1 9,9 9,8 9,2 8,5 8 8 7,9 7,9	130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240	7,6 7,2 7 7 6,9 6,5 6 5 4,8 4,5 4,2 4,1		250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360	4 3,9 3,6 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,8 3,8 3,8 3,5	370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480	3 3 3 2,9 2,9 2,9 2,5 2 2 2 2 2

5.2          Penentuan Titik Beku Larutan Contoh

No	Percobaan				Pengamatan
1.	Tabung reaksi ditimbang dalam keadaan kosong.				m = 69, 15 gram
2.	Volume sikloheksana yang digunakan				V = 10 mL
3.	Massa sikloheksana yang digunakan				m = 7,68 gram
4.	10 mL sikloheksana dimasukkan ke dalam tabung reaksi, kemudian tabung reaksi yang telah berisi sikloheksana ditimbang.				m = 76, 83 gram
5.	Es batu dimasukkan ke dalam gelas beker ukur				-
6.	Tabung reaksi yang telah berisi sikloheksana dimasukkan ke dalam gelas beker				-
7.	Perubahan suhu yang terjadi setiap 10 detik, sebagai berikut :
	t (dtk)	T (°C)	t (dtk)	T (°C)		t (dtk)	T (°C)	t (dtk)	T (°C)
	0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120	30 15 13 11 10 9 8 7 5 4 3,2 3,2 3	130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240	2 1 0,1 0 0 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1 -0,1		250 260 270 280 290 300 310 320 330 340 350 360	-0,1 -0,1 -0,1 -0,1 0 0 0 0 -0,1 -0,1 -0,2 -0,2	370 380 390 400 410 420 430 440 450 460 470 480	-0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2 -0,2

2.      Pengolahan Data dan Perhitungan

Grafik Hubungan Antara Suhu (T°C) dengan Waktu (t)

a.              Penentuan titik beku

Titik beku sikloheksana

Dari grafik diperoleh persamaan garis untuk menentukan titik beku sikloheksana (y)

                                  y  = - 0,053x + 14,72

                                  y = - 0,009 x + 6,51

- 0,053x + 14,72 = - 0,009 x + 6,51

14,72 - 6,51 = - 0,009 x + 0,053x

                               8,21 = 0,044 x

x = 186,5909

y = - 0,009 x + 6,51

y = - 0,009 (186,5909) + 6,51

      y (T_f sikloheksana) = 4,83 °C

Titik beku larutan contoh

Dari grafik diperoleh persamaan garis untuk menentukan titik beku larutan contoh (y)

y  = - 0,134x + 17,86

                                  y = - 0,000 x + 0,081

- 0,134x + 17,86 = - 0,000 x + 0,081

     17,86 - 0,081 = - 0,000 x + 0,134x

 17,779 = 0,134x

x = 132,6791

y =  - 0,134x + 17,86

y = - 0,134 (132,6791) + 17,86

    y (T_f larutan contoh) = 0,081°C

∆ T_f larutan = T_f sikloheksana - T_f larutan contoh

 = 4,83 °C - 0,081°C

 = 4,749 °C

b.        Penentuan massa molekul relatif zat terlarut

∆ T_f  =

Dari perhitungan diatas, diketahui:

∆ T_f  = 4,749 °C

K_f  sikloheksana = 20,0 °C

Massa larutan contoh = 7,68 gram

Massa pelarut sikloheksana = 7,6 gram

Ditanyakan :

Massa molekul relatif (Mr) zat terlarut dalam larutan contoh?

Jawab:

∆ T_f  =

4,749 =   x 20

4,749 =  x  x 20

4,749 =  

Mr =

Mr = 4,256

Jadi massa molekul relatif (Mr) zat terlarut dalam larutan contoh adalah 4,256 g/mol.

2.         Pembahasan

Larutan merupakan suatu campuran yang homogen dan dapat berwujud padatan maupun cairan. Sifat kimia dari suatu zat relatif hanya sedikit dan terpengaruh melalui pembentukan larutan. Akan tetapi beberapa sifat fisis dari suatu zat dapat mengalami perubahan melalui pembentukan larutan. Jika ke dalam suatu zat cair dilarutkan suatu zat tertentu, maka beberapa sifat dari zat cair tersebut akan mengalami perubahan, antara lain penurunan titik uap, kenaikan titik didih dan penurunan titik beku. Sifat semacam ini disebut sebagai sifat koligatif larutan.

Sifat koligatif larutan adalah suatu sifat larutan yang tidak bergantung pada macamnya zat terlarut tetapi semata-mata hanya bergantung pada banyaknya mol partikel dan jumlah dari pelarut yang ada. Sifat-sifat pelarut murni berubah dengan adanya zat terlarut. Perubahan tersebut tergantung pada jumlah partikel pelarut yang terdapat dalam larutan.

Apabila suatu senyawa elektrolit maupun nonelektrolit dilarutkan dalam suatu pelarut maka sifat pelarut murni akan berubah seiring dengan adanya zat terlarut yang ditambahkan dalam larutan tersebut. Seperti telah disinggung diatas bahwa besarnya perubahan sifat koligatif larutan bergantung pada jumlah partikel zzat terlarut dalam suatu larutan. Semakin tinggi konsentrasi zat terlarut maka perubahan sifat koligatif suatu larutan akan semakin besar.   

Pada larutan contoh dilakukan langkah kerja sama seperti pada sikloheksana. Titik beku didapat dari pengukuran suhu yang dilakukan dengan termometer. Titik- titik beku yang didapat dimuat dalam grafik sehingga membentuk grafik hubungan suhu dan waktu. Titik-titik beku dari masing-masing larutan dihubungkan dengan garis-garis yang ditarik turun dari suhu saat waktunya sama dengan nol.

Pada percobaan penentuan titik beku pelarut, larutan sikloheksana sebanyak 10 mL dimasukkan ke dalam tabung reaksi kemudian dimasukkan ke dalam gelas beker besar yang dimasukkan es batu dan garam. Garam berfungsi menjaga suhu agar tetap rendah dan es tidak cepat mencair. Pada proses pembekuan, sikloheksana dalam tabung diaduk supaya suhunya merata dan untuk mengetahui apakah sikloheksana itu sudah membeku atau belum.

Terdapat perbedaan antara hasil yang diperoleh pada percobaan yang disebabkan oleh banyaknya garam yang diberikan pada es batu sehingga menyebabkan sikloheksana cepat beku. Setelah melakukan percobaan terlihat bahwa penurunan titik beku sebanding dengan molaritas dari zat terlarut dalam larutan. Campuran yang homogen dan heterogen merupakan perwujudan dari campuran, dapat berbentuk padat maupun cairan. Sifat kimia dari suatu zat relatif hanya sedikit terpengaruh melalui pembentukan larutan.

Apabila suatu zat cair (juga untuk zat padat) dimasukkan ke dalam suatu ruangan tertutup maka zat itu akan menguap sampai ruangan itu jenuh. Pada keadaan jenuh itu terdapat kesetimbangan dinamis antara zat cair dan uap jenuhnya. Tekanan yang ditimbulkan oleh uap jenuh itu  disebut tekanan uap jenuh. Besarnya tekanan uap jenuh bergantung pada jenis zat dan suhu. Tekanan uap jenuh suatu larutan akan bertambah jika suhu dinaikkan. Penurunan tekanan uap dipengaruhi oleh konsentrasi. Semakin besar konsentrasi, maka semakin rendah tekanan uap larutan.

Pada larutan contoh dilakukan cara kerja yang sama seperti pada sikloheksana. Titik beku didapat dari pengukuran suhu yang dilakukan dengan termometer. Titik-titik beku yang didapat dimuat dalam grafik sehingga membenttuk grafik hubungan suhu dan waktu. Titik beku dari masing-masing larutan dihubungkan dengan garis-garis yang ditarik turun dari suhu saat waktunya sama dengan nol.

Pada percobaan ini diujikan dua buah larutan yaitu larutan sikloheksana dan larutan contoh. Pertama-tama diukur suhu awal kedua larutan tersebut. Pada sikloheksana didapatkan suhu awalnya sebesar 30 °C dan pada larutan contoh sebesar 30 °C. Titik beku pelarut dan titik beku zat terlarut didapatkan dari grafik. Untuk menentukan titik beku pelarut, dilakukan pengukuran selama 8 menit dan setiap 10 detik dalam gelas beker yang berisi es batu. Dari pengukuran tersebut didapatkan data yang stabil menurun pada sikloheksana yaitu sampai detik ke 200 sebesar 5 °C selanjutnya suhunya cenderung konstan yaitu 2 °C dan pada larutan contoh yaitu pada detik ke 150 sebesar 0,1 °C selanjutnya suhunya cenderung konstan yaitu -0,2 °C.

Larutan contoh merupakan larutan dengan menggunakan pelarut sikloheksana. Setelah dilakukan penimbangan diperoleh data tentang massa larutan sebesar 10 mL. Untuk larutan contoh dilakukan prosedur yang sama seperti pada percobaan yang sebelumnya. Suhu pada detik ke 180 hingga ke 280 sebesar -0,1 °C. Pada detik ke 310 dingga 320 sebesar 0 °C. Data selanjutnya diperoleh suhu larutan stabil pada detik ke 350 hingga detik ke 480 sebesar -0,2°C karena percobaan dilakukan hingga detik ke 480.

Percobaan yang telah dilakukan dapat diperoleh data kembali melalui perhitungan/analisa data yaitu massa molekul relatif zat terlarut pada larutan contoh. Data yang diperoleh diantaranya adalah ∆ T_f   sebesar 4,749 °C dengan massa pelarut sebesar 10 mL. Dari semua data tersebut didapatkan massa molekul relatif (Mr) dari zat  terlarut dalam larutan contoh sebesar 4,256 g/mol.

Untuk menentukan menentukan bobot molekul senyawa pada percobaan ini penurunan titik beku larutan diperlukan dalam perhitungan. Penurunan titik beku larutan diperoleh dari perbedaan titik beku pelarut dan titik beku larutannya. Untuk mendapatkan titik beku dari masing-masing larutan yaitu dengan menarik garis lurus, pada masing-masing larutan contoh lebih rendah dari larutan sikloheksana. Selisih dari titik beku dari kedua larutan itu disebut ∆ T_f. Penurunan titik beku dari suatu larutan (∆T_b) berbanding lurus dengan konsentrasi molal dari larutan (m), hal ini berarti ∆T_b berbanding terbalik dengan BM. Rumus yang digunakan yaitu ∆P = X_t . P°, memungkinkan untuk menentukan molalitas larutan secara eksperimen, sehingga dapat dihitung massa molekul (BM) zat tidak menguap hanya penetapan penurunan tekanan uap dilaksanakan metode penurunan titik beku lebih sering digunakan untuk menentukan BM . Telah diketahui bahwa sifat koligatif larutan khususnya penurunan titik beku ini sangat dipengaruhi oleh jumlah zat terlarut ataupun zat pelarut, maka akan semakin tinggi tingkat penurunan titik bekunya karena konsentrasi molnya turut bertambah. Setiap larutan pada tekanan tertentu akan berada dalam keadaan setimbang dan suhu itulah yang dinamakan sebagai titik beku. Begitu pula pada larutan sikloheksana dan larutan contoh pada praktikum kali ini. Selain dapat menentukan BM, suatu senyawa dengan cara penurunan titik beku ini juga dapat mengetahui rumus-rumus empiris dan rumus molekul suatu zat.   

VI.       KESIMPULAN

   Kesimpulan yang diperoleh dari percobaan yang dilakukan adalah:

1.        Suatu zat terlarut dalam larutan dapat diubah sifat dari larutan tersebut yang disebut dengan sifat koligatif.

2.        Penurunan titik beku tidak tergantung pada komposisi kimia dari zat tersebut tetapi tergantung pada jumlah partikel zat terlarut di dalam larutan, kemolalan larutan, massa zat terlarut dan massa pelarutnya.

3.        Percobaan yang telah dilakukan diperoleh beberapa data yaitu ∆ T_f   sebesar 4,749 °C dan Mr zat terlarut sebesar 4,256 g/mol.

DAFTAR PUSTAKA

Brady, J. 1999. Kimia untuk Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara, Jakarta.

Mulyawanti, I, K. T. Dewandari dan Yulianingsih. 2008. Pengaruh Waktu Pembekuan Dan Penyimpanan Terhadap Karakteristik Irisan Buah Mangga Arumanis Beku. J. Pascapanen 5 (1) 2008 51-58, Bogor.

Petrucci, R. H. 1987. Kimia Dasar Jilid 2. Erlangga, Jakarta.

Syukri. 1999. Kimia Dasar Jilid 2. ITB, Bandung.