Salah satu sifat fisik larutan yang banyak dipelajari adalah sifat koligatif larutan. Penurunan tekanan uap, penurunan titik beku dan tekanan osmosis adalah contoh dari sifat koligatif larutan. Sifat ini bergantung pada jumlah zat, namun tidak bergantung pada jenis zatnya.
| Bagian-1 | Bagian-6 |
| Bagian-2 | Bagian-7 |
| Bagian-3 | Bagian-8 |
| Bagian-4 | Bagian-9 |
| Bagian-5 | Bagian-10 |
Soal a.
Tekanan uap larutan ionik 1,0 M berbeda dengan tekanan uap larutan nonionik 1,0 M. Pada kedua kondisi ini, zat terlarut bersifat tidak mudah menguap. Perhatikan gambar di atas ini. Manakah gambar yang menunjukkan fenomena di atas?
Kunci Konsep Sifat Koligatif:
Perbandingan partikel ionik : non ionik = 2 : 1. Karena konsentrasi sama (1,0 M) maka secara proporsi untuk gambar soal ini perbandingan partikel yang sesuai adalah 10 : 5. Keduanya sama-sama tidak mudah menguap.
- Zat terlarut ionik (1,0 M) → Tekanan uap lebih rendah karena adanya faktor van 't Hoff (disosiasi ion meningkatkan jumlah partikel efektif, dengan proporsi 10 partikel). Uap yang dapat naik di atas larutan akan relatif lebih sedikit.
- Zat terlarut nonionik (1,0 M) → Tekanan uap lebih tinggi dibandingkan larutan ionik dengan konsentrasi sama, karena tidak terjadi disosiasi (dengan proporsi jumlah partikel 5 partikel). Uap yang dapat naik di atas larutan akan relatif lebih banyak.
Gunakan sebagai acuan untuk soal b dan soal c.
Pada kondisi lain, isopropil alkohol dan n-propanol memiliki rumus molekul yang sama, yaitu C3H8O. Pada 318 K, campuran kedua alkohol ini yang mengandung 2/3 massa isopropil alkohol memiliki tekanan uap sebesar 0,11 0 atm. Campuran yang mengandung 1/3 massa isopropil alkohol memiliki tekanan uap sebesar 0,089 atm pada temperatur yang sama.
Soal b.
Pada temperatur yang sama, tekanan uap murni isopropil alkohol ...(lebih tinggi/rendah)
Penyelesaian:
Perbandingan tekanan uap:
- Campuran 2/3 massa isopropil: Ptotal = 0,110 atm
- Campuran 1/3 massa isopropil: Ptotal = 0,089 atm
Analisis:
- Komponen dengan tekanan uap lebih tinggi akan memberikan kontribusi lebih besar pada Ptotal
- Ketika fraksi massa isopropil meningkat (1/3 → 2/3), Ptotal meningkat (0,089 → 0,110 atm)
- Hal ini menunjukkan isopropil alkohol memiliki tekanan uap lebih tinggi daripada n-propanol
Alasan:
- Isopropil alkohol ((CH3)2CHOH) memiliki struktur bercabang
- Gaya intermolekul lebih lemah dibanding n-propanol (CH3CH2CH2OH) yang linear
- Area permukaan kontak molekul lebih kecil pada isopropil alkohol
Jawaban: Lebih tinggi, karena struktur bercabang isopropil alkohol mengurangi gaya intermolekul sehingga lebih mudah menguap.
Soal c.
Berdasarkan penjelasan di atas, pada temperatur 318 K, tekanan uap murni isopropil alkohol adalah ... atm dan tekanan uap murni n-propanol adalah ... atm.
Penyelesaian:
Massa molar keduanya sama (C3H8O = 60,08 g/mol), sehingga fraksi massa = fraksi mol.
Gunakan hukum Raoult:
$\begin{aligned} P_{total} &= x_{iso}P°_{iso} + x_{n}P°_{n} \end{aligned}$Sistem persamaan:
$\begin{aligned} \text{Kasus 1 (2/3 iso): } & 0,110 = \frac{2}{3}P°_{iso} + \frac{1}{3}P°_{n} \\ \text{Kasus 2 (1/3 iso): } & 0,089 = \frac{1}{3}P°_{iso} + \frac{2}{3}P°_{n} \end{aligned}$Solusi sistem persamaan:
$\begin{aligned} 2P°_{iso} + P°_{n} &= 0,330 \quad \text{(Pers. 1)} \\ P°_{iso} + 2P°_{n} &= 0,267 \quad \text{(Pers. 2)} \\ \end{aligned}$Dengan eliminasi:
$\begin{aligned} P°_{iso} &= 0,131 \text{ atm} \\ P°_{n} &= 0,068 \text{ atm} \end{aligned}$Jawaban:
- Tekanan uap isopropil alkohol murni: 0,131 atm
- Tekanan uap n-propanol murni: 0,068 atm
Gunakan desktipsi berikut untuk soal d dan soal e.
Pada kondisi yang berbeda, suatu larutan dibuat dengan mencampurkan padatan NaCnH2n-1O2 sebanyak 8,80 g dan padatan KCI sebanyak 10,20 g ke dalam 250,0 g air. Larutan ini memiliki tekanan osmosis sebesar 31,103 atm. Pada temperatur 25 °C, kedua senyawa ionik tersebut terionisasi sempurna di dalam air. Larutan ini memiliki densitas sebesar 0,995 g/mL.
Soal d.
Massa molar padatan NaCnH2n-1O2 adalah .... g/mol.
Penyelesaian:
Data yang diketahui:
- Massa NaCnH2n-1O2 = 8,80 g
- Massa KCl = 10,20 g
- Massa air = 250,0 g
- Tekanan osmosis (π) = 31,103 atm
- Temperatur = 25°C = 298 K
- Densitas larutan = 0,995 g/mL
Langkah 1: Hitung konsentrasi total partikel
$\begin{aligned} \pi &= iMRT \\ 31,103 &= M \times 0,082 \times 298 \\ M &= \frac{31,103}{0,082 \times 298} \\ &= 1,273 \text{ M (total partikel)} \end{aligned}$Langkah 2: Hitung volume larutan
$\begin{aligned} \text{Massa total} &= 8,80 + 10,20 + 250,0 = 269,0 \text{ g} \\ \text{Volume} &= \frac{269,0}{0,995} = 270,35 \text{ mL} = 0,27035 \text{ L} \end{aligned}$Langkah 3: Hitung mol total partikel
$\begin{aligned} \text{Mol partikel} &= 1,273 \times 0,27035 = 0,344 \text{ mol} \end{aligned}$Langkah 4: Hitung kontribusi masing-masing garam
$\begin{aligned} \text{Mol KCl} &= \frac{10,20}{74,55} = 0,1368 \text{ mol} \\ \text{Kontribusi partikel KCl} &= 2 \times 0,1368 = 0,2736 \text{ mol} \\ \text{Sisa partikel dari NaC}_n\text{H}_{2n-1}\text{O}_2 &= 0,344 - 0,2736 = 0,0704 \text{ mol} \\ \text{Mol NaC}_n\text{H}_{2n-1}\text{O}_2 &= \frac{0,0704}{2} = 0,0352 \text{ mol} \\ \text{Massa molar} &= \frac{8,80}{0,0352} = 250 \text{ g/mol} \end{aligned}$Jawaban: Massa molar NaCnH2n-1O2 adalah 250 g/mol
Soal e.
Hitung nilai n pada padatan NaCnH2n-1O2!
Penyelesaian:
Rumus umum massa molar:
$\begin{aligned} \text{Na} + \text{C}_n\text{H}_{2n-1}\text{O}_2 &= 250 \\ 22,99 + [12,01n + 1,00(2n-1) + 32,00] &= 250 \\ 22,99 + 12,01n + 2n - 1 + 32 &= 250 \\ 14,01n + 53,99 &= 250 \\ 14,01n &= 196,01 \\ n &= \frac{196,01}{14,01} \\ &= 13,99 \approx 14 \end{aligned}$Jawaban: Nilai n adalah 14
Verifikasi:
- Untuk n=14: C14H27O2 + Na = 227,27 + 22,99 ≈ 250 g/mol
- Konsisten dengan hasil perhitungan sebelumnya
Gunakan deskripsi ini untuk menjawab soal f, soal g, soal h.
Tekanan osmosis dapat digunakan untuk menentukan rumus molekul suatu senyawa. Selain tekanan osmosis, penurunan titik beku juga dapat digunakan untuk mengidentifikasi kandungan suatu senyawa. Campuran garam alkali klorida (XCl) dan garam alkali tanah klorida (ZCl2) sebanyak 11,08 g dilarutkan ke dalam 150,0 g air. Titik beku larutan ini adalah –4,42 °C. Penambahan larutan perak nitrat ke dalam larutan ini menyebabkan terbentuknya endapan putih sebanyak 27,575 g. Asumsi kedua senyawa garam terdisosiasi sempurna. K1 air adalah 1,86 °C/m
Soal f. Jumlah mol XCl dalam campuran adalah ... mol.
Soal h.Persentase massa ZCl2 dalam campuran adalah ... %.
Soal g.Lambang untuk X adalah ... dan Z adalah ...
Pembahasan
1. Penurunan Titik Beku
Penurunan titik beku (\(\Delta T_f\)) dihitung dengan rumus:
$\begin{aligned} \Delta T_f &= i \cdot K_f \cdot m \end{aligned}$
Diketahui:
- Δ T_f = 0 - (-4,42) = 4,42 °C
- K_f = 1,86 °C/m
- i = faktor van’t Hoff (jumlah ion yang terbentuk per molekul)
- m = molalitas larutan
Disosiasi senyawa:
- XCl → X⁺ + Cl⁻ ($i = 2$, karena menghasilkan 2 ion)
- ZCl₂ → Z²⁺ + 2Cl⁻ ($i = 3$, karena menghasilkan 3 ion)
Misalkan:
- Massa XCl = $a$ gram, mol XCl = $\frac{a}{M_{XCl}}$,
dengan $M_{XCl} = M_X + 35,45$ (massa molar Cl = 35,45 g/mol) - Massa ZCl₂ = $b$ gram, mol ZCl₂ = $\frac{b}{M_{ZCl_2}}$,
dengan $M_{ZCl_2} = M_Z + 2 \times 35,45 = M_Z + 70,90$ - Total massa: $a + b = 11,08 \, \text{g}$
Molalitas total ion:
$\begin{aligned} m_{\text{total ion}} &= \frac{\text{jumlah mol ion}}{\text{massa pelarut (kg)}} \end{aligned}$
Massa pelarut = 150,0 g = 0,15 kg.
Jumlah mol ion:
- XCl menghasilkan 2 mol ion per mol: $2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}}$
- ZCl₂ menghasilkan 3 mol ion per mol: $3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}}$
Total mol ion:
$\begin{aligned} \text{Total mol ion} &= 2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} \end{aligned}$
Molalitas total ion:
$\begin{aligned} m_{\text{total ion}} &= \frac{2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}}}{0,15} \end{aligned}$
Dari penurunan titik beku:
$\begin{aligned} \Delta T_f &= K_f \cdot m_{\text{total ion}} \\ 4,42 &= 1,86 \cdot \frac{2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}}}{0,15} \\ 4,42 \cdot 0,15 &= 1,86 \cdot \left( 2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} \right) \\ 0,663 &= 1,86 \cdot \left( 2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} \right) \\ 2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} &= \frac{0,663}{1,86} \\ &= 0,35645 \end{aligned}$
Persamaan 1:
$\begin{aligned} 2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} &= 0,35645 \end{aligned}$
2. Reaksi dengan Perak Nitrat
Penambahan AgNO₃ menghasilkan endapan AgCl:
$\begin{aligned} \text{XCl} + \text{AgNO}_3 &\rightarrow \text{AgCl} \downarrow + \text{XNO}_3 \\ \text{ZCl}_2 + 2\text{AgNO}_3 &\rightarrow 2\text{AgCl} \downarrow + \text{Z(NO}_3\text{)}_2 \end{aligned}$
Massa endapan AgCl = 27,575 g. Massa molar AgCl = 107,87 (Ag) + 35,45 (Cl) = 143,32 g/mol.
Jumlah mol AgCl:
$\begin{aligned} \text{mol AgCl} &= \frac{27,575}{143,32} \\ &= 0,19237 \, \text{mol} \end{aligned}$
Jumlah mol Cl⁻ yang membentuk AgCl:
- Dari XCl: 1 mol XCl menghasilkan 1 mol Cl⁻ → mol Cl⁻ = $\frac{a}{M_{XCl}}$
- Dari ZCl₂: 1 mol ZCl₂ menghasilkan 2 mol Cl⁻ → mol Cl⁻ = $2 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}}$
Total mol Cl⁻:
$\begin{aligned} \frac{a}{M_{XCl}} + 2 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} &= 0,19237 \end{aligned}$
Persamaan 2:
$\begin{aligned} \frac{a}{M_{XCl}} + 2 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} &= 0,19237 \end{aligned}$
3. Total Massa
$\begin{aligned} a + b &= 11,08 \end{aligned}$
Persamaan 3:
$\begin{aligned} a + b &= 11,08 \end{aligned}$
4. Penyelesaian Persamaan
Kita punya tiga persamaan:
$\begin{aligned} 2 \cdot \frac{a}{M_{XCl}} + 3 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} &= 0,35645 \\ \frac{a}{M_{XCl}} + 2 \cdot \frac{b}{M_{ZCl_2}} &= 0,19237 \\ a + b &= 11,08 \end{aligned}$
Misalkan:
- $u = \frac{a}{M_{XCl}}$ (mol XCl)
- $v = \frac{b}{M_{ZCl_2}}$ (mol ZCl₂)
Substitusi ke persamaan 1 dan 2:
$\begin{aligned} 2u + 3v &= 0,35645 \\ u + 2v &= 0,19237 \end{aligned}$
Eliminasi \(u\) dari persamaan:
- Kalikan persamaan kedua dengan 2: $2u + 4v = 0,38474$
- Kurangkan dari persamaan pertama:
$\begin{aligned} (2u + 3v) - (2u + 4v) &= 0,35645 - 0,38474 \\ -v &= -0,02829 \\ v &= 0,02829 \end{aligned}$
Substitusi \(v\) ke persamaan kedua:
$\begin{aligned} u + 2 \cdot 0,02829 &= 0,19237 \\ u + 0,05658 &= 0,19237 \\ u &= 0,13579 \end{aligned}$
Jadi:
- Jumlah mol XCl = $u = 0,13579$ mol
- Jumlah mol ZCl₂ = $v = 0,02829$ mol
Massa XCl dan ZCl₂:
- Massa XCl = $a = u \cdot M_{XCl}$
- Massa ZCl₂ = $b = v \cdot M_{ZCl_2}$
- $a + b = 11,08$
5. Identifikasi X dan Z
Reaksi AgCl menunjukkan jumlah mol Cl⁻, dan kita perlu menentukan \(M_{XCl}\) dan \(M_{ZCl_2}\) berdasarkan logam alkali (X) dan alkali tanah (Z).
Persamaan massa:
$\begin{aligned} a + b &= u \cdot M_{XCl} + v \cdot M_{ZCl_2} \\ &= 11,08 \end{aligned}$
Coba logam alkali (X: Li, Na, K) dan alkali tanah (Z: Mg, Ca, Sr):
- Misalkan X = Na, $M_{XCl} = 23 + 35,45 = 58,45 \, \text{g/mol}$
- Misalkan Z = Ca, $M_{ZCl_2} = 40,08 + 70,90 = 110,98 \, \text{g/mol}$
Massa:
$\begin{aligned} a &= 0,13579 \cdot 58,45 = 7,9364 \, \text{g} \\ b &= 0,02829 \cdot 110,98 = 3,1397 \, \text{g} \\ a + b &= 7,9364 + 3,1397 = 11,0761 \, \text{g} \end{aligned}$
Total massa (11,0761 g) sangat mendekati 11,08 g, sehingga Na dan Ca adalah kandidat yang masuk akal.
Verifikasi:
Substitusi \(a = 7,9364\) dan \(b = 3,1397\) ke persamaan 1 dan 2:
Persamaan 2:
$\begin{aligned} \frac{7,9364}{58,45} + 2 \cdot \frac{3,1397}{110,98} &= 0,13579 + 2 \cdot 0,02829 \\ &= 0,13579 + 0,05658 \\ &= 0,19237 \end{aligned}$
Cocok dengan 0,19237.
Persamaan 1:
$\begin{aligned} 2 \cdot \frac{7,9364}{58,45} + 3 \cdot \frac{3,1397}{110,98} &= 2 \cdot 0,13579 + 3 \cdot 0,02829 \\ &= 0,27158 + 0,08487 \\ &= 0,35645 \end{aligned}$
Cocok dengan 0,35645.
Jadi, X = Na dan Z = Ca valid.
Jawaban:
f. Jumlah mol XCl dalam campuran:
$\begin{aligned} \text{Jumlah mol XCl} &= 0,13579 \, \text{mol} \end{aligned}$
Jawaban: 0,136 mol (dibulatkan ke 3 angka desimal).
g. Lambang untuk X dan Z:
- X = Na (natrium)
- Z = Ca (kalsium)
Jawaban: X = Na, Z = Ca.
h. Persentase massa ZCl₂ dalam campuran:
$\begin{aligned} \text{Massa ZCl}_2 &= 3,1397 \, \text{g} \\ \text{Persentase massa} &= \frac{3,1397}{11,08} \cdot 100\% \\ &= 28,336\% \end{aligned}$
Jawaban: 28,34% (dibulatkan ke 2 angka desimal).
Tidak ada komentar:
Posting Komentar