Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut dan tidak bergantung pada jenis zat terlarutnya. Terdapat empat sifat koligatif utama, yaitu: penurunan tekanan uap (ΔP), kenaikan titik didih (ΔTb), penurunan titik beku (ΔTf), dan tekanan osmotik (π). Diagram fase interaktif ini memvisualisasikan tiga sifat koligatif pertama dalam satu grafik terpadu.
A. Diagram Fase
Diagram fase menunjukkan hubungan antara tekanan dan suhu terhadap keadaan fase suatu zat (padat, cair, dan gas). Pada diagram ini, kurva tekanan uap menggambarkan kesetimbangan antara fase cair dan gas. Titik perpotongan kurva tekanan uap dengan garis tekanan 1 atm menunjukkan titik didih normal, sedangkan titik perpotongan kurva sublimasi dengan kurva tekanan uap menunjukkan titik tripel (triple point) yaitu kondisi di mana ketiga fase berada dalam kesetimbangan.
B. Penurunan Tekanan Uap (Hukum Raoult)
Ketika zat terlarut non-volatil ditambahkan ke dalam pelarut, tekanan uap larutan akan lebih rendah dibandingkan pelarut murninya. Hal ini dijelaskan oleh Hukum Raoult: tekanan uap larutan sebanding dengan fraksi mol pelarut. Secara matematis:
P = X1 × P°
dengan P adalah tekanan uap larutan, X1 adalah fraksi mol pelarut, dan P° adalah tekanan uap pelarut murni. Penurunan tekanan uap dinyatakan sebagai:
ΔP = X2 × P°
dengan X2 adalah fraksi mol zat terlarut.
C. Kenaikan Titik Didih
Akibat penurunan tekanan uap, larutan memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk mencapai tekanan 1 atm (titik didih). Fenomena ini disebut kenaikan titik didih. Besarnya kenaikan titik didih dihitung dengan rumus:
ΔTb = i × Kb × m
dengan i adalah faktor van't Hoff, Kb adalah konstanta kenaikan titik didih molal (untuk air = 0,52°C/m), dan m adalah molalitas larutan.
D. Penurunan Titik Beku
Larutan memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan pelarut murninya. Hal ini terjadi karena kehadiran partikel zat terlarut mengganggu pembentukan kristal padat. Besarnya penurunan titik beku dihitung dengan rumus:
ΔTf = i × Kf × m
dengan Kf adalah konstanta penurunan titik beku molal (untuk air = 1,86°C/m). Prinsip ini dimanfaatkan dalam pembuatan es krim dan pencairan es di jalan menggunakan garam.
E. Faktor van't Hoff (i)
Faktor van't Hoff menyatakan jumlah partikel yang dihasilkan ketika satu satuan formula zat terlarut dilarutkan. Untuk zat non-elektrolit seperti gula (C6H12O6), nilai i = 1 karena tidak terdisosiasi. Untuk elektrolit kuat seperti NaCl, nilai i = 2 (menghasilkan Na+ dan Cl–). Untuk CaCl2, nilai i = 3 (menghasilkan Ca2+ dan 2Cl–). Semakin besar nilai i, semakin besar efek sifat koligatifnya.
Panduan Penggunaan Diagram Fase Interaktif
A. Komponen Kontrol (Slider)
A1. Slider Kf (Konstanta Penurunan Titik Beku)
Geser slider ini untuk mengubah nilai konstanta krioskopi. Nilai default 1,86°C/m adalah konstanta untuk air. Pelarut lain memiliki nilai berbeda, misalnya benzena (5,12°C/m) dan kamfor (39,7°C/m). Perhatikan bagaimana perubahan Kf memengaruhi posisi titik beku larutan pada diagram.
A2. Slider Kb (Konstanta Kenaikan Titik Didih)
Geser slider ini untuk mengubah nilai konstanta ebullioskopi. Nilai default 0,52°C/m adalah konstanta untuk air. Amati bagaimana perubahan Kb memengaruhi posisi titik didih larutan pada diagram.
A3. Slider Molalitas (m)
Slider ini mengatur konsentrasi zat terlarut dalam satuan mol per kilogram pelarut. Semakin tinggi molalitas, semakin besar perbedaan antara kurva pelarut murni dan larutan. Coba geser dari nilai rendah ke tinggi untuk melihat efek konsentrasi.
A4. Slider Faktor van't Hoff (i)
Pilih nilai i sesuai jenis zat terlarut:
• i = 1: Zat non-elektrolit (gula, urea, glukosa)
• i = 2: Elektrolit biner (NaCl, KBr, HCl)
• i = 3: Elektrolit terner (CaCl2, Na2SO4, MgCl2)
• i = 4: Elektrolit kuartener (AlCl3, FeCl3)
• i = 5: Elektrolit kuiner (Al2(SO4)3 parsial)
B. Tombol Fungsi
B1. Tombol Reset Nilai
Klik tombol ini untuk mengembalikan semua parameter ke nilai default (Kf = 1,86; Kb = 0,52; m = 1; i = 1). Gunakan fitur ini ketika ingin memulai eksplorasi dari awal.
B2. Tombol Tampilkan Titik Triple
Klik untuk menampilkan atau menyembunyikan titik tripel pada diagram. Titik tripel pelarut murni (biru) berada di 0,01°C dan 0,006 atm, sedangkan titik tripel larutan (merah) bergeser ke suhu yang lebih rendah.
C. Membaca Hasil pada Diagram
C1. Kurva Biru (Pelarut Murni)
Kurva ini menunjukkan diagram fase pelarut murni (air). Perpotongan dengan garis 1 atm menunjukkan titik didih normal (100°C) dan garis vertikal di 0°C menunjukkan titik beku normal.
C2. Kurva Merah (Larutan)
Kurva ini menunjukkan diagram fase larutan. Posisinya selalu lebih rendah dari kurva pelarut murni (menunjukkan penurunan tekanan uap). Perpotongan dengan garis 1 atm menunjukkan titik didih larutan yang lebih tinggi.
C3. Simbol ΔTb (Hijau)
Panah horizontal hijau di area atas diagram menunjukkan besarnya kenaikan titik didih. Jarak antara garis vertikal titik didih pelarut dan larutan menggambarkan nilai ΔTb.
C4. Simbol ΔTf (Merah)
Panah horizontal merah di area bawah diagram menunjukkan besarnya penurunan titik beku. Jarak antara garis vertikal titik beku pelarut dan larutan menggambarkan nilai ΔTf.
C5. Simbol ΔP (Oranye)
Panah vertikal oranye menunjukkan besarnya penurunan tekanan uap pada suhu tertentu (80°C). Jarak vertikal antara kurva pelarut dan larutan menggambarkan nilai ΔP.
C6. Panel Hasil Perhitungan
Di bawah diagram terdapat tiga kotak yang menampilkan nilai numerik ΔTf, ΔTb, dan ΔP yang dihitung secara real-time berdasarkan parameter yang diatur.
Diagram Fase Interaktif
untuk Mempelajari Sifat Koligatif Larutan
Dirancang oleh urip.info
ΔTb = i × Kb × m
ΔP = X2 × P°
- Kf = Konstanta penurunan titik beku (air = 1,86°C/m)
- Kb = Konstanta kenaikan titik didih (air = 0,52°C/m)
- m = Molalitas larutan (mol/kg pelarut)
- i = Faktor van't Hoff (jumlah ion hasil disosiasi)
- X2 = Fraksi mol zat terlarut
- P° = Tekanan uap pelarut murni
- Triple Point = Titik kesetimbangan tiga fase (padat-cair-gas)
- Semakin besar konsentrasi zat terlarut, semakin besar perubahan sifat koligatif
Interpretasi Hasil dan Aktivitas Pembelajaran
A. Aktivitas Eksplorasi
Aktivitas 1: Pengaruh Konsentrasi
Atur i = 1, lalu geser slider molalitas dari 0,1 hingga 3,0. Amati perubahan pada diagram dan nilai ΔTf, ΔTb, ΔP. Catat bahwa hubungan antara molalitas dan ketiga sifat koligatif bersifat linear, semakin tinggi konsentrasi, semakin besar perubahannya.
Aktivitas 2: Pengaruh Jenis Zat Terlarut
Atur molalitas tetap di m = 1, lalu ubah nilai i dari 1 hingga 5. Bandingkan efek zat non-elektrolit (i = 1) dengan elektrolit kuat (i = 2, 3, 4, 5). Perhatikan bahwa elektrolit menghasilkan efek koligatif yang lebih besar karena menghasilkan lebih banyak partikel.
Aktivitas 3: Perbandingan Pelarut
Ubah nilai Kf dan Kb untuk mensimulasikan pelarut berbeda. Misalnya, untuk benzena gunakan Kf = 5,12 dan Kb = 2,53. Perhatikan bagaimana konstanta pelarut memengaruhi besarnya perubahan titik didih dan titik beku.
B. Interpretasi Grafik pada Diagram Fase untuk Sigat Koligatif Larutan
B1. Mengapa kurva larutan selalu di bawah kurva pelarut?
Kehadiran zat terlarut mengurangi jumlah molekul pelarut di permukaan yang dapat menguap. Akibatnya, tekanan uap larutan selalu lebih rendah pada suhu yang sama. Ini adalah visualisasi langsung dari Hukum Raoult.
B2. Mengapa titik didih larutan lebih tinggi?
Karena tekanan uap larutan lebih rendah, diperlukan suhu yang lebih tinggi agar tekanan uap mencapai 1 atm. Pada diagram, ini terlihat dari perpotongan kurva merah dengan garis 1 atm yang berada di sebelah kanan (suhu lebih tinggi) dari perpotongan kurva biru.
B3. Mengapa titik beku larutan lebih rendah?
Titik beku adalah suhu di mana tekanan uap fase padat sama dengan tekanan uap fase cair. Karena tekanan uap larutan lebih rendah, kesetimbangan ini tercapai pada suhu yang lebih rendah. Partikel zat terlarut juga mengganggu pembentukan struktur kristal es.
B4. Apa makna pergeseran titik tripel?
Titik tripel larutan bergeser ke suhu lebih rendah dan tekanan lebih rendah dibandingkan pelarut murni. Ini menunjukkan bahwa kesetimbangan tiga fase pada larutan terjadi pada kondisi yang berbeda.
C. Contoh Soal Interaktif
Soal 1:
Tentukan ΔTf larutan NaCl 0,5 m dalam air!
Penyelesaian:
Atur m = 0,5 dan i = 2 (NaCl → Na+ + Cl–). Baca nilai ΔTf = 1,86°C. Verifikasi: ΔTf = 2 × 1,86 × 0,5 = 1,86°C ✓
Soal 2:
Bandingkan efek koligatif larutan glukosa 1 m dengan larutan CaCl2 1 m!
Penyelesaian:
Untuk glukosa (i=1): ΔTf = 1,86°C, ΔTb = 0,52°C. Untuk CaCl2 (i=3): ΔTf = 5,58°C, ΔTb = 1,56°C. CaCl2 memiliki efek 3 kali lebih besar karena menghasilkan 3 ion.
Soal 3:
Pada suhu berapa larutan gula 2 m akan membeku?
Penyelesaian:
Atur m = 2 dan i = 1. ΔTf = 3,72°C. Titik beku = 0°C - 3,72°C = -3,72°C.
D. Aplikasi dalam Kehidupan Sehari-hari
D1. Penambahan Garam pada Es
Gunakan diagram untuk memahami mengapa garam ditaburkan di jalan saat musim dingin. Dengan i = 2 dan molalitas tinggi, titik beku air turun drastis sehingga es mencair.
D2. Pembuatan Es Krim
Es krim dibuat dengan mendinginkan campuran susu di bawah 0°C. Campuran es dan garam (NaCl) dapat mencapai suhu hingga -21°C, cukup dingin untuk membekukan adonan es krim.
D3. Antibeku Radiator
Etilen glikol ditambahkan ke air radiator mobil. Simulasikan dengan m = 8-10 untuk melihat penurunan titik beku yang signifikan, mencegah air radiator membeku di cuaca dingin.
D4. Penentuan Massa Molar (mM)
Dengan mengukur ΔTf atau ΔTb larutan, massa molar zat terlarut dapat ditentukan. Rumus: mM = $\dfrac{i \times K \times massa~zat~terlarut \times 1000}{ΔT \times massa~pelarut}$
Tidak ada komentar:
Posting Komentar