Materi Kimia: Sifat Koligatif Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit

Sifat koligatif larutan adalah sifat-sifat larutan yang hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut, bukan pada identitas kimianya. Pokok bahasan ini mencakup empat fenomena utama: penurunan tekanan uap, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmotik.

Dalam pembahasannya, satuan konsentrasi seperti molalitas (m) dan fraksi mol (X) menjadi krusial karena sifat-sifat ini bergantung pada jumlah partikel per jumlah pelarut, bukan volume larutan. Pemahaman konsep ini memiliki aplikasi luas, dari proses industri hingga fenomena biologis.

A. Konsentrasi Larutan untuk Bahasan Sigat Koligatif Larutan

Sebelum mempelajari sifat koligatif larutan, penting untuk menguasai berbagai cara menyatakan konsentrasi larutan. Dalam kimia, terdapat beberapa satuan konsentrasi yang umum digunakan, masing-masing dengan aplikasi spesifiknya.

Konsentrasi larutan adalah ukuran yang menyatakan jumlah zat terlarut yang terdapat dalam sejumlah tertentu pelarut atau larutan.

A.1. Molaritas

Molaritas adalah jumlah zat terlarut per liter larutan. Satuan molaritas adalah mol/L atau M (molar).

\[ \begin{aligned} \text{Jumlah zat A (mol)} & = \frac{\text{massa zat A (g)}}{\text{massa molar zat A (g/mol)}}\\[1.1em] n_A & = \frac{m_A}{mM_A} \end{aligned} \]
\[ \begin{aligned} \text{Molaritas larutan A (M)} & = \frac{\text{jumlah zat terlarut A (mol)}}{\text{volume larutan A (L)}}\\[1.1em] [A] & = \frac{n_A}{V_A} \end{aligned} \] Jika menghitung molaritas dari zat padat yang dilarutkan hingga volume tertentu dapat menggunkan rumus:
\[ \begin{aligned} \text{Molaritas larutan A (M)} &= \frac{massa~zat~terlarut~A~(g)}{massa~molar~zat~terlarut~A~(g/mol) \times \text{volume larutan A (L)}}\\[1.1em] [A] &= \frac{m_A}{mM_A \times V_A} \end{aligned} \]

Keunggulan: Mudah digunakan dalam perhitungan stoikiometri karena berkaitan langsung dengan volume.

Keterbatasan: Bergantung pada suhu karena volume larutan berubah seiring perubahan suhu.

Contoh A.1.1: Larutan Sederhana

Hitung molaritas larutan yang dibuat dengan melarutkan 5,85 g NaCl (M_r NaCl = 58,5) dalam air hingga volume 500 mL.

Catatan: mM = M_r g/mol

Penyelesaian:

1. Hitung jumlah NaCl:

\[ \begin{aligned} n_{\text{NaCl}} & = \frac{m_{\text{NaCl}}}{mM_{\text{NaCl}}} \\[1em] & = \frac{5,85 \text{ g}}{58,5 \text{ g/mol}} \\[1em] & = 0,100 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Konversi volume larutan NaCl ke liter:

\[ \begin{aligned} V_{\text{NaCl}} & = 500 \text{ mL} \times \frac{1~L}{1000~mL}\\[1em] &= 0,500 \text{ L} \end{aligned} \]

3. Hitung molaritas NaCl:

\[ \begin{aligned} \text{NaCl}] &= \frac{n_{\text{NaCl}}}{V_{\text{NaCl}}}\\[1em] & = \frac{0,100 \text{ mol}}{0,500 \text{ L}} \\[1em] & = 0,200 \text{ M} \end{aligned} \]

Jadi, larutan NaCl tersebut memiliki konsentrasi 0,200 M.

Alternatif cara langsung menghitung [NaCl]:

\[ \begin{aligned} [\text{NaCl}] &= \frac{m_{\text{NaCl}}}{mM_{\text{NaCl}} \times V_{\text{NaCl}}}\\[1em] &= \frac{5,85~g}{58,5 ~g/mol \times 0,500~L}\\[1em] &= 0,200~M \end{aligned} \]

Contoh A.1.2: Pengenceran Larutan

Berapa volume air yang harus ditambahkan ke 100 mL larutan HCl 2,00 M untuk membuat larutan HCl 0,500 M?

Penyelesaian:

Gunakan rumus pengenceran: $[A]_1 \times V_{A_1} = [A]_2 \times V_{A_2}$

\[ \begin{aligned} [\text{HCl}]_1 \times V_{HCl_1} & = [\text{HCl}]_2 \times V_{HCl_2} \\[1em] 2,00 \text{ M} \times 0,100 \text{ L} & = 0,500 \text{ M} \times V_2 \\[1em] 0,200~L & = 0,500 \times V_2 \\[1em] V_2 & = \frac{0,200~L}{0,500}\\[1em] & = 0,400 \text{ L}\\[1em] & = 400 \text{ mL} \end{aligned} \] \[ \begin{aligned} \text{Volume air yang ditambahkan} &= V_2 - V_1\\[1em] &= 400~mL- 100~mL\\[1em] &= 300~mL \end{aligned} \]

Jadi, perlu ditambahkan 300 mL air.

Contoh A.1.3: Pembuatan Larutan dari Padatan

Bagaimana cara membuat 250 mL larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) 0,150 M? (M_r glukosa = 180)

Penyelesaian:

1. Hitung mol glukosa yang diperlukan:

\[ \begin{aligned} n_{glukosa} & = [glukosa] \times V_{glukosa}\\ & = 0,150 \text{ mol/L} \times 0,250 \text{ L}\\ & = 0,0375 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Hitung massa glukosa:

\[ \begin{aligned} m_{glukosa} & = n_{glukosa} \times mM_{glukosa}\\ & = 0,0375 \text{ mol} \times 180 \text{ g/mol}\\ & = 6,75 \text{ g} \end{aligned} \]

3. Prosedur pembuatan:

• Timbang 6,75 g glukosa
• Larutkan dalam air kurang dari 250 mL
• Masukkan ke labu ukur 250 mL
• Tambah air hingga tanda batas

A.2. Molalitas

Molalitas (simbol huruf b) adalah jumlah zat terlarut (mol) per kilogram pelarut. Satuan molalitas adalah mol/kg atau m (molal).

\[ \begin{aligned} \text{Molalitas (m)} & = \frac{\text{jumlah zat terlarut (mol)}}{\text{massa pelarut (kg)}}\\[1em] b & = \frac{n_{terlarut}} {m_{ pelarut (kg)}} \end{aligned} \]

Atau secara langsung dapat menggunakan rumus: \[ \begin{aligned} \text{Molalitas (m)} & = \frac{\text{massa zat terlarut (mol)}}{\text{mM zat terlarut} \times \text{massa pelarut (kg)}}\\[1em] b & = \frac{m_{\text{terlarut}}} {mM_{\text{terlarut}} \times m_{\text{pelarut (kg)}}} \end{aligned} \]

Jika massa pelarut dalam satuan gram tanpa konversi ke kilogram dan ingin digunakan rumus secara langsung, maka rumus molalitas dapat ditulis:

\[ \begin{aligned} \text{Molalitas (m)} & = \frac{\text{massa zat terlarut (g)}}{\text{massa molar pelarut (g/mol)}} \times \frac{1000}{\text{massa pelarut (g)}}\\[1em] b & = \frac{m_{\text{terlarut}} \times 1000} {mM_{\text{terlarut}} \times m_{\text{pelarut (g)}}} \end{aligned} \]

Keunggulan: Tidak bergantung pada suhu karena didasarkan pada massa, bukan volume. Sangat penting dalam sifat koligatif.

Keterbatasan: Kurang praktis untuk keperluan titrasi karena memerlukan penimbangan.

Contoh A.2.1: Larutan dalam Air

Hitung molalitas larutan yang dibuat dengan melarutkan 18 g glukosa (C₆H₁₂O₆, M_r = 180) dalam 500 g air.

Penyelesaian:

1. Hitung mol glukosa:

\[ \begin{aligned} n_{\text{glukosa}} & = \frac{m_{\text{glukosa}}}{mM_{\text{glukosa}}} \\[1em] & = \frac{18 \text{ g}}{180 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,100 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Konversi massa pelarut ke kg:

\[ \begin{aligned} \text{massa air} & = 500 \text{ g} = 0,500 \text{ kg} \end{aligned} \]

3. Hitung molalitas:

\[ \begin{aligned} b & = \frac{n_{\text{glukosa}}}{m_{\text{air}}}\\[1em] & = \frac{0,100 \text{ mol}}{0,500 \text{ kg}}\\[1em] & = 0,200 \text{ m} \end{aligned} \]

Jadi, larutan glukosa tersebut memiliki molalitas 0,200 m.

Alternatif penyelesaian secara langsung:

\[ \begin{aligned} b_{\text{glukosa}} & = \frac{m_{\text{glukosa}} \times 1000} {mM_{\text{glukosa}} \times m_{\text{air (g)}}}\\[1em] & = \frac{18 \times 1000} {180 \times 500}~mol/kg\\[1em] & = 0,200 \text{ m} \end{aligned} \]

Contoh A.2.2: Larutan dalam Pelarut Lain

Hitung molalitas larutan urea (CO(NH₂)₂, M_r = 60) yang dibuat dengan melarutkan 12 g urea dalam 200 g etanol.

Penyelesaian:

1. Hitung mol urea:

\[ \begin{aligned} n_{\text{urea}} & = \frac{m_{\text{urea}}}{mM_{\text{urea}}} \\[1em] & = \frac{12 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,200 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Konversi massa pelarut ke kg:

\[ \begin{aligned} \text{massa etanol} & = 200 \text{ g} = 0,200 \text{ kg} \end{aligned} \]

3. Hitung molalitas:

\[ \begin{aligned} b & = \frac{n_{\text{urea}}}{m_{\text{etanol}}}\\[1em] & = \frac{0,200 \text{ mol}}{0,200 \text{ kg}}\\[1em] & = 1,00 \text{ m} \end{aligned} \]

Jadi, larutan urea tersebut memiliki molalitas 1,00 m.

Alternatif penyelesaian secara langsung:

\[ \begin{aligned} b_{\text{urea}} & = \frac{m_{\text{urea}} \times 1000} {mM_{\text{urea}} \times m_{\text{etanol (g)}}}\\[1em] & = \frac{12 \times 1000} {60 \times 200}~mol/kg\\[1em] & = 1,00 \text{ m} \end{aligned} \]

Contoh A.2.3: Konversi dari Persen Massa

Hitung molalitas larutan NaCl 10% massa dalam air. (M_r NaCl = 58,5)

Penyelesaian:

Asumsikan kita memiliki 100 g larutan:

1. Massa NaCl = 10% × 100 g = 10 g

2. Massa air = 100 g – 10 g = 90 g = 0,090 kg

3. Hitung mol NaCl:

\[ \begin{aligned} n_{\text{NaCl}} & = \frac{m_{\text{NaCl}}}{mM_{\text{NaCl}}} \\[1em] & = \frac{10 \text{ g}}{58,5 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,171 \text{ mol} \end{aligned} \]

4. Hitung molalitas:

\[ \begin{aligned} b & = \frac{n_{\text{NaCl}}}{m_{\text{air}}}\\[1em] & = \frac{0,171 \text{ mol}}{0,090 \text{ kg}}\\[1em] & = 1,90 \text{ m} \end{aligned} \]

Jadi, larutan NaCl 10% memiliki molalitas 1,90 m.

A.3. Fraksi Mol (X)

Fraksi mol adalah perbandingan jumlah mol suatu komponen terhadap jumlah total mol semua komponen dalam larutan. Fraksi mol tidak memiliki satuan dan total fraksi mol semua komponen adalah 1.

\[ \begin{aligned} \text{Fraksi mol komponen } i &: X_i = \frac{n_i}{n_{\text{total}}}\\[1em] \text{dengan } &: n_{\text{total}} = n_{\text{terlarut}} + n_{\text{pelarut}}\\[1em] \text{dan } &: X_{\text{terlarut}} + X_{\text{pelarut}} = 1 \end{aligned} \]

Keunggulan: Tidak bergantung pada suhu, sangat berguna dalam hukum Raoult dan termodinamika larutan.

Keterbatasan: Kurang intuitif untuk larutan encer karena nilainya sangat kecil.

Contoh A.3.1: Larutan Biner Sederhana

Hitung fraksi mol urea dan air dalam larutan yang mengandung 12 g urea (CO(NH₂)₂, M_r = 60) dan 108 g air (M_r = 18).

Penyelesaian:

1. Hitung mol masing-masing komponen:

\[ \begin{aligned} n_{\text{urea}} & = \frac{m_{\text{urea}}}{mM_{\text{urea}}} \\[1em] & = \frac{12 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,200 \text{ mol}\\[1em] \\ n_{\text{air}} & = \frac{m_{\text{air}}}{mM_{\text{air}}} \\[1em] & = \frac{108 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}} \\[1em] & = 6,00 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Hitung total mol:

\[ \begin{aligned} n_{\text{total}} & = n_{\text{urea}} + n_{\text{air}} \\[1em] & = 0,200~mol + 6,00~mol \\[1em] & = 6,20 \text{ mol} \end{aligned} \]

3. Hitung fraksi mol:

\[ \begin{aligned} X_{\text{urea}} & = \frac{n_{\text{urea}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] & = \frac{0,200~mol}{6,20~mol} \\[1em] & = 0,0323\\ \\ X_{\text{air}} & = \frac{n_{\text{air}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] X_{\text{air}} & = \frac{6,00~mol}{6,20~mol} \\[1em] & = 0,9677 \end{aligned} \]

4. Verifikasi: = X_urea + X_air = 0,0323 + 0,9677 = 1,000 (benar)

Jadi, fraksi mol urea = 0,0323 dan fraksi mol air = 0,9677.

Contoh A.3.2: Larutan Elektrolit

Hitung fraksi mol NaCl dan air dalam larutan yang mengandung 5,85 g NaCl (M_r = 58,5) dan 180 g air. Perhatikan bahwa NaCl terionisasi sempurna menjadi Na⁺ dan Cl^-.

Penyelesaian:

Untuk fraksi mol, kita hanya memperhitungkan partikel sebagai molekul, tidak sebagai ion.

1. Hitung mol masing-masing komponen:

\[ \begin{aligned} n_{\text{NaCl}} & = \frac{m_{\text{NaCl}}}{mM_{\text{NaCl}}} \\[1em] & = \frac{5,85 \text{ g}}{58,5 \text{ g/mol}} \\[1em] & = 0,100 \text{ mol}\\[1em]\\ n_{\text{air}} & = \frac{m_{\text{air}}}{mM_{\text{air}}} \\[1em] n_{\text{air}} & = \frac{180 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}} \\[1em] & = 10,0 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Hitung total mol:

\[ \begin{aligned} n_{\text{total}} & = n_{\text{NaCl}} + n_{\text{air}} \\[1em] & = 0,100~mol + 10,0~mol \\[1em] & = 10,1 \text{ mol} \end{aligned} \]

3. Hitung fraksi mol:

\[ \begin{aligned} X_{\text{NaCl}} & = \frac{n_{\text{NaCl}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] & = \frac{0,100~mol}{10,1~mol} \\[1em] & = 0,00990\\[1em] \\ X_{\text{air}} & = \frac{n_{\text{air}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] & = \frac{10,0~mol}{10,1~mol} \\[1em] & = 0,9901 \end{aligned} \]

Jadi, fraksi mol NaCl = 0,00990 dan fraksi mol air = 0,9901.

Contoh A.3.3: Larutan dengan Tiga Komponen

Sebuah larutan mengandung 4,6 g etanol (C₂H₅OH, M_r = 46), 9,0 g air (M_r = 18), dan 12 g metanol (CH₃OH, M_r = 32). Hitung fraksi mol masing-masing komponen.

Penyelesaian:

1. Hitung mol masing-masing komponen:

\[ \begin{aligned} n_{\text{etanol}} & = \frac{m_{\text{etanol}}}{mM_{\text{etanol}}} \\[1em] & = \frac{4,6 \text{ g}}{46 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,100 \text{ mol}\\ \\ n_{\text{air}} & = \frac{m_{\text{air}}}{mM_{\text{air}}} \\[1em] & = \frac{9,0 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,500 \text{ mol}\\ \\ n_{\text{metanol}} & = \frac{m_{\text{metanol}}}{mM_{\text{metanol}}} \\[1em] & = \frac{12 \text{ g}}{32 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,375 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Hitung total mol:

\[ \begin{aligned} n_{\text{total}} & = n_{\text{etanol}} + n_{\text{air}} + n_{\text{metanol}}\\[1em] & = 0,100~mol + 0,500~mol + 0,375~mol\\[1em] & = 0,975 \text{ mol} \end{aligned} \]

3. Hitung fraksi mol:

\[ \begin{aligned} X_{\text{etanol}} & = \frac{n_{\text{etanol}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] & = \frac{0,100~mol}{0,975~mol}\\[1em] & = 0,1026\\[1em] \\ X_{\text{air}} & = \frac{n_{\text{air}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] & = \frac{0,500~mol}{0,975~mol}\\[1em] & = 0,5128\\[1em] \\ X_{\text{metanol}} & = \frac{n_{\text{metanol}}}{n_{\text{total}}} \\[1em] & = \frac{0,375~mol}{0,975~mol}\\[1em] & = 0,3846 \end{aligned} \]

4. Verifikasi, jika total fraksi mol = 1 maka terkonfimasi hitungan setiap fraksi mol sudah benar.
Total fraksi mol = 0,1026 + 0,5128 + 0,3846 = 1,0000 (benar)

Jadi, fraksi mol: etanol = 0,1026, air = 0,5128, dan metanol = 0,3846.

Perbandingan Ketiga Satuan Konsentrasi:

Satuan	Rumus	Bergantung Suhu?	Kegunaan Utama
Molaritas (M)	$$[A] = \dfrac{n_A}{V_A}$$	Ya	Titrasi, stoikiometri
Molalitas (m)	$$b_A = \dfrac{n_A}{m_{\text{pelarut (kg)}}}$$	Tidak	Sifat koligatif
Fraksi Mol (X) komponen i	$$X_i = \dfrac{n_i}{n_{\text{total}}}$$	Tidak	Hukum Raoult, termodinamika

Latihan Soal

Soal Latihan A1:
Hitung molaritas, molalitas, dan fraksi mol urea dalam larutan yang dibuat dengan melarutkan 30 g urea (CO(NH₂)₂, M_r = 60) dalam 270 g air. Densitas larutan adalah 1,05 g/mL.

Kunci Jawaban:

• Molaritas larutan urea = 1,75 M
• Molalitas larutan urea = 1,85 m
• Fraksi mol urea = 0,0323

Soal Latihan A2:
Larutan asam sulfat pekat (M_r H₂SO₄ = 98) memiliki konsentrasi 98% massa dengan densitas 1,84 g/mL. Hitung:

a) Molaritas larutan H₂SO₄ tersebut

b) Molalitas larutan H₂SO₄ tersebut

c) Fraksi mol H₂SO₄ dalam larutan

Kunci Jawaban:

• a) Molaritas larutan H₂SO₄ = 18,4 M
• b) Molalitas larutan H₂SO₄ = 500 m
• c) Fraksi mol H₂SO₄ = 0,900

Penting untuk Sifat Koligatif:

• Molalitas (m) digunakan dalam perhitungan kenaikan titik didih (ΔT_b = K_b × m × i) dan penurunan titik beku (ΔT_f = K_f × m × i)
• Fraksi mol (X) digunakan dalam hukum Raoult untuk penurunan tekanan uap (ΔP = P° × X_terlarut)
• Molaritas (M) digunakan dalam perhitungan tekanan osmotik (π = M × R × T × i)

B. Empat Sifat Koligatif Larutan

Sifat koligatif adalah sifat-sifat larutan yang hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut (konsentrasi) dan tidak bergantung pada jenis zat terlarut.

Materi ini mencakup empat sifat koligatif utama yang dipelajari dalam kurikulum Kimia di Indonesia:

1. Penurunan tekanan uap (Vapour pressure lowering)
2. Kenaikan titik didih (Elevation of boiling point)
3. Penurunan titik beku (Depression of freezing point)
4. Tekanan osmotik (Osmotic pressure)

Catatan: Semua rumus menggunakan:

• Molalitas (m) = mol zat terlarut per kg pelarut
• Faktor van't Hoff (i) = 1 untuk nonelektrolit, >1 untuk elektrolit

B.1. Penurunan Tekanan Uap (ΔP)

Menurut Hukum Raoult, tekanan uap pelarut di atas larutan (P) sama dengan tekanan uap pelarut murni (P°) dikalikan fraksi mol pelarut (X_pelarut):

\[ \begin{aligned} P & = P\degree \times X_{\text{pelarut}}\\ \Delta P & = P\degree - P\\ \Delta P & = P\degree \times X_{\text{terlarut}} \end{aligned} \]

keterangan variabel:

• P = tekanan uap larutan
• P° = tekanan uap pelarut murni
• X_pelarut = fraksi mol pelarut
• X_terlarut = fraksi mol zat terlarut

Contoh B.1.1: Larutan Nonelektrolit

Hitung penurunan tekanan uap ketika 10 g urea (CO(NH₂)₂, M_r = 60) dilarutkan dalam 200 g air (M_r = 18) pada 25°C. Diketahui tekanan uap air murni pada 25°C adalah 23,76 mmHg.

Penyelesaian:

1. Hitung mol urea dan mol air:

\[ \begin{aligned} n_{\text{urea}} & = \frac{m_{\text{urea}}}{mM_{\text{urea}}} \\[1em] & = \frac{10 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 0,1667 \text{ mol} \\ \\ n_{\text{air}} & = \frac{m_{\text{air}}}{mM_{\text{air}}} \\[1em] & = \frac{200 \text{ g}}{18 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 11,111 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Hitung fraksi mol urea:

\[ \begin{aligned} X_{\text{urea}} & = \frac{n_{\text{urea}}}{n_{\text{urea}} + n_{\text{air}}} \\ & = \frac{0,1667\text{ mol}}{0,1667\text{ mol} + 11,111\text{ mol}} \\ & = \frac{0,1667}{11,2777}\\ & = 0,0148 \end{aligned} \]

3. Hitung penurunan tekanan uap:

\[ \begin{aligned} \Delta P & = P\degree \times X_{\text{urea}} \\ & = 23,76 \text{ mmHg} \times 0,0148 \\ & = 0,351 \text{ mmHg} \end{aligned} \]

Jadi, penurunan tekanan uap adalah 0,351 mmHg.

Contoh Soal Terstruktur: Penurunan Tekanan Uap

Contoh B.1.2: Larutan Elektrolit

Hitung penurunan tekanan uap relatif (ΔP/P°) untuk larutan NaCl 0,1 m dalam air pada 25°C. Asumsikan derajat ionisasi NaCl adalah 0,9.

Penyelesaian:

NaCl terionisasi menjadi 2 ion (Na⁺ dan Cl^-). Faktor van't Hoff (i) = 1 + α(n-1) = 1 + 0,9(2-1) = 1,9.

Untuk larutan encer, fraksi mol zat terlarut dapat dihitung dengan pendekatan. Molalitas 0,1 m berarti 0,1 mol NaCl dalam 1 kg air (55,56 mol air).

Namun, karena soal meminta penurunan tekanan uap relatif, kita dapat menggunakan rumus: ΔP/P° = i * X_terlarut.

Hitung fraksi mol NaCl:

\[ \begin{aligned} n_{\text{NaCl}} & = 0,1 \text{ mol} \\\\ n_{\text{air}} & = \frac{m_{\text{air}}}{mM_{\text{air}}} \\[1em] & = \frac{1000~g}{18~g/mol}\\[1em] & = 55,56 \text{ mol} \\ \\ X_{\text{NaCl}} & = \frac{0,1\text{ mol}}{0,1\text{ mol} + 55,56\text{ mol}} \approx 0,0018 \end{aligned} \]

Maka, ΔP/P° = i × X_NaCl = 1,9 × 0,0018 = 0,00342.

Jadi, penurunan tekanan uap relatif adalah 0,00342 atau 0,342%.

Contoh B.1.3: Campuran Dua Zat Terlarut (Kontekstual - Minuman Ringan)

Minuman ringan mengandung 30 g gula (sukrosa, M_r = 342) dan 0,5 g asam sitrat (M_r = 192) dalam 250 mL air (ρ = 1 g/mL). Hitung penurunan tekanan uap pada 25°C jika tekanan uap air murni 23,76 mmHg. Asumsikan asam sitrat tidak terionisasi (nonelektrolit).

Penyelesaian:

1. Hitung mol masing-masing zat:

\[ \begin{aligned} n_{\text{sukrosa}} & = \frac{m_{\text{sukrosa}}}{mM_{\text{sukrosa}}} \\[1em] & = \frac{30~g}{342~g/mol}\\[1em] & = 0,0877 \text{ mol} \\ \\ n_{\text{asam}} & = \frac{m_{\text{asam}}}{mM_{\text{asam}}} \\[1em] & = \frac{0,5~g}{192~g/mol}\\[1em] & = 0,0026 \text{ mol} \\ \\ n_{\text{air}} & = \frac{m_{\text{air}}}{mM_{\text{air}}} \\[1em] & = \frac{250~g}{18~g/mol}\\ & = 13,89 \text{ mol} \end{aligned} \] 2. Total mol zat terlarut $(n_{\text{terlarut}})$
\[ \begin{aligned} n_{\text{terlarut}} &= n_{\text{sukrosa}} + n_{\text{asam}}\\[1em] & = 0,0877 mol + 0,0026 mol\\[1em] & = 0,0903 mol \end{aligned} \]

3. Fraksi mol zat terlarut total:

\[ \begin{aligned} X_{\text{terlarut}} & = \frac{0,0903\text{ mol}}{0,0903\text{ mol} + 13,89\text{ mol}}\\[1em] & = \frac{0,0903}{13,9803} \\[1em] & = 0,00646 \end{aligned} \]

4. Penurunan tekanan uap:

\[ \begin{aligned} \Delta P & = P° \times X_{\text{terlarut}}\\ & = 23,76\text{ mmHg} \times 0,00646\\ & = 0,153 \text{ mmHg} \end{aligned} \]

Jadi, penurunan tekanan uap adalah 0,153 mmHg.

Contoh B.1.4: Penentuan Massa Molekul Relatif (M_r)

Sebanyak 5,0 g senyawa organik nonelektrolit dilarutkan dalam 100 g air. Pada 25°C, tekanan uap larutan adalah 23,50 mmHg. Jika tekanan uap air murni pada suhu tersebut adalah 24,0 mmHg, tentukan M_r senyawa organik tersebut.

Penyelesaian:

1. Penurunan tekanan uap:
ΔP = (24,0 – 23,50) mmHg
ΔP = 0,50 mmHg.

2. Menghitung penurunan tekanan:
\( \begin{aligned} \Delta P &= P° \times X_{\text{terlarut}}\\[1em] 0,50~mmHg & = 24,0 \times X_{\text{terlarut}}\\[1em] X_{\text{terlarut}} &= \frac{0,50~mmHg}{24,0}\\[1em] &=0,02083 \end{aligned} \)

3. Dimisalkan untuk zat terlarut
$n_{\text{terlarut}} = \dfrac{5,0{\text{ g}}}{mM_{\text{terlarut}}}$

$n_{\text{air}} = \dfrac{100~g}{18~g/mol} = 5,556~mol$

4. Fraksi mol terlarut:

\[ \begin{aligned} X_{\text{terlarut}} & = \frac{n_{\text{terlarut}}}{n_{\text{terlarut}} + n_{\text{air}}} \\ 0,02083 & = \frac{\frac{5,0~g}{mM_{\text{terlarut}}}}{\frac{5,0~g}{mM_{\text{terlarut}}} + 5,556~mol} \end{aligned} \]

5. Selesaikan untuk $mM_{\text{terlarut}}$:

\[ \begin{aligned} 0,02083 \left( \frac{5,0}{mM_{\text{terlarut}}} + 5,556 \right) & = \frac{5,0}{mM_{\text{terlarut}}} \\[1em] \frac{0,10415}{mM_{\text{terlarut}}} + 0,1157 & = \frac{5,0}{mM_{\text{terlarut}}} \\[1em] 0,1157 & = \frac{5,0}{mM_{\text{terlarut}}} - \frac{0,10415}{mM_{\text{terlarut}}}\\[1em] 0,1157 & = \frac{4,89585}{mM_{\text{terlarut}}} \\[1em] mM_{\text{terlarut}} & = \frac{4,89585}{0,1157}\\[1em] & = 42,3 \text{ g/mol} \end{aligned} \]

Jadi, M_r senyawa tersebut adalah 42,3.

Contoh B.1.5: Larutan dengan Volatilitas Zat Terlarut (Hukum Raoult untuk Dua Komponen Volatil)

Campuran terdiri dari 2 mol heksana dan 3 mol heptana pada 25°C. Tekanan uap heksana murni 150 mmHg dan heptana murni 60 mmHg. Hitung tekanan uap total dan fraksi mol masing-masing komponen dalam fasa uap.

Penyelesaian:

1. Fraksi mol dalam cairan:

\[ \begin{aligned} X_{\text{heksana}} & = \frac{n_{\text{heksana}}}{n_{\text{heksana}} + n_{\text{heptana}}}\\[1em] & = \frac{2 \text{ mol}}{2\text{ mol}+3\text{ mol}}\\[1em] & = \frac{2 \text{ mol}}{5\text{ mol}}\\[1em] & = 0,4 \\ \\ X_{\text{heptana}} & = \frac{n_{\text{heptana}}}{n_{\text{heksana}} + n_{\text{heptana}}}\\[1em] & = \frac{3\text{ mol}}{3\text{ mol} + 2\text{ mol}}\\[1em] & = \frac{3 \text{ mol}}{5\text{ mol}}\\[1em] & = 0,6 \end{aligned} \]

2. Tekanan parsial menurut Hukum Raoult:

\[ \begin{aligned} P_{\text{heksana}} & = P\degree_{\text{heksana}} \times X_{\text{heksana}}\\[1em] & = 150~mmHg \times 0,4\\[1em] & = 60 \text{ mmHg} \\ \\ P_{\text{heptana}} & = P\degree_{\text{heptana}} \times X_{\text{heptana}}\\[1em] & = 60~mmHg \times 0,6\\[1em] & = 36 \text{ mmHg} \end{aligned} \]

3. Tekanan total = P_heksana + P_heptana = (60 + 36) mmHg = 96 mmHg.

4. Fraksi mol dalam uap (Y) (ini sesuai hukum Dalton):

\[ \begin{aligned} Y_{\text{heksana}} & = \frac{P_{\text{heksana}}}{P_{\text{total}}}\\[1em] & = \frac{60~mmHg}{96~mmHg}\\[1em] & = 0,625 \\ \\ Y_{\text{heptana}} & = \frac{P_{\text{heptana}}}{P_{\text{total}}}\\[1em] & = \frac{36~mmHg}{96~mmHg}\\[1em] & = 0,375 \end{aligned} \]

Jadi, tekanan uap total 96 mmHg, dan fraksi mol heksana dalam uap 0,625, heptana 0,375.

Latihan Soal: Penurunan Tekanan Uap

Latihan B.1.1:
Larutan mengandung 10 g urea (M_r = 60) dan 10 g glukosa (M_r = 180) dalam 500 g air. Hitung penurunan tekanan uap relatif terhadap air murni pada suhu yang sama.

Kunci Jawaban:

0,0067

Latihan B.1.2:
Larutan NaCl 0,5 m dalam air memiliki penurunan tekanan uap 0,5 mmHg pada suhu tertentu. Jika tekanan uap air murni pada suhu tersebut adalah 25 mmHg, hitung derajat ionisasi NaCl (α) dalam larutan tersebut.

Kunci Jawaban:

α = 0,8

B.2. Kenaikan Titik Didih (ΔT_b)

Titik didih larutan lebih tinggi daripada titik didih pelarut murni. Kenaikan titik didih sebanding dengan molalitas larutan:

\[ \begin{aligned} \Delta T_{b} & = T_{b(\text{larutan})} - T_{b(\text{pelarut})}\\ \Delta T_{b} & = K_{b} \times b \times i\\ T_{b(\text{larutan})} & = T_{b(\text{pelarut})} + \Delta T_{b} \end{aligned} \]

keterangan variabel::

• K_b = konstanta kenaikan titik didih molal (°C/m atau K/m)
• b = molalitas larutan (mol zat terlarut/kg pelarut)
• i = faktor van't Hoff

Faktor van't Hoff (i):

• Untuk nonelektrolit (tidak terionisasi): i = 1
• Untuk elektrolit: i = 1 + α(n-1), di mana α = derajat ionisasi, n = jumlah ion per satuan rumus
• Contoh: NaCl → Na⁺ + Cl^- (n = 2, jika α = 1 maka i = 2)

Pelarut	Titik Didih (°C)	Kb (°C/m)
Air	100,0	0,512
Benzena	80,1	2,53
Etanol	78,4	1,22
Kloroform	61,2	3,63

Contoh B.2.1: Larutan Elektrolit (Aplikasi Kontekstual)

Dalam pembuatan sirup maple, larutan gula (sukrosa, C₁₂H₂₂O₁₁, M_r = 342) perlu dididihkan pada suhu lebih tinggi dari 100°C. Hitung titik didih larutan yang dibuat dengan melarutkan 500 g sukrosa dalam 1,5 kg air. K_b air = 0,512 °C/m.

Penyelesaian:

1. Sukrosa adalah nonelektrolit (i = 1)

2. Hitung mol sukrosa:

\[ \begin{aligned} n_{\text{sukrosa}} & = \frac{m_{\text{sukrosa}}}{mM_{\text{sukrosa}}}\\[1em] & = \frac{500 \text{ g}}{342 \text{ g/mol}}\\[1em] & = 1,462 \text{ mol} \end{aligned} \]

3. Hitung molalitas:

\[ \begin{aligned} b_{\text{sukrosa}} & = \frac{n_{\text{sukrosa}}}{m_{\text{air}}}\\[1em] & = \frac{1,462 \text{ mol}}{1,5 \text{ kg}}\\[1em] & = 0,9747 \text{ m} \end{aligned} \]

4. Hitung kenaikan titik didih:

\[ \begin{aligned} \Delta T_{b_{\text{sukrosa}}} & = K_{b} \times b_{\text{sukrosa}} \times i\\[1em] & = 0,512 \text{ °C/m} \times 0,9747 \text{ m} \times 1\\[1em] & = 0,499 \text{ °C} \end{aligned} \]

5. Hitung titik didih larutan:

\[ \begin{aligned} T_{b(\text{larutan})} & = T_{b(\text{air})} + \Delta T_{b_{\text{sukrosa}}}\\[1em] & = 100,0 \text{ °C} + 0,499 \text{ °C}\\[1em] & = 100,499 \text{ °C} \end{aligned} \]

Jadi, sirup akan mendidih pada suhu 100,5 °C.

Contoh Soal Terstruktur: Kenaikan Titik Didih

Contoh B.2.2: Larutan Elektrolit Kuat (Antibeku Radiator)

Larutan antibeku radiator dibuat dengan melarutkan 1,0 kg etilen glikol (M_r = 62) dan 0,5 kg NaCl (M_r = 58,5) dalam 4,0 kg air. Hitung titik didih larutan jika K_b air = 0,512 °C/m dan asumsikan NaCl terionisasi sempurna (α = 1).

Penyelesaian:

1. Hitung mol masing-masing zat terlarut:

\[ \begin{aligned} n_{\text{etilen glikol}} & = \frac{m_{\text{etilen glikol}}}{mM_{\text{etilen glikol}}}\\[1em] & = \frac{1000~g}{62~g/mol}\\[1em] & = 16,13 \text{ mol} \\ \\ n_{\text{NaCl}} & = \frac{m_{\text{NaCl}}}{mM_{\text{NaCl}}}\\[1em] & = \frac{500~g}{58,5~g/mol} \\ & = 8,55 \text{ mol} \end{aligned} \]

2. Etilen glikol nonelektrolit (i = 1), NaCl elektrolit kuat (n = 2, i = 2).

3. Hitung molalitas total efektif (menggunakan i):

Molalitas etilen glikol:
b_{etilen glikol} = $\dfrac{n_{\text{etilen glikol}}}{m_{\text{air}}} = \dfrac{16,13~mol}{4~kg}$ = 4,0325 m
(kontribusi efektif etilen glikol = b_{etilen glikol} × i = 4,0325 m × 1 = 4,0325 m)

Molalitas NaCl:
b_NaCl = $\dfrac{n_{\text{NaCl}}}{m_{\text{air}}} = \dfrac{8,55~mol}{4~kg}$ = 2,1375 m
(kontribusi efektif NaCl = b_NaCl × i = 2,1375 × 2 = 4,275 m)

4. Hitung molalitas efektif total:

\[ \begin{aligned} \text{molalitas efektif total} &= \text{kontribusi efektif etilen glikol + kontribusi efektif NaCl}\\[1em] &= 4,0325~m + 4,275~m\\[1em] &= 8,3075~m \end{aligned}\]

5. Kenaikan titik didih:
ΔT_b = K_b × molalitas efektif total
ΔT_b = 0,512 °C/m × 8,3075 m
ΔT_b = 4,25 °C.

6. Titik didih larutan: 100 + 4,25 = 104,25 °C.

Jadi, larutan antibeku akan mendidih pada 104,25 °C.

Contoh B.2.3: Penentuan Derajat Ionisasi

Larutan 0,2 m asam asetat (CH₃COOH) dalam air mendidih pada 100,104 °C. Jika K_b air = 0,512 °C/m, hitung derajat ionisasi asam asetat dalam larutan tersebut.

Penyelesaian:

1. ΔT_b = (100,104 – 100) °C = 0,104 °C.

2. Asam asetat terionisasi sebagian: CH₃COOH ⇌ CH₃COO^- + H⁺ (n = 2).

3. Rumus: ΔT_b = K_b × b × i
→ 0,104 °C = 0,512 °C/m × 0,2 m × i
→ i = 1,0156.

4. Hubungan i dengan α:
→ i = 1 + α(n – 1)
→ i = 1 + α.

5. Maka: 1 + α = 1,0156 → α = 0,0156 atau 1,56%.

Jadi, derajat ionisasi asam asetat adalah 0,0156.

Contoh B.2.4: Aplikasi dalam Industri Makanan (Pembuatan Permen)

Dalam pembuatan permen, larutan gula harus dididihkan pada suhu 110 °C untuk mencapai konsistensi yang diinginkan. Berapa molalitas larutan sukrosa (nonelektrolit) yang diperlukan? K_b air = 0,512 °C/m.

Penyelesaian:

1. ΔT_b = 110 °C – 100 °C = 10 °C.

2. ΔT_b = K_b × b × i → 10 °C = 0,512 °C/m × b × 1.

3. Maka b = (10 °C)/(0,512 °C/m) = 19,53 m.

4. Jadi, diperlukan larutan sukrosa dengan molalitas 19,53 m.

Catatan: Ini adalah larutan yang sangat pekat, hampir jenuh.

Latihan Soal: Kenaikan Titik Didih

Latihan B.2.1:
Larutan 0,1 m MgCl₂ dalam air mendidih pada 100,15 °C. Hitung derajat ionisasi MgCl₂ dalam larutan tersebut (K_b air = 0,512 °C/m).

Kunci Jawaban:

α = 0,8 (asumsi n = 3 untuk MgCl₂ → Mg²⁺ + 2Cl^-)

Latihan B.2.2:
Untuk mencegah pendidihan mesin terlalu awal, radiator mobil diisi dengan larutan yang mendidih pada 105 °C. Jika digunakan etilen glikol (M_r = 62) sebagai antibeku nonelektrolit, berapa gram etilen glikol yang harus dilarutkan dalam 5 kg air? (K_b air = 0,512 °C/m).

Kunci Jawaban:

4883 g

B.3. Penurunan Titik Beku (ΔT_f)

Titik beku larutan lebih rendah daripada titik beku pelarut murni. Penurunan titik beku juga sebanding dengan molalitas larutan:

\[ \begin{aligned} \Delta T_{f} & = T_{f(\text{pelarut})} - T_{f(\text{larutan})}\\ \Delta T_{f} & = K_{f} \times b \times i\\ T_{f(\text{larutan})} & = T_{f(\text{pelarut})} - \Delta T_{f} \end{aligned} \]

keterangan variabel::

• K_f = konstanta penurunan titik beku molal (°C/m atau K/m)

Pelarut	Titik Beku (°C)	Kf (°C/m)
Air	0,0	1,86
Benzena	5,5	5,12
Asam asetat	16,6	3,90
Kloroform	-63,5	4,70

Contoh 3.1: Penentuan Massa Molar (Soal Eksperimen)

Sebuah eksperimen penurunan titik beku dilakukan untuk menentukan massa molar senyawa X. 2,50 g senyawa X dilarutkan dalam 75,0 g benzena (K_f = 5,12 °C/m). Titik beku larutan terukur -0,15 °C, sedangkan titik beku benzena murni adalah 5,50 °C. Hitung massa molar senyawa X, dengan asumsi senyawa X adalah nonelektrolit.

Penyelesaian:

1. Hitung penurunan titik beku:

\[ \begin{aligned} \Delta T_{f} & = 5,50 \text{ °C} - (-0,15 \text{ °C})\\[1em] & = 5,65 \text{ °C} \end{aligned} \]

2. Karena senyawa X nonelektrolit, i = 1:

\[ \begin{aligned} \Delta T_{f} & = K_{f} \times b_{X} \times i\\[1em] 5,65 \text{ °C} & = 5,12 \text{ °C/m} \times b_{X} \times 1\\[1em] b_{X} & = \frac{5,65\text{ °C}}{5,12\text{ °C/m}} \\[1em] & = 1,1035 \text{ m} \end{aligned} \]

3. Molalitas = mol zat terlarut / kg pelarut:

\[ \begin{aligned} 1,1035 \text{ m} & = \frac{n_X}{0,0750 \text{ kg}}\\[1em] n_X & = 1,1035 \times 0,0750 \\[1em] & = 0,08276 \text{ mol} \end{aligned} \]

4. Hitung massa molar:

\[ \begin{aligned} mM_X & = \frac{m_X}{n_X}\\[1em] & = \frac{2,50 \text{ g}}{0,08276 \text{ mol}}\\[1em] & = 30,2 \text{ g/mol} \end{aligned} \]

Jadi, massa molar senyawa X adalah 30,2 g/mol.

Contoh Soal Terstruktur: Penurunan Titik Beku

Contoh 3.2: Antibeku untuk Es Batu (Kontekstual)

Agar es batu tidak cepat mencair, sering ditambahkan garam. Berapa titik beku larutan yang dibuat dengan melarutkan 100 g NaCl (M_r = 58,5) dalam 1 kg air? Asumsikan derajat ionisasi NaCl = 0,9 (K_f air = 1,86 °C/m).

Penyelesaian:

1. n_NaCl = (100 g) / (58,5 g/mol) = 1,709 mol.

2. b_NaCl = 1,709 m (sama dengan nilai n karena massa pelarut 1 kg)

3. Faktor van't Hoff: i = 1 + 0,9(2 – 1) = 1,9.

4. ΔT_f = K_f × b_NaCl × i = 1,86 × 1,709 × 1,9 = 6,04 °C.

5. Titik beku larutan = (0 – 6,04) °C = -6,04 °C.

Jadi, larutan akan membeku pada -6,04 °C.

Contoh 3.3: Campuran Nonelektrolit dan Elektrolit (Aplikasi Cairan Pencuci Kaca Depan Mobil)

Cairan pencuci kaca mobil dirancang agar tidak membeku pada musim dingin. Larutan mengandung 30% etanol (C₂H₅OH, M_r = 46) dan 5% NaCl (M_r = 58,5) secara massa. Hitung titik beku larutan jika densitas larutan diabaikan (anggap larutan dalam air murni). K_f air = 1,86 °C/m, asumsikan NaCl terionisasi sempurna.

Penyelesaian:

1. Karena data diberikan dalam satuan % kita gunakan basis massa 100 g larutan:
30 g etanol, 5 g NaCl, dan 65 g air.

2. n_etanol = (30 g) / (46 g/mol) = 0,652 mol (nonelektrolit, i = 1).

3. n_NaCl = (5 g) / (58,5 g/mol) = 0,0855 mol (elektrolit kuat, n = 2, i = 2).

4. Molalitas etanol: b_etanol = (0,652 mol) / (0,065 kg) = 10,03 m
(efektif = 10,03 m).

5. Molalitas NaCl: b_NaCl = (0,0855 mol) / (0,065 kg) = 1,315 m
(efektif = 1,315 × 2 = 2,63 m).

6. Molalitas efektif total = 10,03 m + 2,63 m = 12,66 m.

7. ΔT_f = 1,86 × 12,66 = 23,55 °C.

8. Titik beku = (0 – 23,55) °C = -23,55 °C.

Jadi, larutan tidak akan membeku hingga suhu -23,55 °C.

Contoh 3.4: Penentuan Kemurnian Zat (Aplikasi Industri Farmasi)

Sebanyak 1,0 g sampel asam benzoat (C₆H₅COOH, M_r = 122) dilarutkan dalam 25 g benzena. Titik beku larutan adalah 4,85 °C. Jika titik beku benzena murni 5,50 °C dan K_f benzena = 5,12 °C/m, hitung persentase kemurnian asam benzoat (asumsikan pengotor tidak terionisasi dan tidak volatil).

Penyelesaian:

1. ΔT_f = (5,50 – 4,85) °C = 0,65 °C.

2. Asam benzoat nonelektrolit dalam benzena (i = 1).

3. ΔT_f = K_f × b_{asam benzoat}
→ 0,65 °C = 5,12 °C/m × b_{asam benzoat}
→ b_{asam benzoat} = 0,127 m.

4. n_{asam benzoat murni} dalam larutan:
b_{asam benzoat} = n_{asam benzoat} / kg pelarut
→ 0,127 = n_{asam benzoat} / 0,025
→ n_{asam benzoat} = 0,003175 mol.

5. m_{asam benzoat murni} = 0,003175 mol × 122 g/mol = 0,387 g.

6. Persentase kemurnian = (0,387 g / 1,0 g) × 100% = 38,7%.

Jadi, sampel hanya mengandung 38,7% asam benzoat murni.

Latihan Soal: Penurunan Titik Beku

Latihan B.3.1:
Larutan 0,1 m asam format (HCOOH) dalam air membeku pada -0,21 °C. Hitung derajat ionisasi asam format tersebut (K_f air = 1,86 °C/m).

Kunci Jawaban:

α = 0,13 (13%)

Latihan B.3.2:
Untuk membuat es krim, campuran susu dan gula dibekukan. Jika digunakan 200 g sukrosa (M_r = 342) dalam 1 kg susu (anggap K_f susu sama dengan air = 1,86 °C/m), hitung titik beku campuran tersebut. (Sukrosa nonelektrolit).

Kunci Jawaban:

-1,09 °C

B.4. Tekanan Osmotik (π)

Osmosis adalah perpindahan pelarut melalui membran semipermeabel dari larutan encer ke larutan pekat. Tekanan osmotik diberikan oleh:

\[ \begin{aligned} \pi_A & = [A] \times R \times T \times i\\ \pi_A & = \frac{n_A}{V_A} \times R \times T \times i \end{aligned} \]

keterangan variabel:

• π_A = tekanan osmotik laritan A (atm atau Pa)
• [A] = molaritas larutan A (mol/L)
• R = konstanta gas = 0,0821 L·atm/(mol·K) atau 8,314 J/(mol·K)
• T = suhu absolut (K)
• i = faktor van't Hoff

Contoh B.4.1: Aplikasi Biologis

Larutan saline fisiologis (NaCl) yang digunakan dalam infus harus isotonik dengan darah (tekanan osmotik ≈ 7,65 atm pada 37°C). Hitung konsentrasi NaCl (dalam g/L) yang diperlukan untuk membuat 1 L larutan isotonik pada 37°C. Asumsikan derajat ionisasi NaCl = 0,95 (α = 0,95). M_r NaCl = 58,5.

Penyelesaian:

1. Hitung faktor van't Hoff untuk NaCl:

\[ \begin{aligned} \text{NaCl} &\rightarrow \text{Na}^{+} + \text{Cl}^{-} \quad (n = 2)\\ i & = 1 + \alpha(n-1)\\ & = 1 + 0,95(2-1)\\ & = 1 + 0,95\\ & = 1,95 \end{aligned} \]

2. Konversi suhu ke Kelvin:

\[ \begin{aligned} T & = 37 + 273\\ & = 310 \text{ K} \end{aligned} \]

3. Hitung molaritas menggunakan rumus tekanan osmotik:

\[ \begin{aligned} \pi_{\text{NaCl}} & = [\text{NaCl}] \times R \times T \times i\\ 7,65 \text{ atm} & = [\text{NaCl}] \times 0,0821 \frac{\text{L$\cdot$atm}}{\text{mol$\cdot$K}} \times 310 \text{ K} \times 1,95\\ 7,65 & = [\text{NaCl}] \times 49,62\\ [\text{NaCl}] & = \frac{7,65}{49,62}~mol/L \\ & = 0,1542 \text{ M} \end{aligned} \]

4. Konversi molaritas ke g/L:

\[ \begin{aligned} \text{Konsentrasi} & = 0,1542 \frac{\text{mol}}{\text{L}} \times 58,5 \frac{\text{g}}{\text{mol}}\\ & = 9,02 \text{ g/L} \end{aligned} \]

Jadi, diperlukan 9,02 g NaCl per liter larutan.

Contoh B.4.2: Soal Kombinasi (A Level Structured Question)

Larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) dengan konsentrasi 0,150 M dan larutan NaCl dengan konsentrasi 0,100 M dibuat pada suhu 25°C.

a) Hitung tekanan osmotik larutan glukosa.

b) Hitung tekanan osmotik larutan NaCl (asumsikan α = 0,90).

c) Jika kedua larutan dipisahkan oleh membran semipermeabel, ke arah manakah aliran netto air? Jelaskan.

d) Hitung konsentrasi NaCl yang isotonik dengan larutan glukosa 0,150 M.

Penyelesaian:

a) Glukosa adalah nonelektrolit (i = 1):

\[ \begin{aligned} T & = 25 + 273 = 298 \text{ K}\\ \pi_\text{glukosa} & = [\text{glukosa}] \times R \times T \times i\\ & = 0,150 \times 0,0821 \times 298 \times 1\\ & = 3,67 \text{ atm} \end{aligned} \]

b) NaCl adalah elektrolit dengan α = 0,90:

\[ \begin{aligned} i & = 1 + 0,90(2-1)\\& = 1,90\\ \pi_\text{NaCl} & = 0,100 \times 0,0821 \times 298 \times 1,90\\ & = 4,64 \text{ atm}\\ \end{aligned} \]

c) Air akan mengalir dari larutan glukosa (tekanan osmotik lebih rendah, 3,67 atm) ke larutan NaCl (tekanan osmotik lebih tinggi, 4,64 atm) karena osmosis terjadi dari larutan dengan konsentrasi efektif partikel lebih rendah ke lebih tinggi.

d) Untuk isotonik, tekanan osmotik harus sama:

\[ \begin{aligned} \pi_{\text{glukosa}} & = \pi_{\text{NaCl}}\\ 3,67 \text{ atm} & = [\text{NaCl}] \times 0,0821 \times 298 \times 1,90\\ 3,67 & = [\text{NaCl}] \times 46,44\\ [\text{NaCl}] & = \frac{3,67}{46,44}~M \\ & = 0,0790 \text{ M}\\ \end{aligned} \]

Jadi, NaCl 0,0790 M isotonik dengan glukosa 0,150 M.

Contoh Soal Terstruktur: Tekanan Osmotik

Contoh B.4.3: Aplikasi dalam Desalinasi Air Laut (Reverse Osmosis)

Air laut mengandung sekitar 3,5% NaCl secara massa (anggap NaCl saja). Hitung tekanan osmotik air laut pada 25°C jika densitas air laut 1,02 g/mL dan asumsikan derajat ionisasi NaCl = 0,9. Berapa tekanan minimum yang harus diberikan pada sistem reverse osmosis untuk menghasilkan air tawar dari air laut?

Penyelesaian:

1. Hitung molaritas NaCl:
   Ambil 1 L air laut (massa air laut = 1020 g).
   $m_{\text{NaCl}} = 3,5 \% \times 1.020~g = 35,7~g$
   $n_{\text{NaCl}} = \dfrac{35,7~g}{58,5~g/mol} = 0,610 mol$.
   
   [NaCl] = 0,610 M
   
2. Faktor van't Hoff:
   i = 1 + 0,9(2-1) = 1,9.
3. Tekanan osmotik:
   
   $\begin{aligned} \pi_{\text{NaCl}} &= [\text{NaCl}] \times R \times T \times 1\\ &= 0,610 × 0,0821 × 298 × 1,9 \\ & = 28,4~atm \end{aligned}$
4. Dalam reverse osmosis, tekanan yang diberikan harus melebihi tekanan osmotik untuk membalik arah osmosis. Jadi, tekanan minimum sekitar 28,4 atm.

Jadi, diperlukan tekanan minimal 28,4 atm untuk desalinasi air laut dengan reverse osmosis.

Contoh B.4.4: Penentuan Massa Molekul Relatif Polimer

Sebanyak 0,50 g polistirena dilarutkan dalam toluena hingga volume 250 mL. Tekanan osmotik larutan pada 25°C adalah 0,60 atm. Hitung massa molar rata-rata polistirena (asumsikan polimer nonelektrolit).

Penyelesaian:

1. \( \pi_{\text{polistirena}} = [\text{polistirena}] \times R \times T ~\text{(i = 1 untuk nonelektrolit)}\)
2. 
   \( \begin{aligned} [\text{polistirena}] &= \dfrac{\pi_{\text{polistirena}}}{R \times T}\\[1em] &= \dfrac{0,60}{0,0821 \times 298}\\[1em] &= 0,0245~M \end{aligned}\)
   
3. 
   \( \begin{aligned} [\text{polistirena}] &= \dfrac{n_{\text{polistirena}}}{V_{\text{polistirena}}} \\[1em] 0,0245~M &= \dfrac{n_{\text{polistirena}}}{0,250~L}\\[1em] n_{\text{polistirena}} &= 0,0245~M \times 0,250~L \\[1em] &= 0,006125~mol \end{aligned} \)
   
4. 
   \[ \begin{aligned} mM_{\text{polistirena}} &= \dfrac{m_{\text{polistirena}}}{n_{\text{polistirena}}}\\[1em] &= \dfrac{0,50~g}{0,006125~mol}\\[1em] & = 81,6~g/mol \end{aligned} \]
   

Jadi, massa molar rata-rata polistirena adalah 81,6 g/mol.

Contoh B.4.5: Osmosis dalam Sel Darah Merah (Aplikasi Medis)

Sel darah merah akan mengalami hemolisis (pecah) jika ditempatkan dalam larutan hipotonik. Jika tekanan osmotik sitoplasma sel darah merah adalah 7,65 atm pada 37°C, hitung konsentrasi molar glukosa (nonelektrolit) yang isotonik dengan sel darah merah. Jika sel darah merah dimasukkan ke dalam larutan glukosa 0,1 M pada 37°C, apakah sel akan mengerut, mengembang, atau tetap? Jelaskan.

Penyelesaian:

1. Hitung molaritas glukosa isotonik:
   π_glukosa = [glukosa] × R × T
   7,65 = [glukosa] × 0,0821× 310
   [glukosa] = $\dfrac{7,65}{0,0821 \times 310}$
   
   [glukosa] = 0,301 M.
   
2. Larutan glukosa 0,1 M memiliki tekanan osmotik lebih rendah (hipotonik) dibandingkan sel (0,1 M < 0,301 M). Maka air akan masuk ke dalam sel, sel mengembang dan dapat pecah (hemolisis).

Jadi, konsentrasi glukosa isotonik adalah 0,301 M, dan dalam larutan 0,1 M sel akan mengembang (hemolisis).

Latihan Soal: Tekanan Osmotik

Latihan B.4.1:
Larutan 0,01 M MgSO₄ pada 25°C memiliki tekanan osmotik 0,40 atm. Hitung derajat ionisasi MgSO₄ dalam larutan tersebut.

Kunci Jawaban:

α = 0,6 (asumsi n = 2 untuk MgSO₄ → Mg²⁺ + SO₄^2-)

Latihan B.4.2:
Untuk membuat larutan infus yang isotonik dengan darah (π = 7,65 atm pada 37°C), berapa gram glukosa (M_r = 180) yang harus dilarutkan dalam 500 mL air? (Glukosa nonelektrolit).

Kunci Jawaban:

27,2 g

Ringkasan Rumus Sifat Koligatif

Sifat Koligatif	Rumus	Keterangan
Penurunan tekanan uap	ΔP = P° × Xterlarut	Hukum Raoult
Kenaikan titik didih	ΔTb = Kb × m × i	i = 1 untuk nonelektrolit
Penurunan titik beku	ΔTf = Kf × m × i	i > 1 untuk elektrolit
Tekanan osmotik	π = M × R × T × i	T dalam Kelvin