Sifat Fisik Larutan

⚙ DAFTAR ISI

1.1 Gaya Antermolekul dan Pembentukan Larutan

1.2 Panas Pelarutan

1.3 Kelarutan sebagai Fungsi Temperatur

1.4 Hukum Henry

1.5 Satuan Konsentrasi Tidak Bergantung Temperatur

1.6 Satuan Konsentrasi Bergantung Temperatur

1.7 Sifat Koligatif Larutan

1.8 Campuran Heterogen

1.9 Latihan Soal dan Pembahasan

1.1 Gaya Antermolekul dan Pembentukan Larutan

Setiap zat memiliki tingkat kelarutan yang berbeda dari zat lainnya pada pelarut tertentu:

• Pencampuran spontan pada molekul gas Ketika dua atau lebih senyawa berfasa gas dicampurkan, maka gas-gas tersebut akan membentuk campuran homogen secara spontan. Hal ini disebabkan karena gaya antarmolekul pada gas sangat kecil dan tidak dapat mencegah terjadinya pencampuran.

  
  

• Pelarutan cairan pada cairan Agar larutan dapat terbentuk, gaya tarik menarik antar molekul pelarut dan gaya tarik menarik antar molekul zat terlarut harus sama kuatnya dengan gaya tarik menarik antara molekul pelarut dan zat terlarut.

  Contoh:

  • Air memiliki ikatan hidrogen yang relatif kuat, sedangkan benzena memiliki gaya antar molekul yang lemah (gaya London) dan tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air. Karena air memiliki gaya tarik menarik yang lebih kuat dibandingkan gaya tarik menarik antara air dan benzena, maka benzena tidak dapat larut dalam air.

  • Etanol dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air, sehingga gaya tarik menarik antara molekul air dan etanol hampir sama dengan gaya tarik menarik antar molekul air. Dengan begitu, etanol dapat larut dalam air.

💡 Aturan kelarutan:

• Pelarutan padatan pada cairan

  Aturan kelarutan juga berlaku pada kelarutan padatan pada pelarut cairan. Pelarut polar dapat melarutkan senyawa polar dan ionik, sedangkan pelarut non-polar dapat melarutkan senyawa non-polar.

  Contoh:

  Ketika garam dicampurkan dengan air, dipol negatif pada air akan menarik ion $Na^+$ dan dipol positif akan menarik ion $Cl^-$ dari permukaan kristal garam karena adanya gaya ion-dipol. Ion garam akan dikelilingi sepenuhnya oleh molekul air, dimana fenomena ini disebut sebagai hidrasi ion. Dengan begitu, garam akan larut dalam air.

  
  

1.2 Panas Pelarutan

Konsep Panas Larutan

Karena adanya **gaya antarmolekul yang signifikan** pada cairan maupun padatan, maka proses pembentukan larutan pastinya berhubungan **dengan pertukaran energi.**

Total energi yang diserap atau dilepaskan ketika suatu zat terlarut larut dalam pelarut pada tekanan tetap untuk membentuk larutan disebut sebagai entalpi molar pelarutan atau panas pelarutan, $\Delta H_{s}$

Larutan dari Padatan pada Cairan

Untuk menentukan entalpi pelarutan padatan pada cairan, gunakan **metode dua langkah sebagai berikut:**

1. Langkah 1: Uapkan padatan untuk membentuk partikel zat terlarut dalam fasa gas

   Contoh pada senyawa $KI$:

   $KI_{(s)}\rightarrow K^+_{(g)}+I^-_{(g)}\;\;\;\;\;\Delta H=+632\;kJ$
   

2. Langkah 2: Campurkan partikel gas dengan pelarut untuk mmbentuk larutan

   Contoh pada senyawa $KI$:

   $K^+_{(g)}+I^-_{(g)}\rightarrow K^+_{(aq)}+I^-_{(aq)}\;\;\;\;\;\Delta H=-619\;kJ$
   

Adapun diagram entalpi dari pelarutan $KI$ adalah sebagai berikut:

Dengan begitu, dapat diperoleh entalpi pelarutan $KI$ dengan menjumlahkan kedua persamaan:

$KI_{(s)}\rightarrow K^+_{(aq)}+I^-_{(aq)}\;\;\;\;\;\Delta H_s=+13\;kJ$

Dapat dilihat bahwa proses pelarutan $KI$ bersifat endotermis.

Larutan dari Cairan pada Cairan

Untuk menentukan entalpi pelarutan padatan pada cairan, gunakan **metode tiga langkah sebagai berikut:**

1. Langkah 1: Lakukan ekspansi pada zat terlarut cairan

2. Langkah 2: Lakukan ekspansi pada pelarut cairan

3. Langkah 3: Campurkan kedua cairan yang sudah terekspansi

Pada proses pelarutan cairan pada cairan:

• Energi dibutuhkan untuk memisahkan partikel pada pelarut maupun zat terlarut (proses ekspansi). Proses ini bersifat endotermis karena diperlukan energi untuk mengatasi gaya tarik menarik antar molekul masing-masing zat.

• Energi akan dilepaskan ketika partikel-partikel tersebut bercampur menjadi larutan karena gaya tarik menarik antara pelarut dan zat terlarut menyebabkan berkurangnya energi potensial pada sistem. Oleh karena itu, proses ini bersifat eksotermis.

Kelarutan Gas

Berbeda halnya dengan zat terlarut berfasa padatan dan cairan, gas memiliki gaya antarmolekul yang sangat rendah sehingga energi yang dibutuhkan untuk melakukan ekspansi sangatlah kecil. Adapun keterlibatan energi dari gas yang larut dalam air adalah sebagai berikut:

• Energi diserap ketika larutan mengalami ekspansi agar dapat menampung molekul-molekul dari gas.

  
  

• 
  

• Energi dilepaskan ketika molekul-molekul gas bercampur dengan cairan.

  
  

1.3 Kelarutan Sebagai Fungsi Temperatur

Berdasarkan prinsip Le Chatelier, ketika energi ditambahkan untuk **meningkatkan temperatur pada sistem**, maka sistem akan merespon dengan **menggunakan energi yang telah ditambahkan** untuk **menggeser reaksi ke arah endotermis.**

$solut_{tidak\;larut}+energi\rightarrow solut_{larut}$`

Karena proses pelarutan yang hampir selalu bersifat endotermis, peningkatan temperatur akan menyebabkan peningkatan kelarutan dari zat terlarut.

Pada beberapa senyawa seperti cerium(III) sulfat, $Ce_2(SO_4)_3$, peningkatan temperatur akan menyebabkan penurunan kelarutan dari zat terlarut. Dalam kata lain, energi harus dilepaskan dari larutan $Ce_2(SO_4)_3$ untuk melarutkan lebih banyak zat terlarut.

$solut_{tidak\;larut}\rightarrow solut_{larut}+energi$

1.4 Hukum Henry

Kelarutan gas pada cairan **akan meningkat** dengan **adanya peningkatan tekanan.** Ketika tekanan ditingkatkan, maka **gas akan terkompresi** sehingga konsentrasi gas di atas pelarut akan **semakin tinggi.** Dengan begitu, akan **semakin banyak gas yang terlarut pada cairan.**

Hubungan antara tekanan dengan konsentrasi gas diekspresikan secara kuantitatif dengan Hukum Henry, yang menyatakan bahwa konsentrasi gas pada cairan dalam suatu temperatur berbanding lurus dengan tekanan parsial dari gas di atas larutan:

Dimana:

$C_{gas}$ adalah konsentrasi gas terlarut

$P_{gas}$ adalah tekanan parsial gas di atas larutan

$k_H$ adalah konstanta Henry yang berbeda-beda tergantung jenis gas

Bentuk alternatif persamaan Hukum Henry yang sering digunakan adalah sebagai berikut:

Dimana

$C_1$ adalah konsentrasi gas terlarut pada kondisi awal

$P_1$ adalah tekanan parsial gas di atas larutan pada kondisi awal

$C_2$ adalah konsentrasi gas terlarut pada kondisi akhir

$P_2$ adalah tekanan parsial gas di atas larutan pada kondisi akhir

💡 Pada temperatur $20^oC$, kelarutan $N_2$ pada air adalah sebesar $0,0152\;g/L$, sedangkan tekanan parsial nitrogen adalah sebesar 585 torr. Berapakah kelarutan $N_2$ di air pada temperatur $20^oC$ ketika tekanan parsialnya sebesar 823 torr?

Solusi

Gunakan persamaan Hukum Henry:

$\frac{C_1}{P_1}=\frac{C_2}{P_2}$

$\frac{0,0152\;g/L}{585\;torr}=\frac{C_2}{823\;torr}$

$C_2=0,0214\;g/L$

Dengan begitu, kelarutan $N_2$ di air pada tekanan 823 torr adalah sebesar $0,0214\;g/L$.

1.5 Satuan Konsentrasi Tidak Bergantung Temperatur

Persentase Konsentrasi

Konsentrasi larutan seringkali dinyatakan dalam persentase massa, yaitu **gram zat terlarut dalam 100 gram larutan**. Satuan persentase massa adalah **% (m/m)**. Persentase massa dapat dihitung sebagai berikut:

Contohnya, larutan 0,85% (m/m) $HCl$ artinya terdapat 0,85 gram zat terlarut $NaCl$ pada 100 gram larutan.

Persentase massa juga dapat dinyatakan dalam:

• ppm (parts per million), yaitu 1 gram komponen dalam $10^6$ gram campuran

  $ppm=\frac{massa\;zat\;terlarut }{massa\;larutan}\times10^6$
  

• ppb (parts per billion), yaitu 1 gram komponen dalam $10^9$ gram campuran

  $ppb=\frac{massa\;zat\;terlarut }{massa\;larutan}\times10^9$
  

💡 Contoh Soal
Berapakah volume air pada temperatur $20^oC$ ($\rho=0,9982\;g/cm^3$) yang dibutuhkan untuk melarutkan 45.0 g sukrosa untuk membuat larutan 10% (m/m)?

Solusi

Pertama-tama, tentukan massa dari larutan:

$Persentase\;massa=\frac{massa\;zat\;terlarut }{massa\;larutan}\times100\%$

$10\%=\frac{45\;g }{massa\;larutan}\times100\%$

$massa\;larutan=450\;g$

Kemudian, tentukan massa dari air:

$massa\;larutan=massa\;sukrosa+massa\;air$

$450\;g=45\;g+massa\;air$

$massa\;air=405\;g$

Volume air dapat ditentukan sebagai berikut:

$\rho_{air}=\frac{massa\;air}{volume\;air}$

$volume\;air=\frac{massa\;air}{\rho_{air}}=\frac{405\;g}{0,9982\;g/cm^3}=405,73\;cm^3$

Dengan begitu, dibutuhkan 405,73 $cm^3$ air untuk membuat larutan 10% (m/m) sukrosa.

Molalitas

Molalitas (m) adalah **jumlah mol dari zat terlarut per 1 kilogram pelarut:**

Contohnya, larutan 0,5 m gula berarti terdapat 0,5 mol gula dalam 1 kg air.

💡 Contoh Soal
Apabila suatu larutan dibuat dengan melarutkan 44 g sodium sulfat dalam 250 g air, berapakah molalitas dari larutan tersebut?

Solusi

Pertama-tama, hitung mol dari sodium sulfat, $Na_2SO_4$:

$mol\;Na_2SO_4=\frac{massa\;Na_2SO_4}{MM\;Na_2SO_4}=\frac{44\;g}{142\;g/mol}=0,3099\;mol$

Kemudian, tentukan molalitas dari larutan:

$Molalitas=\frac{mol\;zat\;terlarut}{kg\;pelarut}=\frac{0,3099\;mol}{0,25\;kg}=1,2396\;m$

Dengan begitu, diperoleh molalitas larutan sebesar 1,2396 m.

💡 Contoh Soal
Suatu sampel asam klorida memiliki konsentrasi 37% (m/m) $HCl$. Tentukan molalitas dari larutan ini.

Solusi

Misalkan terdapat 100 gram larutan $HCl$, sehingga terdapat 37 g $HCl$ pada 100 g larutan.

Massa air dapat dihitung sebagai berikut:

$massa\;larutan=massa\;HCl+massa\;air$

$100\;g=37\;g+massa\;air$

$massa\;air=63\;g$

Kemudian, hitung mol dari $HCl$:

$mol\;HCl=\frac{massa\;HCl}{MM\;HCl}=\frac{37\;g}{36,5\;g/mol}=1,0137\;mol$

Molalitas dari larutan dapat dihitung sebagai berikut:

$Molalitas=\frac{mol\;zat\;terlarut}{kg\;pelarut}=\frac{1,0137\;mol}{0,063\;kg}=16,09\;m$

Dengan begitu, diperoleh molalitas larutan sebesar 16,09 m.