Kenaikan Titik Didih (∆Tb) dan Penurunan Titik Beku (∆Tf) Larutan, Contoh Soal, Praktikum

Sumber : http://perpustakaancyber.blogspot.com/2013/07/kenaikan-titik-didih-tb-dan-penurunan-titik-beku-tf.html#ixzz2aknM0Lmu

Suatu zat cair dikatakan mendidih jika tekanan uapnya sama dengan tekanan atmosfer (tekanan udara luar) di atas permukaan cairan. Adapun suatu zat dikatakan membeku jika partikel-partikel zat itu berada dalam kisi-kisi kesetimbangan sehingga tidak terjadi gerakan partikel, selain getaran di tempatnya.

1. Kenaikan Titik Didih Larutan (ΔT_d / ∆T_b)

Tahukah kamu bagaimana terjadinya pendidihan? Pendidihan terjadi karena panas meningkatkan gerakan atau energi kinetik, dari molekul yang menyebabkan cairan berada pada titik di mana cairan itu menguap, tidak peduli berada di permukaan teratas atau di bagian terdalam cairan tersebut. [1]

Titik didih cairan berhubungan dengan tekanan uap. Bagaimana hubungannya?

Coba perhatikan penjelasan berikut ini.

Apabila sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang tinggi pada suhu tertentu, maka molekul-molekul yang berada dalam larutan tersebut mudah untuk melepaskan diri dari permukaan larutan. Atau dapat dikatakan pada suhu yang sama sebuah larutan mempunyai tekanan uap yang rendah, maka molekul-molekul dalam larutan tersebut tidak dapat dengan mudah melepaskan diri dari larutan. Jadi larutan dengan tekanan uap yang lebih tinggi pada suhu tertentu akan memiliki titik didih yang lebih rendah. [1]

Cairan akan mendidih ketika tekanan uapnya menjadi sama dengan tekanan udara luar. Titik didih cairan pada tekanan udara 760 mmHg disebut titik didih standar atau titik didih normal. Jadi yang dimaksud dengan titik didih adalah suhu pada saat tekanan uap jenuh cairan itu sama dengan tekanan udara luar (tekanan pada permukaan cairan).

Telah dijelaskan di depan bahwa tekanan uap larutan lebih rendah dari tekanan uap pelarutnya. Hal ini disebabkan karena zat terlarut itu mengurangi bagian atau fraksi dari pelarut sehingga kecepatan penguapan berkurang. [1]

Hubungan antara tekanan uap jenuh dan suhu air dalam larutan berair ditunjukkan pada Gambar 1. berikut.

Gambar 1. Diagram P – T air dan suatu larutan berair. (Sumber: Kimia untuk Universitas)

Garis mendidih air digambarkan oleh garis CD, sedangkan garis mendidih larutan digambarkan oleh garis BG. Titik didih larutan dinyatakan dengan T_b1, dan titik didih pelarut dinyatakan dengan T_b0. Larutan mendidih pada tekanan 1 atm. Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa titik didih larutan (titik G) lebih tinggi daripada titik didih air (titik D). [1]

Oleh karena tekanan uap larutan zat non volatil lebih rendah dari pelarut murninya maka untuk mendidihkan larutan perlu energi lebih dibandingkan mendidihkan pelarut murninya. Akibatnya, titik didih larutan akan lebih tinggi daripada pelarut murninya.

Besarnya kenaikan titik didih larutan, ΔT_d (relatif terhadap titik didih pelarut murni) berbanding lurus dengan kemolalan larutan. Dalam bentuk persamaan dinyatakan dengan: ΔT_d /  ∆T_b ≈ m, atau ;

ΔT_d = K_d x m

K_d adalah tetapan kesetaraan titik didih molal. Harga K_d bergantung pada jenis pelarut (Tabel 1).

Tabel 1. Tetapan Kenaikan Titik Didih Molal (K_d) Beberapa Pelarut

Pelarut	Titik Didih (°C)	Kd (°C m–1)
Air (H2O) Benzena (C6H6) Karbon tetraklorida (CCl4) Etanol (C2H6O) Kloroform (CHCl3) Karbon disulfida (CS2)	100 80,1 76,8 78,4 61,2 46,2	0,52 2,53 5,02 1,22 3,63 2,34
Sumber: General Chemistry, 1990

Pada Tabel 1. tampak bahwa K_d air = 0,52 °C m^–1. Artinya, suatu larutan dalam air dengan konsentrasi satu molal akan mendidih pada suhu lebih tinggi sebesar 0,52 °C dari titik didih air. Dengan kata lain, titik didih larutan sebesar 100,52 °C.

Contoh Soal Menghitung Titik Didih Larutan (1) :

Suatu larutan dibuat dengan melarutkan 5 g gliserol (C₃H₈O₃, Mr = 92) ke dalam 150 g air. Berapakah titik didih larutan, jika titik didih air 100 °C? (K_d air = 0,52 °C m^–1)

Jawaban :

molalitas larutan =  = 0,36 m

ΔT_d = K_d x m = 0,52 °C m^–1 x 0,36 m = 0,19 °C

Jadi, titik didih larutan adalah 100,19 °C.

Data kenaikan titik didih larutan dapat dipakai untuk menentukan massa molekul relatif zat terlarut. Oleh karena kenaikan titik didih berbanding lurus dengan molalitas larutan maka massa molekul relatif zat terlarut dapat ditentukan dengan mengubah persamaan molalitasnya.

ΔT_d = K_d

Mr zat terlarut = K_d x

Contoh Soal Menghitung Mr Berdasarkan Data T_d Larutan (2) :

Zat X sebanyak 7,4 g dilarutkan dalam 74 g benzena menghasilkan titik didih larutan sebesar 82,6 °C. Tentukan massa molekul relatif zat X. (Titik didih benzena 80,2 °C dan tetapan titik didih molal benzena 2,53 °C m^–1)

Pembahasan :

Mr X = 2, 36 °C m^–1 x

Mr X = 105,42

Jadi, massa molekul relatif zat X adalah 105,42.

Untuk membuktikan kenaikan titik didih larutan, Anda dapat melakukan percobaan berikut.

Praktikum Kenaikan Titik Didih Larutan 1 : [1]

A. Tujuan

Mengamati titik didih larutan.

B. Alat dan Bahan

– Tabung reaksi

– Air suling

– Gelas kimia 400 mL

– Aquades

– Termometer (0 °C – 13 °C)

– Larutan urea 0,1 m dan 0,5 m

– Pemanas spiritus

– Larutan NaCl 0,1 m dan 0,5 m

– Kawat kasa

– Kaki tiga

C. Cara Kerja

1. Masukkan air suling ke dalam gelas kimia 400 mL dan panaskan dengan pemanas spiritus hingga mendidih.

2. Masukkan 10 mL aquades ke dalam tabung reaksi.

3. Masukkan tabung reaksi ke dalam air mendidih dalam gelas kimia di atas. Perhatikan gambar di bawah ini!

4. Amati dan catat perubahan suhu aquades dalam tabung reaksi setiap 15 detik sampai diperoleh suhu tetap.

5. Ulangi langkah 1 – 4 di atas untuk larutan urea 0,1 m dan 0,5 m, serta pada larutan NaCl 0,1 m dan 0,5 m.

6. Hitung selisih titik didih dari titik didih aquades dengan titik didih larutan.

D. Hasil Percobaan

No.	Larutan	Titik Didih (°C)	Selisih Titik Didih (°C)
1.	Aquades
2.	Urea 0,1 m
3.	Urea 0,5 m
4.	NaCl 0,1 m
5.	NaCl 0,1 m

E. Analisa Data

1. Bagaimana pengaruh besarnya molalitas terhadap kenaikan titik didih untuk larutan yang sama?
2. Bagaimana pengaruh jenis zat (elektrolit atau non elektrolit) terhadap titik didih larutan dengan molalitas yang sama?
3. Apakah kesimpulan dari kegiatan di atas?

Dari percobaan di atas dapat diketahui bahwa titik didih suatu larutan dapat lebih tinggi ataupun lebih rendah dari titik didih pelarut, bergantung pada kemudahan zat terlarut tersebut menguap.

Menurut hukum Raoult, besarnya kenaikan titik didih larutan sebanding dengan hasil kali dari molalitas larutan (m) dengan kenaikan titik didih molal (K_b).

Contoh Soal 3 : [1]

Natrium hidroksida 1,6 gram dilarutkan dalam 500 gram air. Hitung titik didih larutan tersebut! (K_b air = 0,52 °C m^–1, Ar Na = 23, Ar O = 16, Ar H = 1)

Penyelesaian:

Diketahui :

m = 1,6 gram

p = 500 gram

K_b = 0,52 °C m^–1

Ditanya : T_b …?

Jawaban : ΔT_b = m x K_b

ΔT_b =  x K_b

ΔT_b =  x 0,52 °C m^–1

ΔT_b = 0,04 x 2 x 0,52 °C

ΔT_b = 0,0416 °C

T_b = 100 °C + b ΔT

T_b = 100 °C + 0,0416 °C

T_b = 100,0416 °C

Jadi, titik didih larutan NaOH adalah 100,0416 °C.

Zat anti didih yang ditambahkan ke dalam radiator berfungsi mengurangi penguapan air dalam radiator.

2. Penurunan Titik Beku Larutan (ΔT_f)

Penambahan zat terlarut non volatil juga dapat menyebabkan penurunan titik beku larutan. Gejala ini terjadi karena zat terlarut tidak larut dalam fasa padat pelarutnya. Contohnya, jika sirup dimasukkan ke dalam freezer maka gula pasirnya akan terpisah dari es karena gula pasir tidak larut dalam es.

Agar tidak terjadi pemisahan zat terlarut dan pelarutnya ketika larutan membeku, diperlukan suhu lebih rendah lagi untuk mengubah seluruh larutan menjadi fasa padatnya. Seperti halnya titik didih, penurunan titik beku (ΔT_f) berbanding lurus dengan kemolalan larutan :

ΔT_f ≈ m,

atau

ΔT_f = K_f x m

Kf disebut tetapan penurunan titik beku molal. Harga K_f untuk beberapa pelarut dapat dilihat pada Tabel 1.3.

Tabel 1. Tetapan Penurunan Titik Beku Molal (K_f) Beberapa Pelarut

Nilai K_f untuk benzena 5,12 °C m^–1. Suatu larutan dari zat terlarut non volatil dalam pelarut benzena sebanyak 1 molal akan membeku pada suhu lebih rendah sebesar 5,12 °C dari titik beku benzena. Dengan kata lain, titik beku larutan zat non volatil dalam pelarut benzena sebanyak 1 molal akan mulai membeku pada suhu (5,5 – 5,12) °C atau 0,38 °C.

Penerapan dari penurunan titik beku digunakan di negara yang memiliki musim dingin. Suhu udara pada musim dingin dapat mencapai suhu di bawah titik beku air. Oleh karena itu, dalam air radiator mobil diperlukan zat antibeku yang dapat menurunkan titik beku air. Zat antibeku yang banyak digunakan dalam radiator adalah etilen glikol (C₂H₆O₂).

Selain pada radiator, penerapan dari penurunan titik beku juga digunakan untuk mencairkan es di jalan-jalan dan trotoar pada musim dingin. Hal ini dilakukan dengan cara menaburkan garam-garam, seperti CaCl₂ dan NaCl sebagai penurun titik beku air sehingga es dapat mencair.

Contoh Soal Menghitung Penurunan Titik Beku Larutan (4) :

Hitunglah titik beku larutan yang dibuat dari 6,2 g etilen glikol dalam 100 g air.

Jawaban :

molalitas larutan =  = 1 m

Penurunan titik beku larutan :

ΔT_f = K_f x m = (1,86 °C m^–1) ( 1 m) = 1,86 °C

Titik beku larutan = Titik beku normal air – ΔT_f = (0,0 – 1,86) °C = –1,86 °C

Jadi, titik beku larutan etilen glikol adalah –1,86 °C

Sama seperti kenaikan titik didih, penurunan titik beku larutan dapat digunakan untuk menentukan massa molekul relatif zat terlarut.

M_r zat terlarut = K_f

Contoh Soal Menghitung M_r dari Data ΔT_f (5) :

Suatu larutan dibuat dengan cara melarutkan 3 g zat X ke dalam 100 mL air. Jika titik beku larutan – 0,45 °C, berapakah massa molekul relatif zat X?

Penyelesaian :

Nilai K_f air = 1,86 °C m^–1.

ΔT_f = {0 – (– 0,45)}°C = 0,45°C

M_r X = 1,86 °C m^–1 x  = 124

Jadi, M_r zat X adalah 124.

Percobaan / Praktikum Penurunan Titik Beku Larutan (2) : [1]

A. Tujuan

Mengamati penurunan titik beku larutan.

B. Alat dan Bahan

– Tabung reaksi

– Aquades

– Gelas kimia 400 mL

– Larutan glukosa 0,1 m dan 0,5 m

– Termometer (-10 °C – 50 °C)

– Garam dapur (NaCl)

– Spatula

– Es batu

C. Cara Kerja

1. Masukkan potongan-potongan kecil es batu ke dalam gelas kimia hingga 3/4 tinggi gelas kimia. Kemudian tambahkan 10 sendok teh garam dapur. Campur es batu dan garam dapur tersebut. Campuran ini kita sebut campuran pendingin.

2. Isilah tabung reaksi dengan aquades hingga setinggi 2 – 3 cm.

3. Masukkan tabung reaksi tersebut ke dalam campuran pendingin tadi. Ukur suhu aquades dengan termometer sambil sesekali diaduk hingga aquades tersebut membeku. Perhatikan gambar!

4. Setelah suhu tidak turun lagi, angkat tabung reaksi dari campuran pendingin.

5. Ukur kembali suhu aquades yang telah membeku setiap 15 detik hingga mencair lagi. Tulis hasil pengamatan dalam bentuk tabel.

6. Ulangi langkah 2 sampai 5 di atas untuk larutan glukosa 0,1 m dan 0,5 m serta pada larutan NaCl 0,1 m dan 0,5 m.

D. Hasil Percobaan

No.	Larutan	Titik Beku (°C)	Selisih Titik Beku (°C)
1.	Aquades
2.	Urea 0,1 m
3.	Urea 0,5 m
4.	NaCl 0,1 m
5.	NaCl 0,1 m

E. Analisa Data

1. Bagaimana pengaruh besarnya molalitas terhadap penurunan titik beku untuk larutan yang sama?
2. Bagaimana pengaruh jenis zat (elektrolit atau non elektrolit) terhadap titik didih larutan dengan molalitas yang sama?
3. Apakah kesimpulan dari percobaan ini?

Dari percobaan di atas dapat diketahui bahwa makin tinggi konsentrasi zat terlarut makin rendah titik beku larutan.

Anda sekarang sudah mengetahui Kenaikan Titik Didih (∆Tb) dan Penurunan Titik Beku (∆Tf). Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Sunarya, Y. dan A. Setiabudi. 2009. Mudah dan Aktif Belajar Kimia 3 : Untuk Kelas XII Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 298.

Referensi Lainnya :

[1] Sukmanawati, W. 2009. Kimia 3 : Untuk SMA/ MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 266

Posted by yazid

Tweet