LARUTAN

Fasa cair yang berupa sistem dua atau multi komponen, yakni larutan juga sangat penting. Larutan terdiri atas cairan yang melarutkan zat (pelarut) dan zat yang larut di dalamnya (zat terlarut).
a. Konsentrasi
Konsentrasi larutan didefinisikan dengan salah satu dari ungkapan berikut:
1.persen massa (%) =(massa zat terlarut/ massa larutan) x 100
2.molaritas (konsentrasi molar) (mol dm-3) =(mol zat terlarut) /(liter larutan)
3.molalitas (mol kg-1) =(mol zat teralrut)/(kg pelarut)

b. Tekanan uap
Tekanan uap cairan adalah salah satu sifat penting larutan. Tekanan uap larutan juga penting dan bermanfaat untuk mengidentifikasi larutan.
Bila larutan komponen A dan komponen B dengan fraksi mol masing-masing adalah xA dan xB berada dala kesetimbangan dengan fasa gasnya tekanan uap masing-masing komponen sebanding dengan fraksi molnya dalam larutan. Tekanan uap komponen A, pA,mempunyai rumus:
pA = pA0 xA
pA0 adalah tekanan uap cairan A murni pada suhu yang sama. Hubungan yang mirip juga berlaku bagi tekanan uap B, pB.

c. Larutan ideal dan nyata
Perilaku larutan nyata berbeda dengan perilaku larutan ideal.Perilaku larutan mendekati ideal bila fraksi mol komponen mendekati 0 atau 1. Dengan menjauhnya fraksi mol dari 0 atau 1, penyimpangan dari ideal menjadi lebih besar, dan kurva tekanan uap akan mencapai minimum atau maksimum.
Penyebab penyimpangan dari perilaku ideal sebagian besar disebabkan oleh besarnya interaksi molekul. Bila pencampuran komponen A dan B menyebabkan absorpsi kalor dari lingkungan (endoterm), interaksi molekul antara dua komponen lebih kecil daripada pada masing-masing komponen.

d. Kenaikan titik didih dan penurunan titik beku
Titik didih normal larutan, yakni suhu saat fasa gas pelarut mencapai 1 atm, harus lebih tinggi daripada titik didih pelarut. Fenomena ini disebut dengan kenaikan titik didih larutan.Rumusnya:
pA = pA0 xA = pA0 [nA /(nA + nB)]
(pA0- pA)/ pA0 = 1 – xA = xB
xA dan xB adalah fraksi mol, dan nA dan nB adalah jumlah mol tiap komponen. Persamaan ini menunjukkan bahwa, untuk larutan ideal dengan zat terlarut tidak mudah menguap, penurunan tekanan uap sebanding dengan fraksi mol zat terlarut.

Untuk larutan encer, yakni nA + nB hampir sama dengan nA, jumlah mol nB dan massa pada konsentrasi molal mB diberikan dalam ungkapan.

xB = nB/(nA + nB) = nB/nA= nB/(1/MA) = MAmb
MA adalah massa molar pelarut A. Untuk larutan encer, penurunan tekanan uap sebanding dengan mB, massa konsentrasi molal zat terlarut B.
Perbedaan titik didih larutan dan pelarut disebut dengan kenaikan titik didih, Tb. Untuk larutan encer, kenaikan titik didih sebanding dengan massa konsentrasi molal zat terlarut B.

Tb = Kb mB
Tetapan kesebandingan Kb khas untuk setiap pelarut dan disebut dengan kenaikan titik didih molal.
Hubungan yang mirip juga berlaku bila larutan ideal didinginkan sampai membeku. Titik beku larutan lebih rendah dari titik beku pelarut. Perbedaan antara titik beku larutan dan pelarut disebut penurunan titik beku, Tf. Untuk larutan encer penurunan titik beku akan sebanding dengan konsentrasi molal zat terlarut mB

Tf = Kf mB
Tetapan kesebandingannya Kb khas untuk tiap pelarut dan disebut dengan penurunan titik beku molal.

e. Tekanan osmosis
Membran berpori yang dapat dilalui pelarut tetapi zat terlarut tidak dapat melaluinya disebut dengan membran semipermeabel. Bila dua jenis larutan dipisahkan denga membran semipermeabel, pelarut akan bergerak dari sisi konsentrasi rendah ke sisi konsentrasi tinggi melalui membran. Fenomena ini disebut osmosis.

Hubungan antara konsentrasi dan tekanan osmoisi diberikan oleh hukum van’t Hoff’s.
πV = nRT
π adalah tekanan osmosis, V volume, T temperatur absolut, n jumlah zat (mol) dan R gas.

f. Viskositas
Gaya tarik menarik antarmolekul yang besar dalam cairan menghasilkan viskositas yang tinggi. Koefisien viskositas didefinisikan sebagai hambatan pada aliran cairan.
Koefisien viskositas juga kadang secara singkat disebut dengan viskositas dan diungkapkan dalam N s m-2 dalam satuan SI. Bila sebuah bola berjari-jari r bergerak dalam cairan dengan viskositas ηdengan kecepatan U, hambatan D terhadap bola tadi diungkapkan sebagai.
D = 6πhrU

g. Tegangan permukaan

Tegangan permukaan didefinisikan pada antarmuka cairan dan gas. Namun, tegangan yang mirip juga ada pada antarmuka cairan-cairan, atau padatan dan gas.Tarikan antarmolekul dalam dua fas dan tegangan permukaan di antarmuka antara dua jenis partikel ini akan menurun bila tempeartur menurun. Tegangan antarmuka juga bergantung pada struktur zat yang terlibat. Molekul dalam cairan ditarik oleh molekul di sekitarnya secara homogen ke segala arah. Namun, molekul di permukaan hanya ditarik ke dalam oleh molekul yang di dalam dan dengan demikian luas permukaan cenderung berkurang. Inilah asal mula teori tegangan permukaan. Bentuk tetesan keringat maupun tetesan merkuri adalah akibat adanya tegangan permukaan.
Bila gaya gravitasi pada cairan yang naik dan tarikan antara cairan dan dinding kapiler menjadi berimbang, kenaikan akan terhenti. Tegangan permukaan γ diungkapkan sebagai.
γ = rhdg/2
h adalah tinggi kenaikan cairan, r radius kapiler dan g percepatan gravitasi. Jadi, tegangan permukaan dapat ditentukan dengan percobaan.

Contoh Soal dan Jawaban:

Contoh Perbandingan Titik Didih
Susunlah senyawa-senyawa berikut dalam urutan titik didihnya: C2H6, NH3, F2
Jawab: NH3 > C2H6 > F2

Contoh Konsentrasi larutan
Kerapatan asam sulfat encer (persen massa 12,00%) adalah 1,078 g cm-3 (25°C). Nyatakan kosentrasi larutan ini dalam molar, molal dan fraksi mol.

Jawab:
Jumlah H2SO4 alam 100 g asam sulfat encer tersebut adalah 12,00/98,08 = 0,1223 mol，dan jumlah airnya adalah 88,00/18,0 = 4,889 mol.
Jadi fraksi mol H2SO4 adalah 0,1223/(4,889+0,122) = 0,0244.
Karena 88,00 g H2O melarutkan 0,1223 mol H2SO4, jumlah mol H2SO4 yang larut dalam 1 kg H2O, adalah 0,1223 mol x (1000 g kg–1)/(88,00 g) = 1,390 mol kg–1. Jadi konsentrasi asam sulfat encer tersebut 1,390 m.
Jumlah H2SO4 yang terlarut dalam 1 dm3 asam sulfat encer (molar) adalah 0,1223 mol x (1078 g dm–3)/(100 g) = 1,318 mol dm–3.

Contoh Tekanan osmosis
Tekanan osmosis larutan dalam air (100 cm3) yang mengandung 0,36 g polimer adalah 3,26 x 102 Pa pada 23°C.
(1) tentukan massa molekul polimer ini. (2) apakah akan praktis menentukan massa molekul polimer ini dengan metoda penurunan titik beku atau kenaikan titik didih?

Jawab:
(1)M =[(8,31 J mol-1 K -1) x (296 K)x(3,6 kg m-3)]/(3,26 x 102 Pa) = 2,7 kg mol-1 = 2,7 x 104 gmol– ．M = 2,7 x 104 ．
(2) kenaikan titik didih larutan yang sama akan sebesar 0,693 x 10-4 K, dan penurunan titik bekunya adalah 2,48 x 10–4 K. Perubahan temperatur yang sangat kecil ini sukar ditentukan dengan akurat. Kedua metoda ini tidak praktis untuk menentukan massa molekul polimer.

Contoh Kenaikan titik didih
Bila 0,358 g sulfur dilarutkan dalam 21,5 g CS2, titik didihnya naik sebesar 0,151 K. Sarankan struktur sulfur dalam larutan.

Jawab:
Massa sulfur = (2,40 K kg mol–1)(0,358/1000 kg)/(0,151 K)(21,5/1000 kg) = 0,264 kg mol-1 ．
Karena 32 x 8 = 256 ≅ 264, sulfur terlarut sebagai S8．

Contoh Penentuan massa molekul dengan metoda penurunan titik beku.
Larutan dalam air terdiri atas 100 g H2O dan 5,12 g zat A (yang massa molekulnya tidak diketahui) membeku pada -0,280°C. Dengan menggunakan data di Tabel 7.3, tentukan massa molar A.

Jawab:
Massa molar A andaikan M. Dengan menggunakan persamaan 7.7, M dapat ditentukan dengan
0,280 = Kf x (m/M) x (1/W) = 1,86 x (5,12/M) x (1/0,11)
∴ M = 340 g mol-1. (Dirangkum:Rambu Naha Tarap)