Cara Mengkonversi besaran konsentrasi (molaritas, molalitas, fraksi mol, dan persen massa)

Bagaimana menkonversi besaran-besaran konsentrasi ?

Sobat chem, terkadang kalian disuruh untuk mengubah konsentrasi suatu larutan dari besaran tertentu menjadi besaran yang lain. Berikut ini beberapa contoh diantaranya :
 

Sebagai contoh,  

Suatu larutan urea (CO(NH₂)₂) memiliki fraksi mol zat terlarut sebesar 0,1. Tentukan :

a. molalitas
b. persen massa
(Ar C = 12 ; H = 1 ; O = 16 ; N = 14)
 
Jawab :
Untuk menjawab pertanyaan ini, kita harus memahami konsep dari masing-masing besaran konsentrasi tersebut. 

Ingat, faham satu konsep lebih baik daripada hafal seribu rumus !.
Jangan suka mengandalkan cara cepat, cara singkat, dll yah, he...he...
 
Sebagaimana kita ketahui, konsep dari masing-masing besaran tersebut adalah sebagai berikut :
- Kemolaran adalah jumlah mol zat terlarut dalam Volume larutan (1 liter)

- Kemolalan adalah jumlah mol zat terlarut dalam massa pelarut (1 kg)

- Fraksi mol adalah perbandingan mol suatu zat terhadap jumlah mol campuran

- Persen massa adalah perbandingan massa suatu zat terhadap massa campuran

Nah, setelah kita memahami konsep di atas dengan baik, maka kita bisa menyelesaikan permasalahan tersebut dengan mudah.
 
a. Konversi dari fraksi mol ke molal
Dari soal kita mendapatkan bahwa fraksi mol zat terlarut adalah 0,1
Sehingga kita dapatkan :

Catatan : angka "1" didapat dari konsep matematika sederhana, bahwa semua angka yang dibagi 1 akan sama dengan angka itu juga.

Dari penjelasan di atas, kita mendapatkan bahwa mol terlarut = 0,1 mol ; dan
mol pelarut + mol terlarut = 1 mol
 
Artinya, mol pelarut = 1 – mol terlarut = 1 – 0,1 = 0,9 mol 
Massa pelarut (air) = mol pelarut x Mr = 0,9 x 18 = 16,2 gram = 16,2 x 10^-3 kg
Sehingga : 

Jadi, kemolalan larutan adalah 6,173 molal
 
b. Konversi dari fraksi mol ke persen massa
Dari jawaban (a), kita mendapatkan nilai mol zat terlarut (urea) = 0,1 mol. Sehingga, massa urea adalah : m = n x Mr = 0,1 x 60 = 6 gram.
 

Sehingga, persen massa larutan urea adalah : 0,2703 x 100 % = 27,03 %

Contoh lain, 
Berapakah fraksi mol dan molaritas suatu larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) 0,2 molal yang massa jenisnya 1,12 gram/mL? (Ar C = 12 ; H = 1 ; O = 16) ?
 

Jawab
Untuk menjawab soal ini, lagi-lagi kita harus memahami konsep penenetuan konsentrasi larutan.
Kita ketahui bahwa molalitas adalah jumlah mol zat terlarut dalam massa pelarut (dalam kg). Dari soal kita mendapatkan bahwa kemolalan larutan adalah 0,2 molal, maka :
 

Sehingga, kita mendapatkan bahwa jumlah mol zat terlarut = 0,2 mol dan massa pelarut = 1 kg = 1000 gram
 
a. Konversi dari molal ke fraksi mol
Untuk menghitung fraksi mol, kita harus menentukan terlebih dahulu jumlah mol dari pelarutnya yaitu air. Sebagaimana kita ketahui, Mr air adalah 18, maka :

Sehingga, fraksi mol terlarut (glukosa) adalah :

b. Konversi dari molal ke molar 
Untuk menghitung kemolaran, maka kita harus mengetahui volume larutan. Volume larutan tidak dapat diketahui jika kita tidak mengetahui massa larutan. Sementara itu, massa larutan adalah massa air ditambah massa glukosa. Jadi, kita  harus menghitung terlebih dahulu massa glukosa.
Massa glukosa = n x Mr = 0,2 x 180 = 36 gram
massa larutan = massa glukosa + massa air = 36 + 1000 = 1036 gram

Sehingga, Kemolaran larutan adalah :

Bagaimana, mudah bukan ?


@IF"38



 

Read More

Bolehkah mengkonsumsi minuman isotonik secara berlebihan ?

Pada tahun 1965, tim football dari Universitas Florida, The Gators, berpartisipasi dalam sebuah program riset untuk menguji efektifitas ramuan sebuah minuman penambah stamina (sport drink) yang merupakan campuran karbohidrat dan elektrolit. Minuman tersebut digunakan untuk membantu mencegah dehidrasi yang disebabkan oleh kerja keras yang ekstrim di Florida yang beriklim panas. The Gators sukses pada musim tanding tersebut karena mereka mengkonsumsi minuman penambah stamina. Pada tahun 1967, bentuk yang sudah dimodifikasi dari minuman tersebut dipasarkan dengan merk Gatorade.

Selama olahraga (mulai dari ringan sampai berat), glikogen (cadangan glukosa dalam tubuh), dapat mengalami pengurangan dalam waktu 60 sampai 90 menit. Kadar gula darah mengalami penurunan bersamaan dengan digunakannya glikogen, dan asam laktat terbentuk dalam otot sebagai hasil samping metabolisme glukosa (tanpa kehadiran oksigen). Penumpukan asam laktat menyebabkan pegal dan kram otot. Otot juga menghasilkan panas dalam jumlah banyak yang harus dikeluarkan. Air yang memiliki kapasitas kalor yang besar, digunakan untuk menyerap panas tersebut dari otot. Keringat membantu tubuh menjaga suhu agar konstan, namun pengeluaran keringat ini harus dibayar dengan harga yang mahal. Selama latihan intensitas tinggi pada tempat yang beriklim panas dimanapun, sekitar 1 sampai 3 liter air dapat hilang melalui keringat perjamnya. Keluarnya keringat sebanyak 2 % dari keseluruhan massa tubuh (sekitar 1 liter per 50 kg), dapat menyebabkan ketegangan pada jantung, meningkatkan suhu tubuh, dan mengurangi kekuatan. Berlebihnya keringat juga menyebabkan ikut keluarnya ion-ion kalium dan natrium (dua ion terpenting yang terdapat di dalam dan luar sel).

Semua jenis minuman penambah energi mengandung tiga komponen utama, yaitu karbohidrat dalam bentuk gula sederhana seperti sukrosa, glukosa, dan fruktosa ; elektrolit yang termasuk pula ion natrium dan ion kalium ; dan air. Karena ketiga komponen tersebut merupakan komponen yang hilang bersama keringat, maka seharusnya meminum minuman penambah stamina meningkatkan penampilan dan kualitas. Namun, seberapa efektifkah minuman penambah stamina membuktikan janjinya ?

Studi terbaru telah memperlihatkan bahwa atlit yang makan dengan gizi seimbang dan minum cukup air, sama kualitasnya dengan mereka yang mengkonsumsi minuman penambah stamina. Minuman penambah stamina hanya memiliki satu keuntungan diatas air, yaitu rasanya yang lebih enak. Dan jika rasa lebih enak, maka hal tersebut akan meningkatkan konsumsi minuman, sehingga sel tetap “basah” (terhidrasi).

Karena hampir semua minuman penambah stamina memiliki komposisi dan konsentrasi yang mirip, maka rasa merupakan satu-satunya alasan untuk memilih minuman penambah stamina sebagai pengganti air. Jika anda tidak tertarik dengan minuman penambah stamina manapun, minumlah air, karena air lebih sehat, lebih aman, dan lebih murah. Kunci dari kualitas yang prima adalah menjaga agar sel tetap “basah” (terhidrasi).

Sumber : Chemistry 7^th edition

@IF'38

Read More

Aplikasi sifat koligatif larutan : Sel Tubuh dan air laut

Sobat Chem, pernahkah kalian mendengar ungkapan : "seperti minum air laut, semakin diminum semakin haus" ?. Ungkapan ini ditujukan untuk orang-orang yang rakus. Semakin banyak mereka diberi harta, semakin pelit dan semakin serakah terhadap harta. Jika diberi harta sebanyak satu karung, maka dia akan meminta karung yang kedua. dan begitu seterusnya. 

Masalahnya, benarkah ungkapan tersebut ditinjau dari sisi ilmiah? ataukah hanya ungkapan yang tiada makna?. Tentunya tidak mungkin orang tua kita dahulu membuat suatu ungkapan yang tidak sesuai dengan keadaan sebenarnya. Sebagai contoh, ungkapan "ada gula ada semut" sangatlah cocok dengan keadaan sebenarnya, yaitu di mana ada gula, pasti semut akan berdatangan.

Nah, pada kali ini kita akan melihat penjelasan dari ungkapan di atas dari sisi ilmiah. Kita bahas terlebih dahulu tentang sel.

Tubuh kita terdiri atas sel-sel yang sangat banyak jenis dan jumlahnya. Yang menjadi kesamaan pada semua sel ini adalah komposisinya. Komponen utama penyusun sel adalah air dan garam-garam mineral. Air bertindak sebagai pelarut, sedangkan garam mineral bertindak sebagai zat terlarut yang menjadi sumber ion atau elektrolit. Jika salah satunya berlebih, maka akan terjadi kekacauan pada sel tubuh. 

Jika kadar garam mineral berlebih, maka bagian dalam sel akan mengalami keadaan hipertonis (tekanan osmotiknya lebih tinggi daripada tekanan osmotik di luar sel). Sebaliknya, jika air yang berlebih, maka bagian dalam sel mengalami keadaan hipotonis. 

Untuk mengatasi hal ini, maka tubuh melakukan mekanisme osmoregulasi, yaitu suatu mekanisme homeostatis untuk menyeimbangkan tekanan osmosis di dalam sel dengan lingkungan di luar sel. Proses osmoregulasi dapat terjadi karena dinding sel bersifat semipermeabel, yaitu dapat melewatkan molekul-molekul kecil seperti air, namun menahan molekul-molekul besar seperti molekul darah.

Nah, ketika kita merasa haus, itu artinya cairan intrasel sedang kekurangan air. Kita harus menambahkan air supaya kebutuhan sel akan air terpenuhi. Itu sebabnya mengapa setelah kita minum, kita merasa segar kembali. Itu juga yang menjadi sebab mengapa kita lebih baik minum air putih (bila perlu air murni atau aquadest) dibandingkan dengan minum air mineral atau minuman isotonik yang sekarang banyak dijual di pasaran. Hal ini karena air murni tidak mengandung zat terlarut sehingga lebih mudah diserap oleh sel-sel tubuh.

Di lain fihak, air laut adalah air yang memiliki kadar garam (zat terlarut) yang sangat besar. Tekanan osmotik air laut cukup besar yaitu 27 atm. Sementara itu, tekanan osmotik cairan intrasel sekitar 7,8 atm. Keadaan ini menyebabkan air laut bersifat hipertonis terhadap cairan intrasel.

Akibatnya, jika kita minum air laut, maka air yang ada di dalam cairan intrasel keluar untuk "mengencerkan" air laut yang datang barusan. Hal ini menyebabkan tubuh kita semakin merasa kehausan, karena sel yang seharusnya diberi air, malah "diambil" airnya.

Semakin banyak kita meminum air laut, maka semakin banyak pula air yang "diambil" dari dalam sel. Jika keadaan ini tidak ditangani, maka tubuh akan mengalami dehidrasi yang berujung pada kematian.

@IF'38

Read More

Aplikasi Sifat Koligatif Larutan : Snow Removal

Snow removal atau penghilangan salju, adalah upaya menghilangkan salju yang menutupi jalanan supaya perjalanan tidak terganggu oleh adanya salju. 

Snow removal adalah salah satu aplikasi dari sifat koligatif larutan khususnya pada bagian penurunan titik beku. Cara yang dilakukan adalah dengan menambahkan bahan kimia yang dapat melelehkan salju (air beku). Yang paling murah dan mudah ditemui adalah dengan menggunakan garam dapur atau natrium klorida (NaCl). Dalam aplikasinya, garam dapur terkadang dicampur dengan pasir atau kerikil halus, dan disebarkan menggunakan truk. 

Akan tetapi, penggunaan natrium klorida, meskipun murah, namun kurang efektif. Hal ini karena kelarutan garam dapur dalam air yang tidak terlalu besar. Larutan garam dapur akan membeku pada suhu sekitar -18 ^oC. Artinya, jika suhu udara di bawah -18 ^oC, katakanlah -25 ^oC, maka garam dapur tidak dapat “melaksanakan tugasnya”. Belum lagi sifat korosif dari garam dapur yang dapat menyebabkan karat pada logam terutama besi. Padahal, sebagaimana kita ketahui, mobil, jembatan, dan hampir semua barang-barang yang ada di sekitar kita tersusun oleh logam terutama besi.

Untuk mengatasi hal ini, banyak fihak yang kemudian menggunakan garam lain yang lebih mahal yaitu kalsium klorida dan magnesium klorida. Kedua senyawa ini, karena memiliki jumlah ion yang lebih banyak daripada NaCl, tidak hanya menurunkan temperatur lebih besar daripada NaCl, tapi juga proses pelarutannya bersifat eksoterm, sehingga panas yang dihasilkan dapat membantu melelehkan salju dengan lebih cepat dan efektif.

Cara lain adalah dengan menggunakan senyawa organik yang dicampur dengan kalium klorida (garam batu), dan magnesium klorida. Campuran ini terbukti efektif menurunkan suhu sampai -34 ^oC. 

Pertanyaannya, mengapa larutan NaCl yang bersuhu -18 ^oC tidak mampu mencairkan es yang bersuhu -25 ^oC, sedangkan campuran senyawa organik, KCl, dan MgCl₂, yang bersuhu -34 ^oC, dapat menurunkan suhu es yang bersuhu 25 ^oC? 

Jawabannya sederhana, karena -25 ^oC lebih rendah daripada -18 ^oC, dan lebih tinggi daripada -34 ^oC.

Maksudnya ?

Begini, untuk mudahnya, perhatikan bagan sederhana berikut ini :

Nah, dari bagan di atas sudah jelas, bahwa pada suhu -18 ^oC, larutan NaCl sudah membeku (berwujud padat), bagaimana dia mau mencairkan es yang suhunya -25 ^oC, dia saja berbentuk padat pada suhu di bawah -18 ^oC. Lain halnya dengan campuran zat organik yang bersuhu -34 ^oC, pada suhu -25 ^oC, dia berada dalam keadaan cair, jadi dia dapat mencairkan es yang ada di sekitarnya (istilah lainnya, mentransfer energi yang dia miliki supaya es-nya mencair).

Faham sekarang kan ?

Nah, itulah salah satu aplikasi dari sifat koligatif larutan yaitu dalam hal pencairan salju yang biasanya dilakukan di daerah subtropis (negara dengan 4 musim) pada musim dingin, atau di daerah kutub. Di negara kita yang berhawa tropis belum pernah terjadi salju dan Insya Allah tidak akan pernah.

Semoga bermanfaat

@IF'38

Read More

Bagaimana Cara Membaca Diagram Fasa

Apa itu fasa? Sederhananya kita dapat mendefinisikan fasa sebagai bentuk zat. Padat, cair, dan gas adalah fasa umum dari setiap zat. Kita ambil air sebagai contoh. Jika kita melihat ada es yang mengapung di lautan, maka kita telah melihat adanya dua fasa disana yaitu fasa cair dan fasa padat. Tapi tunggu dulu, bahkan sebenarnya ada tiga fasa disana, karena kita telah mengetahui bahwa udara juga mengandung uap air dalam jumlah yang cukup banyak. Jadi, ada air laut yang merupakan fasa cair di bawah, kemudian es sebagai fasa padat, dan uap air di udara sebagai fasa gas.

Akan tetapi, fasa juga dapat digunakan secara lebih luas daripada perbedaan bentuk dari zat yang sama. Sebagai contoh, minyak yang mengapung diatas air merupakan sistem dua fasa (dalam kasus ini, dua fasa cair). Jika minyak dan air berada dalam botol, maka disana akan ada tiga fasa karena botol juga merupakan fasa yang lain. Jumlah fasa akan bertambah manakala kita memasukkan sendok ke dalam botol yang berisi minyak dan air ini. Artinya kita akan mendapatkan 2 fasa cair dan 2 fasa padat. Belum lagi jika botol tersebut masih menyisakan udara di atasnya, maka fasa gas akan menjadi fasa kelima yang ikut ambil bagian dalam sistem ini.

Jadi, fasa dapat dilihat dari adanya batas yang memisahkan satu dengan lainnya. Es dan air merupakan dua fasa yang berbeda karena ada batas antara keduanya. Begitu pula minyak dan air dapat dilihat dengan jelas batas yang memisahkan keduanya.

Diagram fasa adalah diagram yang menggambarkan perubahan bentuk suatu zat pada berbagai keadaan tekanan dan suhu. 

Bagaimana cara membaca diagram fasa ?

Masih banyak siswa yang tidak faham maksud dari diagram fasa dan cara membacanya. Sebenarnya, konsep diagram fasa cukup mudah, yaitu diagram yang menyatakan suhu didih atau suhu beku atau suhu sublim suatu zat pada tekanan tertentu (hubungan antara tekanan dengan suhu). Masalahnya, diagram fasa berbentuk garis sehingga membingungkan sebagian siswa. Banyak siswa yang bingung apa maksud dari garis tersebut.

Baiklah, kita bahas tahap demi tahap.

Sebagaimana sudah dibahas, diagram fasa adalah diagram yang membandingkan antara tekanan dengan suhu. Karena diagram ini memperlihatkan hubungan antara tekanan dan suhu dengan perubahan fasa, maka yang menjadi fokus perhatian dari diagram fasa adalah suhu dan tekanan yang diberikan pada saat terjadinya perubahan fasa. Sebagai contoh, pada tekanan 1 atm (1,013 bar), air akan berubah fasanya dari padat ke cair atau sebaliknya, pada suhu 0 ^oC, dan akan berubah fasanya dari cair ke gas atau sebaliknya, pada suhu 100 ^oC. Jika kita ganti tekanannya menjadi 2 atm misalnya, maka suhu pada waktu terjadinya perubahan fasa (membeku atau mendidih), juga berubah.

Untuk lebih lengkapnya, perhatikan tabel hubungan antara tekanan (diberikan dalam mbar) dengan titik didih berikut :

Dapat kita perhatikan bahwa semakin besar tekanan yang diberikan, maka semakin tinggi juga titik didihnya. Jika kita masukkan data di atas (kita ambil sebagian sampel data saja) ke dalam program excel (saya sendiri menggunakan spreadsheet dari open office milik linux), maka akan kita dapatkan diagram seperti di bawah ini :

Jika titik-titik tersebut dihubungkan dengan garis, maka akan didapatkan gambar seperti berikut :

Titik beku pun sama, garis yang terdapat pada diagram fasa (garis beku), sebenarnya merupakan kumpulan titik-titik yang berhubungan satu sama lain.

Jika kedua diagram tersebut digabung dengan diagram sublimasi, maka kita pun mendapatkan diagram fasa yang kita kenal.

Lalu apa fungsi Diagram Fasa ?

Diagram fasa dapat digunakan untuk menentukan keadaan suatu zat pada suhu dan tekanan tertentu. Sebagai contoh, air pada suhu 85 ^oC dan tekanan 1 atm berbentuk cair, namun jika tekanannya diturunkan menjadi 0,5 atm misalnya, maka air berwujud gas pada suhu tersebut.

Nah, sekarang kita akan berbicara tentang penurunan titik beku dan kenaikan titik didih.

Penurunan titik beku adalah turunnya titik beku suatu zat cair ketika ke dalamnya ditambahkan suatu zat terlarut. Dengan kata lain, cairan tersebut sekarang berubah menjadi larutan. Kenaikan titik didih juga seperti itu, yaitu naiknya titik didih suatu zat cair ketika ke dalamnya ditambahkan suatu zat terlarut (atau mudahnya, berubah menjadi larutan).

Sebagai contoh, jika ke dalam 1 kg air ditambahkan 1 mol glukosa, maka titik bekunya akan berkurang sebesar 1,86 ^oC, dan titik didihnya akan bertambah sebesar 0,52 ^oC. Itu artinya, titik beku air (yang sekarang sudah berubah menjadi larutan glukosa dalam air), akan menjadi -1,86 ^oC pada tekanan 1 atm. Begitu pula, titik didihnya akan menjadi 100,52 ^oC pada tekanan ini. Pada nilai tekanan yang lain, polanya akan sama, titik beku berkurang sebesar 1,86 ^oC, dan titik didih bertambah sebesar 0,52 ^oC. Sehingga kita dapatkan :

Bagaimana dengan keadaan tekanan yang lain ?

Gampang, tinggal nilai titik beku masing-masing dikurangi 1,86, sedangkan titik didihnya ditambah 0,52. Sehingga kita dapatkan :

Jadi, yang dimaksud dengan perubahan titik beku air adalah berubahnya titik beku ketika air masih murni tanpa zat terlarut apapun, menjadi air yang sudah ditambah zat terlarut (atau singkatnya menjadi larutan). Begitu pula dengan titik didih.

Nah, sudah jelas sekarang yah. Sehingga kita bisa tarik kesimpulan :

1. Bahwa garis-garis yang ada pada diagram fasa sesungguhnya merupakan kumpulan titik-titik yang bersambung satu sama lain membentuk garis.
2. Bahwa penurunan titik beku atau kenaikan titik didih sesungguhnya merupakan berubahnya titik beku atau titik didih suatu zat dari keadaan murni menjadi larutan.

Semoga Bermanfaat

@IF'38

Read More

Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku

Titik didih dan kenaikan Titik didih

Titik didih suatu zat adalah suhu pada saat zat tersebut mendidih. Proses pendidihan sendiri merupakan penguapan yang terjadi di seluruh bagian cairan. Hal ini ditandai dengan adanya gelembung yang keluar dari dalam cairan.

Apakah titik didih semua zat sama? Tentu tidak, tergantung pada dua hal, yaitu tekanan uap zat yang bersangkutan, dan lokasi di mana zat tersebut berada. Suatu zat akan mendidih jika tekanan uapnya sama dengan tekanan udara luar. Cara untuk menyamakan tekanan uap zat dengan tekanan udara luar adalah dengan memberikan energi (kalor) kepada zat tersebut. Sebagaimana kita ketahui, semakin besar suhu, maka tekanan uap pun akan semakin besar, sehingga dengan membesarnya tekanan uap, maka ada pada saat tertentu tekanan uapnya akan menyamai tekanan uadra luar. Nah pada saat tekanan uap sama dengan tekanan udara luar inilah, maka terjadilah proses pendidihan.

Faktor yang kedua adalah lokasi di mana zat cair tersebut berada. Hal ini karena tekanan udara di setiap tempat tidaklah sama. Semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, maka tekanan udaranya semakin kecil. Hal ini dapat difahami karena jumlah udara semakin berkurang seiring dengan bertambahnya ketinggian. Semakin tinggi suatu tempat (seperti di pegunungan), maka tekanan udaranya pun semakin rendah, sehingga semakin mudah pula tekanan uapnya sama dengan tekanan udara luar. Akibatnya, titik didihnya pun semakin rendah. Sebagai contoh, air yang dipanaskan di daerah pantai akan mendidih pada suhu 100 ^oC, sedangkan air yang dipanaskan di puncak everest di pegunungan himalaya, akan mendidih pada suhu dibawah 75 ^oC.

Semakin rendah titik didih air di suatu tempat, maka memasak makanan di tempat tersebut semakin lama, bahkan jika titik didihnya rendah sekali seperti di puncak-puncak gunung yang tinggi, maka makanan tidak dapat dimasak sama sekali. Sebaliknya, jika titik didih air semakin tinggi, maka memasak makanan semakin cepat. Sebagai contoh, panci presto dibuat sedemikian rupa supaya tekanannya meningkat sehingga titik didih air menjadi sangat tinggi dan makanan pun semakin cepat matang. Untuk panci presto dengan kualitas yang bagus, tekanan udara di dalamnya dapat mencapai 6 atm. Dengan tekanan yang sebesar ini, selain makanan cepat matang, tulang-tulang pun dapat menjadi lunak.

Karena perbedaan tempat artinya perbedaan tekanan udara, maka biasanya data-data titik didih yang ada pada tabel-tabel, merujuk pada titik didih normal, yaitu titik didih pada saat tekanan udara luar 1 atm. Daerah yang memiliki tekanan udara sebesar 1 atm adalah daerah pantai atau dataran rendah dengan ketinggian 0 meter diatas permukaan laut.

Suatu zat cair murni (misalkan air) yang memiliki titik didih tertentu, akan mengalami perubahan pada titik didihnya ketika ditambahkan suatu zat terlarut nonvolatil seperti gula. Hal ini terjadi, karena dengan adanya zat terlarut, maka tekanan uap larutan akan menurun. Akibatnya, proses penguapan menjadi lebih sulit (ingat konsep tekanan uap!). Hasilnya, dibutuhkan energi yang lebih tinggi (suhu yang lebih besar) untuk menguapkan larutan tersebut.

Secara logika hal ini juga bisa difahami. Ketika suatu zat terlarut seperti gula dimasukkan ke dalam air, maka gula akan membentuk larutan yang homogen dalam air. Partikel gula akan menyebar ke seluruh bagian cairan termasuk di bagian permukaan. Partikel-partikel gula yang ada di bagian permukaan akan menghalangi proses penguapan air, sehingga jumlah uap air yang dihasilkan semakin sedikit. Akibatnya, tekanan uapnya pun akan menurun. Tekanan uap yang lebih rendah akan menyebabkan kebutuhan energi yang lebih tinggi untuk menyamakan tekanan uapnya dengan tekanan udara luar. Alhasil, energi yang dibutuhkan semakin bertambah sehingga suhu pendidihan pun semakin membesar.

Titik Beku dan Penurunan Titik Beku

Titik beku adalah suhu pada saat suatu cairan membeku. Pada suhu ini, fasa cair suatu zat berada dalam kesetimbangan dengan fasa padatannya. Proses pembekuan sendiri adalah suatu proses dimana gerakan partikel-partikel zat cair melambat sehingga mereka memiliki kesempatan untuk berikatan dengan partikel-partikel sesamanya untuk membentuk suatu kristal padatan.

Sama halnya dengan titik didih, titik beku normal didefinisikan sebagai titik beku pada tekanan udara 1 atm. Untuk air (murni), titik beku normal adalah sebesar 0 ^oC. (meskipun sebenarnya, tekanan udara luar tidak banyak berpengaruh pada titik beku, namun untuk keseragaman dengan titik didih, maka digunakan patokan tekanan udara 1 atm).

Sekarang kita lihat, titik beku air murni adalah 0 ^oC. Bagaimana jika ada zat terlarut dalam air tersebut, apa yang akan terjadi dengan titik bekunya? Jawabannya titik beku akan turun menjadi di bawah 0 ^oC (titik beku normal).

Mengapa hal ini bisa terjadi?

Ketika suatu zat cair melarutkan suatu padatan (misalnya air melarutkan gula), maka ketika larutan ini akan membeku, partikel air akan membeku terlebih dahulu sebelum partikel gula. Partikel-partikel air akan berkumpul sesamanya, dan partikel gula pun akan berkumpul dengan sesamanya pula, masing-masing membentuk kristal yang kompak. Hal ini harus dilakukan, karena ukuran kristal air dan kristal gula tidaklah sama, dan padatan kristal tidak akan terbentuk jika partikel-partikel penyusun kristalnya tidak sama.

Nah, karena larutan gula merupakan larutan yang homogen, maka ketika dilakukan proses pembekuan (suhunya diturunkan), masing-masing partikel (air dan gula) akan berusaha berkumpul dengan “kawan-kawannya”. Pada titik beku air (0 °C), hal ini mustahil terjadi, karena proses pembekuan air terhalangi oleh adanya partikel gula. Akibatnya, supaya pembekuan dapat berlangsung, maka suhu harus diturunkan beberapa derajat lagi agar gerakan partikel semakin melambat sehingga proses pembekuan (paksa) dapat terjadi.

Maka dari itu, larutan gula ini akan membeku di bawah titik beku normal air, sehingga kita sekarang memahami mengapa suatu larutan memiliki titik beku yang lebih kecil daripada titik beku pelarutnya (dalam keadaan murni). Dan inilah penjelasan dari konsep penurunan titik beku. 

Gb. Proses pembekuan adalah proses berkumpulnya partikel-partikel sejenis untuk membentuk kristal padatan yang homogen. Ketika ada dua partikel atau lebih dalam suatu campuran, maka partikel-partikel sejenis akan berusaha berkumpul satu sama lain. Gambar diatas menunjukkan pembekuan campuran air dengan pewarna. Air membeku di daerah pinggir dekat dengan kaca tabung reaksi, sedangkan zat pewarna berkumpul dan membeku di tengah. Sumber : General Chemistry, Whitten et. al

 Dari fakta diatas, dapatlah kita fahami mengapa es mambo (es batangan yang biasa dikonsumsi anak-anak) bersifat lebih rapuh dan kasar daripada es balok (es batu) yang biasanya lebih keras, kuat, dan mulus. Hal ini karena es mambo merupakan campuran air dengan banyak zat terlarut seperti gula dan pewarna, sedangkan es batu terbuat dari air murni. 

@IF'38

Read More

Penurunan Titik Beku Campuran

Pertanyaan :

Suatu larutan yang mengandung 8 gr NaOH dalam 500 gr air, ditambahkan ke dalam 3,65 gr HCl yang terdapat dalam 1000 gr air. Jika diketahui K_f air = 1.86. Setelah kedua larutan dicampur dan diaduk, pada suhu berapakah campuran tersebut akan membeku ?

Jawab :

Soal di atas adalah gabungan antara materi sifat koligatif larutan dan reaksi asam-basa. Untuk menyelesaikan soal di atas, pertama-tama kita hitung dulu jumlah mol masing-masing.

Setelah itu, kita reaksikan antara NaOH (basa) dengan HCl (asam)

                               NaOH + HCl → NaCl + H₂O

mula-mula                 0,2      0,1

reaksi                        0,1      0,1      0,1     0,1

sisa                           0,1       -       0,1     0,1

Jadi, yang tersisa adalah NaOH sebanyak 0,1 mol, dan NaCl sebanyak 0,1 mol juga.

Nah, karena ada campuran dua senyawa yang bersifat elektrolit kuat yaitu NaOH dan NaCl, maka sekarang kita bisa menghitung penurunan titik beku campurannya, yaitu :

Ingat :

1. NaOH dan NaCl sama-sama merupakan senyawa biner (melepaskan 2 ion) yang bersifat elektrolit kuat, sehingga nilai faktor van't hoff-nya sama dengan jumlah ionnya
2. Rumus penentuan molalitas adalah : 
    
   
   
     
   
   
   @IF'38

Read More

Apakah titik didih air selalu 100 oC ?

Pertanyaan :

Apakah yang dimaksud dengan titik didih normal ? Dapatkah air murni mendidih pada suhu di bawah 100 ^oC ?

Jawab :

Sebelumnya, kita harus tahu dulu definisi titik didih. Titik didih adalah suhu dimana tekanan uap suatu zat (cair) sama dengan tekanan udara luar, sehingga proses penguapan terjadi di seluruh bagian cairan. Hal ini dapat kita perhatikan dengan adanya gelembung yang tidak lain uap-uap (gas) yang ingin keluar dari cairan.

Sementara itu, tekanan uap sendiri adalah tekanan yang ditimbulkan oleh uap yang terdapat di atas permukaan suatu cairan, atau sebagaimana yang sudah saya uraikan sebelumnya di sini, tekanan uap adalah kemampuan suatu zat untuk melepaskan diri dari kelompoknya (cair atau padat), dan membentuk uap atau gas.

Nah, jika kita sudah tahu definisinya, maka kita dapat analogikan bahwa proses mendidih adalah proses “pertarungan antara uap dengan udara luar”. Jika kita misalkan uap dan udara luar sedang “main dorong-dorongan”, maka uap akan mendorong ke atas, sedangkan udara luar mendorong ke bawah. Semakin banyak uap yang mendorong ke atas, semakin mudah mereka menguap, atau dengan kata lain, semakin mudah mendidih. Begitu pula, semakin banyak udara luar yang mendorong ke bawah, maka semakin sedikit zat yang dapat menguap, sehingga semakin sulit mendidih atau dengan kata lain, titik didihnya menjadi lebih tinggi.

Jika jumlah partikel udaranya berkurang, maka tekanan udaranya pun berkurang, akibatnya, lebih banyak zat cair yang bisa menguap.

Jadi, dapatkah air murni mendidih pada suhu di bawah 100℃? tentu saja. Sebagai contoh, di pegunungan Himalaya air mendidih pada suhu 70 ^oC saja. Hal ini karena di sana, tekanan udaranya rendah sekali, sehingga “kalah main dorong-dorongan” dengan uap air.

Jadi, titik didih air berbeda-beda dong, tergantung tempatnya?. Ya, benar sekali, air mendidih pada suhu yang berbeda di tempat-tempat yang berbeda ketinggian. Sebagai contoh, di Bandung, air mendidih pada suhu 98 ^oC. Lalu, titik didih air 100 ^oC itu di mana? Jawabannya di daerah pantai yang tekanan udaranya 1 atm. Dan, titik didih semua zat yang ada di tabel-tabel di buku-buku, itu mengacu pada standar 1 atm di daerah pantai.
Terus, kalau kita di daerah pantai (tekanan udara 1 atm), kemudian ingin mendidihkan air pada suhu rendah (katakanlah 25 ^oC), apa yang harus dilakukan ?. Gampang, masukkan saja ke dalam wadah vakum, maka air pun akan mendidih pada suhu yang lebih rendah.

Jadi, konsepnya gampang kan ?. 

Tunggu dulu, kalau titik didih air bisa turun jika tekanan udara luarnya turun, berarti titik didih air bisa juga naik jika tekanan udara luarnya naik ?.

Yups, betul sekali. Jika tekanan udara luar naik, maka titik didih air pun menjadi naik pula. Sebagai contoh, dalam panci presto yang tekanannya bisa mencapai 2 atm atau lebih, air baru akan mendidih pada suhu sekitar 120 derajat Celcius. Contoh lain, pada proses Frasch untuk mengeksplorasi deposit sulfur yang berada di dalam perut bumi, digunakan air super panas (superheated water) yang pada suhu 165 derajat Celcius masih berbentuk cair. Untuk mencapai hal ini, maka digunakan tekanan sebesar 2,5 - 3 Mega Pascal (sekitar 25 - 30 atm). Tekanan yang luar biasa besar.

Demikian sedikit penjelasannya, semoga bermanfaat.

@IF'38

Read More

Tekanan Uap Jenuh

Tekanan uap jenuh suatu zat adalah tekanan yang ditimbulkan oleh uap jenuh zat tersebut.

Bagaimana penjelasannya?

Ketika suatu cairan (misalkan air) dalam suatu wadah dibiarkan di udara terbuka, maka lama kelamaan air tersebut akan habis. Hal ini terjadi karena air tersebut menguap. Pada suhu normal (bukan pada titik didih air), penguapan hanya terjadi pada bagian permukaan cairan. Hal ini terjadi karena bagian permukaan adalah bagian yang paling dekat dengan udara luar sehingga partikel air di bagian permukaan memiliki kesempatan paling besar untuk meninggalkan fasa cair menuju fasa gas (menguap).

Semakin tinggi suhu, semakin cepat penguapan terjadi, sedangkan semakin rendah suhu, maka penguapan pun berlangsung semakin lambat. Jika wadah yang berisi air ini kita tutup rapat sehingga tidak ada uap air yang dapat lepas ke udara terbuka, maka uap tersebut akan terperangkap di ruang antara tutup wadah dengan permukaan air. Penguapan ini akan terus berlangsung sampai pada suatu ketika, ruang tersebut sudah “penuh sesak” oleh uap air. Keadaan ini menghambat penguapan air lebih lanjut.

Selanjutnya, karena partikel-partikel uap air terus bergerak, maka mereka akan menumbuk ke sana kemari, sehingga sebagian partikel uap air tersebut ada yang menumbuk cairan dan kembali menjadi air. Ketika ada sebagian uap air yang berubah menjadi air (mengembun), maka dia menyisakan ruang kosong yang kemudian akan diisi oleh partikel air lain yang berubah menjadi uap air (menguap). Begitu seterusnya, sehingga akan terbentuk kesetimbangan air–uap air, dan kondisi ini dinamakan kondisi kesetimbanganuap jenuh.

Nah, tekanan yang ditimbulkan oleh uap jenuh ini dinamakan tekanan uap jenuh. (perlu diketahui, tekanan gas ditimbulkan oleh tumbukan antara partikel gas dengan dinding wadahnya).

Gambar kiri : gelas yang tertutup rapat yang berisi air sebanyak setengahnya, sehingga menyisakan ruang diatasnya. Gambar Kanan : Bagan yang memperlihatkan kesetimbangan yang terjadi antara air dengan uap.

Semakin banyak uap yang dihasilkan oleh suatu zat, maka semakin banyak partikel gas yang dihasilkan, sehingga semakin besar pula tekanan uapnya. Beberapa zat memiliki tekanan uap yang lebih besar daripada yang lainnya. Zat-zat seperti etanol, bensin, dietil eter, dll, memiliki tekanan uap yang lebih besar daripada zat yang lainnya seperti air. Akan tetapi, tekanan uap tidak hanya berkaitan dengan zat cair, padatan pun memiliki tekanan uap, namun nilainya kecil sekali, bahkan bisa diabaikan.

Zat-zat yang mudah menguap atau memiliki tekanan uap yang besar disebut dengan zat volatile. Zat-zat tersebut memiliki tekanan uap yang besar karena memiliki gaya tarik antarpartikel yang rendah sehingga interaksi antar partikelnya lebih mudah putus. Kebalikan dari zat volatile adalah zat nonvolatile (tidak mudah menguap). Zat-zat seperti ini adalah zat-zat yang pada suhu kamar berwujud padat seperti, gula, garam, urea, glukosa, dll.

Tekanan uap dipengaruhi oleh suhu. Semakin besar suhu, maka energi kinetik zat semakin besar sehingga interaksi antarpartikelnya melemah yang akibatnya menjadi lebih mudah putus, dengan begitu akan lebih cepat menjadi uap (gas). Artinya, tekanan uapnya meningkat.

Nah, dari uraian diatas, kita dapat mengambil kesimpulan bahwa tekanan uap suatu zat juga dapat didefinisikan sebagai besarnya tekanan atau kemampuan yang dimiliki partikel-partikel zat tersebut untuk melepaskan diri dari kelompoknya dan keluar bebas sebagai gas (menguap).

Demikian penjelasan ringkas tentang tekanan uap, insya Allah kita akan lanjutkan dengan konsep penurunan tekanan uap suatu cairan ketika ditambahkan ke dalamnya zat terlarut yang sukar menguap (nonvolatile).

@IF"38

Read More