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