Sifat Koligatif Larutan

Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis dan ukuran zat terlarut, tetapi hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut. Sifat-sifat koligatif ini meliputi penurunan tekanan uap, penurunan titik beku, peningkatan titik didih, dan tekanan osmotik larutan. Pada konsentrasi yang sama, jumlah partikel ditentukan oleh jumlah zat terlarut yang dapat terurai/ larutan elektrolit ataupun tidak dapat terurai/ larutan nonelektrolit dan dinyatakan oleh ahli kimia Belanda Jacobus van 't Hoff pada akhir abad ke-19 sebagai besaran i, yang memiliki nilai berikut.

                                                                            i = 1 + (n-1)

dengan n adalah derajat ionisasi dan n adalah jumlah ion yang ada dalam satu molekul pada larutan. Jika nilai tidak diketahui, nilai dianggap 1 sehingga i = n. Semakin banyak jumlah partikel zat terlarutnya, maka semakin besar juga nilai sifat koligatif yang terjadi.

a. Penurunan tekanan Uap (P)

Penguapan adalah proses di mana partikel-partikel cairan lepas ke udara di atasnya dan berubah menjadi fasa gas (uap). Ketika partikel-partikel dari zat cair meninggalkan kumpulannya menjadi uap, pada saat yang sama, uap tersebut dapat kembali menjadi zat cair. Tekanan yang muncul ketika terjadi kesetimbangan antara jumlah partikel zat cair yang berubah menjadi uap dan jumlah uap yang kembali menjadi zat cair disebut tekanan uap jenuh. Penurunan tekanan uap adalah salah satu sifat koligatif larutan yang merujuk pada fenomena di mana tekanan uap dari larutan lebih rendah dibandingkan dengan tekanan uap dari pelarut murni pada suhu yang sama. Tekanan uap jenuh adalah tekanan uap larutan saat terjadi kesetimbangan antara jumlah partikel zat cair yang menjadi uap dan jumlah uap yang kembali menjadi zat cair dalam ruangan tertutup. Kehadiran zat terlarut nonvolatile (tidak mudah menguap) dalam pelarut dapat menurunkan tekanan uap pelarut karena molekul-molekul zat terlarut di antara molekul-molekul pelarut mengurangi kemampuan molekul-molekul pelarut untuk berubah dari wujud cair ke wujud gas. Dalam larutan, molekul-molekul zat terlarut ini menghalangi molekul-molekul pelarut untuk menguap. Akibatnya, jumlah molekul pelarut dalam keadaan uap berkurang, sehingga menyebabkan penurunan tekanan uap larutan (P). Penurunan tekanan uap terjadi karena adanya interaksi antara partikel-partikel pelarut dan partikel-partikel zat terlarut, yang mengurangi jumlah partikel di permukaan larutan yang bisa menjadi uap. Hasilnya, lebih sedikit partikel dari pelarut murni yang bisa menguap, sehingga tekanan uap keseluruhan larutan menjadi lebih rendah.

Bila tekanan uap jenuh pelarut murni dinyatakan dengan Po, tekanan uap jenuh larutan dinyatakan dengan P, maka besarnya penurunan tekanan uap jenuh dapat ditulis sebagai berikut.

                                                                               P = P0 -- P

Besarnya tekanan uap jenuh masing-masing komponen dalam larutan dirumuskan dalam hukum Roult, yaitu "tekanan uap larutan yang dapat menguap sama dengan tekanan uap jenuh komponen murni dikali dengan fraksi molnya pada suhu itu".

                                                                                P = P0. Xp

 Berdasarkan besarnya persamaan penurunan tekanan uap jenuh larutan (P), maka persamaan di atas dapat ditulis sebagai berikut.

                                                                                P = P0 . Xt

Keterangan:        P = Penurunan tekanan uap

                                   P   = tekanan uap jenuh larutan

                                Po = tekanan uap jenuh pelarut murni

                                Xp = fraksi mol zat pelarut

                                Xt = fraksi mol zat terlarut

Beberapa penerapan ataupun kejadian yang menggunakan prinsip penurunan tekanan uap antara lain kejadian laut mati, pembuatan kolam renang apung, mendapatkan benzene murni. 

b. Penurunan titik beku

Titik beku adalah titik dimana air mulai membeku. Titik beku suatu zat normalnya adalah suhu pada saat zat meleleh atau membeku pada tekanan 1 atm (keadaan normal).  Ketika suatu zat dilarutkan dalam pelarut, titik beku larutan akan lebih rendah daripada titik beku pelarut murni. Hal ini terjadi karena adanya interaksi antara partikel pelarut dan partikel pelarut serta partikel pelarut dan zat terlarut, keberadaan zat terlarut mengganggu struktur kristal pelarut murni, sehingga memperlambat proses pembekuan larutan. Titik beku normal air adalah 0 derajat Celcius. Namun dengan adanya zat terlarut, pada suhu 0 derajat Celcius air belum membeku. Jadi selisih titik beku pelarut (Tf0) dengan titik beku larutan (Tf) disebut penurunan titik beku (Tf).

                                                                                Tf = Tf0 -- Tf

Penurunan Titik beku yang disebabkan oleh 1 mol zat terlarut dalam 1000gram/1 kg zat pelarut dinamakan penurunan titik beku molal (Kf). Penurunan titik beku suatu larutan dengan molalitas (m) tertentu dapan dniyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

                                                                               Tf = m. Kf

Beberapa penerapan ataupun kejadian yang menggunakan prinsip penurunan titik beku antara lain; pembuatan es putar dan es krim, penambahan etilen glikol pada radiator mobil saat musim dingin, zat anti beku pada tubuh hewan, mencairkan salju dengan garam dapur, zat anti beku pada minyak kelapa.

c. Kenaikan titik didih

Titik didih adalah suhu di mana air mendidih, yang terjadi ketika tekanan uap larutan sama dengan tekanan udara luar. Titik didih normal suatu cairan adalah suhu saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan 1 atm. Semakin rendah tekanan udara luar, semakin rendah titik didihnya, sehingga air mendidih lebih cepat di tempat yang lebih tinggi. Banyak orang tidak menyadari perbedaan antara menguap dan mendidih. Menguap adalah perubahan wujud dari cair menjadi uap yang terjadi pada permukaan cairan dan bisa terjadi pada suhu berapa pun, sedangkan mendidih adalah proses di mana uap air naik dan pecah di permukaan air, yang terjadi pada suhu titik didih tertentu. Ketika suatu zat dilarutkan dalam pelarut, titik didih larutan akan lebih tinggi daripada titik didih pelarut murni pada tekanan yang sama. Kehadiran partikel zat terlarut dalam pelarut menghalangi pergerakan molekul-molekul cairan menuju permukaan atau meninggalkan lingkungan cairannya. Oleh karena itu, selama pemanasan cairan, ketika suhu sistem sama dengan titik didih normal pelarut murni, larutan belum akan mendidih dan memerlukan suhu yang lebih tinggi untuk memulai proses pendidihan.

Semakin banyak jumlah partikel zat terlarut yang ada di dalam pelarut, maka kenaikan titik didih larutan (Tb) akan semakin besar, yang berakibat titik didih larutan (Tb Larutan) akan semakin tinggi. Kenaikan suhu saat larutan mendidih dari suhu saat mendidih pelarut murninya disebut kenaikan titik didih larutan (Tb). Hubungan antara banyaknya partikel zat terlarut dengan nilai kenaikan titik didih larutan dinyatakan sebagai selisih antara titik didih larutan (Tb) dengan titik didih pelarut murni (Tbo).

                                                                              Tb = Tb -- Tb0

Kenaikan titik didih hanya tergantung pada konsentrasi atau jumlah partikel dalam larutan. Kenaikan titik didih yang disebabkan oleh 1 mol zat yang dilarutkan dalam 1000gram/1 kg zat pelarut mempunyai harga yang tetap dan disebut kenaikan titik didih molal (Kb). Jadi, secara umum persamaan untuk menentukan perubahan titik didih sebanding dengan hasil kali molalitas (m) dengan nilai Kb pelarut.

                                                                                Tb = m. Kb

Beberapa penerapan ataupun kejadian yang menggunakan prinsip penurunan titik beku antara lain; proses distilasi, penyulingan minyak bumi, penggunaan panic presto, penyulingan gula, penambahan bumbu saat memasak, pengukuran massa molar.

d. Tekanan Osmotik

Tekanan osmotik adalah tekanan yang dibutuhkan untuk mencegah pelarut (seperti air) mengalir ke dalam larutan melalui membran semi-permeabel. Ini terjadi ketika dua larutan dengan konsentrasi berbeda dipisahkan oleh membran yang hanya memungkinkan pelarut untuk lewat, tetapi tidak zat terlarut. Tekanan osmotik meningkat seiring dengan peningkatan konsentrasi larutan. Selaput semi-permeabel memungkinkan molekul pelarut merembes dari larutan yang lebih encer ke larutan yang lebih pekat. Proses perpindahan molekul pelarut ini dari larutan encer ke larutan pekat atau dari pelarut murni ke suatu larutan melalui selaput semi-permeabel disebut osmosis. Osmosis akan berlangsung hingga dicapai kesetimbangan, yang ditandai dengan berhentinya perubahan volume larutan. Perbedaan volume dua larutan pada kesetimbangan menghasilkan tekanan yang disebut tekanan osmosis. Dengan kata lain, tekanan osmosis adalah tekanan yang harus diberikan untuk mencegah terjadinya osmosis.

Tekanan osmotik dijelaskan oleh Hukum Osmosis dari van't Hoff. Menurut van't Hoff, tekanan osmotik larutan-larutan encer dapat dihitung dengan rumus yang serupa dengan persamaan gas ideal, yaitu:

                                                                         P.V = n.R.T atau .V = n.R.T

Karena mol/Volume dapat dinyatakan sebagai kemolaran larutan (M)

Maka persamaan dapat ditulis dengan

                                                                          = M.R.T

keterngan:

= tekanan osmotic (atm)

R = tetepan gas (0,082 atm.L/mol.K

T = suhu (K)

M = molaritas (mol/L)

V = volume larutan (L)

Beberapa penerapan ataupun kejadian yang menggunakan prinsip tekanan osmotic antara lain; tekanan osmotic dalam sel darah, tekanan osmotic pada pemasangan infus, pembasmian lintah, pengawetan makanan, penyerapan air oleh akar tanaman.

e. Sifat Koligatif Larutan Elektrolit

Sifat koligatif larutan dapat berbeda tergantung pada apakah larutan tersebut mengandung zat terlarut yang berupa elektrolit atau non-elektrolit. Larutan elektrolit adalah larutan yang dapat menghantarkan arus listrik karena di dalamnya terdapat molekul-molekul yang terurai atau terdisosiasi menjadi partikel-partikel bermuatan listrik positif (kation) dan negatif (anion). Jumlah muatan ion positif dan negatif dalam larutan adalah sama, sehingga larutan tersebut secara keseluruhan bersifat netral. Larutan elektrolit dapat menghantarkan arus listrik karena adanya perubahan kimia dalam larutan, yang ditandai dengan perubahan warna, munculnya gelembung gas, serta pembentukan endapan. Jika diuji dengan alat uji elektrolit, larutan elektrolit akan mampu menyalakan lampu. Hal ini terjadi karena ion-ion dalam larutan memungkinkan aliran arus listrik melalui larutan tersebut.

Pada dasarnya, untuk konsentrasi zat terlarut yang sama, harga sifat koligatif larutan elektrolit lebih besar daripada harga sifat koligatif larutan nonelektrolit. Hal ini karena jumlah partikel zat terlarut dalam larutan elektrolit tidak sama dengan larutan nonelektrolit. Zat elektrolit akan terurai atau terionisasi menjadi ion-ion di dalam larutannya, sedangkan zat nonelektrolit tidak terurai atau tetap dalam bentuk molekul, sehingga secara teoritis jumlah partikel yang terdapat dalam larutan elektrolit lebih banyak daripada jumlah partikel yang terdapat dalam larutan nonelektrolit.

Sifat koligatif larutan elektrolit antara lain:

• Penurunan tekanan uap, larutan elektrolit menyebabkan penurunan tekanan uap yang lebih besar daripada yang diharapkan untuk jumlah partikel yang sama. Ini karena elektrolit terdisosiasi menjadi ion saat larut, sehingga jumlah partikel efektif yang berkontribusi terhadap penurunan tekanan uap lebih besar. Hal ini membuat nilai tekanan uapnya lebih kecil.
• Penurunan titik beku, larutan elektrolit menyebabkan penurunan titik beku yang lebih besar daripada yang diharapkan untuk jumlah partikel yang sama. Hal ini karena elektrolit terdisosiasi menjadi ion, sehingga jumlah partikel efektif yang berkontribusi terhadap penurunan titik beku lebih besar. Hal ini membuat titik didih larutan elektrolit lebih rendah dibandingkan larutan non elektrolit.
• Kenaikan titik didih, larutan elektrolit menyebabkan kenaikan titik didih yang lebih besar daripada yang diharapkan untuk jumlah partikel yang sam, ini karena elektrolit terdisosiasi menjadi ion yang meningkatkan efek kenaikan titik didih. Hal ini membuat titik didih larutan elektrolit lebih tinggi dibandingkan dengan larutan non elektrolit.
• Tekanan osmotic, Larutan elektrolit memiliki tekanan osmotik yang lebih tinggi daripada yang diharapkan untuk jumlah partikel yang sama,  karena larutan elektrolit terdisosiasi menjadi ion, sehingga jumlah partikel efektif yang berkontribusi terhadap tekanan osmotik lebih besar. Hal ini membuat tekanan osmotiknya lebih desar daripada larutan nonelektrolit.