Makalah Kimia Molaritas

                                                  BAB I

Pengertian Tekanan Uap Jenuh

    Zat cair atau padat jika dimasukkan dalam suatu ruang tertutup akan menguap sampai ruang tersebut jenuh. Pada keadaan jenuh, proses penguapan tetap berlangsung yang disertai proses pengembunan dengan laju yang sama. Dalam keadaan ini terjadi kesetimbangan dinamis antara zat cair atau padat dengan uap jenuhnya. Tekanan yang ditimbulkan oleh uap jenuh disebut tekanan uap jenuh. Gambar 1.3 memperlihatkan terjadinya kesetimbangan dinamis antara zat cair dengan uap jenuhnya

   Tekanan uap jenuh dipengaruhi oleh jenis zat dan suhu. Jika zat yang memiliki gaya tarik-menarik antarpartikel relatif besar, maka zat tersebut sukar menguap sehingga memiliki tekanan uap jenuh yang relatif kecil. Contoh garam dan gula. Bagaimana jika zat yang memiliki gaya tarik-menarik antarpartikel relatif lemah? Untuk zat yang memiliki gaya tarik menarik antar partikel relatif lemah, maka zat tersebut akan mudah menguap. Sehingga, zat ini memiliki tekanan uap jenuh yang relatif tinggi. Contoh etanol dan eter.

  Selain jenis zat, tekanan uap jenuh juga dipengaruhi oleh suhu. Kenaikan suhu menyebabkan energi kinetik molekulmolekul cairan bertambah besar sehingga lebih banyak molekul yang dapat meninggalkan permukaan memasuki fase gas. Hal ini mengakibatkan molaritas cairan makin besar yang artinya tekanan uap jenuhnya juga semakin besar. Apa yang dapat kalian simpulkan? Jika suhu dinaikan, maka tekanan uap jenuh akan bertambah besar. 

Molalitas dan Fraksi Mol

. MOLARITAS 
    Molalitas menyatakan perbandingan mol zat terlarut dalam kilogram pelarut. Molalitas dinyatakan antara jumlah mol zat terlarut dengan massa dalam kg pelarut. Bagaimana simbol dari molalitas zat? Molalitas disimbolkan dengan m dengan
n = jumlah mol zat terlarut ......................... (mol)
p = massa pelarut ..................................... (kg)
m = molalitas ............................................. (mol kg-1)
Contoh :
1). Berapa molalitas larutan yang dibuat dari 4 gram NaOH dengan 200 gram air?
Jawab
4 gram NaOH dalam 200 gram air .Jadi, molalitas larutan NaOH adalah 0,5 m.
 2). Tentukan molalitas larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) 6 %.
Jawab
 Larutan glukosa 6 % mengandung arti bahwa setiap 100 gram larutan, massa glukosa = 6 gram dan massa air 94 gram.
Massa glukosa dalam 6 % glukosa = ⁶/₁₀₀ x 100 gram = 6 gram
Massa pelarut = (100 - 6) gram = 94 gram = 0,094 kg
Jumlah mol glukosa = ⁶/₁₈₀ = 0,033 mol
Jadi, molalitas larutan glukosa 6 % adalah 0,35 molal.
 FRAKSI MOL
     Fraksi mol merupakan satuan konsentrasi yang menyatakan perbandingan antara jumlah mol salah satu komponen larutan (jumlah mol zat pelarut atau jumlah mol zat terlarut) dengan jumlah mol total larutan. Fraksi mol disimbolkan dengan X . Misal dalam larutan hanya mengandung 2 komponen, yaitu zat B sebagai zat terlarut dan A sebagai pelarut, maka fraksi mol A disimbolkan X_A dan X_B untuk fraksi mol zat terlarut. atau dengan
 XA = fraksi mol pelarut
XB = fraksi mol zat terlarut
nA = jumlah mol pelarut
nB = jumlah mol zat terlarut
Jumlah fraksi mol pelarut dengan zat terlarut sama dengan 1.
XA + XB = 1
  Contoh :
1). Tentukan fraksi mol etanol (Mr = 46) dalam larutan etanol 46 % massa.
Jawab
Larutan etanol 46 % mengandung arti bahwa setiap 100 gram larutan mengandung:
Massa etanol = ⁴⁶/₁₀₀ x 100 gram = 46 gram
Massa air = (100 - 46) gram = 54 gram
Jumlah mol etanol (n_B)= ⁴⁶/₄₆ = 1 mol
Jumlah mol air (n_A) = ⁵⁴/₁₈ = 3 mol
    Jadi, fraksi mol etanol adalah 0,25.
 2). Berapa kadar (dalam %) glukosa (C6H12O6) dalam suatu larutan, jika diketahui fraksi mol glukosa dalam larutan itu sama dengan 0,2 (Mr glukosa = 98)?
Jawab
Jika fraksi mol glukosa = 0,2; maka fraksi mol air = 0,8
Jumlah mol glukosa : jumlah mol air = 0,2 : 0,8 = 1 : 4
Massa glukosa : massa air
= (mol glukosa x Mr glukosa) : (mol air x Mr air)
= (1 x 98) : (4 x 18)
= 98 : 72
Kadar (%) glukosa = ⁹⁸/₁₇₀x 100% = 0,58%
      Jadi, kadar glukosa dalam larutan sebesar 0,58 %.

ada bagian depan telah kita bahas sifat koligatif zat-zat nonelektrolit. Bagaimana dengan zat-zat elektrolit? Penurunan tekanan uap, penurunan titik beku, kenaikan titik didih, dan tekanan osmosis, tergantung pada banyaknya partikel yang terdapat dalam larutan. Zat elektrolit jika dilarutkan akan terionisasi menjadi ion-ion yang merupakan partikel-partikel di dalam larutan ini. Hal ini menyebabkan jumlah partikel pada satu mol larutan elektrolit lebih banyak daripada larutan nonelektrolit. Misalnya, larutan nonelektrolit C₆H₁₂O₆, jika dimasukkan ke dalam air menghasilkan 1 mol partikel, sehingga larutan C₆H₁₂O₆

1 M akan membeku pada suhu 1,86 °C di bawah titik beku air murni, sedangkan 1 mol larutan elektrolit NaCl mengandung 2 mol partikel, yaitu 1 mol Na⁺ dan 1 mol Cl^-. Larutan NaCl 1 M sebenarnya mengandung 1 mol partikel per 1.000 gram air, secara teoretis akan menurunkan titik beku 2 x 1,86 °C = 3,72 °C. Sedangkan larutan CaCl₂ 1 M mempunyai 3 mol ion per 1.000 g air, secara teoretis akan menurunkan titik beku tiga kali lebih besar dibandingkan larutan C₆H₁₂O₆ 1 M.
Contoh:
C₆H₁₂O₆(s) -----> C₆H₁₂O₆(aq) 1 mol 1 mol Jumlah partikelnya 1 x 6,02 x 10²³ molekul.
NaCl(s) -------> Na⁺(aq) + Cl^-(aq) 1 mol 1 mol 1 mol
Jumlah partikelnya 2 x 6,02 x 10²³ (ion Na⁺ dan Cl^-). CaCl₂(s) -------> Ca²⁺(aq) + 2 Cl^-(aq) 1 mol 1 mol 2 mol
Jumlah partikelnya 3 x 6,02 x 10²³ partikel (ion Ca²⁺ dan ion Cl^-).
  Banyak ion yang dihasilkan dari zat elektrolit tergantung pada derajat ionisasinya (α). Larutan elektrolit kuat mempunyai derajat ionisasi lebih besar daripada larutan elektrolit lemah, yaitu mendekati satu untuk larutan elektrolit kuat dan mendekati nol untuk larutan elektrolit lemah. Derajat ionisasi dirumuskan sebagai berikut.
Misalnya A terurai menjadi n ion-ion B.
A -----> nB
a mol na mol
A mula-mula = a mol
B yang terbentuk = na mol
A yang terurai = na mol
A yang tersisa = (a - aa)
Jumlah partikel dalam larutan setelah terurai:
A sisa + B yang terbentuk
(a - aα) + (naα) = a (1 + (n - 1)α)
 Dapat disimpulkan bahwa perbandingan jumlah mol atau jumlah partikel setelah ionisasi dengan keadaan
semula adalah
Menurut Van't Hoff, i = 1 + (n - 1)a
Sifat koligatif larutan elektrolit adalah sebagai berikut.
1. Kenaikan titik didih
ΔTb =Kb .m{1 + (n -1) α}
2. Penurunan titik beku
ΔTf =Kf .m{1 + (n -1) α}
Keterangan:
n = jumlah ion yang dihasilkan dari ionisasi satu molekul zat elektrolit
α = derajat ionisasi zat elektrolit
3. Tekanan osmosis
π = MRT{1 + (n -1) a} atau
Hal-hal yang perlu diperhatikan berhubungan dengan larutan elektrolit antara lain:
1. a. Elektrolit yang menghasilkan dua ion (n = 2), yaitu CH₃COOH, HCl, NaOH, NaCl.
b. Elektrolit yang menghasilkan tiga ion (n = 3), yaitu Ca(OH)₂, H₂SO₄, Na₂CO₃.
c. Elektrolit yang menghasilkan empat ion yaitu FeCl₃, AlCl₃.
2. Makin banyak ion yang dihasilkan dari larutan elektrolit, makin besar pula harga ΔTb dan ΔTf.
3. Besarnya harga a menunjukkan kuatnya larutan elektrolit. Makin besar harga a, makin besar pula harga ΔTb dan ΔTf.
4. Larutan elektrolit kuat mempunyai α = 1.
ΔTb = Kb . m . n
ΔTf = Kf . m . n
π = M . R . T . n
5. Pada elektrolit biner berlaku:
ΔTb = Kb . m . (1 + α)
ΔTf = Kf . m . (1 + α)
π = M . R . T . (1 + α)
Kenaikan Titik Didih dan Penurunan Titik Beku
TITIK DIDIH (Tb)
   Suhu pada saat tekanan uap jenuh cairan sama dengan tekanan luarnya (tekanan pada permukaan cairan) disebut dengan titik didih. Jika tekanan uap sama dengan tekanan luar, maka gelembung uap yang terbentuk dalam cairan dapat mendorong diri ke permukaan menuju fase gas. Di permukaan air laut dengan tekanan 760 mmHg, air mendidih pada suhu 100°C. Bagaimana jika air dididihkan di tempat paling tinggi seperti di puncak Everest? Apakah titik didihnya sama dengan air yang dididihkan di daerah permukaan air laut? Tentunya tidak sama, di puncak Everest yang merupakan tempat tertinggi di dunia, air mendidih pada suhu 71°C. Titik didih yang diukur pada tekanan 760 mmHg disebut titik didih normal (titik didih pada 760 mmHg). Titik didih normal air adalah 100°C.
KENAIKAN TITIK DIDIH LARUTAN (ΔTb)
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa zat cair akan mendidih jika tekanan uap jenuh zat cair tersebut sama dengan tekanan udara di sekitarnya. Jika air murni dipanaskan pada tekanan 1 atm (760 mmHg), maka air akan mendidih pada suhu 100°C. Jika pada suhu yang sama dilarutkan gula, maka tekanan uap air akan turun. Jika semakin banyak gula yang dilarutkan, maka makin banyak penurunan tekanan uapnya. Hal ini mengakibatkan larutan gula belum mendidih pada suhu 100°C. Agar larutan gula cepat mendidih, diperlukan suhu yang cukup tinggi, sehingga tekanan uap jenuhnya sama dengan tekanan uap di sekitarnya. Selisih antara titik didih larutan dengan titik didih pelarut murni disebut kenaikan titik didih (ΔTb).

ΔT_b = T_b Larutan - T_b Pelarut atau ΔT_b= T_b - T°_b

Kenaikan titik didih hanya tergantung pada jenis pelarut dan molaritas larutan, tidak tergantung pada jenis zat terlarut. Untuk larutan encer, hubungan antara kenaikan titik didih dengan molaritas larutan dinyatakan sebagai berikut :
ΔT_b = m x K_b Dengan
ΔT_b = kenaikan titik didih ......(°C)
m = molalitas larutan ..........(molal)
K_b = tetapan kenaikan titik didih molal ...... (°C molal^-1)
  CONTOH :
1. Tentukan kenaikan titik didih larutan gula 0,2 molal. jika Kb air = 0,52 °C molal^-1.
Jawab
Larutan gula 0,2 molal.
ΔTb = m x K_b

= 0,2 molal x 0,52 °C molal^-1

= 0,104°C
Jadi, titik didih larutan gula tersebut adalah 0,104°C.
2. Berapa titik didih dari 3,6 glukosa dalam 250 gram benzena, jika titik didih benzena 80,1 oC dan Kb = 2,52 °C molal^-1?
Jawab
Larutan 3,6 gram glukosa dalam 250 gram benzena.
ΔTb = m x K_b
ΔTb = m x K_b

= 0,08 molal x 2,52 °C molal^-1

= 0,2016°C
Titik didih larutan = titik didih pelarut + ΔT_b
= 80,1°C + 0,2016°C
= 80,3016°C
Jadi, titik didih larutan gula tersebut adalah 80,3016°C.
 Titik beku (Tf)
Titik beku larutan adalah suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap padatannya. Tekanan luar tidak terlalu berpengaruh pada titik beku.Pada tekanan 760 mmHg, air membeku pada suhu 0 °C, sedangkan pada tekanan 4,58 mmHg air akan membeku pada suhu 0,0099 °C.
Penurunan titik beku
     Larutan akan membeku pada suhu yang lebih rendah dari pelarutnya. Perhatikan Gambar 1.8, apa yang dapat kalian jelaskan. Pada setiap saat tekanan uap larutan selalu lebih rendah daripada pelarut murni. Ini berarti penurunan tekanan uap jenuh menyebabkan penurunan titik beku larutan.
ΔT_f = T_f pelarut - T_f larutan atau ΔT_f= T_f - T°_f  
hubungan antara penurunan titik beku dengan molaritas larutan dinyatakan sebagai berikut :   
ΔT_f = m x K_f  Dengan
ΔT_f = penurunan titik beku ......(°C)
m = molalitas larutan ..........(molal)
K_b = tetapan penurunan titik beku molal ...... (°C molal^-1)
 CONTOH
   Tentukan titik beku larutan glukosa 9 gram glukosa dalam 300 gram air, Kf air = 1,86 oC molal􀀐1.
Jawab
Jumlah mol glukosa = ⁶/₁₈₀ = 0,05 mol
Molalitas larutan (m) = ^0,05/_0,3 = 0,17 molal
ΔT_f = m x K_f
= 0,17 molal x 1,86 °C molal^-1
= 0,3162 °C
Titik beku larutan = titik beku pelarut -ΔT_f
= 0 - 0,3162°C
= - 0,3162°C
   Jadi titik beku larutan tersebut adalah - 0,3162°C

Flash Pengaruh Konsentrasi Terhadap Titik Didih dan Titik Beku

Tekanan Osmotik Larutan
Apabila dua jenis larutan yang berbeda kmolarannya dipisahkan oleh suatu membran semipermeabel, apa yang terjadi?.Pada gambar dibawah ini terlihat adanya aliran molekul-molekul pelarut dari larutan yang lebih encer ke dalam larutan yang lebih pekat. Membran semipermeabel adalah membran yang hanya dapat dilewati oleh molekul-molekul pelarut, tetapi tidak dapat dilewati oleh molekul-molekul zat terlarut. Proses merembesnya pelarut ke dalam larutan atau dari larutan yang lebih encer, ke dalam larutan yang lebih pekat melalui membran semipermeabel disebut osmosis (a).

 
Akibat aliran molekul pelarut ke larutan yang lebih pekat, maka terjadi perbedaan tekanan pada membran, hal ini menyebabkan ketinggian larutan yang lebih pekat naik (b). Untuk mencegah osmosis ini, harus diberikan suatu tekanan pada permukaan larutan. Tekanan yang diperlukan untuk menghentikan aliran pelarut dari pelarut murni menuju larutan disebut tekanan osmosis.
Harga tekanan osmosis hanya tergantung pada molaritas dan bukan pada jenis partikel zat terlarut sehingga tekanan osmosis termasuk ke dalam sifat koligatif larutan. Menurut Van't Hoff, tekanan osmosis larutan-larutan encer dapat ditentukan dengan rumus yang serupa dengan persamaan gas ideal, yaitu
πV = nRT
dapat pula dituliskan dengan dengan
π = tekanan osmosis ........................................... (atm)
V = volume larutan .................................................. (L)
n = jumlah mol zat terlarut ............................... (mol)
T = suhu larutan ..................................................... (K)
R = tetapan gas ................ (0,08205 L atm mol^-1 K^-1)
  Jika dinyatakan sebagai molaritas larutan (M), maka persamaan di atas dapat dituliskan sebagai berikut.
π = MRT

Penurunan Tekanan Uap

    Adakah pengaruh zat terlarut terhadap tekanan uap jenuh larutannya? Bagaimana pengaruh itu? Untuk menjawab pertanyaan tersebut, perhatikan data tekanan uap jenuh beberapa larutan pada suhu 28 °C di bawah ini :
  Tekanan uap jenuh air = 28,36 mmHg Tekanan uap larutan urea 0,1 M = 27,85 mmHg Tekanan uap larutan urea 0,2 M = 27,34 mmHg
   Apa yang dapat kalian simpulkan tentang ketiga tekanan uap tersebut? Berdasarkan data di atas, dapat disimpulkan bahwa tekanan uap suatu larutan akan semakin kecil, jika molaritas larutan semakin besar (bertambahnya zat terlarut). Hal ini dikarenakan molaritas larutan yang semakin besar, mengakibatkan fraksi mol zat terlarut juga bertambah besar.
   Francois Raoult (dikenal Raoult), seorang ahli kimia dari Perancis mendapatkan hubungan antara tekanan uap jenuh larutan dengan tekanan jenuh pelarut dari konsentrasi larutan. Menurut Raoult, jika zat nonelektrolit yang sukar menguap dilarutkan, maka besarnya tekanan uap larutan tersebut dirumuskan sebagai berikut.
P = P°. XA
dengan
P = tekanan uap jenuh larutan ................... (mmHg)
Po = tekanan uap jenuh pelarut murni ........ (mmHg)
XA = fraksi mol pelarut
Karena zat terlarut sukar menguap(nonvolatil), maka diperoleh hubungan P larutan sebagai berikut.
P = P° . XA di mana XA < 1 sehingga P < P°
Dari persamaan ini nampak bahwa terjadi penurunan tekanan uap dari pelarut. Besarnya penurunan tekanan uap tersebut dapat dirumuskan sebagai berikut.
ΔP = P° - P
= P° - (P° . XA)
= P° (1 - XA)
karena XA + XB = 1, maka ΔP = P° . XB
Jadi, penurunan tekanan uap pelarut tergantung pada banyaknya molaritas zat terlarut, sehingga tidak tergantung pada jenis zat terlarut. Larutan yang memenuhi hukum-hukum di atas disebut larutan ideal dan itu terdapat pada larutan encer.
Berdasarkan pada Hukum Raoult yang telah diuraikan di atas, dapat ditentukan penurunan tekanan uap pelarut (ΔP) jika Mr zat terlarut diketahui. Sebaliknya, Mr zat terlarut dapat ditentukan jika ΔP dapat diukur.
CONTOH SOAL :

1. Tentukan tekanan uap jenuh air pada larutan yang mengandung 12 % massa urea CO(NH2)2, jika diketahui tekanan uap jenuh air pada suhu 30°C = 31,82 mmHg.

Jawab
Dalam 100 gram larutan terdapat
Massa urea 12 % =¹²/₁₀₀ × 100 g = 12 g
Jumlah mol urea = ¹²/₆₀ mol = 0,2 mol
Massa pelarut (air) = (100 - 12) g = 88 g
Jumlah mol air = ^{88 g}/₁₈ = 4,89 mol

P = P° . XA = 31,82 mmHg × 0,96 = 30,55 mmHg
Jadi, tekanan uap jenuh air dengan adanya zat terlarut menurun menjadi 30,55 mmHg.

1. Larutan nonelektrolit terdiri atas 10 gram zat terlarut B yang sukar menguap dan 200 gram zat pelarut A. Pada suhu tertentu, tekanan uap larutan adalah 434,10 mmHg. Jika pada suhu tersebut tekanan uap jenuh pelarut A murni sama dengan 442,20 mmHg, maka hitung massa molekul relatif zat terlarut B (Mr A = 74).

Jawab
Jumlah mol zat terlarut (B), nB =(¹⁰/_{Mr B} ) mol
Jumlah mol pelarut (A) = ²⁰⁰/₇₄ = 2,7 mol

P = P° . XA
434,10 mmHg = 442,20 mmHg . XA
XA = 0,98 ...................................................(ii)
Berdasarkan persamaan (i) dan (ii) diperoleh
\text{0,98 =}\frac{2,7}{2,7$+$\frac{10}(Mr_B}}\\text{2,7 = 0,98}\text{(

Jadi, massa molekul relatif zat terlarut adalah 181,5