1. Tekanan Uap

Kita tentu mengetahui bahwa air memiliki titik didih 100°C. Ketika mendidih, air berubah menjadi uap air. Akan tetapi, air dapat menguap pada suhu berapa saja, termasuk pada suhu di bawah 100°C. Sebagai contoh, pakaian basah menjadi kering ketika dijemur karena air menguap. Meskipun demikian, pakaian basah tidak akan kering jika ditempatkan dalam ruangan tertutup karena ruangan itu akan  menjadi jenuh dengan uap air. Pada keadaan jenuh, proses penguapan tetap berlangsung, tetapi pada saat yang sama terjadi pengembunan dengan laju yang sama. Dengan kata lain, terdapat kesetimbangan dinamis antara zat cairnya dengan uap jenuh. Tekanan yang disebabkan oleh uap jenuh disebut tekanan uap jenuh.

Besarnya tekanan uap bergantung pada jenis zat dan suhu. Zat yang memiliki gaya tarik-menarik antarpartikel relatif besar berarti sukar menguap, mempunyai tekanan uap yang relatif rendah, contohnya garam, gula, glikol, dan gliserol. Sebaliknya, zat yang memiliki gaya tarik-menarik antarpartikel relatif lemah berarti mudah menguap, mempunyai tekanan uap yang relatif tinggi. Zat seperti itu mudah menguap atau atsiri (volatile), contohnya etanol dan eter.

Tekanan uap suatu zat akan bertambah jika suhu dinaikkan. Hubungan ini dapat dipahami sebagai berikut. Kenaikan suhu menyebabkan energi kinetik molekul-molekul cairan bertambah besar, sehingga lebih banyak molekul yang dapat meninggalkan permukaan cairan memasuki fase gas. Akibatnya, konsentrasi uap semakin besar dan dengan demikian uap semakin besar. Tekanan uap jenuh air pada berbagai suhu dapat diberikan pada Tabel 1.1.

 

Tabel 1.1 Tekanan Uap Jenuh Air Pada Berbagai Suhu (mmHg)

T(°C)          P	T(°C)          P	T(°C)          P	T(°C)          P
0           4,58         5           6,54         10           9,21       12         10,52       14         11,99       16         13,63       17         14,53       18         15,48       19         16,84       20         17,54	21         18,65         22         19,83         23         21,07         24         22,38         25         23,76            26         25,21         27         26,74         28         28,35         29         30,04         30         31,82	35         42,2        40         55,3        45         71,9        50         97,5        55       118,0        60       149,4        65       187,5        70       233,7        80       355,1        90       525,8	92             567.0        94              610,9        96              657,6        98              707,3      100               760,0      102               815,9      104              875,1      106              937,9      108            1004,6       110             1074,6

Bagaimanakah pengaruh zat terlarut terhadap tekanan uap pelarut dan tekanan uap larutan? Jika zat terlarut bersifat volatile, maka uap di permukaan larutan terdiri atas uap pelarut dan zat terlarut. Akan tetapi, jika zat sukar menguap, maka uap di permukaan larutan hanya terdiri dari uap pelarut saja. Tekanan uap larutan lebih kecil daripada tekanan uap pelarut murninya. Selisih antara tekanan uap jenuh pelarut murni dan larutannya itulah disebut penurunan tekanan uap jenuh (∆P).

Komposisi uap di permukaan larutan telah dipelajari oleh seorang ilmuwan dari Perancis, yaitu Francois Marie Raoult (1830 – 1901) . Raoult menemukan bahwa tekanan uap suatu komponen bergantung pada fraksi mol komponen itu dalam larutan, secara matematis dapat ditulis sebagai berikut

∆P = P° - P

 

 

 

Keterangan:   ∆P = Penurunan tekanan uap jenuh (mmHg)

                       P^° = Tekanan uap jenuh pelarut murni (mmHg)

                      P  = Tekanan uap jenuh larutan (mmHg)

             Pada pelarut murni, hanya ada ikatan antar partikel sehingga tiap partikelnya bebas untuk melepaskan diri berubah menjadi gas. Adapun pada larutan, selain ikatan antar partikel pelarut, ada pula ikatan antara partikel pelarut dan zat terlarut. Dengan kata lain partikel zat terlarut menghalang-halangi partikel pelarut untuk berubah wujud menjadi gas. Beberapa tekanan uap jenuh larutan disajikan pada Tabel 1.2.

            Berdasarkan tersebut, tampak bahwa penurunan tekanan uap jenuh hanya bergantung pada konsentrasi zar terlarut dan tidak bergantung pada jenis zat. Oleh karena itu, penurunan tekanan uap jenuh termasuk sifat koligatif.

 

Tabel 1.2 Tekanan Uap Jenuh Beberapa Larutan Pada 20 °C

Zat Terlarut	Fraksi Mol Zat Terlarut	Tekanan Uap Jenuh Larutan  (mmHg)	Penurunan Tekanan Uap Jenuh (mmHg)
Aquades            Urea            Urea            Glikol            Glikol	- 0,01 0,02 0,01 0,02	17,54 17,36 17.18 17,36 17,18	- 0,18 0,36 0,18 0,36

Pengaruh konsentrasi zat terlarut terhadap penurunan tekanan uap jenuh  dijelaskan oleh  Raoult. Menurut Raoult tekanan parsial pelarut dari larutan (P_{­ B})_, adalah tekanan uap pelarut murni (P^°), dikalikan fraksi mol pelarut dalam larutan (x_B)_.

PB = xB. P°

 

 

 

Dalam larutan yang hanya mengandung satu zat terlarut, x_B = 1 – x_A, dengan x_A fraksi mol zat terlarut. Persamaan di atas dapat ditulis:

P_B = (1 – x_A) P^°

P_B = P^°- x_A P^°

∆P = xA . P°

P^° - P_B = x_A P°

 

Tampak bahwa, penurunan tekanan uap, ∆P, berbanding lurus dengan konsentrasi (dalam fraksi mol) zat terlarut yang ada.

 

Lacak informasi

Hukum Raoult   Seorang kimiawan Prancis yang bernama Fracois Raoult merumuskan hubungan antara tekanan uap larutan dan tekanan uap pelarut. Hubungan itulah yang dikenal sebagai hukum Raoult. Carilah informasi tentang jasa Raoult yang lain melalui studi pustaka atau internet. Kumpulkan hasilnya kepada Bapak/Ibu Guru Anda.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Contoh Soal 1.3

1.    Tekanan uap air pada temperatur 100 °C adalah 1 atm (760 mmHg). Berapakah tekanan uap larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) 18% pada 100 °C? (A_r H = 1; C = 12; O =16)

 

Jawab

  Menurut hukum Raoult, tekanan uap larutan sebanding dengan fraksi mol pelarut: P = X_pel x  P^°. Oleh karena itu, yang harus dicari terlebih dahulu yaitu fraksi mol pelarut, kemudian menghitung tekanan uap larutan dengan rumus yang ada. Perlu diketahui rumus kimia untuk glukosa adalah C₆H₁₂O₆. Untuk itu terlebih dahulu dihitung M_r dari zat pelarut dan zat terlarut.

Zat terlarut pada contoh ini adalah glukosa (C₆H₁₂O₆) dan zat pelarut adalah air (H₂O)

    M_r C₆H₁₂O₆ = 6. A_r C + 12. A_rH + 6. A_rO

                        = 6. 12 + 12.1 + 6.16

                        = 72 + 12 + 96

                        = 180

 

      M_r H₂O    = 2. A_rH + 1. A_rO

                       = 2.1 + 1. 16

                       = 2 + 16

                      = 18

 

      Dalam 100 gram larutan glukosa 18 % terdapat:

                                18

       Glukosa 18% = -------   x 100 g

                                 100

                             = 0,18 x 100 g

                             = 18 g

              Air          = 100 g – 18 g = 82 g

                                                 18 g

        Jumlah mol glukosa = ------------------

                                            180 g.mol^-1

                                      = 0,1 mol

                                                82 g

              Jumlah mol air = --------------------

                                            18 g.mol^-1

                                         = 4,55 mol

                                    mol zat pelarut

               X_pel =-------------------------------------------

                           mol zat pelarut + mol zat terlarut

                                 4,55

                      = ----------------

                            4,55 + 0,1

                            4,55

                      = ------------

                            4,65

                      = 0,978

 

            P = X_pel . P^°

               = 0,978 x 760

               = 743,28 mmHg

 

2.    Tekanan uap suatu cairan murni pada temparatur 25 ^°C adalah 40 mmHg. Hitunglah tekanan uap larutan jika 2 mol pelarut itu dicampur dengan 3 mol glukosa.

 

 

Jawaban:

                                                     2

Cara 1 :Fraksi mol pelarut (x₁) = ---------

                                                  2 + 3

                                                    2

                                               = -------

                                                    5

              Tekanan uap (P) = x₁. P^°

                                             2

                                       =  ----- . 40 mmHg

                                             5

                                               2 x 40

                                             = ----------- mmHg

                                                         5

                                                      80

                                                 = ------- mmHg

                                                      5

                                             = 16 mmHg

 

                                                                      3

Cara 2 : Fraksi mol zat terlarut (x₂) = ------------

                                                                 2 + 3

                                                          3

                                                         = ------

                                                             5                      

                                                         atau

                                                   x₂   = 1 – x₁

                                                                2

                                                        = 1 – ------

                                                                       5

                                                             5 – 2

                                                     = ----------

                                                             5

                                                             3

                                                     =------

                                                          5  

                                                           3

Penurunan tekanan uap (∆P) = x₂ P^° = ------ x 40 mmHg = 2,4

                                                           5

 

3.    Seorang siswa melarutkan glukosa (C₆H₁₂O₆) dalam aquades. Jika larutan yang terjadi memiliki tekanan uap 0,1 mmHg lebih kecil daripada tekanan uap air pada temparatur kamar (23,8 mmHg), berapakah massa glukosa yang dilarutkan?

 

Jawaban:

Tekanan larutan 0,1 mmHg lebih kecil daripada tekanan uap air pada suhu kamar, berarti ∆P = 0,1 mmHg

Misalnya, massa gula adalah a gram.

∆P = x_glukosa x P^°

 

 

               n_glukosa

           =  ------------------  x 23,8 mmHg

                 n_{glukosa +} n_air

                          a

                     ---------

                       180                                      a

       0,1 = ------------------- x 23,8  =  ----------------  x 23,8

                    a            360                      (a + 3.600)

                 -------  + -------

                  180           18

 

          a x 23,8 = 0,1 (a +3.600)

          a = 15,19

 

Jadi, glukosa yang dilarutkan ke dalam air adalah 15,19

 

Wawasan Kewirausahaan

Membuat Tulang Lunak                 Pernahkan Anda makan ayam yang tulangnya lunak sehingga dapat dimakan juga? Tulang ayam dan duri ikan dapat dilunakkan dengan alat pressure cooker (presto cooker) sehingga dikenal dengan nama daging presto. Alat ini bekerja berdasarkan prinsip terjadinya peningkatan titik didih karena kenaikan tekanan di dalam ruang tertutup.             Jika panci dipanaskan, air di dalamnya akan menguap. Karena panci tertutup rapat, uap terperangkap di atas permukaan air dan menyebabkan tekanan di atas permukaan air naik. Kenaikan tekanan ini menyebabkan air tidak mendidih pada temparatur biasa (100 °C), tetapi kira-kira pada temparatur 120 °C. Titik didih yang tinggi menyebabkan makanan cepat matang, bahkan tulang ayam pun ikut lunak. Untuk menjaga agar tekanan di dalam ruang tertutup tidak membahayakan, alat ini biasanya dilengkapi dengan katup pengaman. Apakah Anda tertarik untuk mencobanya?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Latihan 1.3

1.    Tekanan uap air pada temparatur 102 °C adalah 815,9 mmHg. Berapakah tekanan uap jenuh larutan glukosa (C₆H₁₂O₆) 10% pada temparatur itu A_r C = 12; H = 1; O = 16?

2.    Satu kilogram air pada temparatur 25°C memiliki tekanan uap jenuh 23,8 mmHg. Setelah ditambah urea , CO(NH₂)₂, tekanan uapnya turun menjadi 23,1 mmHg. Berapa gram urea yang ditambahkan (A_r C = 12; O = 16; N = 14; H = 1).

 

3.    Tekanan uap cairan murni pada suhu 25 °C adalah 95 mmHg. Jika kedalam 5 mol cairan tersebut ditambahkan 2 mol zat nonvolatil, berapa penurunan tekanan uapnya?

 

4.    Ke dalam 180 gram air dilarutkan 10 gram suatu zat sehingga tekanan uap larutan turun 0,3 mmHg. Jika pelarutan itu dilakukan pada temparatur 26 °C (tekanan uap air jenuh 25,2 mmHg), tentukan massa molekul relatif zat itu.

 

5.    Tekanan uap benzena adalah 100,0 mmHg pada 26,1 °C. Hitunglah tekanan uap larutan yang mengandung 24,6 gram kamper (C₁₀H₁₂O) yang dilarutkan dalam 98,5 gram benzena.