2. Kenaikan Titik Didih Dan Penurunan Titik Beku

a.        Titik Didih Dan Titik Beku

Mengapa air mendidih pada suhu 100 °C dan membeku pada suhu 0 °C? Pada pembahasan terdahulu telah disebutkan bahwa air dapat menguap pada suhu berapa saja dan tekanan uapnya akan meningkat seiring dengan kenaikan suhu. Tekanan uap menggambarkan kecenderungan cairan untuk menguap. Semakin besar tekanan uap, semakin mudah zat itu menguap. Sementara itu, tekanan udara luar memaksa uap tetap berada dalam cairan. Jika tekanan uap kurang dari tekanan udara luar (tekanan di permukaan cairan), uap hanya terbentuk dari permukaan cairan. Namun, ketika tekanan uap cairan sama dengan tekanan udara di permukaan, penguapan dapat terjadi di seluruh bagian cairan. Uap yang terbentuk dapat naik dan pecah di permukaan. Keadaan seperti ini disebut mendidih.

                                                                                                         

Gelembung yang terbentuk ketika air mendidih adalah uap air

 

 

 

 

            Jadi, titik didih adalah suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan di permukaan. Oleh karena itu, titik didih bergantung pada tekanan di permukaan. Di permukaan laut (tekanan = 760 mmHg), air mendidih pada suhu 100 °C karena pada suhu 100 °C tekanan uap air sama dengan 760 mmHg (lihat Tabel 1.1). Di puncak Everest (ketinggian 8,882 m dari permukaan larut), air mendidih pada 71°C. Biasanya, yang dimaksud dengan titik didih adalah titik didih normal, yaitu titik didih pada tekanan 760 mmHg. Titik didih normal air adalah 100 °C.

            Adapun titik beku adalah suhu pada saat tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap padatannya. Pada tekanan 1 atm, air membeku pada 0 °C karena pada suhu itu tekanan uap air sama dengan uap es.

 

Latihan 1.4

1.    Jelaskan perbedaan antara menguap dan mendidih.

 

2.    Bagaimanakah hubungan titik didih dengan tekanan uap dan tekanan udara luar?

 

3.    Berdasarkan Tabel 1.1, berapakah titik didih air jika tekanan udara (tekanan permukaan):

a.       100 mmHg

b.      100 mmHg

 

4.    Manakah yang lebih cepat matang, merebus telur di puncak Everest atau di permukaan laut? Jelaskan jawabanmu.

 

 

b.Titik Didih Dan Titik Beku Larutan

            Jika sama-sama mendidih, manakah yang lebih tinggi suhunya, air murni atau air laut? Melalui percobaan telah diketahui bahwa larutan dari zat-zat yang sukar menguap mempunyai titik didih lebih tinggi dan titik beku lebih rendah daripada pelarutnya. Sebagai contoh, larutan garam mendidih pada suhu di atas 100 °C dan membeku pada suhu di bawah 0 °C.

            Selisih antara titik didih larutan dengan titik didih pelarutnya disebut kenaikan titik didih (∆T_b = boiling point elevation); sedangkan selisih antara titik beku pelarut dengan titik beku larutan disebut penurunan titik beku (∆T_f = freezing point depression). Kenaikan titik didih dapat ditulis sebagai berikut.

 

                                            ∆T_b = T_b  – T_b^°

                        Ket:

           ∆T_b    = Kenaikan titik didih (^°C)

           T_b^°     = Titik didih pelarut murni (^°C)

           T_b      = Titik didih larutan (^°C)

            Adapun titik beku suatu larutan adalah temparatur pada saat tekanan uapnya sama dengan tekanan uap pelarutnya. Karena tekanan uap larutan lebih rendah daripada pelarutnya, larutan membeku pada temparatur 0 °C. Oleh karena itu, temperatur harus diturunkan agar larutan dapat membeku. Jika temparatur terus diturunkan, suatu saat pelarut akan membeku (berubah menjadi cair). Penurunan tekanan uap pada pelarut padat lebih cepat daripada zat cair. Akibatnya, pada temparatur di bawah titik beku pelarut terjadi kesetimbangan tekanan uap larutan dengan tekanan uap pelarut padat. Pada saat seperti itu pelarut akan membeku, sedangkan zat terlarutnya masih dalam fase cair. Hal ini menyebabkan larutan menjadi makin pekat sehingga titik bekunya makin rendah. Dengan kata lain, larutan tidak memiliki titik beku yang tetap. Hal itu menyebabkan pengertian titik beku larutan harus didefinisikan. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

 

                                                ∆T_f = T_f^° – T_f

 

                      Ket:

        ∆T_f     = Penurunan titik beku (^°C)

          T_f ^° = Titik beku pelarut murni (^°C)

          T_f     = Titik beku larutan(^°C)

 

 

Latihan 1.5

1.    Manakah yang mempunyai titik didih lebih tinggi, air murni atau air laut? Jelaskan jawabanmu.

 

2.    Manakah yang mempunyai titik beku lebih tinggi, air murni atau air laut? Jelaskan jawabanmu.

 

c.    Hubungan Konsentrasi Dengan ∆T_b Dan ∆T_f

Bagaimana hubungan konsentrasi larutan dengan kanaikan titik didih (∆T_b) dan penurunan titik beku (∆T_f)?

Percobaan-percobaan menunjukkan bahwa kenaikan titik didih maupun penurunan titik beku tidak bergantung pada jenis zat terlarut, tetapi hanya pada konsentrasi partikel dalam larutan. Oleh sebab itu, kenaikan titik didih (∆T_b) dan penurunan titik beku (∆T_f) sebanding dengan kemolalan larutan.

 

                                ∆T_b = K_b x m ………………… (1.1)

                                                ∆T_f = Kf x m  ………………… (1.2)

 

                dengan, ∆T_b = kenaikan titik didih

                             ∆T_f = penurunan titik beku

                              K_b  = tetapan kenaikan titik didih molal

                              K_f  = tetapan penurunan titik beku molal

                             m   = kemolalan larutan

            Harga K_b dan K_f bergantung pada jenis pelarut. Misal pada kenaikan titik didih (∆T_b), harga K_b yang bergantung pada jenis pelarutnya, misalnya etanol,harga K_b yang digunakan haruslahK_b etanol. Harga  K_b dan K_f dari beberapa pelarut diberikan pada Tabel 1.3.

Tabel 1.3 Tetapan Kenaikan Titik Didih Molal (K_b) Dan Tetapan Penurunan Titik Beku Molal (K_f) Dari Beberapa Pelarut

Pelarut	Titik Didih (°C)	Kb	Titik Beku (°C)	Kf
Air Asam Asetat Benzena Kloroform Kamfer Sikloheksana	100 118,3 80,2 61,2 - 80,7	0,52 3,07 2,53 3,63 - 2,69	0 16,6 5,45 - 178,5 6,5	1,86 3,57 5,07 - 37,7 20,0

Perhatikanlah contoh soal 1.2 berikut.

 

Contoh Soal 1.4 Menentukan Titik Didih Dan Titik Beku Larutan

Tentukan titik didih serta titik beku larutan yang mengandung 18 gram glukosa (M_r = 180) dalam 500 gram air. K_b air = 0,52 ^°C/m; K_f air = 1,86^°C/m

 

 

Jawab

Dik: g(glukosa) = 18 g

        M_r glukosa = 180

                     P    = 500 g

                K_b air = 0,52 ^°C/m

               K_f air = 1,86^°C/m

Dit: a. Titik didih larutan (T_b) = ...............................?

b.    Titik beku larutan ( T_f) = .............................?

 Kenaikan titik didih dan penurunan titik beku  bergantung pada kemolalan larutan. Oleh karena itu, yang harus dilakukan yaitu:

1.      Menentukan kemolalan larutan

2.      Menghitung ∆T_b dan ∆T_f dengan menggunakan rumus yang ada.

∆T_b = K_b x m dan  ∆T_f = K_f x m

                                           18 g

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

                                     180 g.mol^-1

                               = 0,1 mol

 

 

                                0,1 mol

Kemolalan larutan = --------------

                                  0,5 kg

                             = 0,2 mol.kg^-1

 

 

a.       Titik didih ∆T_b= m x K_b

                       = 0,2 x 0,52^°C.

                       = 0,104^°C.

Titik didih larutan = titik didih pelarut + ∆T_b

                         T_b = T_b^° + ∆T_b

                            = 100 + 0,104 ^°C

                            = 100,104 ^°C

 

b.      Titik beku ∆T_f = m x K_f

                      = 0,2 x 1,86 ^°C

                        = 0,372 ^°C

Titik beku larutan = titik beku pelarut - ∆T_f

                        T_f = T_f ^° - ∆T_f

                            = 0 – 0.372 ^°C

                               = -0,372^°C

 

Persamaan kenaikan titik didih dan penurunan titik beku, juga dapat dijabarkan sebagai berikut:

 

                                             1000           massa zat terlarut

                        ΔT_b = K_b  x ---------- x -------------------------------

                                               P                M_r zat terlarut

                                                         dan

                                          1000            massa zat terlarut

                      ΔT_f = K_f  x ----------- x  -----------------------------

                                            P               M_r zat terlarut

                       Keterangan:

                                            ∆T_b = kenaikan titik didih (^°C)

                                            ∆T_f = penurunan titik beku (^°C)

                                            K_b  = tetapan kenaikan titik didih molal (^°C/m)

                                            K_f  = tetapan penurunan titik beku molal (^°C/m)

                                            P   = massa zat pelarut (g)

                                                  g  = massa zat terlarut (g)

                                            M_r = massa molekul relatif

 

Perhatikanlah Contoh Soal 1.5 berikut.

Contoh Soal 1.5

1.    Sebanyak 34,2 gram sukrosa (M_r = 342) dilarutkan di dalam 500 gram air, pada suhu berapa larutan sukrosa mendidih? (K_b = 0,52 ^°C/m).

 

Jawab

     Dik : g (sukrosa) = 34,2 g

             M_r sukrosa   = 342

                        P     = 500 g   

                           K_b = 0,52 ^°C/m

     Dik : T_b =.............................?

     Penyelesaian:        

     ∆T_b = K_b x m

                                 massa glukosa         1000                    

            ∆T_b = K_b  x ----------------------  x ----------

                                       M_r                      P

                                  34,2        1000                   

                  = 0,52  x  -------- x ----------

                                   342          500

                                  (34,2 x 1000)

                   = 0,52 x  ------------------

                                    (342 x 500)

                                   34.200

                  = 0,52 x ---------------

                                  171.000

                   = 0,52 x 0,2

                   = 0,104 ^°C

 

                T_b= titik didih pelarut +  ∆T_b

                   = 100 + 0,104 ^°C

    = 100,104  ^°C

 

2.    Untuk menaikkan titik didih 500 mL air menjadi 100,1 ^°C, berapa massa glukosa yang harus dilarutkan? (K_b = 0,52 ^°C/m dan M_r = 180).

 

 

Jawab

       Dik : P = 500 mL

               T_b = 100,1  ^°C

              K_b = 0,52 ^°C/m

             M_r = 180         

    Dit : g (glukosa) =.....................?

       Penyelesaian:   

∆T_b= K_b x m

T_b - T_b^° = K_b x m

                                       massa glukosa         1000

     100,1 – 100 =  0,52 x ---------------------- x ---------

                                         M_r glukosa              p

                       massa glukosa         1000

0,1 =  0,52 x ---------------------- x  ---------

                            180                     500

 

                      massa glukosa x 2         

0,1 =  0,52 x ---------------------------

                              180

           0,52 x 2 x  massa glukosa         

0,1 =  ---------------------------------------

                           180

            1,04 x  massa glukosa         

0,1 =  -------------------------------

                     180 

0,1 x 180  = 1,04 x massa glukosa

          18  = 1,04 x massa glukosa

                             18

Massa glukosa = ---------

                           1,04 

                      = 17,3 gram

Jadi, massa glukosa yang harus dilarutkan = 17,3 gram.

            Penurunan tekanan uap suatu larutan karena adanya zat terlarut akan mempengaruhi titik beku dan titik didih larutan tersebut. Simpulan yang dapat diperoleh dari uraian singkat tentang kenaikan titik didih dan penurunan titik beku suatu larutan sebagai berikut.

a.       Kenaikan titk didih dan penurunan titik beku larutan encer berbanding lurus dengan konsentrasi molal pada tekanan tetap.

b.      Larutan encer yang terdiri atas zat terlarut dengan konsentrasi molalitas sama akan memiliki titik didih atau titik beku yang sama pada tekanan sama.

Tetapan K_{f dan} K_b  diperoleh dari data termodinamika (kalor lebur zat) dan eksperimen.