Pengertian Sifat Koligatif Larutan beserta Rumus dan Contoh Soal

Quipperian, tahukah kalian kalau larutan punya sifat yang unik dan khas? Sifat unik tersebut dinamakan sifat koligatif larutan.

Apa itu sifat koligatif larutan? Mari kita simak bersama sampai habis, pembahasan mengenai sifat koligatif larutan.

Apa yang dimaksud dengan sifat koligatif larutan?

Hukum Roult merupakan dasar dari sifat koligatif. Kata koligatif berasal dari kata dalam Bahasa Latin, yaitu colligare yang berarti berkumpul bersama. Maka dari itu, sifat ini bergantung pada pengaruh kebersamaan (kolektif) semua partikel dan tidak pada sifat serta keadaan partikel.

Untuk memahami tentang sifat koligatif larutan, mari perhatikan gambar di bawah ini.

Dari gambar di atas dapat dilihat, bahwa ketiga gambar tersebut memiliki jenis zat terlarut dan ukuran zat terlarut yang beda. Akan tetapi, jumlah partikel zat terlarutnya sama, sehingga yang dimaksud dengan sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang tidak bergantung pada jenis dan ukuran zat terlarut, tapi hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut.

Jadi, semakin banyak jumlah zat terlarut, maka sifat koligatif larutan akan semakin besar. Sifat koligatif sendiri hanya memandang “kuantitas”, bukan “kualitas”. Oleh sebab itu, sifat larutan, seperti rasa, warna, dan kekentalan (viskositas) merupakan sifat-sifat yang bergantung pada jenis zat terlarut yang tercampur dalam larutan.

Terdapat empat sifat koligatif larutan, yaitu penurunan tekanan upa, kenaikan titik didih, penurunan titik beku, dan tekanan osmosis. Sifat koligatif larutan juga terbagi menjadi dua jenis, yaitu sifat koligatif larutan elektrolit dan sifat koligatif larutan nonelektrolit. Selain itu, larutan yang memiliki sifat koligatif haruslah memenuhi dua asumsi, yaitu:

1. Zat terlarut yang dicampurkan dalam larutan memiliki sifat tidak mudah menguap, sehingga tidak memberikan kontribusi pada uapnya.
2. Zat terlarut tidak larut dalam pelarut padat.

Apa yang dimaksud dengan sifat koligatif larutan elektrolit dan nonelektrolit?

Sifat Koligatif Larutan Elektrolit

Larutan elektrolit merupakan larutan yang bisa menghantarkan arus listrik. Hal tersebut dapat terjadi karena larutan elektrolit dapat menghasilkan ion-ion yang bergerak bebas dalam larutannya.

Contoh sifat koligatif larutan elektrolit dapat dilihat dari larutan garam (NaCl) yang dilarutkan ke dalam air. Dengan begitu, maka ion Na+ dan ion Cl- pun dihasilkan, dan kita akan mendapati bahwa jumlah ion terlarutnya menjadi dua ion yang bisa menghantarkan arus listrik.

Sifat Koligatif Larutan Nonelektrolit

Larutan nonelektrolit merupakan kebalikannya dari larutan elektrolit. Larutan nonelektrolit tidak dapat menghantarkan arus listrik, sebab molekul-molekul zat terlarutnya tidak terionisasi di dalam larutanya.

Hal tersebut kemudian menyebabkan tidak terbentuknya beda potensial dalam larutan, sehingga listrik tidak dapat mengalir pada larutan nonelektorlit. Contoh dari larutan nonelektrolit adalah larutan pemanis atau gula, seperti glukosa, sukrosa dan maltosa. Selanjutnya pada larutan urea (CON2H4), serta larutan alkohol, seperti metanol, etanol dan propanol.

Ada berapa sifat koligatif larutan?

Ada 4 (empat) sifat koligatif larutan, yaitu:

Penurunan tekanan uap (∆P)

Tekanan uap adalah ukuran tendensi molekul-molekul cairan untuk melepaskan diri dari cairan di sekitarnya, dan berubah menjadi uap. Umumnya, molekul cairan yang berubah menjadi uap adalah molekul yang berada di permukaan.

Namun, jika pelarut tersebut di masukkan suatu zat terlarut yang sukar menguap, sehingga menjadi suatu larutan. Maka hanya sebagian pelarut yang akan menguap pada suhu tertentu, karena sebagian lagi terhalang oleh partikel-partikel zat terlarut untuk menguap. Sebab uapnya sedikit, maka tekanan uap jenuhnya pun lebih kecil.

Selisih antara tekanan uap pelarut murni dengan tekanan uap pelarut dalam larutan lah yang disebut sebagai penurunan tekanan uap jenuh larutan (∆P). Besarnya penurunan tekanan uap jenuh larutan ini pun diselidiki oleh Raoult dengan rumus sebagai berikut:
ΔP = Xt x Pᵒ

Jika tekanan uap pelarut di atas larutan dilambangkan P, maka rumusnya menjadi:
∆P = Po – P

Jika komponen larutan terdiri dari pelarut dan zat terlarut, maka tetapan rumusnya sebagai berikut: 
Xp + Xt = 1,      maka Xt = 1 – Xp.

Persamaan akan menjadi:

ΔP = Xt x Pᵒ
Pᵒ – P = (1 – Xp) x Pᵒ
Pᵒ – P = Pᵒ – Xp x Pᵒ

Keterangan:

ΔP = Penurunan tekanan uap (mmHg)
Xp = Fraksi mol pelarut
Xt = Fraksi mol terlarut
P° = Tekanan uap jenuh dari zat pelarut murni (mmHg)
P = Tekanan uap larutan (mmHg)

Contoh Soal Penurunan Tekanan Uap dan Penyelesaian

Tentukan tekanan uap jenuh air pada larutan yang mengandung 12 % massa urea CO(NH₂)₂, jika diketahui Mr = 60 gram/mol.

Penyelesaian:

Kenaikan titik didih (∆Tb)

Titik didih adalah titik dimana air mendidih. Titik didih terjadi saat tekanan uap larutan sama dengan tekanan udara yang berada di luar.

Misalnya, titik didih normal air adalah 100^oC. Titik didih air di daerah yang memiliki tekanan udara lebih rendah, seperti daerah pegunungan akan memiliki suhu lebih rendah dari 100^oC. Kemudian, semakin rendah tekanan udara luar, maka semakin rendah pula titik didihnya, sehingga air akan lebih cepat mendidih di tempat tinggi.

Oleh sebab itu, karena terjadinya penurunan tekanan uap larutan oleh keberadaan zat terlarut non-volatil, maka dibutuhkan kenaikan suhu untuk menaikkan tekanan uap larutan hingga sama dengan tekanan udara luar. Jadi, keberadaan zat terlarut dalam pelarut akan mengakibatkan terjadinya kenaikan titik didih.

Adapun hubungan antara banyaknya partikel zat terlarut dengan nilai kenaikan titik didih larutan (ΔTb), dinyatakan sebagai selisih antara titik didih larutan (Tb) dengan titik didih pelarut murni (Tb_o). Demikian, adapun rumus kenaikan titik didih larutan sebagai berikut.

ΔTb = Tb – Tb°

Secara umum, semakin banyak partikel zat terlarut yang terlarut dalam pelarut, maka kenaikan titik didih larutan (ΔTb) akan semakin besar, yang berakibat titik didih larutan (Tb) akan semakin tinggi, sehingga persamaan untuk menentukan perubahan titik didih sebanding dengan hasil kali molalitas (m) dengan nilai kenaikan titik didih molal (Kb).

ΔTb = m x Kb

Keterangan:

Tb = Titik didih pada larutan (°C)

Tb° = Titik didih pada pelarut (°C)

ΔTb = Kenaikan titik didih (°C)

m = Molalitas larutan (molal)

Kb = Tetapan kenaikan titik didih molal (°C/molal)

Contoh Soal Kenaikan Titik Didih dan Penyelesaian

Penurunan titik beku (∆Tf)

Titik beku adalah titik dimana air mulai membeku. Titik beku normal suatu zat merupakan suhu ketika zat tersebut meleleh atau membeku pada tekanan 1 atm (keadaan normal). 

Jika suatu zat terlarut ditambahkan dalam suatu pelarut murni hingga menjadi larutan, maka titik beku pelarut murni akan mengalami penurunan. Misalnya, titik beku normal air adalah 0^oC. Akan tetapi, dengan adanya zat terlarut pada suhu 0^oC, air bisa mejadi belum membeku. 

Selisih titik beku pelarut (Tf^o) dengan titik beku larutan (Tf) yang kemudian disebut penurunan titik beku (ΔTf). Berikut rumus penurunan titik beku:

ΔTf = Tf° – Tf

Menurut Hukum Backman dan Raoult, penurunan titik beku dan kenaikan titik didih berbanding langsung dengan molalitas yang ikut terlarut di dalamnya. Berikut rumus persamaan untuk menentukan penurunan titik beku yang sebanding dengan hasil kali molalitas (m) dengan nilai penurunan titik beku molal (Kf).

ΔTf = m x Kf

Keterangan:

Tb = Titik beku larutan (°C)

Tf° = Titik beku pelarut (°C)

ΔTf = Penurunan titik beku (°C)

m = Molalitas larutan (molal)

Kf = Tetapan penurunan titik beku molal (°C/molal)

Contoh Soal Penurunan Titik Beku dan Penyelesaian

Tekanan osmosis (π)

Peristiwa osmosis adalah sebuah proses perpindahan molekul pelarut dari larutan encer ke larutan yang lebih pekat, atau dari pelarut murni ke suatu larutan melalui selaput semipermeabel. Apa itu selaput semipermeabel? Selaput semipermeabel merupakan selaput/membran yang hanya dapat dilalui oleh molekul pelarut, tapi tidak dapat dilalui oleh molekul zat terlarut.

Peristiwa osmosis akan berlangsung hingga mencapai suatu kesetimbangan. Hal tersebut ditandai dengan berhentinya perubahan yang terjadi pada volume larutan. Perbedaan volume dua larutan pada kesetimbangan itulah yang kemudian menghasilkan suatu tekanan yang disebut dengan tekanan osmosis.

Tekanan osmosis juga dapat diartikan sebagai tekanan yang diberikan untuk mencegah terjadinya peristiwa osmosis. Menurut Van’t Hoff, tekanan osmosis pada larutan-larutan encer dapat dihitung menggunakan rumus yang serupa dengan persamaan gas ideal, yaitu:

PV = nRT atau πV = nRT
dengan mol atau Volume menyatakan kemolaran larutan (M), maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut.

π = MRT

Keterangan:

π = tekanan osmosis (atm)
R = tetapan gas (0,082 atm L/mol K)
T = suhu (K)
M = molaritas (mol/L)
V = volume larutan (L)

Contoh Soal Tekanan Osmosis dan Penyelesaian

Rumus Sifat Koligatif Larutan Elektrolit dan Nonelektrolit

Adapun pada larutan elektrolit dan nonelektorlit, maka rumus sifat koligatif larutan menjadi seperti berikut.

Penerapan sifat koligatif larutan dalam kehidupan sehari-hari

Penerapan Penurunan Tekanan Uap Pelarut

1. Mendapatkan Benzena Murni menggunakan pemisahan campuran dengan distilasi bertingkat, menggunakan prinsip perbedaan tekanan uap antara zat pelarut dengan zat terlarut.
2. Membuat kolam apung, yaitu kolam yang memiliki kadar garam sangat tinggi, bahkan 10 kali lipat tingginya dibandingkan kadar garam rata-rata dilautan, sehingga air sulit menguap karena tekanan uap pelarut menurun disebabkan konsentrasi kadar garam yang sangat tinggi. Oleh karena itu, saat kita berenang di sini, kita akan mengapung atau tidak akan tenggelam.

Penerapan Kenaikan Titik Didih Larutan

1. Distilasi proses pemisahan senyawa dalam suatu larutan dengan cara pendidihan. Kita hanya perlu menaikan suhu larutan yang akan dipisahkan dengan zat terlarutnya secara perlahan, agar zat terlarut itu menguap dan dapat dipisahkan dengan pelarutnya.
2. Penambahan garam saat memasak setelah air mendidih. Hal ini bertujuan mencegah proses pemasakan jadi tidak terlalu lama.

Penerapan Penurunan Titik Beku

1. Membuat campuran pendingin pada es putar
   Cairan pendingin merupakan larutan yang memiliki titik beku jauh di bawah 0°C. Pada proses pembuatan es putar, cairan pendingin dibuat menggunakan cara mencampurkan garam dapur dengan kepingan es batu ke dalam sebuah bejana yang berlapis kayu. Dalam pencampuran tersebut, es batu akan mencair, sedangkan suhu campuran akan turun secara perlahan. 

   Sementara itu, campuran bahan pembuat es putar dimasukkan dalam bejana lain yang terbuat dari bahan stainless steel, yang kemudian dimasukkan ke dalam cairan pendingin, sambil diaduk secara terus-menerus, sehingga campuran membeku.

2. Membuat zat antibeku pada radiator mobil
   Untuk mengatasi air radiator agar tidak mudah membeku, maka ditambahkan cairan yang sulit membeku, yaitu etilen glikol, sehingga air radiator tidak mudah membeku karena terjadi penurunan titik beku cairan radiator.

3. Mencairkan Salju di Jalan Raya
   Untuk membersihkan salju di jalan raya, kita hanya butuh menaburinya dengan campuran garam NaCl dan CaCl₂. Penaburan menggunakan campuran garam tersebut akan menurunkan titik beku salju di jalan, sehingga salju kembali menjadi air. Semakin tinggi konsentrasi garam yang dicampurkan, maka makin menurun titik bekunya, sehingga salju akan makin banyak yang mencair.

4. Antibeku dalam Tubuh Hewan
   Zat antibeku yang berada dalam tubuh hewan-hewan di kutub utara maupun di kutub selatan sangat membantu keberlangsungan hidup mereka, agar tidak membeku atau mati.

5. Penambahan Antibeku Pada Minyak Kelapa
   Minyak kelapa tradisional umumnya cepat membeku pada pagi hari, karena memiliki titik beku yang tinggi. Untuk mengatasi hal itu, maka kita perlu menambahkan garam-garaman atau vitamin E agar terjadi penurunan titik beku, sehingga minyak kelapa tidak mudah membeku pada suhu rendah.

Penerapan Tekanan Osmosis

1. Tekanan osmosis dalam sel darah merah.
2. Membuat cairan fiologis. Penerapan tekanan osmosis di sini terjadi pada peristiwa masuknya larutan infus ke dalam tubuh, melalui pembuluh darah. Cairan infus yang dimasukkan harus isotonik dengan cairan intrasel, agar tidak terjadi peristiwa osmosis, baik ke dalam ataupun ke luar sel darah. Dengan begitu, sel-sel darah jadi tidak akan mengalami kerusakan.
3. Membasmi Lintah dan Keong Mas dengan menaburkan sejumlah garam dapur (NaCl) ke permukaan tubuh hewan lunak tersebut.
4. Pengawetan makanan menggunakan garam dapur dapat membunuh mikroba penyebab makanan busuk, yang berada di permukaan makanan, sehingga makanan akan tetap awet.
5. Penyerapan air oleh akar tanaman dari dalam tanah adalah melalui proses osmosis.

Demikian, itulah pembahasan ringkas mengenai sifat unik dan khas yang dimiliki oleh larutan. Jika Quipperian masih penasaran dengan sifat koligatif larutan bekerja, kalian bisa langsung bergabung dengan Quipper Video untuk mempelajarinya lebih detil melalui video pembelajaran yang disediakan. Ayo, bergabung sekarang juga!