Materi Larutan Elektrolit

Sifat koligatif larutan elektrolit mempunyai harga yang lebih besar dibanding sifat koligatif larutan non elektrolit.

Misal: larutan NaCl 0,01 M memiliki penurunan titik beku 0,0359 , yaitu hampir 2x lebih besar daripada titik beku larutan urea 0,0100 M.

Hal ini terjadi karena adanya faktor yang disebut faktor Van’t Hoff pada larutan elektrolit yang dinyatakan dengan lambang ί.

Sifat koligatif bergantung pada konsentrasi partikel dalam larutan, baik partikel berupa atom, molekul/ion tetapi tidak tergantung pada jenis zat terlarut. Zat elektrolit dalam larutannya akan menjadi ion-ionnya baik sebagian/seluruhnya. Jadi, untuk konsentrasi yang sama larutan elektrolit memiliki jumlah partikel yang lebih banyak dibanding jumlah partikel dalam larutan non elektrolit.

1. Penurunan Tekanan Uap

Penambahan suatu zat kedalam zat cair menyebabkan penurunan tekanan uapnya. Hal ini disebabkan karena zat terlarut itu mengurangi bagian/fraksi dari pelarut sehingga kecepatan penguapan berkurang.

Menurut Roult

P=P_{o - ­­­­­­­­­­B ,} karena

A + X_B = 1 maka persamaan di atas dapat diperluas menjadi

P = P_O (1- X_A) Po – P = Po . X_A

P = P_O – P_A. X_{A A}

2. Kenaikan Titik Didih

Titik didih suatu cairan adalah suhu ketika tekanan uap cairan itu sama dengan tekanan luar. Oleh karena itu, titik didih tergantung pada tekanan uap yang berarti tergantung pula pada tempat cairan itu dipanaskan. Misalkan, cairan yang dipanaskan di daerah pantai berbeda dengan cairan yang dipanaskan di daerah pegunungan.

Selisih antara titik didih larutan dengan titik didih pelarut murninya disebut kenaikan titik didih larutan. Untuk itu kenaikan titik didih dinyatakan sebagai:

_{B =} K_{B .} m . / _B= K_{B .} m . ()

Kenaikan titik didih tidak bergantung pada jenis zat terlarut tetapi hanya bergantung pada konsentrasi larutan.

3. Penurunan Titik Beku

Titik beku suatu cairan adalah suatu tekanan uap cairan itu sama dengan tekanan uap dalam keadaan padat. Pada pembekuan suatu larutan yang mengalami pembekuan adalah hanya pelarutnya saja sedang zat terlarutnya tidak ikut membeku.

Adanya zat terlarut mengakibatkan suatu pelarut semakin sulit membeku, akibatnya titik beku larutan akan lebih rendah dibandingkan dengan titik beku larutan murninya. Selisih antara titik beku larutan dengan titik beku pelarut murninya tersebut. Penurunan titik beku larutan yang dinyatakan sebagai:

­ _f = m . K_f (1+ a (n - 1))

Kf(1+a(n-1))

Penurunan titik beku tidak tergantung pada jenis zat, tetapi tergantung pada konsentrasi larutan.

4. Tekanan Osmosis

Osmosis adalah perpindahan pelarut dari larutan encer ke larutan yang lebih pekat melalui selaput semi permeable. Tekanan osmosis adalah tekanan yang diperlukan untuk menghentikan aliran pelarut dari larutan encer ke larutan yang pekat.

Tekanan osmosis merupakan sifat koligatif larutan karena hanya dipengaruhi oleh konsentrasi larutan tanpa dipengaruhi jenis zat terlarut. Untuk menghitung besarnya tekanan osmosis dapat digunakan rumus:

­­­­­­­­­_­­­­­­­­­° = CRT (1 + α (n - 1))

1. Mekanisme Penghantar Listrik

Aliran listrik melalui suatu konduktor (penghantar) melibatkan perpindahan elektron dari potensial negatif yang tinggi ke potensial lainnya yang lebih rendah. Dalam penghantar elektronik, seperti padatan dan lelehan logam, penghantaran berlangsung melalui perpindahan elektron langsung melalui penghantar dengan pengaruh dari potensial yang di terapkan. Dalam hal ini atom-atom penyusun penghantar tidak terlibat dalam proses tersebut. Akan tetapi pada penghantar elektrolitik, yang mencakup larutan elektrolit dan lelehan garam-garam, penghantaran berlangsung melalui perpindahan ion-ion baik positif maupun negatif menuju elektroda-elektroda.

Mekanisme elektrolisis bahwa elektron masuk dan keluar dari larutan terjadi melalui perubahan kimia pada elektroda-elektrodanya.

2. Coulometer

Jumlah listrik yang mengalir melalui sirkuit dapat dianalisis dari jumlah zat yang terlibat dalam reaksi. Alat yang di gunakan untuk tujuan ini adalah Coulometer, dengan menerapkan hukum faraday tentang elektrolisis. Faraday menemukan bahwa massa zat yang terlibat dalam reaksi pada elektroda berbanding lurus dengan jumlah listrik yang mengalir pada larutan (lelehan) elektrolit.

Macam coulometer:

a) Coulometer iodium yaitu coulometer yang menghasilkan ketepatan yang tinggi

b) Coulometer tembaga akan tetapi hasilnya tidak terlalu akurat

c) Coulometer perak umumnya dipakai untuk pekerjaan-pekerjaan yang teliti

Untuk menentukan jumlah listrik yang mengalir dalam suatu sel, coulometer disusun secara seri dengan sel tersebut dan dibiarkan sepanjang arus dialirkan.

3. Bilangan Angkut

Arus listrik dihantarkan oleh larutan melalui perpindahan ion-ion positif dan negatif dalam larutan. Akan tetapi fraksi dari arus total yang dibawa oleh masing- masing ion tidaklah sama. Misalnya dalam larutan encer magnesium sufat, ion magnesium membawa 0,38 dari total arus listrik, sementara ion sulfat membawa sisanya yakni 0, 62 bagian dari total arus listrik. Demikian pula dalam larutan asam nitrat encer, ion nitrat hanya membawa 0,16 kelebihan dari arus total, sementara ion hydrogen 0,84. Ion sulfat dan ion hydrogen dalam dua larutan di atas membawa fraksi arus total yang lebih besar dibandingkan dengan pasangan ionya dalam masing-masing larutan tersebut karena ion-ion tersebut bergarak lebih cepat dari ion-ion yang lain. Jika kedua ion dalam larutan bergerak dengan kecepatan yang sama, maka masing-masing ion akan membawa jumlah listrik yang sama pada waktu tertentu. Akan tetapi jika kecepatan ion-ion ini tidak sama, maka dalam periode tertentu, ion yang lebih cepat akan membawa fraksi arus yang lebih besar. Fraksi dari arus total yang dibawa oleh masing-masing ion dalam larutan disebut juga dengan bilangan angkut.

Penentuan Bilangan Angkut

Ada dua cara untuk menentukan bilangan angkut yaitu:

a) Penentuan bilangan angkut dengan cara hittorf

Penentuan ini didasarkan pada perubahan konsentrasi elektrolit di sekitar elektroda-elektroda yang disebabkan oleh aliran listrik melalui elektrolit. Prinsip cara ini adalah dengan membagi sel ke dalam tiga bagian yakni daerah anoda, tengah, dan katoda.

b) Penentuan bilangan angkut dengan cara pergerakan batas (moving boundary)

Penentuan ini didasarkan pada penambahan konsentrasi larutan di sekitar elektrodanya, maka cara gerakan batas didasarkan pada pergerakan ion-ion ketika beda potensial diterapkan.

Elektrolit yang dipelajari dimasukkan ke dalam alat sebagai lapisan atas, sementara lapisan bawahnya merupakan larutan suatu garam dengan anion yang sama dan kaionnya harus mempunyai mobilitas yang lebih kecil dari kation elektrolit yang dipelajari. Sebagai contoh jika larutan KCl yang akan dipelajari, digunakan sebagai lapisan atas dan lapisan bawahnya biasanya menggunakan larutan CdCl. Mobilitas Cd lebih kecil daripada K. saat arus dialirkan anion, Cl bergerak turun ke anoda, sementara Cd dan Kbergerak naik ke katoda. Saat ion K naik tempatnya digantikan oleh Cd , karena itu perbatasan antara kedua larutan juga bergerak naik. Dengan mengetahui volume yang dilewati perbatasan yang bergerak tadi untuk sejumlah listrik yang dilewatkan ke dalam sel dapat dihitung bilangan angkut K. Misalnya volume yang dilewati gerakan perbatasan adalah dari a ke b, jumlah listrik yang dialirkan saat pergerakan pindah dari a ke b tersebut sebesar Q. (dapat ditentukan dari coulometer). Jika konsentrasi larutan KCl adalah C, maka konsentrasi Kjuga C, berarti K yang berpindah dari a ke b adalah sebesar V x C. Dengan mengetahui jumlah mol K yang pindah dapat dihitung jumlah muatan yang diangkutnya, dengan demikian maka dapat ditentukan

4. Hantaran Larutan

Penghantar listrik merupakan fenomena transport, yakni perpindahan sesuatu yang bermuatan (baik dalam bentuk elektron maupun ion) melalui sistem. Oleh karena itu hukum atau persamaan yang berlaku untuk penghantar logam juga berlaku untuk penghantar yang lainya termasuk elektrolit.

Salah satu persamaan penting dalam membicarakan hantaran listrik adalah:

I=∆ ǿ/R (2.27)

Yang dikenal sebagai hukum ohm. Pada persamaan tersebut, I merupakan kuat arus yang mengalir melalui medium (konduktor), ∆ ǿ beda potensial listrik sepanjang medium dan R tahanan dari medium. Dalam sistem SI, kuat arus dinyatakan dalam ampere (A), perbedaan potensial dalam volt (v) dan tahanan dalam ohm (Ω ). Tahanan sepanjang medium bergantung pada ukuran dari konduktor. Untuk konduktir dengan luas penampang yang sama:

R=pl/A (2.28)

Dimana l =panjang Ω cm

A= luas penampang cm

P= tahanan jenis (cm)

R= tahanan dari medium ohm (Ω)

Tahanan jenis merupakan sifat khas dari zat penyusun konduktor.kebalikan dari tahanan adalah hantaran, l dan kebalikan dari tahanan jenis adalah jenis atau daya hantar jenis, dari symbol huruf Yunani , k (dibaca: kappa) :

L== (2.29)

Hantaran mempunyai satuan Ω hantaran jenis mempunyai satuan Ω cm atau Ωcm dalam sistem SI, hantaran mempunya satuan Siemens, S (S= Ω).

Pengukuran hantaran jenis larutan

Hantaran jenis larutan tidak dapat diukur langsung, yang dapat diukur langsung adalah tahanan dari suatu larutan elektrolit. Selanjutnya hantaran jenis dapat digunakan dengan menggunakan persamaan (2.29).

Tahanan ,R, dari suatu larutan elektrolit tidak dapat diukur dengan baik jika digunakan arus searah, karena akan terjadi peristiwa, karena akan terjadi elektrolisis yang mengakibatkan perubahan konsentrasi elektrolit dan penumpukan hasil elektrolisis pada elektroda akan mengubah tahanan larutan. Untuk menghilangkan hal tersebut digunakan arus bolak-balik. Elektroda yang digunakan adalah platina yang dilapisi platina hitam.

Untuk memaksimumkan kepekaan dalam pengukuran larutan dengan hantaran tinggi diperlukan suatu sel dengan tetapan sel yang tinggi.

Suatu larutan dengan konsentrasi yang berbeda akan mempunyai hantaran jenis yang berbeda, karena volume larutan dengan konsentrasi berbeda mengandung ion yang berbeda. Karena itu, untuk memperoleh ukuran kemampuan mengangkut listrik dari sejumlah tertentu elektrolit, disebut hantaran miolar. Istilah lain yakni hantaran ekivalen, yang dulu sering digunakan. Dalam hal ini hantaran dinyatakan dalam bentuk jumlah muatan individual yang diangkut.

Hantaran molar

Meskipun hantaran jenis dapat diukur dengan mudah, tetapi besaran ini tidak biasa digunakan dalam membahas proses penghantaran dalam suatu larutan elektrolit. Suatu larutan dengan konsentrasi yang berbeda akan mempunyai hantaran jenis yang berbeda karena volume larutan dengan konsentrasi berbeda mengandung jumlah ion yang berbeda. Karena itu untuk memperoleh ukuran kemampuan mengangkut listrik dari sejumlah tertentu elektrolit, di definisikan hantaran molar, A

A= (2.31)

Dengan C konsentrasi elektrolit. (perhatikan bahwa hantaran molar bukan hantaran jenis per mol), melainkan hantaran jenis persatuan konsentrasi molar.

Keberegantungan Hantaran Molar Terhadap Konsentrasi

Berdasarkan hantarannya, elektrolit dibedakan menjadi dua, yakni elektrolit kuat (garam-garam dan sebagian asam seperti nitrat,sulfat, klorida) dan elektrolit lemah (seperti asam asetat dan asam organik lainya). Elektrolit kuat mempunyai hantaran molar yang lebih tinggi dan dengan pengenceran mengalami kenaikan yang tidak terlalu besar. Sedangkan elektrolit lemah mempunyai hantaran yang jauh lebih rendah pada konsentrasi tinggi, tetapi nilainya meningkat tajam dengan semakin encernya larutan.

Untuk elektrolit kuat yang tidak mengandung asosiasi ion, konsentrasi ionnya berbanding lurus dengan konsentrasi elektrolitnya. Hal ini terjadi karena ada antaraksi diantara ion-ion yang mempengaruhi hantaran jenisnya. Interaksi ini berubah dengan berubahnya konsentrasi.

Menurut Kohlrausch, pada pengenceran tak hingga dimana disosiasi untuk semua elektrolit berlangsung sempurna dan semua gaya antar ion hilang, masing-masing ion dalam larutan bergerak bebas dan tidak bergantung pada ion pasangannya. Kontribusinya terhadap daya hantar molar hanya bergantung pada sifat dari ionnya tersebut. Jadi gaya hantar molar setiap elektrolit pada pengenceran tak hingga merupakan jumlah dari daya hantar molar ion-ionnya pada pengenceran tak hingga.

Mobilitas Ion

Hantaran molar ion-ion di definisikan sebagai:

=zFudan = z z Fu (2.34)

Maka : A= v + v

u=/zF dan u=/zF (2.35)

Dengan u dan u di sebut sebagai mobilitas kation dan anion.

Kuat arus dalam suatu larutan elektrolit merupakan penjumlahan dari kuat arus yang diangkut oleh masing-masing ion. Jika daya hantar ionnya besar, maka mobilitasnya juga besar. Pada konsentrasi elektrolit tertentu, mobilitas ion juga tertentu dan berbeda harganya pada konsentrasi yang berbeda. Dan mobilitas tergantung pada konsentrasi.

Penerapan Dari Pengukuran Daya Hantar

Pengukuran yang relative mudah dan akurat dapat diterapkan dalam banyak hal. Berikut contoh dari penerapan tersebut

Titrasi konduktometri

Pengukuran daya hantar dapat digunakan untuk menentukan titik akhir titrasi. Sebagai contoh kita tinjau titrasi asam basa. Pertama kita kaji dulu titrasi asam kuat seperti asam klorida (HCI) oleh basa kuat seperti NaOH. Daya hantar H dan OH jauh lebih besar dari pada kation-kation dan anion-anion lainnya. Sebelum ditambahkan basa, larutan HCl mengandung banyak iaon H yang menyebabkan daya hantar larutan tersebut tinggi. Ketika ditambahkan basa ion H dari HCl akan bereaksi dengan OH dari NaOH membentuk air dan H yang bereaksi digantikan oleh Na (dari basa) yang daya hantarnya lebih rendah. Sehingga daya larutan turun. Demikian seterusnya sampai penambahan basa mencapai titik ekivalen. Penambahan basa selanjutnya akan meningkatkan kembali daya hantar karena larutan sekarang kelebihan Na dan OH.

Penentuan Hasil Kali Kelarutan

Kelarutan garam-garam yang sukar larut dapat ditentukan melalui pengukuran daya hantarnya. Contohnya barium sulfat, kita buat larutan jenuh dari garam tersebut dalam air yang hantaran jenisnya diketahui. Kemudian hantaran jenis larutan jenuhnya diukur. Selisih hantaran jenis yang dihasilkan merupakan hantaran jenis untuk garamnya sendiri.

Yang dibutuhkan dalam keaktifan ion ini adalah besaran yang selaras dengan konsentrasi, yaitu jumlah yang sebenarnya ion yang ada mengungkapkan kemampuannya untuk menentukan sifat-sifat untuk ambil bagian dalam suatu reaksi kimia atau mempengaruhi posisi kesetimbangan. Parameter itu disebut sebagai keaktifan, α dan dihubungkan terhadap konsentrasi, C oleh hubungan sederhana yakni:

α_i = γ_i C_i

γ_i adalah koefisien keaktifan yang dapat memiliki bentuk berbeda sesuai dengan satuan konsentrasi yang digunakan. Potensial kimia (μ_i) dari suatu spesi diungkapkan dalam bentuk:

μ_i = (μ_i)_x + RT ln x_i γ_i

μ_i = (μ_i)_c + RT ln c_i γ_i

μ_i = (μ_i)_m + RT ln m_i γ_i

dengan :

x = fraksi mol

c = kemolaran

m = kemolalan

Untuk elektrolit, potensial kimia kation dan anion yang dinyatakan dalam skala kemolalan:

μ₊ = μ₊ + RT ln m₊ γ₊

dan μ_- = μ_- + RT ln m_- γ_-

Potensial kimia elektrolit, μ_i sebagai keseluruhan potensial kimia kation dan anion, μ₊ dan μ_- dinyatakan dengan:

μ_i = ν₊ μ₊ + ν_- μ₊

Disubstitusi yang menghasilkan:

μ_i = ν₊ μ₊ + ν_- μ_- + ν₊ RT ln m₊γ₊ + ν_- RT ln m_-γ_-

= ν₊ μ₊ + ν_- μ_- + RT ln(γ)^ν+(γ_-) ^ν-(m₊) ^ν+(m_-)^ν-

Karena μ₊ dan μ_- tidak dapat ditentukan secara eksperimen, maka koefisien keaktifan rata-rata γ_± dari elektrolit M_ν+ X_ν- sebagai

(γ_± )^ν = (γ)^ν+(γ_-) ^ν-

Dengan ν = ν₊ + ν_-

ν₊ dan ν_- masing-masing koefisien stoikiometris kation dan anion.

Penentuan Koefisien Keaktifan Elektrolit

Cara yang sama dapat digunakan untuk menentukan koefisien keaktifan elektrolit yang tidak menguap. Uraian dibatasi hanya untuk elektrolit kuat i dengan rumus M_ν+ X_ν-. Potensial kimia pelarut dapat dinyatakan dalam bentuk skala fraksi mol:

μ_A = μ_A + RT ln α_A

Tekanan uap pelarut dalam elektrolit, dinyatakan dengan:

ρ_A = α_A ρ_A’

Karena terlarut diasumsikan tidak mudah menguap, maka ρ_A sama dengan tekanan uap dari larutan, dapat digunakan untuk menentukan keaktifan dan koefisien keaktifan pelarut melalui pengukuran tekanan uap. Dengan menggunakan potensial kimia untuk pelarut: μ_A = μ_A + RT ln γ_x,A x_A dan potensial kimia untuk elektrolit sebagai terlarut.

1. Sifat koligatif larutan elektrolit mempunyai harga yang lebih besar dibanding sifat koligatif larutan non elektrolit.

2. Aliran listrik melalui suatu konduktor (penghantar) melibatkan perpindahan elektron dari potensial negatif yang tinggi ke potensial lainnya yang lebih rendah

3. Yang dibutuhkan dalam keaktifan ion adalah besaran yang selaras dengan konsentrasi, yaitu jumlah yang sebenarnya ion yang ada mengungkapkan kemampuannya untuk menentukan sifat-sifat untuk ambil bagian dalam suatu reaksi kimia atau mempengaruhi posisi kesetimbangan

1. Larutan 0,5 molal glukosa dibandingkan dengan larutan 0,5 molal garam dapur. Tentukan konsentrasinya!

2. Hitunglah penurunan tekanan uap air bila 45 gram glukosa (M_r = 180) dilarutkan dalam 90 gram air! Diketahui tekanan uap air murni pada 20^oC adalah?

3. Hitunglah kenaikan titik didih K­­­­₂ SO₄ 17,4 gram yang memiliki massa jenis 250 gram!K_B = 0,52, α = 1/Mr K₂ SO₄ = 174

4. Hitunglah titik beku larutan kalsium klorida 0,52 M bila di ketahui K_f = 1,86, α = 1 !

5. Hitunglah tekanan osmosis dari kalsium klorida 0,54 M, bila diketahui α = 1 dan pada suhu 27^OC!

6. Bilangan angkut Nadalam larutan NaCl 0,020 M. ditentukan dengan cara gerakan batas. Batas antara larutan NaCl dan CdCl bergerak sejauh 6,00 cm dalam waktu 34,5 menit dengan kuat arus 1,60 mA. Luas penampamg sel 0,120 cm.

7. hitung bilangan angkut Na!

8. Pengertian dari Coulometer?

9. Ada berapa macam Coulometer?Ada berapa penentuan dalam bilangan angkut?

10. Persamaan hantaran listrik ?

Share artikel ke :

Facebook Twitter Google+