Sifat koligatif

Dalam larutan yang cukup encer dan mendekati ideal, beberapa sifat terutama bergantung pada jumlah partikel terlarut, bukan identitas kimianya. Mekanisme bersama adalah turunnya potensial kimia pelarut ketika zat terlarut dicampurkan.

Penurunan tekanan uap dan hukum Raoult

P₁ = x₁P°₁

Zat terlarut nonvolatil menurunkan kecenderungan pelarut keluar ke fase uap. Untuk larutan ideal, P₁=x₁P₁°; karena x₁<1, tekanan uap pelarut dalam larutan lebih rendah daripada pelarut murni. Interaksi molekul yang berbeda dari pencampuran ideal dapat menimbulkan deviasi positif atau negatif.

Kenaikan titik didih dan penurunan titik beku

ΔT_b = iK_bm · ΔT_f = iK_fm

Tekanan uap yang lebih rendah membuat larutan harus dipanaskan lebih tinggi agar tekanan uap menyamai tekanan luar, sehingga titik didih naik; fase cair juga stabil hingga suhu lebih rendah sebelum membeku. ΔT_b=iK_bm dan ΔT_f=iK_fm memakai m sebagai mol zat terlarut per kg pelarut dan i sebagai jumlah partikel efektif.

Tekanan osmotik

π = iMRT

Untuk larutan encer berlaku π=iMRT. Ini adalah perbedaan tekanan yang diperlukan untuk menghentikan aliran netto pelarut melalui membran semipermeabel. Tekanan ini berguna untuk memperkirakan massa molar makromolekul; osmosis balik memakai tekanan lebih besar dari π untuk desalinisasi.

Elektrolit dan faktor van ’t Hoff

NaCl ideal memberi dua ion dan menyarankan i≈2; CaCl₂ mendekati 3. Nilai nyata sering lebih kecil karena ion saling berinteraksi dan tidak bertindak sebagai partikel bebas sempurna. Nonelektrolit seperti sukrosa memiliki i dekat 1 bila tidak berasosiasi atau terdisosiasi.

Molalitas, bukan molaritas, untuk rumus perubahan suhu

Molalitas memakai massa pelarut, yang hampir tidak berubah dengan suhu, sedangkan volume larutan berubah akibat pemuaian. Karena itu m lebih tepat untuk ΔT_b dan ΔT_f. Larutan pekat tetap memerlukan aktivitas alih-alih konsentrasi mentah.

Menggunakan efek koligatif sebagai pengukuran

Massa molar dari penurunan titik beku

Dari massa zat tak dikenal, massa pelarut, dan ΔT_f dapat dihitung m, jumlah mol zat terlarut, lalu massa molarnya. Metode terbaik bila larutan encer dan zat tidak terdisosiasi, berasosiasi, atau bereaksi secara berarti.

Antibeku adalah kompromi termodinamika

Etilena glikol menurunkan titik beku dan menaikkan titik didih air sehingga memperlebar rentang cair pendingin mesin. Formulasi nyata juga mempertimbangkan viskositas, perpindahan panas, dan inhibitor korosi; semakin pekat tidak selalu semakin baik.

Osmosis dan sel

Membran sel selektif sehingga gradien osmotik dapat mengubah volume sel. Dalam sistem biologis, permeabilitas ion dan molekul tertentu harus dipertimbangkan; π=iMRT hanya pendekatan awal.

Contoh: penurunan titik beku

Melarutkan 0,100 mol nonelektrolit dalam 0,500 kg air memberi m=0,200 mol kg⁻¹. Dengan K_f=1,86 K kg mol⁻¹ dan i=1, ΔT_f=0,372 K sehingga titik beku diperkirakan −0,372 °C. Elektrolit 1:1 ideal memberi efek hampir dua kali.

Distilasi dan komposisi uap

Hukum Raoult juga menjelaskan distilasi cairan volatil: komponen dengan tekanan uap lebih besar lebih kaya dalam uap. Penguapan dan kondensasi berulang memperkaya komponen yang lebih volatil; bila keduanya volatil dibutuhkan deskripsi kesetimbangan uap–cair lengkap.

Zat terlarut yang berasosiasi dapat memberi i<1

i tidak harus lebih besar dari 1. Jika molekul zat terlarut berasosiasi, misalnya berdimer, jumlah partikel independen berkurang dan i efektif dapat lebih kecil dari 1.

Latihan

Jumlah partikel

Pada molalitas sama, glukosa atau NaCl ideal menurunkan titik beku lebih besar?

Penyelesaian

NaCl, karena satu satuan formula terdisosiasi menjadi sekitar dua partikel.

Molalitas

Mengapa molalitas lebih disukai daripada molaritas dalam ΔT_f?

Penyelesaian

Karena berdasarkan massa pelarut yang hampir tidak bergantung pada suhu.

Osmosis

Apa itu tekanan osmotik?

Penyelesaian

Tekanan luar yang diperlukan untuk menghentikan aliran netto pelarut melalui membran semipermeabel.