SISTEM LARUTAN - Spada UNS

SISTEM LARUTAN

Simple mixture (chapter 5.)

Physical chemistry, ninth edition

by peter atkins and julio de paula

DEFINISI : LARUTAN ADALAH CAMPURAN HOMOGEN ANTARA DUA ZAT ATAU LEBIH

TERDIRI ATAS :

• ZAT TERLARUT (SOLUTE) – jumlah mol yang lebih sedikit

•ZAT PELARUT

(SOLVENT) – jumlah mol yang lebih banyak

• Concentrated / Dilute:

A concentrated solution has a relatively large quantity of a specific solute per unit amount of solution.

A dilute solution has a relatively small quantity of a specific solute per unit amount of solution.

1. SIFAT UMUM LARUTAN

1. ZAT TERLARUT DALAM BENTUK MOLEKULER ATAU IONIK

2. LARUTAN ADALAH BERWARNA ATAU TIDAK BERWARNA TETAPI SECARA UMUM ADALAH TRANSPARAN

3. ZAT TERLARUT TERDISTRIBUSI SECARA UNIFORM DI SELURUH BAGIAN LARUTAN DAN TIDAK AKAN MENGENDAP 4. ZAT TERLARUT DAPAT DIPISAHKAN DARI PELARUTNYA

DENGAN CARA FISIKA

FAKTOR YANG MEMPENGARUHI DAYA LARUT : JENIS ZAT PELARUT, JENIS ZAT TERLARUT, TEMPERATUR, TEKANAN

Like dissolves like –

Zat-zat dengan struktur kimia yang mirip umumnya dapat saling bercampur dengan baik, sedang yang tidak biasanya sukar bercampur

• Polar or ionic substances tend to be more miscible with other polar substances.

• Nonpolar substances tend to be miscible with other nonpolar substances.

MOLEKUL POLAR DAN NON POLAR

AIR ADALAH MOLEKUL POLAR KARBONDIOKSIDA ADALAH MOLEKUL NONPOLAR

SENYAWA GAS

• POLAR :

Ammonia (NH₃), Sulfur

Dioxide (SO₂) and Hydrogen Sulfide (H₂S).

• NON POLAR :

noble or inert gases,

including Helium (He), Neon (Ne), Krypton (Kr) and

Xenon (Xe).

Hydrogen (H₂), Nitrogen (N2), Oxygen (O2), Carbon Dioxide (CO2), Methane (CH4) and Ethylene (C2H4)

SENYAWA CAIR

• POLAR :

Water (H²O), Ethanol (C²H⁵OH)

• NON POLAR

Most hydrocarbons are non-polar molecules

JENIS LARUTAN :

a. Larutan gas dalam gas b. Larutan cairan dalam gas

c. Larutan zat padat dalam gas d. Larutan gas dalam zat padat e. Larutan cairan dalam zat

padat

f. Larutan zat padat dalam zat padat

g. Larutan gas dalam cairan h. Larutan cairan dalam cairan i. Larutan zat padat dalam

cairan

LARUTAN GAS DALAM GAS

• Gas dengan gas selalu bercampur sempurna membentuk larutan

• berlaku hukum Dalton

dan hukum Amagat

LARUTAN GAS DALAM CAIRAN

• Kelarutan gas dalam cairan tergantung jenis gas, jenis pelarut, tekanan dan temperatur.

• Hukum Henry : daya larut gas di dalam cairan berbanding lurus dengan tekanan gas di atas zat cair pada kesetimbangan C = k P

C = konsentrasi P = tekanan

k = tetapan/konstanta Henry

• Bila gas bereaksi dengan pelarut, misal pada NH3 dengan air, maka hanya

berlaku untuk NH3 yang tidak bereaksi Bila temperatur naik maka daya larut gas akan berkurang

contoh : minuman bersoda

LARUTAN CAIRAN DALAM CAIRAN

• Bila dua cairan dicampur, maka dapat bercampur sempurna, bercampur sebagian atau tidak bercampur

• Saling campur sempurna – completely miscible – air dan etanol

• Bercampur sebagian – partially miscible - air dan ether

• Sama sekali tidak bercampur – completely immiscible – air dan hidrokarbon

• Kelarutan tergantung dari jenis cairan dan temperatur

LARUTAN ZAT PADAT DALAM CAIRAN

• Kelarutan zat padat dalam cairan tergantung jenis zat terlarut, jenis pelarut, temperatur dan sedikit tekanan

• Batasan kelarutan (solubility) : konsentrasi larutan jenuh

• Larutan jenuh (saturated) : Larutan sudah tidak mampu lagi melarutkan lebih banyak zat terlarut

• Bila jumlah zat terlarut kurang dari ini, disebut larutan tidak jenuh (unsaturated) dan bila lebih disebut lewat jenuh (supersaturated).

• Kelarutan bertambah dengan naiknya temperatur

• The dissolving process is reversible. As the dissolved solute particles move randomly through the solution, they come into contact with the un- dissolved solute and crystallize (return to the solid state).

• When the rates of dissolving and crystallization become the same, the solution is saturated at its

solubility at that temperature and dynamic equilibrium is

reached. When equilibrium is reached, the solution is

saturated.

Formation of a Solution

Formation of a Solution

A soluble ionic crystal is placed in water, the negatively charged ions at the crystals surface are attracted by the positive region of the polar water molecule. A “tug of war”

begins between the crystal and the water resulting in a hydrated crystal.

CuCl

_2(s)

^H2O

Cu

⁺²_(aq)

+ 2 Cl

^–_(aq)

2. KONSENTRASI LARUTAN

• The concentration of a solution tells us how much solute is present per given amount of a solvent.

• Concentration is presented as a fraction:

quantity of solute (g or mol) /quantity of solution (g or L)

• quantity of solute (g or mol)/quantity of

solvent (kg)

Percentage by Mass

grams of solute per 100 grams of solution.

Molarity (M)

• Molarity (M) = moles of solute / litre of solution

• Units for molarity are mol/L

Molality (m)

• Molality (m) - the number of moles of solute dissolved in one kilogram of solvent.

• Units for molality are mol/kg solvent

LARUTAN IDEAL

• Larutan ideal mempunyai sifat-sifat sebagai berikut :

– Pada pengenceran komponennya tidak mengalami perubahan sifat

– Tidak terjadi perubahan panas pada pembuatan atau pengenceran

– Volume total adalah jumlah volume komponennya – Mengikuti hukum raoult tentang tekanan uap

– Sifat fisikanya adalah rata-rata sifat fisika penyusun

Example of a non-ideal solution

50 ml ethanol

+ 50 ml water

= 95 ml solution

Volumes are not

additive

3. HUKUM RAOULT

• Tekanan parsial uap komponen yang mudah menguap dari larutan sama dengan tekanan uap murni dikalikan dengan fraksi molnya

• Larutan biner yang mengikuti hukum raoult tidak banyak misalnya :

larutan etil dibromida – propilena dibromida Larutan benzena – etilena dibromida

LARUTAN ccl4 – sncl4

Larutan kloro benzena – bromo benzena Larutan benzene - toluene

4. SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

Sifat larutan yang tergantung pada jumlah zat terlarut

• Penurunan tekanan uap

• Penurunan titik beku

• Kenaikan titik didih

• Tekanan osmosis

• Penurunan tekanan uap

Tekanan uap pelarut menurun bila dilarutkan zat terlarut ke dalamnya

A Problem

• 20 g of an unknown solid is dissolved in 125 g of water at 25

^o

C. What is the

molecular weight of the solid if the

observed vapor pressure was 21.72 torr and pure water usually has a vapor

pressure of 23.76 torr at this temperature?

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

• Penurunan titik beku

Bila suatu zat terlarut yang tidak mudah menguap dilarutkan dalam suatu pelarut, titik beku larutan berkurang

Sifat larutan yang tergantung pada jumlah zat terlarut

• Penurunan tekanan uap

• Penurunan titik beku

• Kenaikan titik didih

• Tekanan osmosis

SIFAT KOLIGATIF LARUTAN

• Kenaikan titik didih larutan Jika suatu zat terlarut tidak

mudah menguap ditambahkan ke dalam suatu pelarut, titik didihnya meningkat

Sifat larutan yang tergantung pada jumlah zat terlarut

•Penurunan tekanan uap

•Penurunan titik beku

•Kenaikan titik didih

•Tekanan osmosis

A 0.0182-g sample of an unknown substance

is dissolved in 2.135 g of benzene. The

molality of this solution, determined by

freezing-point depression, is 0.070. What is

the molecular weight of the unknown

substance?

Sifat koligatif larutan

• Tekanan osmosis

Tekanan eksternal yang harus digunakan untuk menghentikan aliran pelarut murni ke dalam larutan melalui membran semipermeabel

Sifat larutan yang tergantung pada jumlah zat terlarut

•Penurunan tekanan uap

•Penurunan titik beku

•Kenaikan titik didih

•Tekanan osmosis

FAKTOR VAN’T HOFF

• Konstanta tak berdimensi berkaitan dengan derajat disosiasi solut dalam larutan

• Senyawa tidak terionisasi, i = 0

• Senyawa terionisasi menjadi 2 ion, i = 2

• Senyawa terionisasi menjadi 3 ion, I= 3 Diperoleh :

δtf = i.Kf.M Δtb = i.Kb.M Π = i M.R.T

Dikerjakan Soal berikut dikumpulkan hari sabtu 02 Mei 2020 Jam 09.00 :

Diketahui Suatu larutan (16,7

^o

C) yg mengandung etilbromida (P

^o₁

= 45,16 mmHg) 0,5 mol & etil jodida (P

^o₂

= 16,20 mmHg) 0,5 mol.

Hitunglah

a. komposisi uap

b. jika uap pada (pertanyaan 1) dikondensasikan, hitung komposisi uap yg baru.

P1 = P1

⁰

x X1

P2 = P2

⁰

x X2

P total = P1 + P2

Uap lebih banyak mengandung kom-ponen yang lebih mudah menguap

Jika uap dikondensasikan, maka : x₁ = 0,736 dan x₂ = 0,264

P₁ = 45,16 x 0,736 = 33,24 mmHg P₂ = 16,20 x 0,264 = 4,28 mmHg P₁ = 45,16 x 0,736 = 33,24 mmHg

P₂ = 16,20 x 0,264 = 4,28 mmHg P_total = 33,24 + 4,28 = 37,52 mmHg

x₁ (uap yang baru) = P₁/P_total = 33,24/37,52 = 0,89 x₂ (uap yang baru) = P₂/P_total = 4,28/37,52 = 0,11

2. Suatu cairan mempunyai tekanan uap 50 mmHg pada 25

^o

C. Hitung tekanan uap larutan, jika 6 mol cairan ini dicampur dengan 4 mol suatu non elektrolit yang tidak mudah menguap !.

3. Tekanan uap eter (Mr. = 74) 442 mmHg pada 293 K.

Jika 3 gram A dilarutkan ke dalam 50 gram eter pada suhu 293 K, maka tekanan uap menjadi 426 mmHg.

Hitung Mr zat A !

4. Hitung titik beku air (K

_b

= 1,86) dalam radiator mobil yang berisi 88 gram etilen glikol (Mr. = 62) & 160

gram air (Mr. = 18)

5. Hitung titik didih suatu larutan (  T

_d

= 0,513) yang mengandung 30 gram gula (Mr. = 342) dalam 100 gram air !

6. Suatu larutan yang mengandung 6 gram PVC

dengan pelarut dioksan sampai 1 liter mempunyai tekanan osmosis 0,86 mmHg pada 15

^o

C. Hitung Mr. dari PVC !

7. Hitung titik didih dan titik beku dari 50 gram gula (Mr. = 342) dlm 50 gram air !

K

_f

= 1,86 & K

_b

= 0,52

8. Titik didih benzena pada 1 atm = 80,2

^o

C. Hitung tekanan uap pada 80,2

^o

C dari suatu larutan ideal yang mengandung 4,0 mol zat non elektrolit dan 624 gram benzena (Mr. = 78) !

JAWAB :

Jumlah pelarut = mol Fraksi mol pelarut =

P

^o

uap pada 80,2

^o

C = 760 mmHg

Tekanan uap larutan tersebut =

fraksi mol x 760 mmHg = mmHg

SISTEM KOLOID

 KOLOID dipergunakan untuk menyebutkan suatu sistem di mana partikel molekul atau polimolekul terdispersi di dalam suatu medium

 Ukuran partikel terdispersi : 1 – 1000 nm

 Ukuran partikel yang kecil menyebabkan luas

antar muka besar

Koloid ada 3 jenis:

1. Disperse colloid, sistem di mana partikel terdispersi berupa zat-zat yang tidak larut, contoh

dispersi koloid Au,

dispersi minyak dalam air

2. Larutan makro molekul, berupa larutan-larutan dari zat-zat dengan mollekul-molekul yang besar sehingga mempunyai ukuran koloid, contoh

latex (larutan karet),

larutan polimer

Koloid ada 3 jenis:

3. Asosiasi koloid, larutan zat-zat yang larut dengan BM rendah tetapi membentuk agregat, contoh

larutan sabun

1. DISPERSE COLLOID

TERDIRI ATAS :

• Fase internal (internal phase)

yaitu materi dengan ukuran koloid atau disebut sebagai fase terdispersi

• Fase eksternal (extrnal phase)

yaitu materi di mana koloid terdispersi atau disebut

sebagai fase pendispersi, atau fase kontinyu, atau

media pendispersi

Continuous Dispersed Name Example Phase Phase

Gas Liquid Aerosol Fog, mist

Gas Solid Aerosol Smoke

Liquid Gas Foam Whipped Cream,

Foam

Liquid Liquid Emulsion Mayonnaise

(oil dispersed in water),

Liquid Solid Sol Paint

Solid Gas Foam Pumice, plastic

foams

Solid Liquid Gel Jelly, Opal (mineral with

liquid inclusions)

Solid Solid Solid sol Ruby glass

(glass with

dispersed metal)

Properties of Solutions, Colloids, and Suspensions

Property Solution Colloid Suspension Particle Size 0.1-1.0 nm 1-1000 nm >1000 nm Settles on

Standing? No No Yes

Filter with

Paper? No No Yes

Separate by

Dialysis? No Yes Yes

Homogeneo

us? Yes Borderline No

Sifat koloid

Efek Tyndall

seberkas cahaya akan terabsorbsi, tersebar, terpolarisasi atau

terefleksi oleh fase tyerdispersi suatu koloid

A Solution does not scatter light

Colloidal Iron(III) Oxide scatters light

Sifat koloid

Sifat koligatif

Koloid juga menurunkan sifat koligatif, tetapi pengaruhnya lebih kecil

dibanding dengan larutan sejati, kecuali tekanan osmosis.

Hal ini disebabkan karena butir-butir koloid jumlahnya beribu molekul, sedang pengaruh sifat koligatif hanya ditentukan oleh jumlah molekul

Gerakan Brown

Butir-butir partikel koloid selelu bergerak dengan cara zig-zag.

Gerakan ini disebabkan karena benturan molekul- molekul pelarut dengan partikel koloid

1.1. SOL

• Hidrosol : jika cairan adalah air

• Alcosol : jika cairan adalah alkohol

• Liofilik : jika partikel koloid mengadsorp fase pendispersi, ada interaksi yang kuat antara fase terdispersi dengan fase pendispersi

Hidrofilik : jika pendispersinya air

• Liofobik : jika partikel koloid tidak mengadsorp fase pendispersi, kurang ede interaksi antara fase terdispersi dengan fase pendispersi

Hidrofobik : jika fase pendispersinya air

Dispersi partikel padat dalam :

• cairan : sol

• padat : sol padat

• gas : aerosol

Hidrosol emas (Au)

Hidrosol emas ukuran 4 nm adalah stabil dan tidak teraglomerasi akibat :

1. Kecepatan terminal jatuhnya partikel akibat gravitasi adalah kecil. Gerakan difusi ke atas akibat gerakan Brown mengatasi gravitasi

2. Partikel mempunyai muatan yang sama yang membuat mereka terpisah karena saling tolak menolak (electrical repulsion)

Penambahan koloid lain yang bermuatan berlawanan mengakibatkan koloid terkoa- gulasi dan mengendap

red colloidal hydrous iron (III) oxide

Addition of Al₂(SO₄)₃ soln causing

Coagulation of the colloidal iron

oxide

AEROSOL

Kabut dan awan adalah aerosol dari partikel air

utir-butir air berasal dari kondensasi uap air pada suatu inti kondensasi yang biasanya adalah debu higroskopis. Supaya terjadi kondensai udara harus berada pada kondisi supersaturasi dengan uap air. Jarak antar butir kondensasi jauh dan terbawa ke atas oleh gerakan Brown.

Jika kemudian jaraknya dekat, kira- kira o,o4 mm, maka akan menyatu dan ukurannya menjadi besar, dan jatuh sebagai hujan.

AEROSOL

Silikon tetraklorida dicampur dengan amonium hidroksida membentuk asap putih amonium klorida dan asam metasilikat. Asap ini dipergunakan dalam skywriting

1.2. EMULSI

• Emulsi adalah koloid liofobik, yang merupakan fase terdispersi ditentukan oleh komponen yang mempunyai tegangan permukaan yang lebih tinggi.

• Komponen ini akan membentuk butir-butir bola yang terendam di dalam komponen lain yaitu fase kontinyu

• Agen pengemulsi biasanya diperlukan untuk memperoleh emulsi yang stabil.

• Agen pengemulsi disebut sebagai surface active yang artinya mengurangi tegangan permukaan cairan.

• Dalam kasus minyak dan air, suatu sabun mengurangi

tegangan permukaan air dan meningkatkan tegangan

permukaan minyak sehingga emulsi yang terjadi adalah

butir-butir minyak dalam air dan lebih stabil

Susu adalah suatu emulsi dari minyak (butterfat) dalam suatu sol berair dari hidrofilik protein kasein di mana fase eksternal adalah larutan laktosa dan berbagai garam.

Kosmetik vanishing cream adalah suatu emulsi minyak dalam air, sedangkan nourishing cream adalah emulsi air dalam minyak

BUSA / FOAM

• Dalam busa cairan, suatu agen adsorptif koloid membentuk suatu film yang mengikat gelembung gas.

Dimensi dari busa adalah ketebalan film , bukan ukuran dari gelembung.

• Marshmallow adalah busa dengan gelatin bergula sebagai agen

adsorptif.

• Busa pemadam kebakaran dibuat dari campuran air, aluminium sulfat dan sodium bikarbonat dengan suatu agen adsorptif.

Karbondioksida yang dilepas membentuk suatu busa kering.

• Roti tawar adalah suatu busa padat.

• Protein gluten membuat film yang dikelilingi oleh gelembung CO2 yang diproduksi oleh

enzim zemase yang dikeluarkan oleh ragi.

Contoh busa padat adalah batu apung yang

merupakan busa

memadat dari gelas vulkanik

1.3. GEL

• Aluminium hidroksida dan asam

ortosilik adalah suatu koloid hidrofilik anorganik

• Gelatin diperoleh dari binatang

dengan cara mendidihkan tulang dan bagian tanduk

• Gum diperoleh dari tanaman dan

Agar-agar diperoleh dari rumput laut merupakan polisakarida.

• Kedua zat tersebut larut dalam air dan digunakan untuk membentuk gel.

• Gel ini bersifat reversibel Sol gel gel kering

a colloidal system which under a set of conditions of concentration and temperature, "sets"

into a solid or semisolid

Termasuk koloid liofilik

• Gel yang terbentuk dari hidroksida anorganik tidak akan membentuk gel lagi sekali mereka dikeringkan dan bentuk keringnya mudah pecah.

• Ruang keringnya masih tersisa dan dapat menyerap uap air atau senyawa lainnya

• Contoh silika gel

2. Larutan Makro molekul

• Larutan makromolekul berupa larutan dari zat –zat dengan bentuk molekul yang besar, hingga mempunyai ukuran koloid.

Contoh: Protein, polivinil alcohol, larutan karet atau polimer lin dalam pelarut organik.

• Umumnya bersifat amorf

• Bersifat stabil

• Polimer yang diendapkan dari larutannya dapat dilarutkan kembali.

• Larutan makromolekul tidak dapat dipengaruhi medan listrik kecuali bila molekulnya bermuatan

3. ASOSIASI KOLOID

• Penambahan K-oleat ke dalam air pada 50 C akan menurunkan tegangan muka air.

• Bila penambahan ini dilakukan terus, maka pada konsentrasi 0,0035 molar tegangan muka air tidak turun lagi dan bernilai 30 dyne/cm

• Penyebab : ion oleat membentuk cluster (mecelle)

Surface Tension

Concentration of Surfactant

Sodium-stearat

Suatu micelle Na stearat dalam air

• Sodium stearate has a long hydrophobic tail (CH

₃

(CH

₂

)

₁₆

-) and a small hydrophilic head (-CO

₂^-

Na

⁺

).

• The hydrophobic tail can be absorbed into the oil drop, leaving the hydrophilic head on the surface.

• The hydrophilic heads then interact with the water and the oil drop is stabilized in water.

Hydrophilic and Hydrophobic Colloids

Bagaimana sabun dapat membersihkan kain

klasifikasi Liofilik (hidrofilik) Liofobik

(hidrofobik) asosiasi Fase terdispersi Makromolekul

tunggal Kumpulan ion

jumlah banyak micelle Interaksi dengan

fase pendispersi kuat lemah kuat

Pembentukan

koloid Spontan dan

reversibel Teknik khusus Spontan di atas CMC

Meksnisme

stabilisasi Hidrasi, gaya tolak menolak listrik (electrical

repulsion)

Electrical

repulsion Hidrasi / interaksi hidrofobik

Viskositas Meningkat tajam Tidak berubah Sedikit berubah pada konsentrasi tinggi

Contoh Gelatin Sol Au sabun

• What stabilizes a colloid?

– Electrical repulsion

• A colloid is neutral

• BUT, when a colloid is placed in an electric field, the particles all migrate to the same electrode.

• The colloid attracts ions of the same charge which surround the colloid particle.

• Ions of the opposite charge surround the first layer of ions.

• Being surrounded by ion, the colloid particles repel other colloid particles, and so are unable to aggregate to precipitate out