Penurunan Titik Beku Larutan – Pengertian, Rumus, dan Contoh Soal

Penurunan Titik Beku dalam kehidupan sehari-hari titik beku biasa kita sebut dengan pembekuan. Hal ini karena titik beku merupakan sebuah kondisi dimana suhu suatu zat yang terbentuk ketika tekanan uap cairan sama dengan tekanan uap padatannya. Sehingga mengakibatkan adanya perubahan bentuk zat yang awalnya cair menjadi padat. Proses pembekuan ini dapat terjadi karena adanya penurunan suhu, yang membuat jarak antar partikel semakin dekat dan terjadi terjadi gaya tarik menarik antar molekul yang sangat kuat sehingga membuat molekul-molekul berdekatan. (Baca Juga: Contoh Elektrolit Lemah)

Penurunan Titik Beku ( ∆T_f )

Ketika sebuah zat pelarut dicampur dengan zat terlarut yang kemudian menjadi sebuah larutan akan membuat titik beku zat pelarut mengalami penurunan. Karena titik beku sebuah larutan lebih rendah daripada titik beku zat pelarut murni. Hal ini dapat terjadi karena zat pelarut harus mencapai titik beku terlebih dahulu, kemudian barulah zat terlarut yang mencapai titik beku.

Sebagai pembahasan singkat, dapat kita ambil contoh larutan gula. Ketika yang dibekukan hanya air saja ( zat pelarut murni ), titik bekunya adalah 0⁰C. Namun jika air tersebut ditambahkan dengan gula ( zat terlarut ), maka titik beku yang dicapai pun akan berubah tidak lagi pada 0⁰C namun akan lebih rendah. Karena adanya campuran dengan zat terlarut yang membentuk sebuah larutan itulah yang menyebabkan terjadinya titik beku. Dan penurunan titik beku dapat kita ketahui dengan menghitung selisih antara titik beku zat pelarut murninya dengan titik beku larutan yang terbentuk dimana titik beku larutan lebih rendah daripada titik beku zat pelarut murni.

Atau penurunan titik beku juga dapat diartikan sebagai perbedaan titik beku yang diakibatkan karena adanya partikel-partikel zat terlarut. Penurunan titik beku larutan sebanding dengan hasil kali molalitas larutan dengan tetapan penurunan titik beku pelarut ( K_f ).

Penurunan titik beku larutan merupakan salah satu sifat koligatif larutan. Untuk menentukan besarnya titik beku larutan tersebut membutuhkan dua hal berikut:

1. Konsentrasi molal suatu larutan dalam molalitas
2. Konstanta penurunan titik beku pelarut atau tetapan penurunan titik beku molal ( K_f )

Rumus untuk menentukan penurunan titik didih ( ∆T_f ) adalah:

Untuk larutan elektrolit menggunakan rumus:

Keterangan:

∆T_f = Penurunan titik beku

K_f = Tetapan penurunan titik beku molal

n = Jumlah mol zat terlarut

p = Massa pelarut

i = Faktor Van’t Hoff

Dalam bidang thermodinamika konstanta titik beku ( K_f ) lebih dikenal dengan istilah “Konstanta Kriokopik”. Faktor Van’t Hoff ( i ) merupakan sebuah parameter yang digunakan untuk mengukur seberapa besar zat terlarut berpengaruh terhadap sifat koligatif. Faktor Van’t Hoff diperoleh dengan menghitung besarnya konsentrasi sesungguhnya zat terlarut yang ada dalam larutan kemudina dibandingkan dengan konsentrasi zat terlarut hasil perhitungan dari massanya. Pada larutan non elektrolit faktor Van’t Hoffnya adalah 1 sehigga faktor Van’t Hoff ( i ) tidak wajib ditulis dalam perhitungan untuk larutan non elekrolit. Secara teori, faktor Van’t Hoff dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

Dimana n adalah jumlah ion yang terbentuk dalam larutan dikalikan derajat ionisasi zat terlarut.

Dari persamaan ∆T_f = K_f . m . i kita dapat menentukan besarnya nilai dari faktor Van’t Hoff dari sebuah zat terlarut dalam sebuah zat pelarut dengan menggambarkan grafik antara ∆T_f  dengan m sehingga kita akan mendapatkan slope ( gradien garis ) yang i.K_f. Jika harga K_f  pelarut telah diketahui maka kita juga dapat mencari nilai i nya. (Baca Juga: Kenaikan Titik Didih)

Pada penurunan titik beku, apabila kebanyakan larutan encer didinginkan, zat pelarut murninya akan terkristalisasi lebih dahulu sebelum adanya zat terlarut yang mengkristalisasi suhu dimana kristal-kristal pertama dalam keseimbangan dengan larutan tersebut inilah yang dinamakan titik beku larutan. Titik beku larutan selalu lebih rendah daripada titik beku yang berbanding lurus dengan molekul-molekul zat terlarut ( molnya ) di dalam massa tertentu pelarut. Sehingga penurunan titik beku yang diperoleh adalah K_f . m, dimana m adalah molalitas larutan.

Jika persamaan tersebut berlaku hingga konsentrasi satu molal, maka penurunan titik beku 1 m untuk setiap non-elektrolit yang ada di dalam zat pelarut = K_f , sehingga hal ini dinamakan tetapan titik beku molal ( molal freesinapoint constant ) zat pelarut tersebut. Nilai K_f  merupakan khas dari masing-masing zat pelarut. (Baca Juga : Organ-Organ Pernapasan)

Faktor Yang Mempengaruhi Penurunan Titik Beku

1. Konsentrasi Larutan

Semakin besar konsentrasi sebuah zat terlarut dalam sebuah larutan, maka akan semakin rendah titik beku larutan tersebut. Sedangkan jika konsentrasi sebuah zat terlarut dalam suatu larutan semakin kecil, maka titik beku larutan tersebut akan semakin tinggi. Besar kecilnya konsentrasi sebuah zat ini berpengaruh pada ion-ion yang telah dihasilkan. Jika konsentrasi berada pada jumlah yang kecil, maka jarak antar ion semakin besar ion-ion semakin bebas.

2. Sifat Elektrolit Larutan

Pada sebuah larutan yang bersifat elektrolit proses pembekuan akan lebih lama karena adanya ion-ion yang memliki daya hantar listrik, sehingga hal ini membuat larutan tersebut menjadi lebih sukar membeku yang artinya titik beku larutan akan lebih rendah. Sedangkan pada larutan non elektrolit yang tidak memiliki ion-ion dengan daya hantar listrik membuat larutan ini menjadi lebih cepat membeku saat proses pembekuan, sehingga titik beku yang dicapai akan lebih tinggi. (Baca Juga: Perbedaan Larutan Elektrolit dan Non Elektrolit)

3. Jumlah Partikel

Semakin banyak jumlah partikel dari zat terlarut, maka akan semakin rendah titik bekunya. Sedangkan jika jumlah partikel dari zat terlarut lebih sedikit, maka titik bekunya pun akan semakin tinggi. Dalam konsentrasi yang sama, jumlah partikel pada larutan elektrolit akan lebih banyak daripada jumlah partikel yang ada pada larutan non elektrolit.

4. Molalitas

Semakin besar molalitas sebuah larutan, maka nilai penurunan titik beku nya akan semakin tinggi. Sedangkan jika molalitas sebuah larutan semakin kecil, maka nilai penurunan titik bekunya akan semakin rendah pula. Hal ini karena hasil penurunan titik beku selalu berbanding lurus dengan molalitas larutan tersebut.

5. Kemurnian Zat

Ketika kita mencoba bandingan dengan membekukan sebuah zat pelarut murni dan sebuah larutan dalam suhu yang sama, maka yang akan lebih cepat membeku adalah zat pelarut murni. Hal ini karena titik beku zat pelarut murni selalu lebih tinggi daripada zat pelarut yang telah tercampur dengan zat terlarut dan menjadi larutan. Adanya zat terlarut dalam sebuah larutan itulah yang membuat terjadinya penurunan titik beku, sehingga titik beku pelarut murni akan selalu lebih tinggi daripada titik beku sebuah larutan.

6. Semakin tinggi kemolalan maka titik bekunya akan semakin rendah

Semakin tinggi kemolalan maka titik bekunya akan semakin rendah dan semakin besar pula perbedaan penurunan titik bekunya. Sedangkan jika kemolalannya semakin rendah, maka titik bekunya akan semakin tinggi dan perbedaan penurunan titik bekunya pun akan semakin kecil.

Contoh Penerapan Penurunan Titik Beku

1. Pembuatan es krim yang lembut

Dalam kehidupan sehari-hari jika kita perhatikan perbedaan antara es batu dan es krim adalah es batu sangat padat dan saat dicoba tidak akan ada rasa apa-apa karena es batu hanya dibuat dengan air yang kemudian dibekukan tanpa adanya tambahan apa-apa. Sedangkan es krim saat dicoba akan berasa lembut dan lezat karena adanya bahan-bahan tambahan pada es krim, diantaranya adalah gula, susu, cokelat, mentega dan garam.

Bahan-bahan tersebutlah yang membuat es krim tidak benar-benar padat ketika dibekukan, terutama karena adanya garam yang merupakan salah satu zat terlarut yang mampu menghasilkan elektrolit kuat ketika dicampurkan dengan zat pelarut. Dengan adanya bahan-bahan tambahan tersebutlah es krim menjadi lembut, bukannya padat ketika dibekukan.

2. Anti beku pada radiator mobil

Pada daerah-daerah yang beriklim dingin khususnya, akan membuat air radiator menjadi sangat mudah untuk membeku. Jika hal ini dibiarkan saja terus menerus, mesin kendaraan akan lebih cepat rusak. Untuk mengatasi hal tersebut, maka perlu ditambahkan etilen glikol yang diharapkan mampu membuat penurunan titik beku pada radiator tersebut. Sehingga dalam cuaca yang sangat dingin sekalipun air radiator tidak akan dengan mudahnya membeku. (Baca Juga : Faktor Eksternal Pertumbuhan)

3. Anti beku dalam tubuh hewan

Banyak hewan-hewan khusunya yang berada di daerah dingin seperti kutub utara juga memanfaatkan prinsip koligatif penurunan titik beku untuk bertahan hidup. Darah yang ada pada ikan-ikan laut mengandung zat-zat anti beku yang mampu menurunkan titik beku air hingga 0.8^oC, sehingga ikan laut akan mampu bertahan dimusim dingin yang suhunya mencapai 1.9^oC sekalipun. Karena zat anti beku yang terkandung dalam darah ikan tersebut mampu mencegah pembentukan kristal es dalam jaringan dan sel ikan-ikan tersebut.

4. Mencairkan salju

Pada daerah-daerah yang mempunyai musim salju, setiap kali hujan salju turun ini akan membuat jalanan dipenuhi oleh salju. Hal ini tentu saja sangat mengganggu kendaraan yang ingin melaju. Untuk mengatasi hal tersebut, jalanan bersalju ditaburi dengan campuran NaCl dan CaCl2. Taburan garam ini dapat mempercepat proses mencairnya salju. Semakin banyak garam yang ditaburkan, proses pencairan salju akan semakin cepat dan salju yang dicairkan pun akan semakin banyak.

5. Es batu pengawet ikan

Para nelayan menggunakan es batu untuk mengawetkan ikan secara tradisional. Untuk menurunkan suhunya, ditambahkan garam pada es batu tersebut. Adanya garam pada es batu inilah yang akan membuat suhu mejadi lebih dingin, sehingga lebih efektif dalam mengawetkan ikan-ikan tersebut. (Baca Juga : Gangguan Pada Sistem Pernapasan)

Contoh Soal Penurunan Titik Beku

1. Tentukan titik didih dan titik beku larutan  glukosa (C6H12O6) 18 gram dalam 10 gram air. (Kf air = 1,86 °C/m)
Jawab:

ΔTf = m x Kf
= (18 gram/180) x (1.000/10 gram) x  1,86 °C/m
= 0,1 gram x 100 gram x 1,86 °C/m
= 10 gram x 1,86 °C
= 18,6 °C
Titik beku larutan = 0 °C – 18,6 °C = –18,6 °C

2. Diketahui Mr Urea (CO(NH2)2) = 60 g/mol, Kf air = 1,86 ⁰C/m, dan tekanan uap pelarut air pada suhu 25 ⁰C sebesar 23,75 mmHg, dan tekanan uap larutan urea pada 25 ⁰C sebesar 22,56 mmHg. Titik beku larutan urea tersebut adalah…