4. Diagram P-T suatu pelarut murni dengan larutan gula seperti berikut. G F D E ! 1 1 Air Tekanan uap (atm) с A B Larutan gula Temperatur (°C) 100 °C 101 °C Dari diagram di atas, jika diketahui K, air sama dengan 0,5 °C maka molalitas zat terlarut dalam larutan sama dengan .... A. 0,2 B. 0,5 C. 1,0 D. 2,0 E. 5,0 

Di soal ini kita diberikan diagram P-T dari larutan gula, lalu kita ditanya mengenai molalitas dari larutan gula berdasarkan data pada diagram, sehingga konsep yang digunakan adalah menentukan kenaikan titik didih.

Penjelasan Konsep

Kalau ada yang bilang gak suka makan mie instan, hmm patut diragukan. Kayaknya hampir semua orang Indonesia suka dengan rasa dari mie instan. Biasanya kalau kamu masak mie instan gimana sih? Manasin dulu air baru dimasukkan mie nya atau mie dan air dipanasin bareng-bareng? Kebanyakan pasti manasin dulu air kan, biar cepat matang. Tapi tahu gak sih kenapa harus manasin dulu air? Nah, ini karena air akan terhalang proses penguapannya ketika ada zat terlarut (mie). Jadi, proses mendidihnya bakal lebih lama kalau kita manasin mie dan airnya berbarengan. Ini dibahas lho dalam ilmu kimia, yang dikenal dengan sifat koligatif larutan. 

Sifat koligatif larutan itu adalah sifat fisik larutan yang hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut atau konsentrasinya. Mau apapun jenis terlarutnya, yang memengaruhi sifat koligatif adalah jumlah atau konsentrasinya. Nah, sifat koligatif larutan ini ada 4, yaitu penurunan tekanan uap (∆P), kenaikan titik didih (∆Tb), penurunan titik beku (∆Tf), dan tekanan osmosis (π).

Yuk kita bahas secara singkat satu-persatu:

1) Penurunan Tekanan Uap (∆P)
Tekanan uap adalah tekanan yang dihasilkan oleh gas di atas permukaan zat cair pada saat tercapai kesetimbangan dinamis. 
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/materi-penurunan-tekanan-uap-larutan-kimia-sma-xii.png" />
Sumber: https://saintif.com/sifat-koligatif-larutan/

Coba kalian perhatikan gambar di atas? Apa yang terjadi pada tekanan uap jika ke dalamnya ditambahkan zat terlarut yang sukar menguap? Ternyata tekanan uap larutan yang dihasilkan menjadi turun. Hal ini sudah dijelaskan oleh seorang ilmuan kimia bernama Francois Raoult sehingga dikenal dengan hukum Raoult. Bunyi dari hukum ini:

Tekanan uap larutan sebanding dengan tekanan uap pelarut murni dan fraksi mol pelarutnya. Jadi, semakin banyak zat terlarut maka fraksi mol pelarutnya akan semakin kecil sehingga tekanan uap larutannya semakin turun.

Secara matematis persamaan Hukum Raoult dapat ditulis sebagai:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/hukum raoult.png" />
Dimana:
∆P= penurunan tekanan uap
P = tekanan uap larutan
P° = tekanan uap pelarut murni
\(X_p\) = fraksi mol pelarut
\(X_t\) = fraksi mol terlarut
\(X_p + X_t \)= 1

2) Kenaikan Titik Didih (∆Tb)
Titik didih adalah suhu dimana tekanan uap zat cair sama dengan tekanan uap di atas permukaan. Jadi, titik didih ini bergantung pada tekanan uap. Larutan akan memiliki titik didih yang lebih tinggi daripada pelarut murninya karena adanya zat terlarut nonvolatil. Jadi, selain interaksi antarmolekul pelarut juga akan menyebabkan interaksi dengan molekul zat terlarut. Besarnya kenaikan titik didih sebanding dengan nilai tetapan kenaikan titik didih dan molalitas zat terlarutnya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/rumus tb.png" />

Dimana:
∆Tb = kenaikan titik didih
\(K_b\) = Tetapan kenaikan titik didih \((^0 C/m)\)
m = molalitas (mol/Kg)
Tb° = titik didih pelarut murni \((^0 C\)) 
Tb = titik didih larutan \((^0 C\))

3) Penurunan Titik Beku (∆Tf)
Titik beku adalah suhu dimana zat cair berubah menjadi zat padat. Kalau kalian ingat pelajaran IPA saat SMP, ada tiga wujud zat yaitu padat, cair, dan gas dengan keteraturan yang semakin menurun. Nah, membeku itu kan proses berubahnya wujud zat dari cair menjadi padat. Dengan kata lain, membeku berarti proses menuju keteraturan. Adanya zat terlarut akan menghalangi partikel pelarut untuk saling mendekat, sehingga butuh suhu yang lebih rendah biar bisa membeku. Jadi, kalau ada zat terlarut titik bekunya menjadi lebih rendah. Besarnya penurunan titik beku suatu larutan akan sebanding dengan tetapan penurunan titik bekunya dan molalitas zat terlarutnya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/rumus tf.png" />

Dimana:
∆Tf = penurunan titik beku
\(K_f\) = Tetapan penurunan titik beku \((^0 C/m)\)
m = molalitas (mol/Kg)
Tf° = titik beku pelarut murni \((^0 C\)) 
Tf = titik beku larutan \((^0 C\))

4) Tekanan Osmosis (π)
Osmosis adalah peristiwa berpindahnya pelarut dari larutan yang encer (konsentrasi rendah) ke larutan yang lebih pekat (konsentrasi tinggi) melalui membran semipermeabel. Tekanan osmosis adalah tekanan yang mencegah terjadinya osmosis. Biar lebih paham coba perhatikan gambar berikut ya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/x.png" />
Sumber: https://www.utakatikotak.com/Tekanan-Osmosis/kongkow/detail/18152#

Besarnya tekanan osmosis (π) dapat dihitung dengan persamaan:

<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/pi.png" />

dimana:
π = tekanan osmosis
M = molaritas (mol/L)
R = tetapan gas (0,082 L.atm/mol.K)
T = suhu (K)


Hubungan antara penurunan tekanan uap, titik didih, dan titik beku suatu zat dapat digambarkan melalui diagram. Diagram ini menunjukkan hubungan antara tekanan dan suhu terhadap perubahan fasa/wujud zat padat, cair, dan gas sehingga disebut dengan diagram P-T. pada diagram ini kita bisa melihat batas-batas suhu dan tekanan dimana suatu bentuk fasa dapat stabil. Nah, ini dia diagramnya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL830VMN/diagram-p-t-larutan.jpg" />
Sumber: jejaringkimia.web.id

Nah, supaya lebih paham yuk kita bahas informasi dari diagramnya:
<ul><li>Titik BC adalah garis didih yang menunjukkan transisi fasa cair-gas. Setiap titik pada garis ini mewakili suhu dan tekanan di mana air akan mendidih.</li><li>Titik BD adalah garis beku yang menunjukkan transisi fasa cair-padat. Setiap titik pada garis ini mewakili suhu dan tekanan di mana air akan membeku.</li><li>Titik AB adalah garis sublimasi yang menunjukkan transisi fasa padat-gas. Setiap titik pada garis ini mewakili suhu dan tekanan di mana zat padat akan menyublim.</li><li>Titik triple menunjukkan perpotongan antara garis didih, garis beku, dan garis sublimasi. Pada titik tripel ini ketiga bentuk fasa zat (padat, cair, dan gas) berada dalam kesetimbangan.</li></ul>

Nah, di soal ini kita diberi diagram fasa dengan keterangan huruf di beberapa titik yang bisa kita jelaskan dengan:
D = titik didih pelarut = \(100 ^0 C\)
E = titik didih larutan = \(101 ^0 C\)
F = titik beku pelarut
G = titik beku larutan

Diketahui besarnya Kb air = \(0,5 m/^0 C\)
Jadi, kita bisa menentukan molalitas larutan gula dengan rumus kenaikan titik didih:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-11/ChapId-84/LessonId-163/ModuleId-2/QuestionCode-21HPL8ACRCO/m soal 3.png" />

Pembahasan