6. a. Tentukan titik beku larutan apabila: ke dalam 800 gram benzena (CH) dilarutkan 7,8 gram toluena (C,H) titik beku benzena = 5,4 °C (K, benzena = 5,1 °C/molal)! b. dalam 400 mL larutan terdapat 15 gram urea (CO(NH,)) diketahui rapatan larutan 1,1 gram/mL (K, air = 1,86 °C/molal)! campuran 500 mL larutan yang mengandung 30% massa glukosa (C6H,20) rapatan larutan 1,2 gram/mL dengan 500 ml air (K, air = 1,86 °C/molal)! C. 

Suatu larutan dapat mengalami penurunan titik beku jika ditambahkan zat terlarut. Pada soal ini terdapat senyawa toluena, urea, dan glukosa yang dilarutkan ke dalam pelarut yang berbeda. Pertanyaannya adalah titik beku ketiga larutan tersebut. Titik beku larutan dapat ditentukan dengan rumus penurunan titik beku. Oleh karena itu, konsep yang dibahas dalam soal ini adalah Penurunan Titik Beku.

Identifikasi Konsep

Perlu kita ketahui, penurunan titik beku adalah salah satu jenis sifat koligatif. Sifat koligatif adalah sifat yang tergantung pada banyaknya jumlah zat terlarut yang ada dalam suatu larutan dan tidak bergantung pada jenis zat tersebut. Terdapat empat jenis sifat koligatif, yaitu:

1) Penurunan titik beku \((ΔT_f)\)
2) Kenaikan titik didih \((ΔT_b)\)
3) Penurunan tekanan uap \((ΔP)\)
4) Tekanan osmosis \((π)\)

Secara khusus, kita akan membahas tentang penurunan titik beku \((ΔT_f)\). Suatu cairan dapat mengalami penurunan titik beku bila ditambahkan zat yang tidak mudah menguap. Penurunan titik beku dapat ditentukan dengan mencari selisih antara titik beku pelarut dengan titik beku larutan. Senyawa toluena, urea, dan glukosa merupakan senyawa nonelektrolit, sehingga faktor van’t Hoff dari senyawa ini akan bernilai 1 dan tidak dilibatkan dalam perhitungan. Nah, perumusan penurunan titik bekunya sebagai berikut.

\(ΔT_f = m . K_f\)

Keterangan:
m = molalitas zat
\(K_f\) = tetapan perubahan titik beku 

Diketahui dari soal:
A. Larutan toluena
Massa toluena (zat terlarut) = 7,8 gram
Massa benzena (pelarut) = 800 gram
\(T_f\) benzena = 5,4°C
\(K_f\) benzena = 5,1°C/m
Ar unsur (dapat dilihat dalam tabel periodik unsur)
C = 12; H = 1 (gram/mol)
Mr toluena \((C_7H_8)\) = 92 gram/mol

B. Larutan urea
Massa urea = 15 gram
Volume larutan urea = 400 mL
Rapatan larutan urea = 1,1 gram/mL
\(K_f\) air = 1,86°C/m
Ar unsur (dapat dilihat dalam tabel periodik unsur)
C = 12; H = 1; O = 16; N = 14 (gram/mol)
Mr urea \((CO(NH_2)_2)\) = 60 gram/mol

C. Larutan glukosa
Kadar glukosa = 30%, artinya sebanyak 30 gram glukosa larut dalam 100 gram larutan
Volume larutan = 500 mL
Rapatan larutan glukosa = 1,2 gram/mL
\(K_f\) air = 1,86°C/m
Ar unsur (dapat dilihat dalam tabel periodik unsur)
C = 12; H = 1; O = 16 (gram/mol)
Mr glukosa \((C_{6}H_{12}O_{6})\) = 180 gram/mol

Diasumsikan tekanan 1 atm, sehingga titik beku air = 0°C

Ditanya: 
Titik beku larutan toluena, urea, dan glukosa tersebut?

Berikut ini adalah perhitungan untuk menentukan titik beku larutan.

A. Larutan toluena
Kita masukkan data yang diketahui ke dalam persamaan seperti di bawah ini.

\(ΔT_f = m . K_f\)
\(ΔT_f = \frac{massa\ zat}{Mr\ zat} .\ \frac{1000}{massa\ pelarut}. K_f\)
\(ΔT_f = \frac{7,8\ gram}{92\ gram/mol} .\ \frac{1000}{800}. 5,1°C/m\)
\(ΔT_f = 0,54°C\)

Titik beku larutan toluena dicari dengan persamaan berikut.

\(ΔT_f =T_f\ benzena -T_f\ larutan\)
\(T_f\ larutan =T_f\ benzena - ΔT_f\)
\(T_f\ larutan =5,4°C -0,54°C\)
\(T_f\ larutan =4,86°C\)

B. Larutan urea
Sebelumnya, massa air dalam larutan urea dapat dicari dengan persamaan berikut.

Massa larutan = volume larutan . rapatan larutan urea
Massa larutan = 400 mL . 1,1 gram/mL
Massa larutan = 440 gram

Massa air = massa larutan - massa urea
Massa air = 440 gram - 15 gram
Massa air = 425 gram

Kita masukkan data yang diketahui ke dalam persamaan seperti di bawah ini.

\(ΔT_f = m . K_f\)
\(ΔT_f = \frac{massa\ zat}{Mr\ zat} .\ \frac{1000}{massa\ pelarut}. K_f\)
\(ΔT_f = \frac{15\ gram}{60\ gram/mol} .\ \frac{1000}{425}. 1,86°C/m\)
\(ΔT_f = 1,094°C\)

Ingat, kita mengasumsikan titik beku air pada 1 atm adalah 0°C. Titik beku larutan urea dicari dengan persamaan berikut.

\(ΔT_f =T_f\ air-T_f\ larutan\)
\(T_f\ larutan =T_f\ air-ΔT_f\)
\(T_f\ larutan = 0°C-1,094°C\)
\(T_f\ larutan =-1,094°C\)

C. Larutan glukosa
Sebelumnya, massa air dalam larutan glukosa dapat dicari dengan persamaan berikut.

Massa larutan = volume larutan . rapatan larutan glukosa
Massa larutan = 500 mL . 1,2 gram/mL
Massa larutan = 600 gram

Berarti, dalam 600 gram larutan terdapat glukosa seperti ini.

Massa glukosa = 30% . 600 gram
Massa glukosa = 180 gram

Massa air = massa larutan - massa glukosa
Massa air = 600 gram - 180 gram
Massa air = 420 gram

Kita masukkan data yang diketahui ke dalam persamaan seperti di bawah ini.

\(ΔT_f = m . K_f\)
\(ΔT_f = \frac{massa\ zat}{Mr\ zat} .\ \frac{1000}{massa\ pelarut}. K_f\)
\(ΔT_f = \frac{180\ gram}{180\ gram/mol} .\ \frac{1000}{420}. 1,86°C/m\)
\(ΔT_f = 4,428°C\)

Ingat, kita mengasumsikan titik beku air pada 1 atm adalah 0°C. Titik beku larutan glukosa dicari dengan persamaan berikut.

\(ΔT_f =T_f\ air-T_f\ larutan\)
\(T_f\ larutan =T_f\ air-ΔT_f\)
\(T_f\ larutan = 0°C-4,428°C\)
\(T_f\ larutan =-4,428°C\)

Pembahasan Identifikasi Konsep dan Solusi

Jadi, titik beku larutan toluena adalah \(4,86°C\), titik beku larutan urea adalah \(-1,094°C\), dan titik beku larutan glukosa adalah \(-4,428°C\).