Rumus penurunan titik beku, lengkap dengan pengertian, contoh soal, dan cara pengerjaannya

Brilio.net - Pernah nggak sih kamu bertanya-tanya kenapa air, susu, atau berbagai makanan dan minuman yang dimasukkan ke dalam freezer bisa membeku? Ternyata perubahan bentuk larutan dari yang cair ke beku itu ada kaitannya dengan rumus penurunan titik beku, lho.

Rumus penurunan titik beku merupakan fenomena fisika di mana titik beku suatu zat cair, seperti air, menurun ketika zat tersebut dicampur dengan zat lain (biasanya dalam bentuk larutan atau campuran). Fenomena ini terjadi karena adanya interaksi antara zat-zat dalam larutan yang mengganggu tata letak molekul atau partikel dalam fase padat.

Hal tersebut kemudian memperlambat atau menghambat proses pembentukan kristal atau merapatkan diri yang biasanya terjadi pada saat pembekuan. Agar lebih memahami tentang rumus penurunan titik beku ini, berikut ulasan lengkap rumus penurunan titik beku, lengkap dengan pengertian, contoh soal, dan cara pengerjaannya yang dilansir brilio.net dari berbagai sumber pada Jumat (17/11).

Definisi penurunan titik beku.

foto: freepik.com

Penurunan titik beku adalah fenomena di mana titik beku suatu cairan menurun ketika ditambahkan zat terlarut ke dalamnya. Proses ini terjadi karena zat terlarut menyebabkan penurunan potensial beku molekul cairan, sehingga membutuhkan suhu yang lebih rendah agar molekul tersebut membentuk kisi kristal dan mengalami pembekuan.

Secara umum, penurunan titik beku dapat dijelaskan oleh Hukum Raoult dan hukum konsentrasi molal. Hukum Raoult menyatakan bahwa tekanan uap suatu pelarut ideal adalah produk dari fraksi mol pelarut dan tekanan uap pelarut murni. Dengan adanya zat terlarut (non-volatil), tekanan uap pelarut menurun, dan sebagai hasilnya, titik beku pelarut tersebut turun.

Penurunan titik beku adalah salah satu contoh efek koligatif, di mana sifat-sifat larutan tergantung pada jumlah partikel terlarut di dalamnya. Efek koligatif juga mencakup peningkatan tekanan osmotik, penurunan tekanan uap, dan peningkatan titik didih. Penerapan praktis penurunan titik beku dapat ditemukan dalam berbagai situasi, seperti pembekuan larutan garam pada jalanan untuk mengatasi es, dan dalam pengawetan makanan dengan pendinginan.

 

 

Rumus penurunan titik beku.

foto: freepik.com

Penurunan titik beku adalah fenomena fisika di mana titik beku suatu zat cair, seperti air, menurun ketika zat tersebut dicampur dengan zat lain (biasanya dalam bentuk larutan atau campuran). Fenomena ini terjadi karena adanya interaksi antara zat-zat dalam larutan yang mengganggu tata letak molekul atau partikel dalam fase padat, sehingga memperlambat atau menghambat proses pembentukan kristal atau merapatkan diri yang biasanya terjadi pada saat pembekuan.

Untuk menghitung penurunan titik beku suatu larutan, kita dapat menggunakan rumus penurunan titik beku berikut:

ΔT f = K f . m

Keterangan:

- ΔT f adalah penurunan titik beku
- K f adalah konstanta krioskopik pelarut
- m adalah molalitas larutan.

Rumus penurunan titik beku ini berlaku untuk larutan non elektrolit, yaitu larutan yang tidak menghasilkan ion-ion saat dilarutkan dalam air. Contoh larutan non elektrolit adalah larutan gula, alkohol, dan gliserol.

Untuk larutan elektrolit, yaitu larutan yang menghasilkan ion-ion saat dilarutkan dalam air, rumus penurunan titik beku harus dimodifikasi dengan mengalikan dengan faktor Van't Hoff (i), yang merupakan jumlah partikel efektif yang terbentuk dari zat terlarut.

Contoh larutan elektrolit adalah larutan garam, asam, dan basa. Rumus penurunan titik beku untuk larutan elektrolit adalah:

ΔT f = K f . m . i

Penerapan rumus penurunan titik beku dalam kehidupan sehari-hari.

foto: freepik.com

Penurunan titik beku ini memiliki banyak penerapan dalam kehidupan sehari-hari, seperti:

1. Pembuatan es krim.

Es krim dibuat dengan mencampurkan bahan-bahan seperti susu, gula, dan rasa, kemudian dimasukkan ke dalam freezer yang berisi cairan pendingin. Cairan pendingin adalah larutan berair yang mengandung garam atau zat lain yang dapat menurunkan titik beku air. Dengan demikian, cairan pendingin dapat mencapai suhu yang lebih rendah dari 0°C tanpa membeku, sehingga dapat membekukan adonan es krim.

2. Mencairkan salju di jalan raya.

Di daerah yang mengalami musim salju, setiap terjadi hujan salju maka jalanan akan dipenuhi es salju. Lapisan salju di jalan raya tersebut dapat mengakibatkan kendaraan tergelincir sehingga perlu dibersihkan. Untuk mengatasinya, jalanan bersalju tersebut ditaburi campuran garam NaCl dan CaCl2. Penaburan garam tersebut dapat menurunkan titik beku salju sehingga salju dapat mencair pada suhu lingkungan.

3. Antibeku pada radiator mobil.

Di daerah beriklim dingin, air radiator di kendaraan mudah membeku. Jika keadaan ini dibiarkan, radiator kendaraan akan cepat rusak. Oleh karena itu, ditambahkan etilen glikol (CH2OH–CH2OH) sebagai zat antibeku ke dalam air radiator. Dengan penambahan etilen glikol diharapkan titik beku air radiator menurun sehingga air tidak mudah membeku. Zat antibeku juga digunakan dalam mesin pesawat terbang. Selain menurunkan titik beku, zat antibeku juga menaikkan titik didih sehingga mengurangi penguapan air.

4. Antibeku dalam tubuh hewan.

Beberapa hewan yang hidup di daerah beriklim dingin, seperti beruang kutub, ikan laut, dan serangga, memiliki zat antibeku dalam tubuhnya. Zat antibeku ini dapat berupa protein, glikoprotein, atau poliol yang dapat menurunkan titik beku cairan tubuh hewan tersebut. Dengan demikian, hewan-hewan ini dapat bertahan hidup pada suhu yang sangat rendah tanpa membekukan jaringan atau selnya.

Contoh soal dan rumus penurunan titik beku.

foto: freepik.com

1. Sebuah larutan dibuat dengan melarutkan 30 gram glukosa (C6H12O6) dalam 270 gram air. Jika konstanta krioskopik air adalah 1,86°C kg/mol, berapa penurunan titik beku larutan tersebut?

Jawaban:

Pertama, kita harus mencari molalitas larutan, yaitu jumlah mol zat terlarut per kilogram pelarut. Untuk itu, kita harus mencari massa molar glukosa, yaitu jumlah gram glukosa per mol glukosa.

Massa molar glukosa dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom-atom penyusunnya, yaitu:

M = 6 x 12 + 12 x 1 + 6 x 16 = 180 g/mol

Kemudian, mencari jumlah mol glukosa yang terlarut dalam larutan, yaitu:

n = m / M = 30 / 180 = 0,167 mol

Selanjutnya, encari molalitas larutan, yaitu:

m = n / m p = 0,167 / 0,27 = 0,619 mol/kg

Terakhir, kmencari penurunan titik beku larutan, yaitu:

ΔT f = K f . m = 1,86 x 0,619 = 1,15°C

Jadi, penurunan titik beku larutan tersebut adalah 1,15°C.

2. Sebuah larutan dibuat dengan melarutkan 40 gram NaCl dalam 400 gram air. Jika konstanta krioskopik air adalah 1,86°C kg/mol dan faktor Van’t Hoff NaCl adalah 2, berapa penurunan titik beku larutan tersebut?

Jawaban:

Pertama, kamu harus mencari molalitas larutan, yaitu jumlah mol zat terlarut per kilogram pelarut.

Untuk itu, kamu harus mencari massa molar NaCl, yaitu jumlah gram NaCl per mol NaCl. Massa molar NaCl dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom-atom penyusunnya, yaitu:

M = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol

Kemudian, mencari jumlah mol NaCl yang terlarut dalam larutan, yaitu:

n = m / M = 40 / 58,5 = 0,684 mol

Selanjutnya, mencari molalitas larutan, yaitu:

m = n / m p = 0,684 / 0,4 = 1,71 mol/kg

Terakhir, cari penurunan titik beku larutan, yaitu:

ΔT f = K f . m . i = 1,86 x 1,71 x 2 = 6,36°C

Jadi, penurunan titik beku larutan tersebut adalah 6,36°C.

3. Sebuah larutan dibuat dengan melarutkan 20 gram urea (CH4N2O) dalam 200 gram air. Jika konstanta krioskopik air adalah 1,86°C kg/mol, berapa penurunan titik beku larutan tersebut?

Jawaban:

Langkah awal untuk mencari penurunan titik beku adalah dengan mencari molalitas larutan, yaitu jumlah mol zat terlarut per kilogram pelarut.

Untuk itu, harus mencari massa molar urea, yaitu jumlah gram urea per mol urea. Massa molar urea dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom-atom penyusunnya, yaitu:

M = 12 + 4 x 1 + 2 x 14 + 16 = 60 g/mol

Kemudian, mencari jumlah mol urea yang terlarut dalam larutan, yaitu:

n = m / M = 20 / 60 = 0,333 mol

Selanjutnya, mencari molalitas larutan, yaitu:

m = n / m p = 0,333 / 0,2 = 1,67 mol/kg

Terakhir, kita dapat mencari penurunan titik beku larutan, yaitu:

ΔT f = K f . m = 1,86 x 1,67 = 3,11°C

Jadi, penurunan titik beku larutan tersebut adalah 3,11°C.

4. Sebuah larutan dibuat dengan melarutkan 50 gram etilen glikol (CH2OH–CH2OH) dalam 450 gram air. Jika konstanta krioskopik air adalah 1,86°C kg/mol, berapa penurunan titik beku larutan tersebut?

Jawaban:

Pertama, harus mencari molalitas larutan, yaitu jumlah mol zat terlarut per kilogram pelarut. Untuk itu, harus mencari massa molar etilen glikol, yaitu jumlah gram etilen glikol per mol etilen glikol.

Massa molar etilen glikol dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom-atom penyusunnya, yaitu:

M = 2 x 12 + 6 x 1 + 2 x 16 = 62 g/mol

Kemudian, mencari jumlah mol etilen glikol yang terlarut dalam larutan, yaitu:

n = m / M = 50 / 62 = 0,806 mol

Selanjutnya, mencari molalitas larutan, yaitu:

m = n / m p = 0,806 / 0,45 = 1,79 mol/kg

Terakhir, mencari penurunan titik beku larutan, yaitu:

ΔT f = K f . m = 1,86 x 1,79 = 3,33°C

Jadi, penurunan titik beku larutan tersebut adalah 3,33°C.

5. Sebuah larutan dibuat dengan melarutkan 10 gram MgSO4 dalam 100 gram air. Jika konstanta krioskopik air adalah 1,86°C kg/mol dan faktor Van’t Hoff MgSO4 adalah 2, berapa penurunan titik beku larutan tersebut?

Jawaban:

Pertama, kamu harus mencari molalitas larutan, yaitu jumlah mol zat terlarut per kilogram pelarut. Untuk itu, harus mencari massa molar MgSO4, yaitu jumlah gram MgSO4 per mol MgSO4.

Massa molar MgSO4 dapat dihitung dengan menjumlahkan massa atom-atom penyusunnya, yaitu:

M = 24 + 32 + 4 x 16 = 120 g/mol

Kemudian, kamu bisa mencari jumlah mol MgSO4 yang terlarut dalam larutan, yaitu:

n = m / M = 10 / 120 = 0,083 mol

Selanjutnya, kamu dapat mencari molalitas larutan, yaitu:

m = n / m p = 0,083 / 0,1 = 0,83 mol/kg

Terakhir, kamu dapat mencari penurunan titik beku larutan, yaitu:

ΔT f = K f . m . i = 1,86 x 0,83 x 2 = 3,09°C

Jadi, penurunan titik beku larutan tersebut adalah 3,09°C.