Mengapa digunakan garam dalam percobaan penurunan titik beku?

Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh garam dapur terhadap titik beku dan titik didih air. Penelitian ini dilatarbelakangi oleh pentingnya air yang merupakan salah satu bahan yang digunakan sebagai media pada saat kalibrasi termometer, yang jika tercemar dengan zat tertentu, bisa saja dapat berpengaruh terhadap hasil pengukuran kalibrasi. Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh garam terhadap titik beku dan titik didih air sebagai media kalibrasi termometer. Pengukuran suhu air di titik beku dilakukan menggunakan Ellab termometer standar/ETS10 yang dimasukan kedalam bak es, sedangkan pada titik didih suhu diukur dengan memasukan ETS10 kedalam waterbath hingga mendidih. Hasil penelitian menunjukan bahwa air murni yang diukur pada titik bekunya memiliki suhu 0,036 ºC sedangkan saat di titik didih suhunya sebesar 98,966 ºC, hal ini dikarenakan besar tekanan yang tidak 1 atm. Setiap penambahan garam dengan konsentrasi 20 g/L maka suhu air di titik beku akan turun sekitar -2,5 ºC, dan setiap penambahan garam dengan konsentrasi 20 g/L di titik didih, maka temperatur akan naik sebesar 0,4 ºC.

A research on the effect of salt on the freezing point and boiling point of water has been done. This research is motivated by the importance of water, which is one of the materials used as a media during thermometer calibration, which it is contaminated with certain substances, it may be able to affect the results of calibration measurements. This study was to determine the effect of salt on the freezing point and boiling points of water as thermometer calibration media. Measurement of water temperature at the freezing point was conducted using Ellab temperature standard / ETS10 inserted into the ice bath, while at the boiling point temperature was measured by inserting a ETS10 to the water bath. The results showed that pure water freezed at a temperature of 0,036 °C while pure water boiled at temperature 98.966 °C, this was because the pressure was not 1 atm. Each additional salt with a concentration of 20 g/L, the water temperature at the freezing point will reduce around -2,5 ºC, and any addition salt with a concentration of 20 g/L at the boiling point, the temperature will rise by 0,4 ºC.

Kata Kunci : salt, freezing point, boiling point, thermometer calibration

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas

Halaman ini berisi artikel tentang fenomena yang disebabkan oleh zat terlarut. Untuk fenomena dalam fluida murni, lihat supercooling.

Penurunan titik beku adalah penurunan titik beku pelarut akibat penambahan zat terlarut yang tidak mudah menguap. Contohnya termasuk penambahan garam dalam air, alkohol dalam air, atau pencampuran dua padatan seperti pengotor menjadi obat bubuk halus. Dalam kasus terakhir, senyawa yang ditambahkan adalah zat terlarut, dan padatan asli dianggap sebagai pelarut. Larutan yang dihasilkan atau campuran padatan-padatan tersebut memiliki titik beku lebih rendah daripada pelarut atau padatan murninya. Fenomena inilah yang menyebabkan air laut, (campuran garam [dan lainnya] dalam air) tetap cair pada suhu di bawah 0 °C (32 °F), titik beku air murni.[1]

Penjelasan[sunting | sunting sumber]

Titik beku adalah suhu di mana pelarut cair dan pelarut padat berada pada kesetimbangan, sehingga tekanan uap keduanya sama. Ketika zat terlarut yang tidak mudah menguap ditambahkan ke dalam pelarut cair yang mudah menguap, tekanan uap larutan akan lebih rendah daripada zat pelarut murni. Akibatnya, padatan akan mencapai kesetimbangan dengan larutan pada suhu yang lebih rendah daripada dengan pelarut murni.[2]

Penggunaan[sunting | sunting sumber]

Fenomena penurunan titik beku memiliki banyak kegunaan praktis. Cairan radiator dalam mobil adalah campuran air dan etilena glikol. Akibat penurunan titik beku, radiator tidak membeku di musim dingin (kecuali jika sangat dingin, misalnya pada suhu −30 hingga −40 °C (−22 hingga −40 °F)). Penggaraman di jalan memanfaatkan efek ini untuk menurunkan titik beku es yang diletakkan di atasnya. Menurunkan titik beku memungkinkan es jalanan mencair pada suhu yang lebih rendah, mencegah akumulasi es yang berbahaya dan licin. Natrium klorida yang umum digunakan dapat menekan titik beku air menjadi sekitar −21 °C (−6 °F). Jika suhu permukaan jalan lebih rendah, NaCl menjadi tidak efektif dan garam lain digunakan, seperti kalsium klorida, magnesium klorida atau campuran banyak. Garam-garam ini agak agresif terhadap logam, terutama zat besi, dan karenanya media yang lebih aman seperti natrium format, kalium format, natrium asetat, kalium asetat digunakan sebagai gantinya.[3]

Penurunan titik beku digunakan oleh beberapa organisme yang hidup dalam cuaca sangat ekstrem. Makhluk seperti itu berevolusi yang berarti mereka dapat menghasilkan berbagai senyawa dengan konsentrasi tinggi seperti sorbitol dan gliserol. Peningkatan konsentrasi zat terlarut ini menurunkan titik beku air di dalamnya, mencegah organisme membeku padahal air di sekitarnya membeku, atau ketika udara di sekitarnya menjadi sangat dingin. Contoh organisme yang menghasilkan senyawa antibeku termasuk beberapa spesies ikan Arktik seperti rainbow smelt, yang menghasilkan gliserol dan molekul lain untuk bertahan hidup di muara yang membeku selama bulan-bulan musim dingin.[4] Pada hewan lain, seperti katak spring peeper (Pseudacris crucifer), molalitas meningkat sementara sebagai reaksi terhadap suhu dingin. Dalam kasus katak mengintip, suhu beku memicu kerusakan skala besar glikogen di hati katak dan pelepasan glukosa dalam jumlah besar ke dalam darah.[5]

Perhitungan[sunting | sunting sumber]

Jika larutan diperlakukan sebagai suatu larutan ideal, tingkat penurunan titik beku hanya bergantung pada konsentrasi zat terlarut yang dapat diperkirakan dengan hubungan linier sederhana dengan konstanta krioskopis ("Hukum Blagden"):[6][7]

di mana:

• ΔTF, penurunan titik beku, didefinisikan sebagai TF (pelarut murni) − TF (larutan).
• KF, tetapan krioskopis, yang tergantung pada sifat-sifat pelarut, dan bukan zat terlarut. (Catatan: Saat melakukan eksperimen, nilai KF yang lebih tinggi membuatnya lebih mudah untuk mengamati tetes yang lebih besar pada titik beku. Untuk air, KF = 1.853 K·kg/mol.[8])
• b adalah molalitas (mol zat terlarut per kilogram pelarut)
• i adalah faktor van 't Hoff (jumlah partikel ion per molekul individu zat terlarut, misalnya i = 2 untuk NaCl, 3 untuk BaCl2).

Hubungan sederhana ini tidak termasuk sifat zat terlarut, sehingga persamaan ini hanya efektif dalam larutan encer. Untuk perhitungan yang lebih akurat pada konsentrasi yang lebih tinggi, untuk zat terlarut ionik, Ge dan Wang (2010)[9] mengusulkan persamaan baru:[10]

Dalam persamaan di atas, TF adalah titik beku normal dari pelarut murni (273 K untuk air, contohnya); aliq adalah aktivitas pelarut dalam larutan (aktivitas air untuk larutan berair); ΔHfusTF adalah perubahan entalpi fusi dari pelarut murni pada TF, yaitu 333.6 J/g untuk air pada 273 K; ΔCfusp adalah perbedaan antara kapasitas panas fase cair dan padat pada TF, yaitu 2.11 J/(g·K) untuk air.

Lihat pula[sunting | sunting sumber]

• Penurunan titik lebur
• Kenaikan titik didih
• Sifat koligatif
• Titik eutektik
• Titik tripel

Referensi[sunting | sunting sumber]

1. ^ Greenslade, Thomas B. (1933). "Freezing-point lowering". J. Chem. Educ. (dalam bahasa Inggris). 10 (6): 353. doi:10.1021/ed010p353.
2. ^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General Chemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Prentice-Hall. hlm. 557-558. ISBN 0-13-014329-4.
3. ^ Kine Nilssen, Alex Klein-Paste, Johan Wåhlin (2018). "The Effect of Additives on the Low Temperature Ice-Melting Capacity of NaCl" (dalam bahasa Inggris). 2672 (12). doi:10.1177/0361198118767412.
4. ^ Treberg, J. R.; Wilson, C. E.; Richards, R. C.; Ewart, K. V.; Driedzic, W. R. (2002). "The freeze-avoidance response of smelt Osmerus mordax: initiation and subsequent suppression 6353". The Journal of Experimental Biology. 205 (Pt 10): 1419–1427.
5. ^ L. Sherwood et al., Animal Physiology: From Genes to Organisms, 2005, Thomson Brooks/Cole, Belmont, CA, ISBN 0-534-55404-0, hlm. 691–692.
6. ^ Blagden, Charles (1788) "XVIII. Experiments on the effect of various substances in lowering the point of congelation in water". Phil. Trans. R. Soc. 78. DOI:10.1098/rstl.1788.0020.
7. ^ Reif-Acherman, Simón (2009). "The pre-history of cryoscopy: what was done before raoult?". Quím. Nova. 32 (6). doi:10.1590/S0100-40422009000600056.
8. ^ Aylward, Gordon; Findlay, Tristan (2002), SI Chemical Data 5th ed. (edisi ke-5), Sweden: John Wiley & Sons, hlm. 202, ISBN 0-470-80044-5
9. ^ Ge, Xinlei; Wang, Xidong (2009). "Estimation of Freezing Point Depression, Boiling Point Elevation, and Vaporization Enthalpies of Electrolyte Solutions". Industrial & Engineering Chemistry Research. 48 (10): 5123–5123. doi:10.1021/ie900434h. ISSN 0888-5885.
10. ^ Ge, Xinlei; Wang, Xidong (2009). "Calculations of Freezing Point Depression, Boiling Point Elevation, Vapor Pressure and Enthalpies of Vaporization of Electrolyte Solutions by a Modified Three-Characteristic Parameter Correlation Model". Journal of Solution Chemistry. 38 (9): 1097–1117. doi:10.1007/s10953-009-9433-0. ISSN 0095-9782.

Mengapa garam dapat digunakan untuk menurunkan titik beku?

Bagaimana hubungan penurunan titik beku dengan garam?

Apa pengaruh garam terhadap pembekuan air?

Mengapa garam dapat digunakan untuk mencairkan salju di jalan?