Kenaikan titik didih

Kenaikan titik didih menggambarkan fenomena bahwa titik didih dari cairan (suatu pelarut) akan lebih tinggi ketika senyawa lain ditambahkan, yang berarti bahwa larutan akan memiliki titik didih yang lebih tinggi daripada pelarut murninya. Hal ini terjadi ketika zat terlarut yang tidak mudah menguap, seperti garam, ditambahkan ke pelarut murni, seperti air. Titik didih dapat diukur secara akurat menggunakan ebulioskop.

Penjelasan

Perubahan potensial kimia pelarut ketika zat terlarut ditambahkan menjelaskan mengapa terjadi peningkatan titik didih.

Kenaikan titik didih adalah sifat koligatif, yang berarti bahwa kenaikan titik didih bergantung pada keberadaan partikel terlarut dan jumlahnya, tetapi tidak pada jenis zat tersebut. Sifat ini adalah efek dari pengenceran pelarut dengan adanya zat terlarut. Kenaikan titik didih adalah fenomena yang terjadi untuk semua zat terlarut dalam semua larutan, bahkan dalam larutan ideal, dan tidak bergantung pada interaksi zat terlarut-pelarut tertentu. Peningkatan titik didih terjadi baik ketika zat terlarut adalah suatu elektrolit, seperti berbagai garam, dan nonelektrolit. Dalam istilah termodinamika, asal dari ketinggian titik didih adalah entropik dan dapat dijelaskan dalam istilah tekanan uap atau potensial kimia dari pelarut. Dalam kedua kasus, penjelasannya tergantung pada kenyataan bahwa banyak zat terlarut hanya ada dalam fase cair dan tidak masuk ke dalam fase gas (kecuali pada suhu yang sangat tinggi).

Dalam istilah tekanan uap, cairan mendidih pada suhu ketika tekanan uapnya sama dengan tekanan di sekitarnya. Untuk pelarut, keberadaan zat terlarut menurunkan tekanan uapnya dengan pengenceran. Suatu zat terlarut yang tidak mudah menguap memiliki tekanan uap nol, sehingga tekanan uap larutan lebih kecil daripada tekanan uap pelarut. Dengan demikian, suhu yang lebih tinggi diperlukan untuk tekanan uap untuk mencapai tekanan di sekitarnya, dan titik didih meningkat.

Dalam istilah potensial kimia, pada titik didih, fase cair dan fase gas (atau uap) memiliki potensial kimia (atau tekanan uap) yang sama yang berarti bahwa mereka setara secara energetika. Potensial kimiawi tergantung pada suhu, dan pada suhu lain baik fase cairan atau gas memiliki potensial kimia yang lebih rendah dan lebih menguntungkan secara energetik daripada fase lainnya. Hal ini berarti bahwa ketika suatu zat terlarut yang tidak mudah menguap ditambahkan, potensial kimia dari pelarut dalam fase cair berkurang oleh adanya pengenceran, tetapi potensial kimia dari pelarut dalam fase gas tidak terpengaruh. Ini berarti pada gilirannya bahwa kesetimbangan antara fase cair dan gas dibentuk pada suhu lain untuk larutan daripada cairan murni, yaitu, titik didih dinaikkan.^[1]

Perhitungan

Tingkat kenaikan titik didih dapat dihitung dengan menerapkan hubungan Clausius–Clapeyron dan hukum Raoult bersama dengan asumsi non-volatilitas zat terlarut. Hasilnya adalah bahwa dalam larutan ideal yang encer, tingkat kenaikan titik didih berbanding lurus dengan mol konsentrasi larutan sesuai dengan persamaan:^[1]

ΔT_b = K_b · b_B

dimana kenaikan titik didih, didefinisikan sebagai T_{b (larutan)} - T_{b (pelarut)}.

K_b, konstanta ebulioskopis, yang tergantung pada sifat-sifat pelarut. Dapat dihitung sebagai K_b = RT_b²M/ΔH_v, di mana R adalah konstanta gas, dan T_b adalah suhu mendidih dari pelarut murni [dalam K], M adalah massa molar pelarut, dan ΔH_v adalah panas penguapan per mol pelarut.
b_B adalah molalitas dari larutan, dihitung dengan memperhitungkan disosiasi karena kenaikan titik didih adalah sifat koligatif, tergantung pada jumlah partikel dalam larutan. Molalitas ini paling mudah dilakukan dengan menggunakan faktor van 't Hoff i dengan b_B = b_{zat terlarut} · i. Faktor i memperhitungkan jumlah partikel individu (biasanya ion) yang dibentuk oleh senyawa dalam larutan. Contoh:
- i = 1 untuk gula dalam air
- i = 1.9 untuk natrium klorida dalam air, karena disosiasi penuh NaCl menjadi Na⁺ dan Cl⁻ (terkadang disederhanakan menjadi 2)
- i = 2.3 untuk kalsium klorida dalam air, karena disosiasi hampir penuh CaCl₂ menjadi Ca²⁺ dan 2Cl⁻ (terkadang disederhanakan menjadi 3)

Faktor bilangan bulat i dihasilkan dari pasangan ion dalam larutan, yang menurunkan jumlah efektif partikel dalam larutan.

Persamaan setelah memasukkan faktor van't Hoff menjadi

ΔT_b = K_b · b_{zat terlarut} · i

Lihat pula

Referensi

^ ^a ^b P. W. Atkins, Physical Chemistry, 4th Ed., Oxford University Press, Oxford, 1994, ISBN 0-19-269042-6, p. 222-225

[Atkins-1] P. W. Atkins, Physical Chemistry, 4th Ed., Oxford University Press, Oxford, 1994, ISBN 0-19-269042-6, p. 222-225

[1]