Ketika pelarut membeku, partikel-partikel pelarut itu menjadi lebih teratur. Gaya antarmolekul yang bekerja pada partikel-partikel ini menjadi lebih “permanen” karena partikel-partikel tersebut sekarang saling berdekatan. Misalnya, ketika air membeku menjadi es, ikatan hidrogen yang memberi air banyak sifat uniknya membuat jaringan molekul berbentuk heksagonal yang melekat pada struktur es.
Jadi apa yang terjadi ketika zat terlarut ditambahkan ke air atau pelarut murni? Penambahan zat terlarut mengakibatkan urutan molekul pelarut terganggu. Ini berarti bahwa lebih banyak energi harus dikeluarkan dari larutan untuk membekukannya.
Misalnya, ketika garam ditambahkan ke air, ion yang dihasilkan di dalam air mengganggu jaringan ikatan hidrogen yang biasa dibuat saat pembekuan. Akibatnya, titik beku larutan lebih rendah daripada titik beku pelarut murni. Ini disebut penurunan titik beku.
Mendefinisikan Depresi Titik Beku
Penurunan titik beku berbanding lurus dengan molalitas zat terlarut:
Dalam persamaan ini, K
f adalah konstanta penurunan titik beku molal, dan m adalah molalitas zat terlarut. Ingat, molalitas adalah jumlah mol zat terlarut per kg pelarut. Faktor van't Hoff adalah i yang berhubungan dengan jumlah ion dalam larutan untuk setiap molekul zat terlarut. Misalnya, ini akan menjadi 2 untuk NaCl.Pada dasarnya, ini berarti bahwa semakin banyak zat terlarut, semakin besar penurunan suhu beku.
Depresi titik beku didefinisikan oleh titik beku pelarut murni dikurangi titik beku larutan yang bersangkutan:
Hal ini memungkinkan Anda untuk menemukan apa titik beku baru dibandingkan dengan pelarut murni.
Mengapa Depresi Titik Beku Berguna?
Dua aplikasi dunia nyata yang paling umum dari penurunan titik beku adalah antibeku dan jalan pengasinan di musim dingin.
Etilen glikol merupakan senyawa yang sering digunakan dalam antibeku karena jika ditambahkan ke dalam air maka titik beku air akan menurun. Ini dapat membantu memastikan bahwa air di radiator mobil Anda tidak membeku.
Ketika garam ditambahkan ke jalan di musim dingin, es akan mencair pada suhu yang lebih rendah, sehingga lebih aman karena tidak akan ada banyak es di jalan.
Perhatikan contoh berikut, yang menunjukkan bagaimana menambahkan garam ke dalam air akan mengakibatkan penurunan titik beku larutan.
Berapa suhu beku larutan yang ditambahkan 100 gram NaCl ke dalam 1 kilogram air? Dengan kata lain, berapa titik beku air asin?
Anda dapat menggunakan persamaan berikut:
Kf untuk air adalah 1,86 °C/m. Nomor ini dapat ditemukan dalam tabel seperti yang ada di referensi pertama. Karena NaCl terdisosiasi menjadi dua ion, faktor van't Hoff adalah 2. Terakhir, Anda perlu menghitung molalitas larutan.
Untuk melakukan ini, pertama-tama Anda harus mengubah gram NaCl menjadi mol:
Sekarang, Anda perlu membagi mol NaCl dengan massa pelarut untuk menemukan molalitas:
Selanjutnya, Anda dapat memasukkannya ke dalam persamaan berikut:
Begitu:
Dengan demikian,
Sekarang, Anda dapat menggunakan persamaan penurunan titik beku untuk menemukan titik beku baru larutan. (Ingat, titik beku air murni adalah 0°C.)
Begitu:
Jadi, menambahkan 100 gram garam ke dalam 1 kilogram air akan menurunkan titik beku hingga -6,4°C.
Tips
Titik beku larutan selalu lebih kecil dari titik beku pelarut murni. Ini berarti bahwa larutan harus dibawa ke suhu yang lebih rendah agar dapat membeku. Ini juga berarti bahwa pelelehan terjadi pada suhu yang lebih rendah daripada pelarut murni.