Larutan, koloid & suspensi

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Bila gula diaduk dalam air, gula seolah hilang dan airnya tetap bening. Campuran seperti ini disebut larutan. Gula adalah zat yang dilarutkan, air adalah pelarut.

Tidak semua campuran seperti itu:

• Air berlumpur tampak keruh. Kalau didiamkan, tanahnya turun ke dasar. Ini disebut suspensi.
• Susu dan santan tampak menyatu, tetapi bila disenter dalam gelap, berkas cahayanya terlihat. Ini disebut koloid.
• Pasir dan kerikil bagian-bagiannya jelas terlihat: campuran heterogen.

Campuran dapat dipisahkan tanpa mengubah zatnya. Petani garam di pantai mengalirkan air laut ke tambak lalu membiarkan Matahari menguapkan airnya sampai garam tertinggal. Ampas kopi dipisahkan dengan saringan (penyaringan). Minyak serai dipisahkan dengan penyulingan (distilasi).

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Campuran terdiri atas dua zat atau lebih yang tetap mempertahankan sifatnya. Menurut ukuran partikelnya:

• Larutan (campuran homogen): partikel < 1 nm, bening, tidak mengendap, tidak dapat disaring. Contoh: air gula, udara, cuka.
• Koloid: partikel 1–1000 nm, tampak homogen tetapi menghamburkan cahaya (efek Tyndall), tidak mengendap. Contoh: susu, kabut, agar-agar.
• Suspensi: partikel > 1000 nm, keruh, mengendap, dapat disaring. Contoh: air berlumpur.

Cara memisahkan campuran memanfaatkan perbedaan sifat fisika: penyaringan (ukuran partikel), penguapan dan kristalisasi (garam dari air laut), penyulingan (titik didih), kromatografi (kecepatan merambat pada kertas), sublimasi (kapur barus), magnet (serbuk besi), dan corong pisah (minyak dan air).

Kepekatan larutan dapat dinyatakan sebagai konsentrasi. Kadar persen massa = (massa zat terlarut : massa larutan) × 100%. Untuk kadar sangat kecil, misalnya logam berat di air minum, dipakai ppm (bagian per sejuta). Larutan disebut jenuh bila zat terlarut tidak dapat larut lagi pada suhu itu; kelarutan kebanyakan padatan naik bila suhu dinaikkan, sedangkan kelarutan gas turun.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Satuan konsentrasi di kimia:

• Molaritas: M = mol zat terlarut / liter larutan. Pengenceran mengikuti M₁V₁ = M₂V₂.
• Molalitas: m = mol zat terlarut / kg pelarut (tidak bergantung suhu).
• Fraksi mol: χ = mol komponen / mol total.

Zat terlarut dapat berupa elektrolit kuat (NaCl, HCl: terion sempurna), elektrolit lemah (CH₃COOH), atau nonelektrolit (gula, urea).

Sifat koligatif hanya bergantung pada jumlah partikel terlarut:

• Penurunan tekanan uap (hukum Raoult).
• Kenaikan titik didih: ΔTb = Kb · m · i (air: Kb = 0,512 °C kg/mol).
• Penurunan titik beku: ΔTf = Kf · m · i (air: Kf = 1,86 °C kg/mol). Karena itu garam dipakai mencairkan es di jalan dan membuat es puter lebih dingin.
• Tekanan osmotik: π = M · R · T · i. Cairan infus 0,9% NaCl dibuat isotonik dengan darah agar sel darah tidak mengerut atau pecah.

Faktor van ’t Hoff i adalah jumlah partikel per satuan rumus (NaCl ≈ 2, CaCl₂ ≈ 3, gula = 1).

Koloid digolongkan menurut fase terdispersi dan pendispersinya: sol (padat dalam cair, misalnya tinta), emulsi (cair dalam cair: mayones), buih (gas dalam cair: krim kocok), gel, aerosol (kabut, asap). Sifatnya: efek Tyndall, gerak Brown, adsorpsi, dan koagulasi. Pengolahan air memakai tawas: ion Al³⁺ menetralkan muatan partikel koloid sehingga menggumpal dan mengendap.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Pelarutan dapat dipandang sebagai siklus energi: kisi atau gaya antarmolekul zat terlarut diputus (endotermik), lalu partikel dikelilingi pelarut (solvasi/hidrasi, eksotermik). ΔH pelarutan adalah selisih keduanya; NH₄NO₃ melarut endotermik tetapi tetap spontan karena entropi naik. Aturan "sejenis melarutkan sejenis" mencerminkan kecocokan gaya antarmolekul.

Kelarutan gas mengikuti hukum Henry, C = k_H · P: minuman bersoda dibotolkan pada tekanan CO₂ tinggi, dan penyelam yang naik terlalu cepat mengalami gelembung nitrogen dalam darah.

Larutan ideal mengikuti hukum Raoult, Pᵢ = χᵢ · Pᵢ°. Penyimpangan positif (gaya A–B lebih lemah dari A–A dan B–B) atau negatif menimbulkan azeotrop, misalnya etanol–air sekitar 95,6% massa yang tidak dapat dimurnikan lebih lanjut dengan distilasi biasa. Rumus sifat koligatif diturunkan dari kesamaan potensial kimia pelarut di dua fase; untuk larutan elektrolit pekat perlu koefisien aktivitas (teori Debye–Hückel), sehingga i terukur lebih kecil dari jumlah ion ideal.

Kestabilan koloid dijelaskan teori DLVO: tolakan lapisan ganda listrik melawan tarikan van der Waals; menambah elektrolit menipiskan lapisan ganda sehingga koloid menggumpal (aturan Schulze–Hardy: ion bermuatan lebih tinggi jauh lebih efektif). Surfaktan seperti sabun membentuk misel di atas konsentrasi misel kritis (CMC), memerangkap minyak di intinya yang nonpolar.