12.3 Satuan Konsentrasi

Studi kuantitatif suatu larutan membutuhkan konsentrasi yang diketahui, yaitu jumlah zat terlarut yang ada dalam jumlah larutan tertentu. Kimiawan menggunakan beberapa satuan konsentrasi yang berbeda, yang masing-masing memiliki kelebihan serta keterbatasan. Perlu dipelajari empat satuan konsentrasi yang paling umum, yaitu: persen berdasarkan massa, fraksi mol, molaritas, dan molalitas.

Jenis Satuan Konsentrasi

Persen Massa 

Persen massa (juga disebut persen berdasarkan massa atau persen massa) adalah rasio massa zat terlarut dengan massa larutan, dikalikan dengan 100 persen:

Persen massa adalah bilangan tak bersatuan karena merupakan rasio dua besaran yang sama.

Contoh 12.2

Sampel 0,892 g kalium klorida (KCl) dilarutkan dalam 54,6 g air. Berapa persen massa KCl dalam larutan?

Strategi

Diketahui massa zat terlarut yang dilarutkan dalam pelarut tertentu. Oleh karena itu, dapat dihitung persen massa KCl menggunakan Persamaan (12.1).

Penyelesaian

Dapat ditulis

Latihan

Sampel 6,44 g naftalena (C10H8) dilarutkan dalam 80,1 g benzena (C6H6). Hitung persen massa naftalena dalam larutan ini.

Fraksi Mol

Fraksi mol diperkenalkan di Bagian 5.6. Fraksi mol suatu komponen larutan, katakanlah, komponen A, ditulis XA dan didefinisikan sebagai

Fraksi mol juga tidak memiliki satuan, karena juga merupakan perbandingan dua besaran yang sama.

Molaritas (M)

Dalam Bagian 4.5 molaritas didefinisikan sebagai jumlah mol zat terlarut dalam 1 L larutan; yaitu adalah,

Jadi, satuan molaritasnya adalah mol/L.

Molalitas (m)

Molalitas adalah jumlah mol zat terlarut yang terlarut dalam 1 kg (1000 g) pelarut — yaitu,

Misalnya, untuk membuat larutan natrium sulfat (Na2SO4) 1 molal atau 1 m, perlu dilarutkan 1 mol (142,0 g) zat ke dalam 1000 g (1 kg) air. Bergantung pada sifat interaksi pelarut-pelarut, volume akhir larutan akan lebih besar atau kurang dari 1000 mL. Mungkin juga, meskipun sangat tidak mungkin, bahwa volume akhir bisa sama dengan 1000 mL.

Contoh 12.3 menunjukkan cara menghitung molalitas suatu larutan.

Contoh 12.3

Hitung molalitas larutan asam sulfat yang mengandung 24,4 g asam sulfat dalam 198 g air. Massa molar asam sulfat adalah 98,09 g.

Strategi

Untuk menghitung molalitas suatu larutan, perlu diketahui jumlah mol zat terlarut dan massa pelarut dalam kilogram.

Penyelesaian

Definisi molalitas (m) adalah

Pertama, perlu dicari jumlah mol asam sulfat dalam 24,4 g asam, menggunakan massa molar sebagai faktor konversinya.

Massa air adalah 198 g, atau 0,198 kg. Karena itu,

Latihan

Berapa molalitas larutan yang mengandung 7,78 g urea [(NH2)2CO] dalam 203 g air?

Perbandingan Satuan Konsentrasi

Pemilihan satuan konsentrasi didasarkan pada tujuan percobaan. Misalnya, fraksi mol tidak digunakan untuk menyatakan konsentrasi larutan untuk titrasi dan analisis gravimetri, tetapi cocok untuk menghitung tekanan parsial gas (lihat Bagian 5.6) dan untuk menangani tekanan uap larutan (akan dibahas nanti di Bab ini).

Keuntungan molaritas adalah umumnya lebih mudah untuk mengukur volume suatu larutan, dengan menggunakan aliran volumetrik yang dikalibrasi dengan tepat, daripada menimbang pelarut, seperti yang dilihat di Bagian 4.5. Untuk alasan ini, molaritas lebih disukai daripada molalitas. Di sisi lain, molalitas tidak bergantung pada suhu, karena konsentrasi dinyatakan dalam jumlah mol zat terlarut dan massa pelarut. Volume larutan biasanya meningkat dengan meningkatnya suhu, sehingga larutan 1,0 M pada 25°C bisa menjadi 0,97 M pada 45°C karena peningkatan volume pada pemanasan. Ketergantungan konsentrasi pada suhu ini dapat secara signifikan mempengaruhi keakuratan percobaan. Oleh karena itu, terkadang lebih disukai menggunakan molalitas daripada molaritas.

Persen massa mirip dengan molalitas karena tidak bergantung pada suhu. Lebih lanjut, karena ditentukan dalam rasio massa zat terlarut dengan massa larutan, tidak perlu diketahui massa molar zat terlarut untuk menghitung persen massa.

Kadang-kadang diinginkan untuk mengubah satu satuan konsentrasi larutan ke satuan yang lain; misalnya, larutan yang sama dapat digunakan untuk eksperimen berbeda yang memerlukan satuan konsentrasi berbeda untuk kalkulasi. Misalkan diinginkan menyatakan konsentrasi larutan 0,396 m glukosa (C6H12O6) dalam molaritas. Diketahui ada 0,396 mol glukosa dalam 1000 g pelarut dan diperlukan menentukan volume larutan ini untuk menghitung molaritas. Pertama, perlu dihitung massa larutan dari massa molar glukosa:

Langkah selanjutnya adalah secara eksperimental menentukan massa jenis larutan, yang ternyata 1,16 g/mL. Sekarang dapat dihitung volume larutan dalam liter dengan menulis

Akhirnya, molaritas larutan diperoleh

Seperti yang dilihat, massa jenis larutan berfungsi sebagai faktor konversi antara molalitas dan molaritas. 

Contoh 12.4 dan 12.5 menunjukkan konversi satuan konsentrasi.

Contoh 12.4

Densitas larutan metanol (CH3OH) 2,45 M adalah 0,976 g/mL. Berapa molalitas larutannya? Massa molar metanol adalah 32,04 g.

Strategi

Untuk menghitung molalitas, perlu diketahui jumlah mol metanol dan massa pelarut dalam kilogram. Dengan asumsi 1 L larutan, sehingga jumlah mol metanol adalah 2,45 mol.

Penyelesaian

Langkah pertama adalah menghitung massa air dalam satu liter larutan, menggunakan massa jenis sebagai faktor konversi. Massa total 1 L larutan metanol 2,45 M adalah

Karena larutan ini mengandung 2,45 mol metanol, maka jumlah air (pelarut) dalam larutan tersebut adalah

Molalitas larutan dapat dihitung dengan mengubah 898 g menjadi 0,898 kg:

Latihan

Hitung molalitas larutan etanol 5,86 M (C2H5OH) yang massa jenisnya 0,927 g / mL.

Contoh 12.5

Hitung molalitas larutan asam fosfat (H3PO4) 35,4 persen (menurut massa). Massa molar asam fosfat adalah 97,99 g.

Strategi

Dalam menyelesaikan jenis masalah ini, akan lebih mudah untuk mengasumsikan bahwa dimulai dengan larutan 100,0 g. Jika massa asam fosfat adalah 35,4 persen, atau 35,4 g, maka persen massa dan massa air harus 100,0% - 35,4% = 64,6% dan 64,6 g.

Penyelesaian

Dari massa molar asam fosfat yang diketahui, dapat dihitung molalitas dalam dua langkah, seperti yang ditunjukkan pada Contoh 12.3. Pertama, menghitung jumlah mol asam fosfat dalam 35,4 g asam

Massa air adalah 64,6 g, atau 0,0646 kg. Oleh karena itu, molalitas diperoleh

Latihan

Hitung molalitas larutan natrium klorida dalam air 44,6 persen (menurut massa).

Ulasan Konsep

Larutan dibuat pada suhu 20°  dan konsentrasinya dinyatakan dalam tiga satuan yang berbeda: persen massa, molalitas, dan molaritas. Larutan tersebut kemudian dipanaskan hingga 88°C. Manakah dari satuan konsentrasi yang akan berubah (naik atau turun)?