Contoh Soalan dan Perbincangan tentang Kemerosotan Takat Beku Penyelesaian
Kemerosotan takat beku merupakan fenomena koligatif yang penting dalam kimia larutan. Ia mempengaruhi banyak proses biologi, kimia dan perindustrian. Artikel ini membincangkan beberapa contoh kemerosotan takat beku dan memberikan perbincangan terperinci untuk menjelaskan konsep ini.
Memahami Kemerosotan Takat Beku
Penurunan takat beku ialah fenomena di mana takat beku pelarut diturunkan apabila zat terlarut ditambah kepadanya. Kesan ini merupakan fenomena koligatif, yang bermaksud bahawa penurunan takat beku bergantung pada bilangan zarah zat terlarut dalam larutan, dan bukan pada identiti zat terlarut.
Persamaan umum yang digunakan untuk mengira penurunan takat beku ialah:
\[
\Delta T_f = K_f \cdot m
\]
Di mana:
– \(\Delta T_f\) ialah penurunan takat beku.
– \(K_f\) ialah pemalar penurunan takat beku ciri pelarut.
– \(m\) ialah molaliti larutan (mol zat terlarut/kg pelarut).
Contoh Soalan Kemurungan Takat Beku
Soalan 1
Ia diketahui:
– Satu larutan dibuat dengan melarutkan 5 gram NaCl (berat molar = 58.5 g/mol) dalam 200 gram air.
– Pemalar penurunan takat beku (K_f) air ialah 1.86 °C•kg/mol.
Soalan:
Kirakan penurunan takat beku larutan ini.
Perbincangan:
1. Kirakan molaliti larutan (m):
Pertama, kita kira bilangan mol NaCl:
\[
\text{mol NaCl} = \frac{\text{jisim NaCl (g)}}{\text{berat molar (g/mol)}} = \frac{5 \text{ g}}{58.5 \text{ g/mol}} = 0.0855 \text{ mol}
\]
Kemudian, kita kira molaliti (mol zat terlarut/kg pelarut):
\[
\text{molati} = \frac{\text{mol NaCl}}{\text{jisim pelarut (kg)}} = \frac{0.0855 \text{ mol}}{0.2 \text{ kg}} = 0.4275 \text{ m}
\]
2. Kirakan penurunan takat beku (\(\Delta T_f\)):
\[
\Delta T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•kg/mol} \cdot 0.4275 \text{ m} = 0.79545 \text{ °C}
\]
Jadi, larutan ini akan mengalami penurunan takat beku sebanyak 0.79545 °C.
Soalan 2
Ia diketahui:
– Satu larutan mengandungi 10 gram glukosa (C₆H₁₂O₆, berat molar = 180 g/mol) yang dilarutkan dalam 250 gram air.
– Pemalar penurunan takat beku untuk air ialah 1.86 °C•kg/mol.
Soalan:
Apakah penurunan takat beku larutan glukosa ini?
Perbincangan:
1. Kirakan molaliti larutan (m):
Pertama, kita kira bilangan mol glukosa:
\[
\text{mol glukosa} = \frac{\text{jisim glukosa (g)}}{\text{berat molar (g/mol)}} = \frac{10 \text{ g}}{180 \text{ g/mol}} = 0.0556 \text{ mol}
\]
Kemudian, kita kira molaliti (mol zat terlarut/kg pelarut):
\[
\text{molati} = \frac{\text{mol glukosa}}{\text{jisim pelarut (kg)}} = \frac{0.0556 \text{ mol}}{0.25 \text{ kg}} = 0.2224 \text{ m}
\]
2. Kirakan penurunan takat beku (\(\Delta T_f\)):
\[
\Delta T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•kg/mol} \cdot 0.2224 \text{ m} = 0.413664 \text{ °C}
\]
Jadi, larutan glukosa akan mengalami penurunan takat beku sebanyak 0.413664 °C.
Soalan 3
Ia diketahui:
– Satu larutan dibuat dengan melarutkan 20 gram urea (NH₂CONH₂, berat molar = 60 g/mol) dalam 500 gram air.
– Pemalar penurunan takat beku (K_f) air ialah 1.86 °C•kg/mol.
Soalan:
Kirakan penurunan takat beku larutan ini.
Perbincangan:
1. Kirakan molaliti larutan (m):
Pertama, kita kira bilangan mol urea:
\[
\text{mol urea} = \frac{\text{jisim urea (g)}}{\text{berat molar (g/mol)}} = \frac{20 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.3333 \text{ mol}
\]
Kemudian, kita kira molaliti (mol zat terlarut/kg pelarut):
\[
\text{molati} = \frac{\text{mol urea}}{\text{jisim pelarut (kg)}} = \frac{0.3333 \text{ mol}}{0.5 \text{ kg}} = 0.6666 \text{ m}
\]
2. Kirakan penurunan takat beku (\(\Delta T_f\)):
\[
\Delta T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•kg/mol} \cdot 0.6666 \text{ m} = 1.240476 \text{ °C}
\]
Jadi, larutan itu akan mengalami penurunan takat beku sebanyak 1.240476 °C.
Soalan 4
Ia diketahui:
– Satu larutan mengandungi 15 gram asid asetik (CH₃COOH, berat molar = 60 g/mol) yang dilarutkan dalam 300 gram air.
– Pemalar penurunan takat beku (K_f) air ialah 1.86 °C•kg/mol.
Soalan:
Apakah penurunan takat beku larutan asid asetik ini?
Perbincangan:
1. Kirakan molaliti larutan (m):
Pertama, kita kira bilangan mol asid asetik:
\[
\text{mol asid asetik} = \frac{\text{jisim asid asetik (g)}}{\text{berat molar (g/mol)}} = \frac{15 \text{ g}}{60 \text{ g/mol}} = 0.25 \text{ mol}
\]
Kemudian, kita kira molaliti (mol zat terlarut/kg pelarut):
\[
\text{molati} = \frac{\text{mol asid asetik}}{\text{jisim pelarut (kg)}} = \frac{0.25 \text{ mol}}{0.3 \text{ kg}} = 0.8333 \text{ m}
\]
2. Kirakan penurunan takat beku (\(\Delta T_f\)):
\[
\Delta T_f = K_f \cdot m = 1.86 \text{ °C•kg/mol} \cdot 0.8333 \text{ m} = 1.55 \text{ °C}
\]
Jadi, larutan itu akan mengalami penurunan takat beku sebanyak 1.55 °C.
Kesimpulannya
Kemerosotan takat beku merupakan fenomena koligatif yang penting dalam pelbagai aplikasi saintifik dan perindustrian. Dengan memahami cara mengira kemerosotan takat beku, kita boleh meramalkan bagaimana zat terlarut yang berbeza akan mempengaruhi takat beku larutan. Artikel ini telah membincangkan beberapa contoh masalah dan cara mengira kemerosotan takat beku untuk larutan, memberikan anda asas yang kukuh dalam memahami konsep kemerosotan takat beku.
