A. Sifat
Koligatif Larutan
Larutan
merupakan campuran homogen antara dua atau lebih zat. Adanya interaksi antara
zat terlarut dan pelarut dapat berakibat terjadinya perubahan sifat fisis dari
komponen-komponen penyusun larutan tersebut. Salah satu sifat yang diakibatkan
oleh adanya interaksi antara zat terlarut dengan pelarut adalah sifat koligatif
larutan. Sifat koligatif larutan adalah sifat larutan yang hanya dipengaruhi
oleh jumlah partikel zat terlarut di dalam larutan, dan tidak dipengaruhi oleh
sifat dari zat terlarut.
Hukum
Raoult merupakan dasar bagi empat sifat larutan encer yang disebut sifat
koligatif ( dari bahasa latin colligare, yang berarti “mengumpul
bersama”)
sebab sifat-sifat itu tergantung pada efek kolektif jumlah partikel terlarut,
bukannya pada sifat partikel yang terlibat. Keempat sifat itu ialah :
1. Penurunan
tekanan uap larutan relatif terhadap tekanan uap pelarut murni
2. Peningkatan
titik didih
3. Penurunan
titik beku
4. Gejala
tekanan osmotik (Oxtoby, David W : 2004 , 166)
B. Penurunan
Titik Beku Larutan
Proses
pembekuan suatu zat cair terjadi bila suhu diturunkan, sehingga jarak
antarpartikel sedemikian dekat satu sama lain dan akhirnya bekerja gaya tarik
menarik antarmolekul yang sangat kuat. Adanya partikel-partikel dari zat
terlarut akan mengakibatkan proses pergerakan molekul-molekul pelarut
terhalang, akibatnya untuk dapat lebih mendekatkan jarak antarmolekul
diperlukan suhu yang lebih rendah. Jadi titik beku larutan akan lebih rendah
daripada titik beku pelarut murninya. Perbedaan titik beku akibat adanya
partikel-partikel zat terlarut disebut penurunan titik beku (?Tf). Penurunan
titik beku larutan sebanding dengan hasil kali molalitas larutan dengan tetapan
penurunan titik beku pelarut (Kf), dinyatakan dengan persamaan :
?Tf = Kf m
atau ?Tf = Kf (n x 1000/p)
Dimana :
?Tf =
penurunan titik beku
Kf = tetapan
penurunan titik beku molal
n = jumlah mol
zat terlarut
p = massa
pelarut
Titik
beku larutan merupakan titik beku pelarut murni dikurangi dengan penurunan
titik bekunya atau Tf = Tfo - ?Tf. (Sudarmo, Unggul:2007,13)
C. Penyebab
dan Definisi Penurunan Titik Beku Larutan
Apakah
yang dimaksud dengan penurunan titik beku? Air murni membeku pada suhu 0oC,
dengan adanya zat terlarut misalnya saja di tambahkan gula ke dalam air
tersebut maka titik beku larutan ini tidak akan sama dengan 0oC, melainkan akan
turun dibawah 0oC, inilah yang dimaksud sebagai “penurunan
titik beku”.
Jadi
larutan akan memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan dengan pelarut
murninya. Sebagai contoh larutan garam dalam air akan memiliki titik beku yang
lebih rendah dibandingkan dengan pelarut murninya yaitu air, atau larutan fenol
dalam alkohol akan memiliki titik beku yang lebih rendah dibandingkan dengan
pelarut murninya yaitu alkohol.
Mengapa
hal ini terjadi? Apakah zat terlarut menahan pelarut agar tidak membeku?
Penjelasan mengapa hal ini terjadi lebih mudah apabila dijelaskan dari sudut
pandang termodinamik sebagai berikut.
Contoh, air murni pada suhu 0oC. Pada suhu ini air
berada pada kesetimbangan antara fasa
cair dan fasa padat. Artinya kecepatan
air berubah wujud dari cair ke padat atau sebaliknya adalah sama, sehingga bisa
dikatakan fasa cair dan fasa padat pada kondisi ini memiliki potensial kimia yang sama, atau dengan kata
lain tingkat energi kedua fasa adalah sama.
Besarnya
potensial kimia dipengaruhi oleh temperatur, jadi pada suhu tertentu potensial
kimia fasa padat atau fasa cair akan lebih rendah daripada yag lain, fasa yang
memiliki potensial kimia yang lebih rendah secara energi lebih disukai,
misalnya pada suhu 2oC fasa cair memiliki potensial kimia yang lebih rendah
dibanding fasa padat sehingga pada suhu ini maka air cenderung berada pada fasa
cair, sebaliknya pada suhu -1oC fasa padat memiliki potensial kimia yang lebih
rendah sehingga pada suhu ini air cenderung berada pada fasa padat.
Apabila
ke dalam air murni kita larutkan garam dan kemudian suhunya kita turunkan sedikit
demi sedikit, maka dengan berjalannya waktu pendinginan maka perlahan-lahan
sebagian larutan akan berubah menjadi fasa padat hingga pada suhu tertentu akan
berubah menjadi fasa padat secara keseluruhan. Pada umumnya zat terlarut lebih
suka berada pada fasa cair dibandingkan dengan fasa padat, akibatnya pada saat
proses pendinginan berlangsung larutan akan mempertahankan fasanya dalam
keadaan cair, sebab secara energi larutan lebih suka berada pada fasa cair
dibandingkan dengan fasa padat, hal ini menyebabkan potensial kimia pelarut
dalam fasa cair akan lebih rendah (turun) sedangkan potesnsial kimia pelarut
dalam fasa padat tidak terpengaruh. Maka akan lebih banyak energi yang
diperlukan untuk mengubah larutan menjadi fasa padat karena titik bekunya menjadi
lebih rendah dibandingkan dengan pelarut murninya. Inilah sebab mengapa adanya
zat terlarut akan menurunkan titk beku larutannya. Rumus untuk mencari
penurunan titik beku larutan adalah sebagai berikut:
rTf = Kf . m.
i
Keterangan:
· delta Tf =
Penuruan titik beku
· m = molalitas
larutan
· Kf = Tetapan
konstantat titik beku larutan
Jangan
lupa untuk menambahkan faktor van hoff pada rumus diatas apabila larutan yang
ditanyakan adalah larutan elektrolit.
Contoh soal :
1. Tentukan
titik beku larutan yang terjadi jika 9 gram glukosa dan 5,85 gram NaCl
dilarutkan dalam 200 gram air Kf air = 1,86oC/m?
(Mr glukosa =
180 dan Mr NaCl = 58,5)
Jawab :
?Tf larutan =
?Tf glukosa + ?Tf NaCl
= (Kf x m
glukosa + Kf x m x i )
= (1,86 x
9gr/180 x 1000/200gr + 1,86 x 5,85 gr/58,5 x 1000/200gr x 2)
= (0,465 +
1,86)0C = 2,3250C
Jadi titik
beku larutan yang terjadi adalah -2,3250C.
D. Penerapan
Penurunan Titik Beku Larutan Dalam Pembuatan es krim
Bagaimana es
krim dibuat?
Adonan
es krim ditempatkan dalam bejana yang terendam es batu dan air yang telah
diberi garam dapur sambil diputar-putar untuk memperoleh suhu yang lebih rendah
dari 00C. Proses tersebut mengakibatkan adonan es krim membeku dengan titik
beku es beberapa derajat di bawah dibawah titik beku air murni. Hal ini terjadi
karena proses perpindahan kalor dari adonan es krim ke dalam campuran es batu,
air, dan garam dapur.
Temperatur
normal campuran es dan air adalah 00C. Akan tetapi itu tidak cukup dingin untuk
membekukan es krim. Temperatur yang diperlukan untuk membekukan es krim adalah
-3 oC atau lebih rendah. Untuk mencapai suhu tersebut perlu ditambahkan garam
dalam proses pembuatan es krim. Sebenarnya banyak bahan kimia lain yang dapat
digunakan tetapi garam relatif murah. Garam berfungsi menurunkan titik beku
larutan. Ketika es dicampur dengan garam, es mencair dan terlarut membentuk air
garam serta menurunkan temperaturnya. Proses ini memerlukan panas dari luar.
Campuran itu mendapatkan panas dari adonan es krim maka hasilnya adalah es krim
padat dan lezat seperti yang diinginkan.(Susilowati, Endang : 2004,16)
Es
krim merupakan makanan dengan gizi tinggi. Hidangan yang sudah tersaji sejak
zaman Romawi atau 400 tahun SM itu ternyata mampu menyembuhkan influenza, serta
mengandung zat anti tumor. Pada tahun 1851 es krim dapat dikatakan jenis
hidangan paling populer di dunia. Pada tahun 2003, produksi es krim dunia mencapai
lebih dari satu miliar liter dan dikonsumsi oleh miliaran konsumen per tahun.
Es
krim adalah anggota kelompok hidangan beku yang memiliki tekstur semi padat,
Banyak fakta menyebutkan bahwa es krim merupakan salah satu makanan bernilai
gizi tinggi. Nilai gizi es krim sangat tergantung pada nilai gizi bahan
bakunya. Bahan-bahan yang digunakan dalam pembuatan es krim adalah lemak susu,
padatan susu tanpa lemak (skim), gula pasir, bahan penstabil, pengemulsi, dan
pencita rasa. Proses pembuatan es krim terdiri dari pencampuran bahan,
pasteurisasi, homogenasi, aging di dalam refrigerator, pembekuan sekaligus
pengadukan di dalam votator, dan terakhir adalah pengerasan (hardening) di
dalam freezer.
Di
balik kelembutan dan rasa manisnya, es krim terbukti memiliki beberapa fakta
gizi yang tak terduga. Keunggulan es krim didukung oleh bahan baku utamanya,
yaitu susu tanpa lemak dan lemak susu. Susu disebut sebagai makanan yang hampir
sempurna karena kandungan zat gizi yang lengkap. Para peneliti menemukan lebih
dari 100.000 jenis molekul yang terkandung di dalam susu, Selain air dan lemak,
molekul-molekul tersebut mencakup protein, karbohidrat, mineral, enzim-enzim,
gas, serta vitamin A, C dan D. Terdapat beberapa peneliti yang menyatakan bahwa
susu termasuk dalam golongan pangan fungsional.
Sebagian
besar komponen dalam susu telah diketahui fungsinya secara biologis bagi tubuh.
Komponen yang telah diketahui fungsinya adalah protein terutama dari bagian
whey, termasuk di dalamnya alfalaktalbumin, betaktoglobulin, imunoglobulin,
laktoferin, dan glikomakropeptida. Alfalaktalbumin berperan serta dalam
metabolisme karbohidrat. Enzim ini memiliki kemampuan berinteraksi dengan enzim
galaktotransferase. Fungsi enzim tersebut mentransportasikan galaktosa ke pool
glukosa. Beberapa penelitian membuktikan alfalaktalbumin sebagai zat antitumor.
E. Komposisi
Es Krim Dan Manfaatnya
KOMPOSISI ES
KRIM
Ada
lima komponen penyusun es krim: Krim, Skim, Air, Gula dan Stabilizer. Kadar air
dalam es krim antara 60%-62%, jika air terlalu banyak maka es krim menjadi
kasar, jika air terlalu sedikit maka es krim akan menjadi terlalu padat. Untuk
bisa creamy, 60%-62% itu sudah ukuran yang teruji.
Dengan
demikian maka kadar bahan kering adalah 38%-40%.
MANFAAT KRIM
Krim
adalah bagian yang paling banyak mengandung lemak pada susu. Panaskan susu sapi
sampai suhu pasteur (70C-80C), kemudian dinginkan agak lama sampai muncul
selaput yang makin lama makin tebal. Selaput inilah yang dinamakan krim, memang
cuma sedikit karena kadar krim dalam susu sapi hanya 3.5%. Fungsi dari krim ini
adalah memberikan aroma susu dan mencegah pembentukan kristal yang terlalu
besar. Pada hakekatnya krim adalah lemak, maka kita bisa menggunakan lemak
lain, umumnya adalah santan atau telur. Dengan konsekuensi akan berkurangnya/hilangnya
aroma susu diganti menjadi aroma santan atau aroma telur, bisa juga dicampurkan
ketiga lemak tersebut, sesuai selera. Tapi tidak semua lemak bisa dipakai untuk
es krim, mentega atau korvet akan membuat es krim ngendal, minyak kedelai tidak
ngendal tapi aroma es krim menjadi aneh. Jadi yang direkomendasikan adalah
lemak susu, lemak telur dan lemak santan. Kadar lemak dalam es krim adalah
8%-16%.
MANFAAT SKIM
Setelah
susu sapi diambilnya krimnya, maka yang tersisa tinggal air dan bahan padatan
lain meliputi protein, karbohidrat dan mineral.
Jika
kadar air tersebut dihabiskan, maka yang tersisa itulah yang dinamakan skim.
Yaitu bahan padatan susu sapi tanpa lemak. Fungsi skim pada es krim adalah
sebagai tubuh yang membentuk tekstur. Membuat es krim tanpa skim hasilnya
seperti kocokan whipcream itu, memang lembut, tapi ringan. Sama dengan krim,
pada hakekatnya skim ini adalah bahan padatan yang terdiri dari protein,
karbohidrat dan mineral, jadi bisa diambilkan dari telur atau santan. Kadar
skim dalam es krim adalah sama dengan krim yaitu antara 8% sampai 16%.
MANFAAT GULA
Gula
tidak hanya berfungsi sebagai pemberi rasa manis pada es krim, tapi juga
menurunkan titik beku adonan, sehingga adonan tidak terlalu cepat membeku saat
diproses. Ini penting agar udara yang masuk kedalam adonan bisa lebih banyak
sehingga tekstur menjadi lebih lembut. Kadar gula dalam es krim adalah 15%.
MANFAAT
STABILIZER
Adonan
es krim jika dibekukan tanpa stabilizer, maka molekul lemak dan molekul air
yang sebelumnya sudah tercampur rata akan memisah pelan-pelan. Membentuk
kelompok air dan kelompok lemak. Lemak menjadi keras sedangkan air menjadi
kristal. Stabilizer berfungsi untuk emulsi, yaitu membentuk selaput yang
berukuran mikro untuk mengikat molekul lemak, air dan udara. Dengan demikian
air tidak akan mengkristal, dan lemak tidak akan mengeras. Stabilizer juga
bersifat mengentalkan adonan, sehingga selaput2 tadi bisa stabil. Kadar
stabilizer dalam es krim adalah 0.3%.
F. Alat
Pembuat Es Krim
Nancy
Johnson dari Philadelphia adalah orang yang pertama menciptakan alat pembuat es
krim. Alat yang ia ciptakan adalah ember dari kayu yang di dalamnya ada wadah
lebih kecil dari logam. Wadah logam ini dapat diputar dengan menggunakan pedal.
Ruang di antara wadah kecil dan ember kayu diisi dengan campuran es dan garam.
Pembuatan es krim sebenarnya sederhana saja, yakni mencampurkan bahan-bahan dan
kemudian mendinginkannya. Air murni pada tekanan 1 atmosfer akan membeku pada
suhu 00C. Namun, bila ke dalam air dilarutkan zat lain, titik beku air akan
menurun. Jadi, untuk membekukan adonan es krim pun memerlukan suhu di bawah
00C. Misalkan adonan es krim dimasukkan dalam wadah logam, kemudian di ruang
antara ember kayu dan wadah logam dimasukkan es.
Awalnya,
suhu es itu akan kurang dari 00C. Namun, permukaan es yang berkontak langsung
dengan udara akan segera naik suhunya mencapai 00C dan sebagiannya akan
mencair. Suhu campuran es dan air tadi akan tetap 00C selama esnya belum
semuanya mencair. Seperti disebut di atas, jelas campuran es krim tidak membeku
pada suhu 00C akibat sifat koligatif penurunan titik beku.
Bila
ditaburkan sedikit garam ke campuran es dan air tadi, maka akan didapatkan hal
yang berbeda. Air lelehan es dengan segera akan melarutkan garam yang
ditaburkan. Dengan demikian, kristal es akan terapung di larutan garam. Karena
larutan garam akan mempunyai titik beku yang lebih rendah dari 00C, es akan
turun suhunya sampai titik beku air garam tercapai. Dengan kata lain, campuran
es krim tadi dikelilingi oleh larutan garam yang temperaturnya lebih rendah
dari 00C sehingga adonan es krim itu akan dapat membeku. Tetapi Kalau campuran
itu hanya dibiarkan saja mendingin tidak akan dihasilkan es krim, melainkan
gumpalan padat dan rapat berisi kristal-kristal es yang tidak akan enak kalau
dimakan. Bila diinginkan es krim yang enak di mulut, selama proses pembekuan
tadi adonan harus diguncang-guncang. Pengocokan atau pengadukan campuran selama
proses pembekuan merupakan kunci dalam pembuatan es krim yang baik. Proses
pengguncangan ini bertujuan ganda. Pertama, untuk mengecilkan ukuran kristal es
yang terbentuk; semakin kecil ukuran kristal esnya, semakin lembut es krim yang
terbentuk. Kedua, dengan proses ini akan terjadi pencampuran udara ke dalam
adonan es krim. Gelembung-gelembung udara yang tercampur ke dalam adonan inilah
yang menghasilkan busa yang seragam (homogen).
Peran
emulsifier
Metode
sederhana pengadukan dan pendinginan secara serempak ini ternyata menimbulkan
masalah lain. Krim pada dasarnya terdiri atas globula kecil lemak yang
tersuspensi dalam air. Globula-globula ini tidak saling bergabung sebab
masing-masing dikelilingi membran protein yang menarik air, dan airnya membuat
masing-masing globula tetap menjauh. Pengadukan akan merusak membran protein
yang membuat globula lemak tadi kemudian dapat saling mendekat. Akibatnya, krim
akan naik ke permukaan. Hal seperti ini diinginkan bila yang akan dibuat adalah
mentega atau minyak, tetapi jelas tidak diinginkan bila yang akan dibuat es
krim.
Penyelesaian
sederhananya adalah dengan menambahkan emulsifier pada campuran. Molekul
emulsifier akan menggantikan membran protein, satu ujung molekulnya akan
melarut di air, sedangkan ujung satunya akan melarut di lemak. Lecitin, molekul
yang terdapat dalam kuning telur, adalah contoh emulsifier sederhana. Oleh
karena itu, salah satu bahan pembuat es krim adalah kuning telur. Selain itu,
dapat digunakan mono- atau di-gliserida atau polisorbat yang dapat
mendispersikan globula lemak dengan lebih efektif.
G. Kesimpulan
1. Sifat
koligatif larutan adalah sifat larutan yang hanya dipengaruhi oleh jumlah
partikel zat terlarut di dalam larutan, dan tidak dipengaruhi oleh sifat dari
zat terlarut.
2. Perbedaan
titik beku akibat adanya partikel-partikel zat terlarut disebut penurunan titik
beku (?Tf). Penurunan titik beku larutan sebanding dengan hasil kali molalitas
larutan dengan tetapan penurunan titik beku pelarut (Kf), dinyatakan dengan
persamaan :
?Tf = Kf m
atau ?Tf = Kf (n x 1000/p)
3. Temperatur
normal campuran es dan air adalah 00C. Akan tetapi itu tidak cukup dingin untuk
membekukan es krim. Temperatur yang diperlukan untuk membekukan es krim adalah
-3 oC atau lebih rendah. Untuk mencapai suhu tersebut perlu ditambahkan garam
dalam proses pembuatan es krim. Garam berfungsi menurunkan titik beku larutan.
Ketika es dicampur dengan garam, es mencair dan terlarut membentuk air garam
serta menurunkan temperaturnya. Proses ini memerlukan panas dari luar. Campuran
itu mendapatkan panas dari adonan es krim maka hasilnya adalah es krim padat
dan lezat seperti yang diinginkan.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar