Kalkulator Konsentrasi Larutan – Molaritas, Molalitas & Lainnya

Apa itu kalkulator konsentrasi larutan?

Kalkulator konsentrasi larutan menentukan jumlah zat terlarut yang larut dalam suatu larutan, yang dinyatakan dalam satuan pilihan. Zat terlarut adalah zat yang dilarutkan, seperti garam atau gula. Alat ini mengubah massa zat terlarut, massa molekul relatifnya, volume larutan, dan massa jenis larutan menjadi lima satuan konsentrasi umum: molaritas, molalitas, persen massa, persen volume, dan bagian per juta (ppm). Persen volume memerlukan satu data tambahan, yaitu massa jenis zat terlarut itu sendiri, sehingga kalkulator memintanya saat satuan tersebut dipilih.

Konsentrasi menggambarkan kekuatan suatu campuran. Larutan yang sama dapat dijelaskan dengan beberapa cara, dan setiap satuan sesuai untuk tujuan yang berbeda. Kimiawan yang mencampur suatu reaksi menggunakan molaritas. Kimiawan fisik yang mempelajari titik beku menggunakan molalitas. Laboratorium lingkungan yang menguji air menggunakan ppm.

Penjelasan satuan konsentrasi

• Molaritas (M) — mol zat terlarut per liter larutan. Umum digunakan dalam kimia umum.
• Molalitas (m) — mol zat terlarut per kilogram pelarut. Tidak berubah terhadap suhu.
• Persen massa (% w/w) — massa zat terlarut dibagi massa larutan, dikalikan 100.
• Persen volume (% v/v) — volume zat terlarut dibagi volume larutan, dikalikan 100. Digunakan untuk campuran cair seperti minuman beralkohol.
• Bagian per juta (ppm) — massa zat terlarut per satu juta bagian massa larutan. Digunakan untuk jumlah yang sangat kecil (renik).

Mol adalah jumlah partikel tetap (sekitar 6,022 × 10²³), yang digunakan untuk menghitung atom atau molekul berdasarkan penimbangannya.

Cara menghitung molaritas

Molaritas adalah jumlah mol zat terlarut dibagi volume larutan dalam liter:

$M = \frac{\text{mol zat terlarut}}{\text{volume larutan (L)}}$

Karena jumlah mol sama dengan massa dibagi massa molekul relatif, rumusnya menjadi:

$M = \frac{\text{massa zat terlarut (g)}}{\text{massa molekul relatif (g/mol)} \times \text{volume larutan (L)}}$

Contoh. Larutkan 5,85 g natrium klorida (NaCl, massa molekul relatif 58,44 g/mol) dalam air secukupnya hingga diperoleh 0,1 L larutan:

$M = \frac{5.85}{58.44 \times 0.1} = 1.00 \text{ mol/L}$

Volume akhir harus diukur setelah zat terlarut benar-benar larut, bukan sebelumnya. Menambahkan zat padat ke volume air yang tetap akan sedikit meningkatkan volume total.

Cara menghitung molalitas

Molalitas membagi jumlah mol zat terlarut dengan massa pelarut, dalam kilogram, bukan volume larutan:

$m = \frac{\text{massa zat terlarut (g)}}{\text{massa molekul relatif (g/mol)} \times \text{massa pelarut (kg)}}$

Contoh. Larutkan 5,85 g NaCl dalam tepat 100 g (0,1 kg) air:

$m = \frac{5.85}{58.44 \times 0.1} = 1.00 \text{ mol/kg}$

Karena massa tidak berubah terhadap suhu, molalitas tetap konstan ketika larutan dipanaskan atau didinginkan. Molaritas tidak demikian karena volume memuai akibat panas. Karena itu, molalitas digunakan untuk mempelajari penurunan titik beku dan kenaikan titik didih.

Cara menghitung persen massa

Persen massa adalah massa zat terlarut dibagi massa total larutan, dikalikan 100:

$\%\text{ w/w} = \frac{\text{massa zat terlarut}}{\text{massa larutan}} \times 100$

Contoh. Larutkan 10 g gula dalam 90 g air, sehingga massa total larutan 100 g:

$\%\text{ w/w} = \frac{10}{100} \times 100 = 10\%$

Hidrogen peroksida yang dijual untuk keperluan rumah tangga biasanya diberi label "3%", yang berarti 3 g hidrogen peroksida per 100 g larutan.

Cara menghitung persen volume

Persen volume membagi volume zat terlarut dengan volume total larutan:

$\%\text{ v/v} = \frac{\text{volume zat terlarut}}{\text{volume larutan}} \times 100$

Contoh. Campurkan etanol dengan air hingga diperoleh 100 mL larutan, menggunakan 15 mL etanol:

$\%\text{ v/v} = \frac{15}{100} \times 100 = 15\%$

Kalkulator tidak menerima volume zat terlarut secara langsung. Kalkulator menghitung volume tersebut dari massa zat terlarut dan massa jenis zat terlarut itu sendiri. Karena itu, kalkulator meminta massa jenis tersebut dalam mode ini:

$\text{volume zat terlarut (L)} = \frac{\text{massa zat terlarut (g)}}{\text{massa jenis zat terlarut (g/mL)} \times 1000}$

Memasukkan 10 g etanol, yang massa jenisnya 0,789 g/mL, menghasilkan 12,67 mL etanol. Dalam 1 L larutan, nilainya adalah 1,27% v/v. Massa jenis zat terlarut tidak sama dengan massa jenis larutan, dan menggunakan massa jenis larutan di sini akan menghasilkan jawaban yang salah untuk zat terlarut yang lebih rapat atau lebih ringan daripada campurannya.

Satuan ini digunakan untuk menyatakan kadar alkohol dalam minuman. Anggur biasanya memiliki 12–14% v/v; minuman beralkohol hasil distilasi memiliki 40% v/v atau lebih. Volume cairan tidak selalu tepat menjumlah saat dicampurkan, sehingga larutan yang presisi diukur hingga volume akhir, bukan diasumsikan dari jumlah bagian penyusunnya.

Cara menghitung bagian per juta (ppm)

Bagian per juta digunakan untuk larutan yang sangat encer. Satuan ini membagi massa zat terlarut dengan massa larutan dan mengalikannya dengan satu juta:

$\text{ppm} = \frac{\text{massa zat terlarut}}{\text{massa larutan}} \times 1{,}000{,}000$

Contoh. Sampel air seberat 1.000 g mengandung 0,002 g timbal terlarut:

$\text{ppm} = \frac{0.002}{1000} \times 1{,}000{,}000 = 2 \text{ ppm}$

Untuk larutan berbasis air yang encer, 1 ppm hampir sama dengan 1 miligram zat terlarut per liter larutan.

Contoh perhitungan: larutan garam fisiologis

Larutan garam fisiologis adalah larutan garam 0,9% yang digunakan dalam pengobatan karena konsentrasi garamnya sama dengan plasma darah. Untuk memeriksa suatu batch yang dibuat dari 9 g NaCl yang dilarutkan hingga volume akhir 1 L, dengan massa jenis larutan 1,005 g/mL:

Pertama, tentukan massa total larutan dari volume dan massa jenisnya:

$\text{massa} = 1 \text{ L} \times 1.005 \text{ g/mL} \times 1000 = 1{,}005 \text{ g}$

• Persen massa: 9 ÷ 1.005 × 100 = 0,90%
• Molaritas: 9 ÷ (58,44 × 1) = 0,154 mol/L
• Molalitas: massa pelarut adalah 1.005 − 9 = 996 g (0,996 kg); 9 ÷ (58,44 × 0,996) = 0,155 mol/kg
• Bagian per juta: 9 ÷ 1.005 × 1.000.000 ≈ 8.955 ppm
• Persen volume: garam padat memiliki massa jenis 2,165 g/mL, sehingga 9 g menempati volume 4,157 mL; 0,004157 ÷ 1 × 100 = 0,42% v/v

Nilai ppm tersebut tidak tepat 9.000 karena massa larutannya 1.005 g, bukan 1.000 g. Tambahan 5 g berasal dari massa jenis larutan yang sedikit lebih tinggi daripada air murni.

Satuan konsentrasi lainnya

Beberapa bidang menggunakan satuan selain lima satuan di atas. Normalitas (N) menghitung satuan reaktif, bukan mol; larutan asam sulfat (H₂SO₄) dengan konsentrasi 1 M adalah 2 N karena setiap molekul dapat menyumbangkan dua ion hidrogen. Fraksi mol membagi jumlah mol salah satu komponen dengan jumlah mol total semua zat dalam campuran dan digunakan dalam perhitungan distilasi. Untuk larutan yang sangat encer, kimiawan beralih dari ppm ke bagian per miliar (ppb) atau bagian per triliun (ppt).

Sumber kesalahan umum

Konsentrasi hasil perhitungan dapat berbeda dari konsentrasi sebenarnya karena beberapa alasan. Pelarutan zat padat mengubah volume total larutan, sehingga volume akhir harus diukur setelah pencampuran, bukan diasumsikan sama dengan volume pelarut awal. Bahan kimia laboratorium jarang memiliki kemurnian 100%; pereaksi berlabel "kadar 98,5%" memerlukan penambahan massa untuk mengimbanginya. Beberapa senyawa mengandung air yang terikat dalam struktur kristalnya, yang disebut air kristal; tembaga sulfat pentahidrat (CuSO₄·5H₂O, 249,68 g/mol) memiliki massa per mol lebih besar daripada tembaga sulfat anhidrat (159,61 g/mol), dan penggunaan massa molekul relatif yang salah mengubah hasil. Perubahan suhu mengubah volume larutan, sehingga mengubah molaritas tetapi tidak molalitas.

Pertanyaan yang sering diajukan

Apa perbedaan antara molaritas dan molalitas? Molaritas membagi berdasarkan volume larutan, dalam liter. Molalitas membagi berdasarkan massa pelarut, dalam kilogram. Volume berubah terhadap suhu, sedangkan massa tidak. Untuk larutan berbasis air yang encer pada suhu ruang, kedua nilainya berdekatan.

Bagaimana cara mengonversi ppm menjadi persen? Bagi nilai ppm dengan 10.000. Sebagai contoh, 5.000 ppm sama dengan 0,5%.

Apakah 1 ppm selalu sama dengan 1 mg/L? Hanya kira-kira, dan hanya untuk larutan encer yang massa jenis larutannya mendekati 1 g/mL, seperti kebanyakan sampel air. Untuk cairan yang lebih rapat, kedua nilai tersebut berbeda.

Mengapa konsentrasi yang saya ukur tidak sesuai dengan perhitungan? Penyebab umum meliputi pereaksi yang tidak murni, air yang terikat dalam struktur kristal zat terlarut, volume larutan yang diukur sebelum pencampuran sempurna, atau suhu yang berbeda dari suhu saat larutan dibuat.

Berapa konsentrasi maksimum yang dapat dicapai zat terlarut? Batasnya adalah kelarutan zat terlarut dalam pelarut tersebut pada suhu itu. Garam dapur dapat larut hingga sekitar 36 g per 100 mL air pada suhu ruang; jika lebih dari itu, zat padat yang tidak larut akan tetap berada di dasar wadah.

Apakah suhu memengaruhi konsentrasi? Ya, untuk satuan yang berbasis volume. Air memuai saat menghangat, sehingga molaritas larutan sedikit menurun saat dipanaskan meskipun jumlah zat terlarut tidak berubah. Persen massa dan molalitas, yang berbasis massa, tidak terpengaruh.

Referensi

1. Harris, D. C. (2015). Quantitative Chemical Analysis (edisi ke-9). W. H. Freeman.
2. Chang, R., & Goldsby, K. A. (2015). Chemistry (edisi ke-12). McGraw-Hill Education.
3. International Union of Pure and Applied Chemistry. (1997). Compendium of Chemical Terminology ("Gold Book").
4. National Institute of Standards and Technology. NIST Chemistry WebBook. https://webbook.nist.gov/chemistry/