Tekanan Osmotik

Hai.! Pernah memperhatikan saat air diserap oleh tanah dan mengarah ke sel akar tanaman? Itulah yang dinamakan dengan tekanan osmotik. Kira-kira bagaimana ya skema penerapan teknik ini dalam kehidupan sehari-hari kita. Penasaran? Langsung baca di artikel berikut ya!

Osmosis adalah peristiwa difusi atau perpindahan pelarut dari suatu larutan lebih encer atau pelarut murni ke larutan yang lebih pekat melalui membran semipermeabel. Supaya kamu lebih paham, coba perhatikan gambar di bawah ini. Pada gambar tersebut ada dua wadah yang diisi air murni (A) dan suatu larutan (B). Keduanya dipisahkan oleh membran semipermeabel yang hanya bisa dilalui oleh molekul air saja.

Proses osmosis dengan membran semipermeabel

Gambar (a) menggambarkan kondisi awal, setelah beberapa lama akan tampak seperti gambar (b). Permukaan larutan B menjadi naik, sedangkan permukaan air murni B turun, hingga kesetimbangan tercapai. Tekanan balik dibutuhkan untuk menahan terjadinya osmosis seperti di gambar (c) yang besarnya tentu sama dengan tekanan pada peristiwa osmosis.

Jika kondisi antara dua larutan sama besar maka disebut isotonik. Apabila, salah satunya lebih besar disebut hipertonik, dan jika lebih rendah disebut hipotonik. Tekanan osmotik adalah tekanan hidrostatik yang terbentuk pada larutan untuk menghentikan proses osmosis pelarut ke dalam larutan melalui membran semipermeabel.

Seperti yang telah disebutkan, besarnya tekanan luar (tekanan osmotik) adalah sama dengan tekanan untuk melakukan osmosis tersebut. Oleh karena itu, juga dapat didefinisikan sebagai tekanan luar yang diberikan pada larutan untuk menghentikan proses osmosis pelarut ke dalam larutan melalui membran semipermeabel.

Jadi secara umum, pengertian tekanan ini adalah suatu larutan sama dapat berupa tekanan hidrostatis yang terbentuk dalam larutan atau tekanan luar yang diberikan pada larutan untuk menghentikan proses osmosis.

Nilai Tekanan Osmotik (π) dari suatu larutan dapat dihitung menggunakan persamaan van’t Hoff, yang identik dengan Hukum Gas Ideal.

π V     = nRT

π     = (n/V) R T

π     = M x R x T

dengan :

π = tekanan osmotik (atm atau Pa)

V     = volume larutan (L atau dm³)

n     = mol zat terlarut (mol)

T     = suhu

R     = 0,082 L atm / mol K = 8,314 m³ Pa / mol K

Kalau kamu perhatikan dari persamaan penjelasan di atas, terlihat bahwa nilai tekanan osmotik hanya bergantung pada jumlah partikel zat terlarut dalam larutan yang dinyatakan dengan kemolaran larutan. Nah kalau sudah paham, sekarang coba simak contoh soal di bawah ini ya.

Manfaat Tekanan Osmotik

Tekanan osmotik memiliki manfaat yang beragam, diantaranya yaitu:

Tekanan osmotik secara fisiologis

Tekanan osmotik berperan penting bagi proses fisiologis pada manusia, diantaraya yaitu:

1. Penyerapan dari saluran pencernaan, juga pertukaran cairan di berbagai kompartemen tubuh mengikuti prinsip osmosis.
2. Tekanan osmotik protein plasma mengatur air mengalir dari cairan usus bebas protein ke dalam pembuluh darah.
3. Sel darah merah yang hidup, jika tersuspensi dalam larutan NaCl 0,92%, tidak mendapat atau kehilangan air. Secara singkat, cairan intraseluler sel darah merah adalah isotonik dengan membran sel darah merah dalam larutan NaCl 0,92%.

Penentuan berat molekul 

Karena semua sifat koligatif larutan tergantung pada konsentrasi pelarut, pengukurannya dapat berfungsi sebagai alat eksperimental yang mudah untuk menentukan konsentrasi, dan dengan demikian berat molekul zat terlarut.

Tekanan osmotik sangat berguna dalam hal ini, karena sejumlah kecil zat terlarut akan menghasilkan perubahan yang jauh lebih besar dalam jumlah ini daripada pada titik didih, titik beku, atau tekanan uap. bahkan larutan 10-6 molar akan memiliki tekanan osmotik yang dapat diukur.

Penentuan berat molekul sangat sering dilakukan pada protein atau polimer dengan berat molekul tinggi lainnya. Zat-zat ini, karena ukuran molekulnya yang besar, cenderung hanya sedikit larut dalam sebagian besar pelarut, sehingga pengukuran tekanan osmotik seringkali merupakan satu-satunya cara praktis untuk menentukan bobot molekulnya.

Osmosis air laut dapat menghasilkan tenaga listrik 

Prinsip kerja tekanan osmosis ternyata juga bisa dimanfaatkan untuk menghasilkan tenaga listrik yang bersumber dari air laut.  Proses ini diawali dengan  mengumpankan  air  tawar  dan  air  laut  ke pembangkit. Air laut dan air tawar akan disaring terlebih dahulu untuk menghilangkan pengotor.   

Selanjutnya,  air  tawar  dan air  laut  mengalami  perbedaan  perlakuan, air tawar akan langsung dimasukkan pada modul membran, sedangkan  air  laut  akan  diberikan  tekanan  tambahan  sebelum masuk modul membran. Di  dalam  modul  membran  akan  terjadi  peristiwa osmosis  yang  menyebabkan  80-90%  air  tawar  akan berpindah  melalui  membran  ke  air  laut  bertekanan.  

Setelah keluar dari modul membran laju alir volumetric air bertekanan tinggi akan meningkat akan mengalir menuju turbin. Tetapi  aliran air  laut ini tidak semuanya menuju turbin melainkan sekitar 2/3 bagian akan diumpankan ke penukar tekanan untuk memberikan tekanan ke umpan air laut yang baru. Sisa air yang tidak diumpankan ke penukar tekanan akan mengalir melewati turbin dan menggerakkan turbin  sehingga  menghasilkan  listrik.

Transportasi air pada tanaman 

Aliran osmotik memainkan peran penting dalam pengangkutan air dari sumbernya di tanah ke pelepasannya oleh transpirasi dari daun, dibantu oleh kekuatan ikatan hidrogen antara molekul air.

Air masuk ke akar melalui osmosis, didorong oleh konsentrasi air yang rendah di dalam akar yang dikelola oleh transportasi aktif [non-osmotik] nutrisi ionik dari tanah dan oleh pasokan gula yang difotosintesis dalam daun.  

Ini menghasilkan sejumlah tekanan akar tertentu yang mengirimkan molekul air dalam perjalanan mereka melalui saluran pembuluh darah batang atau batang. Tetapi tekanan akar maksimum yang telah diukur dapat mendorong air hanya sekitar 20 meter, sedangkan pohon-pohon tertinggi melebihi 100 meter.

Tekanan akar dapat menjadi satu-satunya penggerak transportasi air pada tanaman pendek, atau bahkan pada tanaman tinggi seperti pohon yang tidak ada daunnya. Tetapi ketika tanaman yang lebih tinggi secara aktif melakukan transpirasi (kehilangan air ke atmosfer), osmosis mendapat dorongan dari apa yang disebut oleh fisiologis tumbuhan sebagai ketegangan kohesi atau tarikan transpirasional.  

Karena setiap molekul H2O muncul dari lubang di daun, ia menarik sepanjang rantai molekul di bawahnya. Jadi ikatan hidrogen tidak kalah pentingnya dengan osmosis dalam keseluruhan proses transportasi air.

Proses Cuci Darah (Dialisis) 

Prinsip tekanan osmotik dapat diaplikasikan dalam bidang medis yaitu pada proses cuci darah atau yang juga dikenal dengan dialisis. Dalam bidang medis, cuci darah sangat penting bagi pasien penderita gagal ginjal yang diakibatkan oleh disfungsi ginjal sehingga tidak bisa berfungsi dengan semestinya untuk melakukan filtrasi darah.

Teknologi dialisis memungkinkan proses filtrasi darah dilakukan di luar ginjal menggunakan suatu mesin. Cara kerja dari mesin ini yaitu darah dari tubuh akan dimasukkan ke dalam mesin dan akan melalui suatu membran semipermeabel.

Melalui membran tersebut, kotoran dalam darah bisa dipisahkan melalui membran dialisis untuk terpisah dari darah sehingga akan didapatkan darah hasil cuci yang bebas dari pengotor.

Untuk pengawetan makanan 

Prinsip kerja tekanan osmotik dapat digunakan dalam industri makanan yaitu untuk proses pengawetan makanan. Hal tersebut dapat dilakukan dengan memanfaatkan terjadinya krenasi pada sel dimana untuk mengawetkan makanan, industri makanan biasanya menggunakan gula dengan jumlah banyak untuk menghasilkan larutan konsentrasi tinggi.

Dengan larutan yang berkonsentrasi tinggi atau hipertonik, maka saat ada bakteri yang datang tidak bisa bertahan hidup lama sebab air dalam sel bakteri akan mengalami osmosis keluar dinding sel menuju larutan gula dengan konsentrasi tinggi.

Akibatnya adalah sel pada bakteri mengalami peristiwa krenasi yang mengakibatkan sel mengerut sehingga kehilangan fungsinya dan membuat bakteri tersebut mati. Dua zat yang paling umum digunakan untuk menciptakan lingkungan hipertonik bagi mikroorganisme dan mencegahnya tumbuh adalah garam dan gula.

• Garam untuk pengawetan daging

Garam meja (natrium klorida) adalah bahan utama yang digunakan dalam pengasapan daging. Penghapusan air dan penambahan garam ke daging menciptakan lingkungan yang kaya zat terlarut di mana tekanan osmotik menarik air dari mikroorganisme, sehingga memperlambat pertumbuhannya. Melakukan ini memerlukan konsentrasi garam hampir 20%.

• Gula untuk pengawetan buah-buahan 

Gula digunakan untuk mengawetkan buah-buahan, baik dalam sirup dengan buah-buahan seperti apel, pir, persik, aprikot, prem atau dalam bentuk kristal di mana bahan yang diawetkan dimasak dalam gula sampai titik kristalisasi dan produk yang dihasilkan kemudian disimpan kering.

Tujuan dari gula adalah untuk menciptakan lingkungan yang tidak bersahabat dengan kehidupan mikroba dan mencegah pembusukan makanan. Dari waktu ke waktu, gula juga telah digunakan untuk pengawetan non-makanan.

Misalnya, madu digunakan sebagai bagian dari proses mumifikasi di beberapa ritus Mesir kuno. Namun, pertumbuhan jamur dan jamur tidak ditekan seefisien pertumbuhan bakteri.

Pemurnian atau Desalinasi Air Laut

Agar air laut bisa digunakan dan dikonsumsi, maka perlu adanya pemurnian air dari zat terlarut yang ada pada air laut. Hal ini bisa dilakukan dengan menerapkan prinsip kerja tekanan osmotik, yaitu dengan memberikan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik air laut tersebut sehingga air sebagai pelarut akan melalui membran semipermeabel, meninggalkan zat terlarut pada  air laut yang tidak dapat melalui membran.

Proses tersebut disebut sebagai osmosis balik dimana pelarut dalam kondisi konsentrasi tinggi akan melalui membran semipermeabel menuju konsentrasi rendah. Tapi apabila proses ini dilakukan tanpa menggunakan tekanan yang besar maka yang akan terjadi sebaliknya, yaitu air murni justru akan masuk ke dalam air laut.

Pemurnian air limbah 

Bukan hanya untuk memurnikan air laut, prinsip kerja tekanan osmotik juga bisa digunakan sebagai  pemurnian air limbah untuk menghilangkan zat zat berbahaya sebelum dibuang ke lingkungan, yaitu melalui pengaplikasian reverse osmosis (RO) atau osmosis balik. Sama halnya ketika akan memurnikan air laut.

Reverse Osmosis menerapkan tekanan yang lebih besar dari tekanan osmotik (antara 2-10 Mpa) ke dalam  larutan konsentrat, sehingga mengakibatkan larutan mengalir dari sisi konsentrat membran semipermeabel ke dilute side.

RO mempunyai kemampuan menyingkirkan total dissolved inorganic solid 95-99,5% dan dissolved organic solid 95-97%. Teknologi tersebut sudah digunakan untuk menyingkirkan radionuklida dari limbah cair level rendah seperti limbah uap dari pembangkit tenaga nuklir.

Prinsip kerja infus 

Prinsip kerja infus pada dasarnya menerapkan tekanan osmotik. Prinsip tekanan osmotik dalam penggunaan infus adalah contoh penerapan sifat larutan koligatif di bidang kesehatan. Penemu prinsip tekanan osmotik sebagai salah satu sifat koligatif larutan adalah Jacobus Henricus van’t Hoff.

Ia adalah pemenang nobel kimia tahun 1901 atas penelitiannya pada kimia kinetik tentang makna kesetimbangan kimia, tekanan osmotik, dan kristalografi. Penelitiannya yang berkaiatan dengan tekanan osmotik menunjukkan bahwa tekanan osmotik suatu larutan sebanding dengan konsentrasi dan suhu larutan tersebut.

Prinsip kerja minuman pengganti ion tubuh 

Prinsip tekanan osmotik bukan hanya digunakan pada cairan infus, tapi minuman-minuman pengganti ion tubuh yang kini marak di kalangan masyarakat juga menggunakan prinsip ini sebagai dasar pembuatannya.

Nah, itulah tadi penjelasan serta pengulasan secara lengkap kepada segenap pembaca terkait dengan manfaat tekanan osmotik secara umum bagi kehidupan manusia. Semoga melalui materi ini bisa memberikan wawasan dan menambah pengetahuan bagi pembaca sekalian. Trimakasih,

Read More

Penurunan Titik Beku

Siapa diantara kalian yang gemar makan es batu? Wah  hampir semua senang es batu ya. Apalagi kalau pas lagi siang-siang jam istirahat sekolah, pasti deh langsung buru-buru ke kantin buat beli es teh manis. Di sini, Pak Rizal punya  informasi  tentang proses penurunan titik beku.

Oke, artikel ini ada dua pembahasan yah. Pertama adalah Titik Beku (Tf) dan yang kedua adalah Penurunan Titik Beku Larutan (∆ Tf).

    Es batu merupakan hasil proses pembekuan air (sumber: imgur.com)

1. Titik Beku (Tf)

Jadi begini , proses pembekuan itu terjadi ketika suatu zat telah mencapai titik beku. Titik beku (Tf) akan tercapai apabila temperatur saat tekanan uap zat padat, sama dengan tekanan uap zat cair. Jika kalian mengetahui bahwa titik beku air sebesar 0ºC, itu artinya tekanan uap air dalam bentuk cair pada temperatur 0ºC sama dengan tekanan uap air dalam bentuk padat.

Nah, jika temperatur yang diperoleh saat zat cair dan zat padat berada pada kesetimbangan, (pada 760 mmHg) disebut dengan titik beku normal. Oh iya jangan heran kalau ada perbedaan mengenai simbol titik beku ya, karena ada yang Tf dan ada yang Tb. Di sini simbol titik beku yang dipakai adalah Tf dari ‘freezing’  ya, kalau versi bahasa Indonesianya yaitu Tb dari ‘beku’. 

2. Penurunan Titik Beku Larutan

Apabila ke dalam sebuah zat pelarut ditambahkan zat terlarut, maka akan terjadi proses penurunan tekanan uap jenuh larutan. Kemudian, adanya penurunan tekanan uap jenuh larutan akan mengakibatkan penurunan titik beku larutan. Dapat dikatakan bahwa, larutan akan membeku pada temperatur yang lebih rendah.

Nah, berdasarkan penjalasan tadi, dapat dinyatakan bahwa penurunan titik beku larutan adalah selisih antara titik beku pelarut dengan titik beku larutan. Besarnya penurunan titik beku larutan diberi lambang ∆Tf. Harga ∆Tf ditentukan oleh banyaknya partikel zat terlarut dan tidak ditentukan oleh sifat zat terlarutnya. Nilai ∆Tf ditentukan berdasarkan rumus Bekmann dan Roult seperti berikut ini.

Sebagai acuan dan perbandingan  dalam melakukan pengamatan ataupun perhitungan, berikut ditampilkan data tentang titik beku dan nilai Kf beberapa pelarut.

Read More