PENGARUH PENAMBAHAN NaCl PADA PEMBUATAN ES KRIM 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: ∆Tf = Kf . m. i
Keterangan: ∆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.
D. Penerapan Penurunan Titik Beku Larutan Dalam Pembuatan es krim
Sumber : Jamaicaplainforum.org 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. Temperatur es dan air normalnya adalah 0 derajat Celsius, tetapi itu tidak cukup dingin untuk dapat membuat es krim menjadi beku. Temperatur yang diperlukan untuk membuat es krim adalah sebesar minus tiga derajat Celsius atau lebih rendah. Tugas inilah yang dilakukan oleh garam. Sesungguhnya banyak zat lain yang dapat berbuat hal yang sama tetapi garam lebih murah, sehingga banyak digunakan untuk membuat es krim. Ketika es dicampur dengan garam, sebagian membentuk air garam dan es secara spontan terlarut dalam air garam, akibatnya air garam semakin banyak. Di dalam segumpal es, air terstruktur membentuk tatanan geometrik yang tertentu dan kaku. Tatanan yang kaku ini rusak ketika diserang oleh garam, maka molekul-molekul air selanjutnya bebas bergerak ke mana-mana dalam wujud cair. Tetapi merusak struktur padat molekul-molekul es memerlukan energi. Untuk sebongkah es yang hanya kontak dengan garam dan air, energi itu hanya dapat diperoleh dari kandungan panas dalam air garam. Maka ketika es mencair dan terlarut, proses ini meminjam panas dari air dan menurunkan temperaturnya. Setelah temperatur dingin ini tercapai, dalam pemanfaatannya campuran itu mendapatkan panas pengganti dari adonan es krim yang mengakibatkan adonan es krim menjadi dingin dan beku. Gabriel Daniel Fahrenheit, pencipta skala temperatur Fahrenheit, menemukan bahwa garam yang dicampurkan ke es (pada temperatur sedikit di bawah titik beku) memungkinkan titik beku lebih rendah daripada ketika es hanya terdiri atas air. Dengan demikian, garam menyebabkan salju dan es meleleh. Banyak orang belum menemukan cara lebih baik untuk melumer- kan es di permukaan jalan dan trotoar selain menaburkan garam. Garam begitu efektif dalam mencegah pembentukan es. Walaupun beberapa jenis bahan kimia telah dikembangkan untuk mencairkan es, garam masih merupakan cara yang paling murah. Lalu mengapa tidak semua orang menggunakan garam untuk mengatasi lapisan es? Pertimbangan ekologi telah menyebabkan bebe-rapa pemerintahan daerah melarang penggunaan garam. Garam merangsang korosi pada kendaraan, beton jalan, jembatan, dan baja tak terlindung pada bangunan-bangunan sekitar. Garam juga berbahaya bagi bermacam-macam tumbuhan. Efektivitas garam sebagai pengusir es juga memiliki keterbatasan yang mencolok. Garam paling baik digunakan di jalan yang banyak dilewati kendaraan; tanpa lalu lintas yang cukup untuk merangsang percampuran es dan garam, batu es masih bisa terbentuk. Pada suhu lebih rendah dari kira-kira --4"C, garam tidaklah terlalu efektif, karena pembentukan es begitu cepat dan garam tidak memiliki peluang menurunkan titik beku. Garam yang bertaburan di permukaan es juga tidak menghasilkan traksi untuk ban kendaraan atau sol sepatu pejalan kaki. Sebaliknya, pasir menyediakan traksi yang baik sekali untuk kendaraan ketika batuan kecil yang kasar itu bersentuhan dengan ban, entah pasir itu terbenam sebagian di permukaan es atau bercampur dengan lumpur atau salju. Pasir tidak memerlukan lalu lintas yang padat agar berfungsi dengan efektif, tidak
berbahaya bagi tumbuhan, kendaraan, atau jalanan sendiri. Selain itu, pasir juga terhitung murah. Hanya ada satu masalah dengan pasir: bahan ini tidak melelehkan salju atau es. Dengan kata lain, garam mencoba mengatasi masalah pada sumbernya, sedangkan pasir mencoba mengatasi gejalanya. Ada dinas pekerjaan umum daerah yang bereksperimen dengan kombinasi pasir-garam. Sebenarya kebanyakan pasir yang ditaburkan di jalanan sudah diberi sedikit garam, untuk mencegah pasir membeku kemudian menggumpal bercampur dengan salju. Meskipun garam jauh lebih mahal dibanding pasir, pertimbangan biaya sering kali tidak menjadi alasan untuk lebih memilih pasir daripada garam. Joseph DiFabio, dari New York State Department of Transportation, menuturkan bahwa pram di Amerika memerlukan biaya sekitar dua puluh dolar per ton, sedangkan pasir hanya lima dolar per ton. Namun pasir harus diberikan dalam konsentrasi lebih besar daripada garam, sekitar tiga kalinya. Karena kontraktor pemeliharaan jalan harus menggunakan pasir tiga kali lebih banyak untuk setiap kilometer yang sama, berarti truk mereka harus pulang pergi tiga kali lebih banyak untuk mengangkut pasir dibandingkan kalau menggunakan garam. Karena itulah, secara keseluruhan, selisih antara memakai garam dan pasir bisa diabaikan. Contoh : Es krim tidak lain berupa busa (gas yang terdispersi dalam cairan) yang diawetkan dengan pendinginan. Walaupun es krim tampak sebagai wujud yang padu, bila dilihat dengan mikroskop akan tampak ada empat komponen penyusun, yaitu padatan globula lemak susu, udara (yang ukurannya tidak lebih besar dari 0,1 mm), kristal-kristal kecil es, dan air yang melarutkan gula, garam, dan protein susu. Berbagai standar produk makanan di dunia membolehkan penggelembungan campuran es krim dengan udara sampai volumenya menjadi dua kalinya (disebut dengan maksimum 100 persen overrun). Es krim dengan kandungan udara lebih banyak akan terasa lebih cair dan lebih hangat sehingga tidak enak dimakan. Pembuatan es krim sebenarnya sederhana saja, yakni mencampurkan bahan-bahan dan kemudian mendinginkannya. Air murni pada tekanan 1 atmosfer akan membeku pada suhu 0°C. Namun, bila ke dalam air dilarutkan zat lain, titik beku air akan menurun. Jadi, untuk membekukan adonan es krim pun memerlukan suhu di bawah 0°C. 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 0°C (coba cek hal ini dengan mengukur suhu es yang keluar dari lemari pendingin). Namun, permukaan es yang berkontak langsung dengan udara akan segera naik suhunya mencapai 0°C dan sebagiannya akan mencair. Suhu campuran es dan air tadi akan tetap 0°C selama esnya belum semuanya mencair. Seperti disebut di atas, jelas campuran es krim tidak membeku pada suhu 0°C akibat sifat koligatif penurunan titik beku.
Sumber : Soktau.com Bila ditaburkan sedikit garam ke campuran es dan air tadi, kita mendapatkan hal yang berbeda. Air lelehan es dengan segera akan melarutkan garam yang kita taburkan. Dengan demikian, kristal es akan terapung di larutan garam. Karena larutan garam akan mempunyai titik beku yang lebih rendah dari 0°C, 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 0°C sehingga adonan es krim itu akan dapat membeku. 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). Jadi dapat dikatakan bahwa apabila es ini ditaburi dengan garam sehingga timbul reaksi kimia antara garam dan es. Hal ini membuat permukaan es mencair dan membentuk larutan garam. Es akan menyerap panas dari larutan garam ini sehingga larutan menjadi dingin dari 0 derajat celcius. Selanjutnya, larutan garam menyerap panas dari es krim yang ada dalam tabung melalui dinding tabung sehingga es krim ini menjadi dingin dan mengeras. Suhu es krim ini tidak mungkin menjadi cukup rendah tanpa adanya penambahan garam. Manakah yang lebih cepat mencair, es yang ditaburi garam, atau tanpa adanya garam ? a) Isi masing masing gelas dengan es batu kira kira ½ nya (jumlah sama). b) Masukkanlah satu sendok garam ke dalam salah satu gelas tersebut. c) Letakkan kedua gelas tersebut di tempat terbuka. Apa yang terjadi ?
Es batu di dalam gelas dengan adanya garam akan lebih cepat mencair daripada es batu tanpa adanya garam. Garam yang ditambahkan pada es batu akan dapat menurunkan titik leleh es batu. Karena itu, es batu dengan adanya garam akan lebih cepat mencair daripada es batu tanpa adanya garam. Es batu tanpa danya garam akan tetap mencair akibat panas yang berasal dari lingkungan. Panas ini juga mempengaruhi mancairnya es batu dengan garam. Akibatnya, air yang ada di dalam gelas yang berisi es batu dan garam lebih banyak daripada gelas yang berisi es batu tanpa adanya garam. Di negara 4 musim, terkadang salju menumpuk terlalu tebal sehingga menutupi jalan. Warga setempat biasanya menaburkan bubuk garam di atas sajju agar mencair. Jadi, garam memiliki kemampuan untuk mencairkan es. Bagaimana garam melakukannya ? Ketika garam ditaburkan di atas es, partikel-partikel garam mengganggu kestabilan ikatan-ikatan partikel-partikel air yang sedang berada dalam fase padat (es). Partikel-partikel garam menerobos masuk ke sela-sela ikatan partikel es sehingga memutuskan ikatan-ikatan tersebut. Akibatnya, partikel-partikel es yang berada di permukaan dapat memisahkan diri dari perangkap gaya tarik partikel-partikel es yang berhasil memisahkan diri itu kemudian beralih ke fase cair. Es memiliki suhu rata-rata di bawah 00 C. Dalam kasus penambahan garam es ini, es mengalami peleburan tanpa adanya penambahan panas, sehingga air yang terbentuk dari peleburan itu juga bersuhu di bawah 0O c. Inilah sebabnya dikatakan bahwa penambahan garam dapat menurunkan titik lebur air, karena es dapat melebur di bawah titik lebur normalnya (Oo C). Jadi, partikel garam merupakan pemicu leburnya es. Di sisi lain, seperti yang kita ketahui, peleburan es memerlukan energi (menyerap kalor). Nah, karena kalor tidak disuplai dari luar, maka es menyerap kalor dari dirinya sendiri, sehingga suhu es turun lebih jauh. Es yang suhunya telah menjadi sangat dingin ini kemudian akan menyerap banyak kalor dari adonan es krim, sehingga adonan es krim dapat membeku. Fenomena inilah yang membantu para pedagang kaki lima untuk membuat es krim tanpa freezer. Murah meriah. Sumber : http://kimiaunsps2.wordpress.com Oxtoby, David W. Kimia Modern. Publisher : Jakarta : Erlangga. http://detektif-fisika-doni.blogspot.com/2012_08_01_archive.html
