IKATAN KIMIA

Tweet

SIFAT FISIK SUATU ZAT DAN GAYA INTERAKSI ANTAR MOLEKUL

Interaksi Ion-dipol

Mengapa garam dapat larut dalam air?

·         Antara ion dan ion terjadi interaksi karena adanya gaya tarik antara ion positif dan ion negatif. 

·         Pada interaksi antara ion bermuatan dengan molekul polar (yaitu molekul dengan dipol) terjadi gaya tarik antara kation ujung negatif dipol atau anion dengan ujung positif dipol.

·         Gaya ion dipol adalah penting dalam terjadinya larutan dalam pelarut polar, misalnya larutan garam dalam air.

Interaksi antar molekul

Molekul netral (bukan seperti ion) terdapat gaya tarik berupa gaya elektrostatik, diantaranya:

·           Gaya dipol-dipol

·           Gaya dispersi London

·           Ikatan hidrogen

a.     Gaya Dipol-dipol

• Gaya tarik antar molekul, yang bukan merupakan gaya tarik antar ion, biasanya disebut sebagai gaya van der Waals.
• Adanya fasa padat dan cair suatu zat untuk senyawa tertentu atau unsur merupakan konsekuensi dari gaya tarik antar molekul pembentuk zat tersebut.  Jika tidak terdapat gaya tarik maka kumpulan molekul atau atom suatu zat akan berwujud gas walaupun tidak ada kenaikan suhu atau penurunan tekanan.
• Gaya antar molekul pada umumnya lemah dibandingkan dengan gaya kovalen.  Hanya 16 kJ/mol yang diperlukan untuk memutuskan gaya tarik antar molekul HCl dari keadaan cair (merupakan energi yang terukur saat menguapkan sampel).  Dibutuhkan 431 kJ/mol untuk memutuskan ikatan kovalen antara atom H dan Cl pada molekul HCl.
• Suhu pada titik didih memberikan energi kinetik yang diperlukan untuk mengatasi gaya tarik antar molekul, seperti halnya pengaruh suhu pada pelehan padatan.  Kekuatan gaya antar molekul menjelaskan sifat fisik pada zat seperti titik leleh, titik didih dan tekanan uap.
• Gaya dipol-dipol dimiliki pula oleh molekul polar yang netral. 
• Molekul polar saling menarik satu sama lain, ketika bagian yang positif pada molekul berada di dekat ujung dipol molekul lain yang bermuatan negatif.  Molekul polar haruslah sangat dekat pada jarak yang signifikan untuk terjadinya gaya tarik menarik antara dipol-dipol. 
• Gaya dipol-dipol merupakan gaya yang lebih lemah dari gaya tarik menarik ion-dipol. 
• Gaya dipol-dipol meningkat sesuai dengan kenaikan kepolaran yang dimiliki oleh molekulnya

Gambar 3.2. Interaksi dipol dipol

·         Pengaruh interaksi dipol-dipol ini dapat kita amati dari kenaikan titik didih untuk molekul polar pada massa yang serupa, tetapi memiliki dipol yang semakin besar.

Zat	Massa Molekul (sma)	Momen Dipol, u (D)	Titik Didih (K)
Propana	44	0.1	231
Dimetil eter	46	1.3	248
Metil klorida	50	2.0	249
Asetaldehid	44	2.7	294
Asetonitril	41	3.9	355

b.  Gaya Dispersi London

Asumsi awal :

• Atom unsur-unsur gas mulia, akan terbayang benda bulat yang kecil tanpa ada muatan karena netral dan stabil tidak akan tarik menarik juga karena tidak terjadi pengkutuban. 
• Atom atau molekul non polar tampaknya tidak akan memiliki gaya tarik menarik antar molekulnya. 

Fakta

• menunjukkan gas mulia dapat berwujud cair. 

Pasti ada sesuatu yang menahan mereka untuk tetap bersatu.

Maka :

• Atom bukanlah suatu benda yang diam saja,
•  kerapatan elektron berfluktuasi di sekitar atom. 

Pada satu titik mungkin saja kerapatan elektron pada salah satu sisi atom lebih besar dibandingkan sisi yang lainnya.  Sehingga kita memiliki dipol sesaat.  Atom-atom pada keadaan dingin akan bergerak tidak terlalu cepat, sehingga sebuah atom sehingga sebuah atom akan terpengaruhi oleh adanya dipol ini, dan akan mengkutub  dengan sendirinya sebagai respon.  Gaya tarik antara atom, yaitu interaksi antara dipol sesaat dan dipol terinduksi ini tidak terlalu kuat, sebagian malah sangat lemah, tapi tetap ada.

Untuk menjelaskan gaya dispersi London pada atom helium yang memiliki 2 elektron dapat dilakukan sebagai berikut:

·         Elektron dianggap memiliki sifat seperti partikel

·         Pada umumnya, distribusi elektron di sekitar inti berbentuk lingkaran simetris

·         Atom-atom non-polar dan tidak memiliki momen dipol

·         Distribusi elektron sekitar atom tunggal, suatu saat mungkin tidak benar-benar simetris.

-          Kedua elektron mungkin berada pada kedua sisi inti

-          Atom akan memiliki momen dipol pada waktu tertentu (yaitu dipol sesaat)

-          Atom yang terdekat akan terpengaruh dengan adanya dipol sesaat

-          Elektron atom tetangga akan dijauhkan dari daerah negatif pada atom tersebut atau ditarik bagian positifnya.

·         Akibat tolakan elektron, dipol sementara pada satu atom dapat menginduksi dipol serupa pada atom tetangga.

·         Ini akan menyebabkan atom tetangga tertarik satu sama lain, ini hanya sesuai jika atom saling berdekatan

·         Medan listrik luar dapat menyebabkan adanya induksi dipol dimana elektron akan  terdistribusi dan menyebabkan molekul terpolarisasi.

·           Kemampuan suatu molekul untuk diganggu distribusi elektronnya disebut kebolehpolaran.

·         Kebolehpolaran yang lebih besar pada suatu molekul akan mempermudahnya untuk terinduksi membentuk momen dipol dan semakin kuat gaya dispersi. 

·         Atom yang lebih besar akan memiliki kebolehpolaran yang lebih besar

-          Elektronnya akan berada jauh dari inti (distribusi tidak simetris akan menghasilkan dipol yang lebih besar sehingga pemisahan yang terjadi lebih besar)

-          Jumlah elektron yang lebih banyak (akan menimbulkan kemungkinan distribusi tidak simetris yang lebih tinggi)

·         Molekul yang besar juga akan cenderung memiliki kebolehpolaran yang lebih besar, karena memiliki jumlah elektron yang lebih banyak. 

·         Gaya dispersi dapat ditingkatkan, sehingga molekul yang lebih besar. 

·         Gaya dispersi hanya kuat ketika atom tetangganya benar-benar dekat.  Coba perhatikan data titik didih pada kelompok senyawa halogen berikut

Gas halogen	Jumlah  elektron	Titik didih (oC)
F2	18	-188.1
Cl2	34	-34.0
Br2	70	59.5
I2	106	185.2

c.  Ikatan Hidrogen

·           Pada molekul yang memiliki ikatan hidrogen memiliki kelebihan pasangan elektron yang tidak digunakan untuk berikatan:

·           Atom hidrogen terikat langsung pada atom unsur yang elektronegatif, menyebabkan hidrogen relatif bermuatan positif. 

·            Setiap unsur di atas yang terikat pada hidrogen memiliki pasangan elektron yang tidak dipergunakan untuk berikatan.

  Pada air, ikatan oksigen-hidrogen adalah polar, oksigen merupakan unsur yang lebih elektronegatif sehingga molekulnya menjadi polar (bentuk molekul tidak linier tapi berbentuk V).  Ini disebabkan adanya pasangan elektron yang tak berikatan pada atom oksigen.  Salah satu ujung bermuatan negatif sedangkan hidrogen yang relatif bermuatan positif akan menarik ujung oksigen dari molekul lain yang bermuatan negatif.  Antaraksi antar molekul ini dinamai dengan ikatan hidrogen ini dan bertindak seperti layaknya lem yang menahan molekul air untuk tetap bersama-sama. 

Ikatan hidrogen dalam air ini, menimbulkan sifat fisik yang sangat mengherankan, titik didih air, sebagai contoh, jauh lebih besar dibanding senyawa yang lebih berat tapi tidak memiliki ikatan hidrogen.  Untuk itulah seluruh umat manusia seharusnya bersyukur atas terciptanya ikatan hidrogen, karena kalau tidak maka air akan berwujud gas pada suhu kamar. 

Gas halogen	Massa molekul relatif	Titik didih (oC)
H2O	18	100
H2S	34	-65
H2Se	81	-45
H2Te	130	-15

·         Ikatan hidrogen dianggap sebagai interaksi dipol-dipol khusus.

·          Ikatan antara hidrogen dan atom yang elektronegatif seperti F, O dan N adalah sangat polar:

·         Atom hidrogen tidak memiliki elektron bagian dalam, satu-satunya elektron yang ada adalah elektron yang dipergunkannya untuk berikatan.

·          Muatan positif akan menarik muatan negatif pada atom elektronegatif molekul tetangga terdekat.  Karena atom hidrogen dalam ikatan polar akan memiliki kekurangan elektron pada satu sisi, maka atom hidrogen akan sangat dekat dengan atom tetangga yang sangat elektronegatif, dan berinteraksi dengan sangat kuat (ingat semakin dekat semakin kuat gaya elektrosatisnya). Kekuatan ikatan hidrogen beragam dari sekitar 4 kJ/mol hingga 25 kJ/mol,  jadi masih lebih lemah jika dibandingkan dengan ikatan kovalen, tetapi lebih kuat dari gaya tarik dipol-dipol dan dari gaya dispersi. 

·         Ikatan hidrogen memiliki peran penting dalam pengaturan molekul biologis, terutama dalam menentukan struktur protein.

Air memiliki kemampuan khusus dalam membentuk jaringan ikatan hidrogen.  Sebagai cairan energi kinetik molekul menunjukkan jaringan ikatan hidrogen.   Ketika didinginkan pada bentuk padat molekul air teratur dalam susunan yang membuat gaya tarik ikatan hidrogen maksimum

-          Setiap molekul air dapat berpartisipasi dalam empat ikatan hidrogen

-          Susunan molekul ini memiliki volume terbesar (sehingga kurang rapat) dibandingkan dengan cairan air, sehingga air mengembang ketika dibekukan.

-          Susunannya memiliki bentuk geometri heksagonal (termasuk enam molekul dalam sebuah struktur cincin) yang merupakan struktur dasar pembentukan serpihan salju dengan enam sisi.

3.2.   Sifat Fisik dan Gaya antar Molekul

·           Sifat fisik ditimbulkan adanya gaya antar aksi antar molekul. 

·           Molekul yang berwujud gas terjadi karena gaya antaraksi antar molekulnya lemah. 

Baca Artikel lainya: