MATERI KELAS 10: GAYA INTERAKSI MOLEKUL

Senin, 26 September 2011

GAYA INTERAKSI MOLEKUL

(GAYA INTERMOLEKUL )

(by Elizabeth T - SMA XAverius 1 JAMBI)

Anda telah belajar bahwa suatu ikatan kimia dalam sebuah molekul dibentuk karena terjadinya hibridisasi atom yang menyusun molekul itu. Ikatan kimia di sini merupakan ikatan intramolekul. Ikatan yang terjadi di dalam sebuah molekul itu sendiri. Ikatan ini mengikat antar atom untuk membentuk sebuah molekulnya sendiri. Misalnya terdapat empat buah ikatan kimia yaitu kovalen non polar pada molekul metana CH₄. Ikatan kimia ini dibentuk dari ikatan antara atom C dan atom H dalam molekul CH₄. Contoh lain, sebanyak dua ikatan antara atom H dan O dalam molekul H₂O membentuk ikatan kovalen polar.

Masalahnya dalam sebuah larutan, terdapat jutaan molekul yang saling berinteraksi. Antar molekul dapat mengalami gaya tarik-menarik yang kita sebut gaya intermolekul atau gaya antar molekul. Anda tentu dapat membayangkan bahwa energi yang diperlukan untuk memutuskan gaya interaksi molekul ini tentu lebih sedikit dibandingkan energi yang dibutuhkan untuk memutuskan ikatan antar atom dalam sebuah molekul alias ikatan intramolekulnya. Oleh karena itu, adanya gaya tarik antar molekul (intermolekul) akan memengaruhi perubahan fasa zat baik menguap, mengembun, membeku, mencair, dan menyublim. Karena adanya tambahan energi (kalor) akan membuat gerak molekul bertambah aktif, sebaliknya pelepasan kalor membuat gerak molekul menjadi lambat sehingga terjadi perubahan kedudukan molekul dalam ruang yang ditempati partikel tsb apakah merapat atau merenggang. Ingat kembali tentang teori partikel zat!

Secara umum terdapat tiga buah gaya intermolekul:

1. Gaya intermolekul pada molekul polar

a. Interaksi dipol-dipol

Molekul bersifat polar sering terjadi pada bentuk molekul yang non simetris. Dalam hal ini sebaran kerapatan elektron tidak merata pada semua bagian atom-atomnya. Dengan demikian terbentuklah dipol permanen akibat sebagian besar elektron berkumpul pada sebagian atom yang bersifat lebih elektronegatif sementara sebagian atom miskin elektron. Ingatlah tabel skala Pauling!

Contoh:

(a) HCl ---- HCl (atom Cl akan cenderung menarik elektron ke arah dirinya sehingga kerapatan elektron lebih tinggi pada atom Cl dibandingkan atom H. Gaya interaksi intermolekul terjadi pada atom Cl molekul yang satu dengan atom H dari molekul yang lainnya.

(b) NH₃---- NH₃

(e) Metanol – etanol dalam campuran spiritus

b. Ikatan hidrogen

Ikatan Hidrogen dibentuk antar molekul! Ikatan ini bukanlah dibentuk secara intra molekul. Ikatan Hidrogen terjadi karena ada gaya interaksi antara atom H pada suatu molekul dengan atom F, O, atau N dari molekul lainnya.

Contoh:

H₂O –H₂O

NH₃ –NH₃

HF –HF

Anda dapat bayangkan berapa ikatan hidrogen yang terbentuk dari hanya sebuah molekul air? Ada empat bukan? Hal ini menyebabkan suatu fenomena air yang sangat indah dan menakjubkan bahwa air ternyata memiliki ruang atau volume yang lebih besar ketika berada dalam bentuk padat. Akibatnya massa jenis es (solid) menjadi lebih kecil dari air (liquid) pada suhu dan tekanan tertentu, mengakibatkan es selalu terapung di atas air. Baca posting dengan judul: SEJUTA RAHASIA AIR)

Adanya ikatan hidrogen menyebabkan senyawa yang dibentuk dari unsur satu golongan VA, VI A, dan VII A dengan atom H tenyata mempunyai perbedaan signifikan pada titik didihnya. Bandingkan dan diskusikan grafik berikut:

-data titik didih HF terhadap HCL, HBr, dan HI.

-data titik didih NH₃ terhadap PH₃, dan AsH₃

-data titik didih H₂O terhadap H₂S, H₂Se dan H₂Te.

Mengapa demikian???

Adanya ikatan H dalam suatu zat menyebabkan:

a. Titik didih lebih tinggi dari zat lain tanpa ikatan H.

b. Zat lebih mudah larut dalam air (mengapa???)

c. Interaksi dipol – dipol sesaat (dipol terinduksi)

Pernahkah Anda berpikir mengapa ikan-ikan dapat hidup di dalam air laut sampai kedalaman yang paling dalam? Tentunya ada gas O₂ yang bersifat non polar namun kenyataannya paramagnetik ini yang terlarut dalam air. Di sini, gas O₂ terinduksi oleh molekul polar yaitu pelarutnya sendiri, H₂O (air). Demikian juga gas lainnya seperti CO₂, N₂, CH₄, dll gas non polar terinduksi oleh molekul polar seperti air, etanol, sehingga mengalami gaya intermolekul dipol-dipol sesaat.

d. Interaksi ion – dipol

Ion-ion baik kation maupun anion dapat berinteraksi dengan suatu molekul polar. Kekuatan interaksi bergantung pada muatan ion dan ukuran ion tsb, besarnya momen dipol, serta ukuran molekul polarnya. Ingat bahwa kita selalu memperhatikan sebaran dan banyaknya elektron-elektron yang berkontribusi pada ion-molekul tsb. Jadi mana yang berinteraksi lebih kuat; kation atau anion???

Contoh:

Hidrasi pada garam-garam terlarut dari kation golongan IA, IIA dengan klorida misalnya NaCl dalam air. Ion-ion Na⁺dan Cl^- dari NaCl akan disolvasi oleh molekul air yang polar. Akibatnya terjadi interaksi antara ion dengan molekul air yang dapat memecahkan kristal ion sehingga larut dalam air.

Critical thinking:

Interaksi antara haemoglobin (Fe²⁺) dan O₂ dalam darah sungguh menguntungkan namun mengapa adanya gas CO justru merupakan toksin dalam tubuh???

3. Gaya intermolekul yang bersifat non polar

Seorang ahli fisika dari Jerman Fritz London, tahun 1930 menguraikan

terjadinya tarikan yang lemah disebabkan oleh dipol imbasan/induksi sesaat yang kemudian dikenal Gaya London atau gaya dispersi. Zat-zat non polar cenderung mengalami interaksi gaya dispersi atau gaya London ini. Hanya sesaat saja antar molekul itu mengalami induksi satu sama lain.

Kuatnya gaya London dipengaruhi oleh faktor-faktor berikut:

Besarnya ukuran atom.

Dengan melihat no.atom maka kita akan tahu banyaknya elektron yang terkandung yang menyusun atom tsb. Makin banyak elektron maka jari-jari atom makin besar yang menunjukkan ukuran atom bertambah. Elektron-elektron pada atom ini akan membentuk sebuah awan elektron yang mampu menginduksi molekul di sekitarnya. Makin banyak elektron maka induksi semakin besar dan gaya tarik antar molekul makin kuat.

CONTOH:
Kekuatan gaya London bertambah sesuai urutan:
I2> Br2 > Cl2 > F2 (jelaskan alasannya)

b. Struktur molekul (khususnya struktur rantai pada senyawa hidrokarbon)

Mengapa pentana mempunyai titik didih lebih rendah dibandingkan

isobutana (2 metil butana)? Padahal keduanya memiliki₅H₁₂. Semakin bercabang bentuk suatu rantai hidrokarbon menyebabkan induksi elektron menjadi renggang. Ikatan menjadi lemah akibat induksi yang lemah. Namun jika hidrokarbon berantai lurus maka induksi yang disebabkan awan elektron tersebar merata sehingga membentuk susunan molekul yang rigid dan kompak. Ikatan seperti ini lebih kuat gaya intermolekulnya karena induksi tadi. Energi yang lebih besar diperlukan untuk memutuskan ikatan antar molekul akibat kuatnya induksi elektron. Dengan demikian perubahan fasa bergerak lambat dan titik didih zat menjadi lebih tinggi.

Contoh:

(heptana – oktana) dalam bensin
Ne – Ne (atau antar gas mulia)
N₂ – N₂
O₂ – O₂
H₂ – H₂

Jika digolongkan berdasarkan kekuatan ikatan maka:
1. Gaya Van der Waals
Terdapat pada interaksi dipol-dipol; ion-dipol; dipol-dipol sesaat; dan
ikatan Hidrogen.

2. Gaya London
Merupakan gaya interaksi molekul non polar yang membentuk induksi lemah
dan sesaat saja. Gaya London disebut juga gaya dispersi (dispersed force).

Akibat gaya intermolekuler:

Perbedaan titik didih dan titik leleh zat

Energi dalam bentuk kalor diperlukan untuk memutuskan gaya tarik antar molekul sehingga terjadi perubahan wujud zat dari padat menjadi cair atau cair menjadi gas. Semakin banyak energi yang diperlukan untuk keperluan tsb, semakin tinggi titik didih atau titik leleh suatu zat. Demikian pula sebaliknya.

Viskositas (kekentalan zat)

Makin kuat gaya intermolekuler menyebabkan zat-zat tsb cenderung sulit bergerak bebas. Dengan demikian zat akan berbentuk lebih kental (viscous). Hal sebaliknya juga terjadi seperti demikian.

Tegangan permukaan zat

Tegangan permukaan menunjukkan bahwa adanya molekul di permukaan cairan mengalami gaya tarik-menarik intermolekul yang lebih lemah dibandingkan molekul di bawah permukaan cairan. Oleh karenanya molekul di permukaan akan cenderung tertarik ke arah bawah oleh molekul di bawah permukaan cairan. Semakin kuat gaya intermolekul suatu zat cair, semakin besar tegangan permukaan yang dihasilkan. Dan sebaliknya.