Gaya Van der Waals dan Ikatan Hidrogen

Gaya Van der Waals

Dari semua gaya yang memainkan peran pada pentas molekul, yang disebut gaya van der Waals tidak disangsikan lagi merupakan gaya terlemah walaupun mungkin yang paling universal. Dikaitkan dengan energinya sekitar 0,4 sampai 40 kJ/mol. Gaya ini biasanya tertutupi oleh gaya kovalen yang lebih kuat di dalam molekul yang energinya sekitar 400 kJ/mol.

Kecuali dalam gas terdispersi, molekul saling tarik-menarik dan tolak-menolak. Tarikan dan tolakan ini terutama timbul dari antaraksi dipol-dipol: tarik menarik antara muatan yang berlainan tanda dan tolak-menolak antara muatan yang sama tanda. Misalnya, dalam keadaan cair, molekul CH₃Cl, parsial negative atom khlor dalam molekul ini ditarik ke parsial positif atom karbon dalam molekul lain. Bila ujung khlor dari dua molekul CH₃Cl saling mendekat, kedua molekul saling tolak menolak.

Gaya London

Molekul nonpolar saling ditarik oleh antaraksi dipol-dipol yang lemah yang disebut gaya London. Gaya London timbul dari dipol yang diinduksi dalam suatu molekul oleh molekul yang lain. Dalam hal ini, electron dari suatu molekul ditarik ke inti dari molekul kedua secara lemah; maka electron dari molekul kedua ditolak oleh electron dari yang pertama. Hasilnya adalah distribusi electron yang tidak merata dan suatu dipole terinduksi. Pada gambar dibawah menunjukan bagaimana dipole terinduksi dapat terjadi bila dua molekul saling mendekat.

Bayangkan sebuah molekul yang memiliki polaritas sementara yang didekati oleh salah satu yang terjadi menjadi termasuk non-polar hanya saat itu saja. (kejadian yang tidak disukai, tetapi hal ini menjadikan diagram lebih mudah digambarkan! Pada kenyataannya, satu molekul lebih menyukai memiliki polaritas yang lebih besar dibandingkan yang lain pada saat seperti itu - dan karena itu akan menjadi yang paling dominan).

Seperti molekul yang ditemukan pada bagian kanan, elektronnya akan cenderung untuk ditarik oleh ujung yang agak positif pada bagian sebelah kiri.

Hal ini menghasilkan dipol terinduksi pada penerimaan molekul, yang berorientasi pada satu cara yang mana ujung + ditarik ke arah ujung - yang lain.

Pada kondisi yang terakhir elektron pada bagian kiri molekul dapat bergerak ke ujung yg lain. Pada saat terjadi hal ini, meraka akan menolak elektron pada bagian kanan yang satunya.

Tidak ada alasan kenapa hal ini dibatasi pada dua molekul. Selama molekul saling mendekat pergerakan elektron yang selaras dapat terjadi pada molekul yang berjumlah sangat banyak.

Diagram ini menunjukkan bagaimana cacat secara keseluruhan dari molekul yang berikatan secara bersamaan pada suatu padatan dengan menggunakan gaya van der Waals. Pada kondisi yang terakhir, tentunya, kamu akan menggambarkan susunan yang sedikit berbeda selama meraka terus berubah - tetapi tetap selaras.

Gaya dispersi antara molekul-molekul adalah lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen diantara molekul. Hal ini tidak memungkinkan untuk memberikan harga yang eksak, karena ukuran dayatarik bervariasi sekali dengan ukuran dan bentuk molekul.

Interaksi Dipol-Dipol Permanen

Molekul seperti HCl memiliki dipol permanen karena klor lebih elektronegatif dibandingkan hidrogen. Kondisi permanen ini, pada saat pembentukan dipol akan menyebabkan molekul saling tarik menarik satu sama lain lebih dari yang meraka bisa lakukan jika hanya menyandarkan pada gaya dispersi saja.

Hal ini sangat penting untuk merealisasikan bahwa semua molekul mengalami gaya dispersi. Interaksi dipol-dipol bukan suatu alternatif gaya dispersi - penjumlahannya. Molekul yang memiliki dipol permanen akan memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan molekul yang hanya memiliki dipol yang berubah-ubah secara sementara.

Agak mengherankan dayatarik dipol-dipol agak sedikit dibandingkan dengan gaya dispersi, dan pengaruhnya hanya dapat dilihat jika kamu membandingkan dua atom dengan jumlah elektron yang sama dan ukuran yang sama pula. Sebagai contoh, titik didih etana, CH₃CH₃, dan fluorometana, CH₃F adalah:

Kenapa dipilih dua molekul tersebut untuk dibandingkan? Keduanya memiliki jumlah elektron yang identik, dan jika kamu membuat model kamu akan menemukan bahwa ukurannya hampir sama - seperti yang kamu lihar pada diagram. Hal ini berarti bahwa gaya dispersi kedua molekul adalah sama.

Titik didih fluorometana yang lebih tinggi berdasarkan pada dipol permanen yang besar yang terjadi pada molekul karena elektronegatifitas fluor yang tinggi. Akan tetapi, walaupun memberikan polaritas permanen yang besar pada molekul, titik didih hanya meningkat kira-kira 10°.

Berikut ini contoh yang lain yang menunjukkan dominannya gaya dispersi. Triklorometan, CHCl₃, merupakan molekul dengan gaya dispersi yang tinggi karena elektronegatifitas tiga klor. Hal itu menyebabkan dayatarik dipol-dipol lebih kuat antara satu molekul dengan tetangganya.

Dilain pihak, tetraklorometan, CCl₄, adalah non polar. CCl₄ hanya bergantung pada gaya disperse.

Karena itu manakah yang memiliki titik didih yang lebih tinggi? CCl₄ tentunya, karena CCl₄ molekulnya lebih besar dengan lebih banyak elektron. Kenaikan gaya dispersi lebih dari sekedar menggantikan untuk kehilangan interaksi dipol-dipol.

Titik didihnya adalah:

CHCl3		61.2°C
CCl4		76.8°C

Tabel Momen Dipol Permanen dan Energi Dispersi London

Molekul	Momen dipole permanen, D	Eenergi dispersi London kJ/mol
HI HBr HCl CO NH3 H2O	0,38 0,78 1,03 0,12 1,5 1,84	5,62 2,59 1,54 0,99 1,37 0,69

Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen adalah ikatan yang menghubungkan atom hidrogen suatu molekul dengan atom elektronegatif pada molekul lain. Molekul dari suatu senyawa ini mempunyai tarikan yang kuat satu terhadap dengan yang lain. Atom hidrogen yang parsial positif dari suatu molekul ditarik oleh pasangan elektron menyendiri dari atom suatu molekul lain yang elektronegatif. Tarikan ini disebut ikatan hidrogen.

Jenis antaraksi dipol-dipol yang teristimewa kuat terjadi antara molekul yang mengandung atom hidrogen yang terikat pada nitrogen, oksigen dan fluor. Masing-masing dari unsur terakhir ini adalah elektronegatif dan mmpunyai elektron valensi menyendiri. Beberapa senyawa yang khas yang mengandung ikatan NH, OH, atau FH adalah:

Ikatan hidrogen terjadi diantara ikatan kovalen polar dan ikatan itu sendiri bersifat elektrostatik. Ikatan ini dapat terjadi secara antarmolekul ataupun secara intramolekul. Gaya tarik antarmolekul adalah gaya tarik yang terjadi antara suatu molekul dengan molekul tetangganya, sedangkan gaya tarik intramolekul adalah gaya tarik yang mengikat molekulnya sendiri.

Ikatan hidrogen tidak semua sama kekuatannya. Suatu ikatan hidrogen O - - - HO lebih kuat dari ikatan hidrogem N - - - HN. Mengapa demikian? oksigen lebih elektronegatif daripada nitrogen ; karena itu gugus O- H lebih polar dan mempunyai H yang lebih positif. H yang lebih positif ini lebih kuat tertarik oleh pusat negatif.

Ikatan hidrogen adalah seperti perekat antara molekul. Untuk semua zat , titik didih bertambah dengan berat molekul karena bertambahnya tarikan van der Waals. Namun demikian senyawa berikatan – hidrogen mempunyai titik didih yang lebih tinggi daripada yang dapat diramalkan dari pertimbangan berat molekul saja.

Etanol dan dimetil eter mempunyai berat molekul yang sama. Namun demikian , etanol mempunyai titik didih yang jauh lebih tinggi daripada dimetil eter. Perbedaan dalam titik didih antara kedua senyawa ini dapat langsung dihubungkan dengan fakta bahwa molekul etanol terikat oleh ikatan hidrogen, sedangkan molekul dimetil eter tak dapat saling membentuk ikatan hidrogen antara molekul-molekulnya.

Etanol (dengan ikatan hidrogen)	78.5°C
Dimetil Eter (tanpa ikatan hidrogen)	-24.8°C

Kelarutan dari suatu senyawa kovalen dalam air adalah sifat lain yang dipengaruhi oleh ikatan hidrogen. Suatu senyawa yang dapat membentuk ikatan hidrogen denga air cenderung untuk dapat lebih larut dalam air daripada senyawa yang tak dapat. Gula, seperti glukosa mengandung banyak gugus OH^­- dan larut baik dalam air. Sikloheksana, dilain pihak tak dapat membentuk ikatan hidrogen dan tak dapat memecah ikatan hidrogen yang terdapat dalam air: karena itu sikloheksana tidak larut dalam air.