Air yang menjadi kebutuhan utama makhluk hidup terdiri dari hidrogen dan oksigen membentuk H2O. Ketika dua molekul air berkumpul, ujung negatif dari satu molekul menarik ujung positif dari molekul lain dan menghasilkan ikatan yang dikenal sebagai ikatan hidrogen.
Gaya tarik elektrostatik antara atom hidrogen dari satu molekul yang berikatan kovalen dan atom elektronegatif (seperti N, O, atau F) dalam molekul yang sama atau molekul lain dikenal sebagai ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen adalah ikatan yang lebih lemah dari ikatan kovalen yang dibentuk oleh pembagian elektron antara dua atom. Penulisan ikatan hidrogen menggunakan garis putus-putus (—) seperti contoh di bawah.
H – F —– H – F —– H – F —– H – F
Jenis ikatan hidrogen dibagi menjadi dua, yaitu ikatan hidrogen intermolekul dan ikatan hidrogen intramolekul.
Ikatan Hidrogen Intermolekul
Pada ikatan ini, ikatan hidrogen terbentuk antara dua molekul dari senyawa yang sama atau berbeda. Molekul dari senyawa yang sama atau berbeda dipolimerisasikan atau diasosiasikan. Contoh senyawa yang membentuk ikatan hidrogen intermolekul di antaranya adalah hidrogen fluorida, air, es, amonia, dan alkohol.
(Baca juga: Mengenal Stoikiometri dalam Kimia)
Gambar di atas menunjukkan ikatan hidrogen intermolekul pada hidrogen fluorida (HF). Dalam keadaan padat, setiap molekul hidrogen fluorida membentuk rantai zig-zag panjang yang dihubungkan bersama oleh ikatan hidrogen.
Sementara itu pada gambar di atas, empat ikatan hidrogen terbentuk oleh masing-masing molekul air. Atom pusat oksigen dikelilingi secara tetrahedral (empat arah) oleh empat atom hidrogen.
Ikatan Hidrogen Intramolekul
Jenis ikatan hidrogen selanjutnya adalah ikatan hidrogen intramolekul. Ikatan ini terbentuk dalam molekul yang sama antara atom hidrogen dan beberapa atom elektronegatif lainnya (seperti N, O, atau F). Ikatan hidrogen intramolekul merupakan hasil dari siklisisasi molekul. Ikatan ini juga lebih sering ditemukan pada senyawa organik.
Artikel ini akan membahas tentang berbagai gaya antar molekul dalam kimia, seperti ion-dipol, ikatan hidrogen, gaya dispersi London, dan gaya Van der Waals.
Pernahkah kamu melihat suatu benda mengapung di permukaan air? Dalam fisika, kita akan mengenal yang namanya massa jenis atau hukum Archimedes. Tapi, di dalam ilmu kimia, hal itu akan dijawab oleh gaya antar molekul. Apakah benar antar molekul terdapat gaya? Gaya apa yang bekerja di sana? Penasaran? Simak penjelasan selengkapnya berikut ini yuk!
Apa Itu Gaya antar Molekul?
Masih berhubungan dengan materi ikatan kimia, di sana kita mengenal yang namanya ikatan ionik dan ikatan kovalen. Ikatan tersebut terjadi untuk membentuk suatu senyawa atau molekul baru. Nah, gaya antar molekul adalah gaya elektromagnetik yang terjadi di antara molekul yang satu dengan molekul lainnya. Tentu saja antar molekul tersebut saling terpisah ya, guys.
Lalu, apa sih pengaruh gaya tersebut terhadap kehidupan kita sehari-hari? Ia memberikan pengaruh yang cukup besar terhadap sifat suatu molekul. Seperti titik didih, titik beku, kerapatan, dan juga kelarutan. Gaya tersebut berupa kohesi antar molekul serupa atau adhesi antar molekul tak serupa. Gaya ini memiliki sifat tarik menarik atau tolak menolak antar molekul. Kalau dua molekulnya berdekatan, maka gaya tolak antar muatan yang sama akan muncul dan akan semakin tinggi energi tolakannya. Itulah mengapa dibutuhkan energi yang lebih tinggi juga untuk memampatkan molekul, seperti mencairkan zat padat atau menguapkan zat cair.
Macam-macam Gaya antar Molekul
Gaya antarmolekul ada berbagai macam, yaitu ikatan hidrogen, gaya Van der Waals, dan gaya London. Simak penjelasan lengkapnya di bawah ini ya!
Ikatan Hidrogen
Gaya pertama ada ikatan hidrogen, yaitu gaya tarik menarik yang terjadi antara atom hidrogen dalam senyawa yang terdapat ikatan antara hidrogen dan atom nitrogen (N), oksigen (O), dan fluorin (F). Ikatan ini termasuk yang paling kuat, namun juga memiliki ciri ikatan kovalen, yaitu mempunyai arah, lebih kuat dari gaya van der waals, menghasilkan jarak antar atom yang lebih pendek dari jari-jari van der waals dan melibatkan pasangan dalam jumlah terbatas. Ikatan ini menyebabkan tingginya titik didih air (100 derajat C). Selain itu, ikatan ini juga berperan penting pada struktur polimer sintetik maupun alami.
Gaya Van der Waals
Gaya ini pertama kali ditemukan oleh Johannes Van der Waals (1837-1923). Gaya ini merupakan gaya tarik menarik listrik yang relatif lemah. Hal ini karena kepolaran molekul yang permanen atau terinduksi. Ketika molekul memiliki kutub yang sama, maka keduanya akan saling tolak menolak. Sebaliknya, ketika keduanya memiliki kutub yang berbeda, maka akan saling tarik menarik.
Gaya Van der Waals dibagi menjadi 4 berdasarkan kepolaran partikelnya, yaitu:
Interaksi ini terjadi karena adanya tarik-menarik antara ion dengan molekul polar yang relatif kuat. Interaksi ini digunakan untuk menentukan kelarutan.
Interaksi ini terjadi antar sesama molekul polar yang terjadi pada ekor dan kepala molekul itu sendiri.
- Interaksi ion-dipol terinduksi
Interaksi ini terjadi antara ion dan dipol terinduksi. Ikatan ini relatif lemah karena kepolaran molekul terinduksi relatif kecil daripada dipol permanen.
- Interaksi dipol-dipol terinduksi
Molekul dipol bisa membuat molekul netral lainnya yang bersifat dipol terinduksi, sehingga ada interaksi dipol-dipol terinduksi. Ikatan dari interaksi yang dihasilkan bersifat lemah. Itulah mengapa proses interaksi ini berlangsung lambat.
Gaya London
Selanjutnya, ada gaya London atau gaya yang dihasilkan dari interaksi antar dipol terinduksi dan dipol terinduksi lainnya. Gaya London lebih lemah dibandingkan dengan gaya Van der Waals. Bisa dikatakan juga bahwa gaya ini adalah yang terlemah dibandingkan dengan gaya lainnya. Gaya ini pertama kali ditemukan oleh ahli fisika asal Jerman bernama Fritz London pada 1930.
Tarikan lemah yang dihasilkan oleh gaya London karena dipol imbasan sesaat yang terjadi akibat pergerakan elektron dalam suatu orbital. Pergerakan itu menyebabkan tidak meratanya kerapatan elektron pada atom, sehingga ada atom yang salah satu sisinya bermuatan lebih negatif. Kekuatan gaya dipol terinduksi tergantung dari seberapa mudah awan elektron terdistribusi. Semakin besar ukuran atom atau molekul, maka akan semakin mudah juga distribusi elektronnya. Proses menginduksi dipol disebut polarisasi, sedangkan derajat di mana awan elektron suatu atom atau molekul bisa diinduksi disebut polarisabilitas.
Itu dia penjelasan mengenai berbagai gaya antar molekul. Setelah membaca penjelasan di atas, tentu kamu sudah paham tentang pengertian dan berbagai jenis gaya yang terdapat pada antar molekulnya kan? Buat kamu yang mau mempelajari lebih jauh tentang materi ini, belajar bareng Zenius saja, yuk di sini!
Baca Juga Artikel Kimia Lainnya
Ikatan Kimia
Ikatan Kovalen
Massa Jenis
Kata Kunci: air, ikatan hidrogen
{mosimage}Baru-baru ini Indonesia mengalami rentetan bencana yang berkaitan dengan air, mulai dari banjir hingga yang terakhir adalah kekeringan. Sebenarnya istilah bencana kekeringan tidak tepat juga karena kenyataannya negara kepulauan kita dikelilingi oleh air, namun tepat adanya jika kita menyebut krisis air bersih. tentu saja terjadi krisis air terutama di pulau Jawa yang berpenduduk padat dan memiliki lokasi industri demikian banyak oleh karena masih sedikit kepedulian kita terhadap zat yang cantik dan vital tersebut. Bahkan lahan tempat sumber-sumber airpun dijarah atas nama pembangunan sehingga pembangunan berwawasan lingkungan hanya tinggal menjadi istilah yang hebat namun hampa.
Kita yang awam mengenal air sebagai kebutuhan paling pokok, bahkan tampaknya lebih pokok daripada kebutuhan primer apapun. siapapun tak akan dapat bertahan tanpa air. sehari-hari kita berinteraksi dengan air namun alangkah miskinnya pengetahuan kita tentang air membuat kita kurang menghargainya lebih dari sekedar barang yang cair dan penting. Tak kenal maka tak sayang, maka mari kita berkenalan sedikit lebih intim dengan “water, the beautiful thing” agar semakin tumbuh kecintaan kita terhadapnya sehingga kita bisa lebih menghargainya.
Melihat air yang jernih bagaikan melihat permata berlian yang berkilauan. Sesungguhnya air yang cair itu adalah kumpulan trilyunan molekul H2O. Dalam dunia kimia dikenal H sebagai atom hidrogen dan O sebagai atom oksigen. Jadi H2O adalah satu molekul air yang mengandung satu atom oksigen dan 2 atom hidrogen. Padahal kita tahu bahwa pada tekanan atmosfer, oksigen dan hidrogen berwujud gas tapi ketika mereka bersatu saling mengikat janji bisa berubah wujudnya menjadi cair. Berkat kecerdasan kimiawan masa lalu kita dapat melakukan perhitungan begini, dalam 18 gram atau kurang lebih 18 mililiter air terkandung 6,022 x 1023 molekul H2O. Jadi, jika satu milyar adalah 10 maka bilangan tadi bermakna 602,2 ribu milyar milyar dan bilangan tersebut dikenal sebagai konstanta Avogadro. Itu baru 18 mililiter air, bayangkan jika kita meneguk segelas air atau mandi atau bahkan mengisi kolam renang, berapa banyak jumlah molekul air yang telah kita gunakan atau bahkan kita buang !!
Molekul Air yang cantik dan Istimewa{mosimage}Jika kita melihat bentuk molekul air, maka semakin terbukalah rahasia mengapa zat ini demikian istimewa. Sesungguhnya jika gas oksigen dan gas hidrogen bertemu untuk membentuk molekul air, reaksi yang terjadi sangatlah berbahaya karena bisa timbul panas yang tinggi bahkan ledakan karena oksigen adalah gas yang dibutuhkan untuk pembakaran dan hidrogen adalah gas yang mudah terbakar. Tapi untunglah Tuhan telah menyediakan air semenjak penciptaan sehingga kita tidak perlu membuat air dengan ledakan. Kurang lebih dibebaskan energi berupa panas sebesar 242 kilo Joule untuk membuat air sebanyak 18 gram dari 22,4 liter atau 2 gram gas hidrogen dan .11,2 liter atau 16 gram gas oksigen pada suhu 0 derajat Celcius dan tekanan satu atmosfer. Mari kita lihat bentuk molekul air yang berhasil diamati dengan berbagai percobaan dan perhitungan yang rumit.Bentuk molekul air tersebut dan terutama sifat elektroniknya menjadikan air memiliki sifat fisika dan kimia yang fantastis. Apakah sifat elektronik itu ? Dalam pemahaman kimia dan fisika, semua sifat-sifat atom dan molekul ditentukan oleh perangai dan keadaan elektron yang mengelilingi inti atom. Ternyata alam mengajarkan kita lebih banyak lagi tentang berbagi dan bekerja sama. Ikatan yang terjadi antara dua atom hidrogen dan satu atom oksigen menjadi satu molekul air disebut ikatan kovalen. Yaitu ikatan antar atom yang terjadi karena setiap atom menyumbangkan elektron yang dimiliki untuk saling berpasangan dan digunakan bersama membentuk satu ikatan. Namun, karena oksigen memiliki kelebihan pasangan elektron, maka elektron yang tidak membentuk ikatan tersebut dikatakan sebagai “pasangan elektron bebas“. Adanya elektron bebas yang bersifat sangat negatif menjauhkan kedudukannya dari dua atom hidrogen sehingga ikatan H2O membengkok sebesar 107.5 derajat. Sedangkan keadaan alamiah atom oksigen yang bersifat negatif dan atom hidrogen yang bersifat positif menimbulkan pengkutuban atau perbedaan muatan. Kedua keadaan itulah yang menjadikan molekul air bersifat polar, artinya molekul air memiliki perbedaan muatan yakni negatif pada sisi pasangan elektron bebas dan positif pada sisi atom hidrogen. Kepolaran air bisa berarti segalanya dan amatlah besar faedahnya. Kepolaranlah yang menjadikan air dapat menghantarkan arus listrik. Berkat sifat air yang polar, dia bisa melarutkan berbagai macam zat lain, misalnya darah, protein, vitamin, garam dan lain-lain. Kenyataannya, air merupakan pelarut universal yang paling ramah terhadap lingkungan. Demikian sebaliknya, air terpisah dari minyak dan lemak karena adanya perbedaan kepolaran. Coba bayangkan jika air dan minyak dapat bercampur, betapa susahnya membersihkan tumpahan minyak di laut lepas !!. Walaupun demikian, sering kali sifat air sebagai pelarut universal malah merugikan dirinya sendiri karena dia mudah sekali tercemari oleh beraneka ragam materi kimia maupun biologi sehingga sulit untuk membersihkannya lagi, apalagi ditambah dengan ketidakkepedulian kita untuk menjaga kemurniannya.
Adanya perbedaan muatan menjadikan ikatan antar molekul air sendiri cukup kuat sehingga pada suhu ruangan dia berbentuk cair, dibandingkan dengan bensin yang segera menguap. Aksi tarik menarik antara atom hidrogen di satu molekul air dengan pasangan elektron bebas pada molekul air yang lain disebut ikatan hidrogen dan oleh sebab itu diperlukan suhu 100o Celcius untuk mengubah keadaan cair menjadi uap. Air dikatakan memiliki nilai kalor spesifik yang tinggi, artinya diperlukan energi yang cukup besar untuk menjadikannya mendidih sebaliknya air dapat melepaskan panas perlahan-lahan ke lingkungan. Berkat sifat tersebut iklim di bumi tetap stabil demikian juga tubuh kita memiliki suhu yang konstan karena kurang lebih 70% permukaan bumi dan 60% tubuh mahluk hidup terdiri dari air.
Begitu banyak keistimewaan air sehingga manfaatnya pun demikian luas mencakup berbagai aspek seperti kimia, fisika, biologi hingga agama, budaya, seni, bahkan ekonomi dan politik. Jika penelitian terakhir menunjukkan banyak situ-situ di sekitar Jakarta mulai menghilang itu berarti telah terjadi kesalahan dalam pengelolaan lingkungan. Bukan tidak mungkin suatu saat nanti Jakarta akan benar-benar kehabisan mata air dan harus memproduksi air bersih dengan teknologi yang lebih mahal dan lebih rumit akibat kelalaian kita bersama. Sungguh, air yang cantik dan sangat penting dalam kehidupan kita itu memang materi yang paling melimpah di bumi. Air diciptakan dan dicurahkan bukan berarti untuk disia-siakan, maka sekarang saatnya untuk kita lebih menghargai air sebagai ciptaan Tuhan yang paling indah.
Ditulis oleh Jelliarko Palgunadi pada 27-04-2009
© Copyright - Program Studi Kimia Fakultas MIPA UII