Kompetensi Dasar
3.7 Menghubungkan interaksi antar ion, atom dan molekul dengan sifat fisika zat
4.7 Menerapkan prinsip interaksi antar ion, atom dan molekul dalam menjelaskan sifat-sifat fisik zat di sekitarnya
Deskripsi Singkat Materi
Pernahkah kalian berfikir mengapa benda – benda ini begitu berbeda? Mengapa belerang sangat rapuh dan tidak dapat ditempa seperti besi? Mengapa lilin meleleh jika dipanaskan, sedangkan kertas atau kayu tidak? Mengapa air dapat membeku menjadi es? Mengapa kita menggunakan grafit untuk pensil, bukan arang atau intan padahal
ketiganya sama – sama karbon? Mengapa air dan minyak tidak memiliki titik didih yang sama?
Sama seperti kalimat, setiap kata dan kalimat yang memberi arti berbeda tergantung pada bagaimana kalian merangkainya, sifat – sifat benda atau senyawa juga tergantung pada unsur dan bagaimana cara unsur itu bergabung.
Pada materi ini kita akan mempelajari interaksi antara ion,atom dan molekul dengan sifat zat.
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 INTERAKSI ANTAR MOLEKUL
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 1 ini diharapkan kalian dapat :
1. menjelaskan tentang interaksi antar molekul.
2. membedakan senyawa polar dan non polar melalui data momen dipol
B. Uraian Materi
Dalam kehidupan sehari-hari, kita menemukan berbagai jenis zat yang partikelnya berupa molekul dan berbeda fasa. Dalam fasa gas, pada suhu tinggi dan tekanan yang relatif rendah (jauh di atas titik didihnya), molekul-molekul benar benar berdiri sendiri, tidak ada gaya tarik antarmolekul.
Akan tetapi, pada suhu yang relatif rendah dan tekanan yang relatif tinggi, yaitu mendekati titik embunnya, terdapat suatu gaya tarik-menarik antarmolekul. Gaya tarik menarik antar molekul itulah yang memungkinkan suatu gas dapat mengembun. (James E. Brady, 1990).
Molekul-molekul dalam zat cair atau dalam zat padat diikat oleh gaya tarik menarik antar molekul. Oleh karena itu, untuk mencairkan suatu zat padat atau untuk menguapkan suatu zat cair diperlukan energi untuk mengatasi gaya tarik menarik antar molekul. Makin kuat gaya tarik antar molekul, makin banyak energi yang diperlukan untuk mengatasinya, maka semakin tinggi titik cair atau titik didih.
1. Gaya Van Der Waals
Kejadian ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik antara inti atom dengan elektron atom lain yang disebut gaya tarik menarik elektrostatis (gaya coulomb). Umumnya terdapat pada senyawa polar.
Untuk molekul non polar, gaya Van der waals timbul karena adanya dipol-dipol sesaat atau gaya London.
Gaya Van der Waals bekerja bila jarak antar-molekul sudah sangat dekat, tetapi tidak melibatkan terjadinya pembentukan ikatan antar atom. Misalnya, pada suhu -160°C molekul Cl₂ akan mengkristal dalam lapisan tipis, dan gaya yang bekerja untuk menahan lapisan-lapisan tersebut adalah gaya Van der Waals.
Paling sedikit terdapat tiga gaya antarmolekul yang berperan dalam terjadinya gaya Van der Waals, yaitu gaya orientasi, gaya imbas, dan gaya dispersi.
a. Gaya orientasi/Gaya dipol-dipol
Gaya orientasi terjadi pada molekul-molekul yang mempunyai dipol permanen atau molekul polar. Antar aksi antara kutub positif dari satu molekul dengan kutub negatif dari molekul yang lain akan menimbulkan gaya tarik menarik yang relatif lemah. Gaya ini memberi sumbangan yang relatif kecil terhadap gaya Van der Waals secara keseluruhan
Kekuatan gaya orientasi ini akan semakin besar bila molekul-molekul tersebut mengalami penataan dengan ujung positif suatu molekul mengarah ke ujung negatif dari molekul yang lain.
b. Gaya imbas/Gaya dipol-dipol terinduksi
Gaya imbas terjadi bila terdapat molekul yang dipol permanen berinteraksi dengan molekul dipol sesaat dengan dipol permanen. Adanya molekul-molekul polar akan menyebabkanimbasan dari kutub molekul polar kepada molekul nonpolar, sehingga elektron-elektron dari molekul nonpolar tersebut mengumpul pada salah satu sisi molekul (terdorong atau tertarik), yang menimbulkan terjadinya dipol sesaat pada molekul nonpolar tersebut.
Terjadinya dipol sesaat akan berakibat adanya gaya tarik-menarik antardipol tersebut yang menghasilkan gaya imbas. Gaya imbas juga memberikan andil yang kecil terhadap keseluruhan gaya Van der Waals.
Jarak
antar molekul yang berjauhan mengakibatkan molekul nonpolar (Cl₂) belum
terjadi imbas, tetapi bila sudah dekat akan terjadi imbasan. Molekul
polar (H₂O) mempunyai dipol permanen. Akibat terimbas, molekul nonpolar
(Cl₂) akan menjadi dipol permanen.
2. Gaya London/Gaya Dispersi/Gaya Tari Menarik dipol Sesaat-dipol Terimbas
Gaya
London adalah gaya tarik menarik yang sifatnya lemah antara atom atau
molekul yang timbul dari pergerakan elektron yang acak disekitar
atom-atom. Karena elektron bergerak secara acak disekitar inti atom,
maka suatu saat terjadi ketidakseimbangan muatan didalam atom. Akibatnya
terbentuk dipol sesaat.
Dipol-dipol yang berlawanan arah ini saling berikatan walau sifatnya lemah. Adanya gaya-gaya ini terutama terdapat pada molekul-molekul nonpolar yang dikemukakan pertama kalinya oleh Fritz London.
Perhatikan Gambar 3, setiap atom helium mempunyai sepasang elektron.
Apabila pasangan elektron tersebut dalam peredarannya berada pada bagian kiri atom, maka bagian kiri atom tersebut menjadi lebih negatif terhadap bagian kanan yang lebih positif. Akan tetapi karena pasangan elektron selalu beredar maka dipol tadi tidak tetap, selalu berpindah-pindah (bersifat sesaat).
Polarisasi pada satu molekl akan mempengaruhi molekul tetangganya, Antara dipol-dipol sesaat tersebut terdapat suatu gaya tarik menarik yang mempersatukan molekul-molekul nonpolar dalam zat cair atau zat padat.
Berdasarkan gambar di atas dapat dijelaskan sebagai berikut.
1. Molekul nonpolar mempunyai sebaran muatan lautan electron setimbang dan simetris dalam keadaan normal, electron terdistribusi merata dalam molekul.
2. Pada waktu-waktu tertentu (sesaat) dapat terjadi pengutuban atau pembentukan dipol yang disebut dipol sesaat.
3. Sisi bermuatan parsial negatif dari dipol sesaat akan mempengaruhi kerapatan elektron molekul terdekat sehingga membentuk dipol, hal ini memungkinkan dua molekul membentuk ikatan yang disebut Gaya London .
4. Gaya tarik-menarik ini hanya berlangsung sesaat, dikarenakan dipol sesaat dan terimbas muncul mengikuti fluktuasi elektron.
3. Ikatan Hidrogen
Antara molekul-molekul yang sangat polar dan mengandung atom hidrogen terjadi ikatan hidrogen. Titik didih senyawa “hidrida” dari unsur-unsur golongan A, VA, VIA, dan VIIA, diberikan pada gambar berikut.
Perilaku normal ditunjukkan oleh senyawa hidrida dari unsur-unsur golongan IVA, yaitu titik didih meningkat sesuai dengan penambahan massa molekul. Kecenderungan itu sesuai dengan yang diharapkan karena dari CH ke SnH massa molekul relatif meningkat, sehingga gaya Van der Waals juga makin kuat.
Akan tetapi, ada beberapa pengecualian seperti yang terlihat pada gambar, yaitu HF, H₂O, dan NH₃. Ketiga senyawa itu mempunyai titik didih yang luar biasa tinggi dibandingkan anggota lain dalam kelompoknya. Fakta itu menunjukkan adanya gaya tarik-menarik antarmolekul yang sangat kuat dalam senyawa-senyawa tersebut. Walaupun molekul HF, H₂O, dan NH₃ bersifatpolar,gaya dipol-dipolnya tidak cukup kuat untuk menerangkan titik didih yang mencolok tinggi itu.
Perilaku yang luar biasa dari senyawa-senyawa yang disebutkan diatas disebabkan oleh ikatan lain yang disebut ikatan hidrogen (James E. Brady, 2000). Oleh karena unsur F, O, dan N sangat elektronegatif, maka ikatan F – H, O – H, dan N – H sangat polar, atom H dalam senyawa-senyawa itu sangat positif.
Akibatnya, atom H dari satu molekul terikat kuat pada atom unsur yang sangat elektronegatif (F, O, atau N) dari molekul tetangganya melalui pasangan elektron bebas pada atom unsur berkeelektronegatifan besar itu. Ikatan hidrogen dalam H₂O disajikan pada gambar berikut :
C. Rangkuman
1. Interaksi antara atom - atom dalam senyawa atau kumpulan molekul dalam senyawa yang mengalami gaya tarik menarik disebut gaya antarmolekul. Gaya antarmolekul berkaitan erat dengan sifat fisik zat yang bersangkutan.
2. Interaksi pada senyawa senyawa kimia dibedakan antara interaksi intramolekul dan antar molekul.
3. Interaksi intra molekul terjadi pada sebuah atom dengan atom yang lain yang mengalami gaya tarik menarik untuk membentuk molekul yang disebut dengan ikatan kimia.
4. Interaksi antar molekul adalah interaksi kimia yang terjadi antara atom dalam suatu molekul dengan molekul yang lain dengan mengalami gaya tarik menarik.
5. Gaya antar molekul berdasarkan kekuatan dari yang terlemah hingga yang terkuat sebagai berikut :
6. Gaya Van der Waals merupakan interaksi antar molekul yang sangat lemah. Gaya Van der Waals pada awal abad XX, dikemukakan oleh Johannes Diderik Van der Waals. Gaya ini dibagi dua yaitu gaya london dan gaya tarik dipol.
7. Gaya London, merupakan gaya tarik menarik antar molekul nonpolar akibat adanya dipol terimbas yang ditmbulkan oleh perpindahan elektron dari satu orbital ke orbital yang lain membentuk dipol sesaat. Jenis gaya ini umumnya terjadi di antara molekul - molekul kovalen nonpolar.
D. Penugasan Mandiri
Momen dipol (µ) merupakan jumlah vektor dari momen ikatan dan momen pasangan elektron bebas dalam suatu molekul. Molekul dikatakan bersifat polar jika memiliki µ > 0 atau µ ≠ 0 dan dikatakan bersifat nonpolar jika memiliki µ = 0. Titik didih suatu zat itu berbanding lurus dengan momen dipolnya bila massa molar zat-zat tersebut tidak besar perbedaannya. Semakin tinggi momen dipol maka titik didih zat tersebut akan semakin tinggi pula. Bila massa molar memiliki perbedaan yang besar tentu massa molar akan turut mempengaruhi.
1. Perhatikan tabel di bawah ini :
a. Berdasarkan hal tersebut, manakah dari kelima senyawa dalam tabel berikut yang diperkirakan memiliki titik didih tertinggi? Kemukakan alasanmu!
b. Manakah dari kelima senyawa dalam tabel berikut yang diperkirakan memiliki titik didih terendah? Kemukan alasanmu!
E. Latihan Soal
1. Perhatikan gambar ilustrasi dari trikloro metana CHCl₃ :
Gaya antar dipol ditunjukkan oleh nomor ….
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
E. (5)
2. Berikut ini merupakan gambar struktur ikatan tak sebenarnya dari molekul H₂O :
Ikatan hidrogen pada struktur tersebut terdapat pada nomor ….
A. (1)
B. (2)
C. (3)
D. (4)
E. (5)
3. Gaya London atau gaya dispersi pada molekul-molekul non polar terjadi karena terbentuk ... dan ...
A. Dipol permanen dan dipol permanen
B. Dipol sesaat dan dipol terinduksi
C. Dipol permanen dan dipol sesaat
D. Dipol terinduksi dan dipol terinduksi
E. Ikatan hIdrogen
4. Diketahui pasangan-pasangan senyawa berikut.
(1) NH₃ dan HF
(2) H₂O dan HCl
(3) HF dan H₂O
(4) NH₃ dan HBr
(5) NH₃ dan H₂S
Kelompok senyawa yang dapat membentuk ikatan hidrogen adalah ...
A. (1) dan (3)
B. (1) dan (5)
C. (2) dan (3)
D. (3) dan (4)
E. (4) dan (5)
5. Manakah zat berikut yang hanya memiliki gaya dispersi sebagai gaya
antarmolekul?
A. CH₄
B. HCl
C. NH₃
D. C6H₁₃NH₂
E. NaCl
