A. Tujuan Pembelajaran
Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan kalian mampu :
1. Menganalisa sifat fisik zat berdasarkan interaksi antar molekul yang terjadi
2. Menganalisa bentuk molekul dan polaritas senyawa
B. Uraian Materi
Perhatikan ilustrasi grafik di bawah ini!
Hal apa yang dapat kalian kemukan? Adakah pengaruh gaya antar molekul terhadap titik didih, titik leleh ataupun wujud zat? Untuk mempelajarinya, mari bersama kita bahas modul pembelajaran kedua berikut ini.
1. Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat
Sifat fisis seperti titik lebur dan titik didih sangat dipengaruhi oleh gaya
interaksi antar-molekul. Adanya ikatan hidrogen sebagai gaya interaksi antarmolekul yang paling kuat memberikan pengaruh yang signifikan pada titik didih beberapa senyawa hidrida biner dari unsur-unsur golongan IVA hingga VIIA.
Titik didih dari senyawa hidrida unsur golongan IVA (CH₄, SiH₄, GeH₄, dan SnH₄, seluruhnya nonpolar) meningkat dari atas ke bawah golongan (dari C ke Sn). Hal ini dapat dimengerti sebagai akibat dari adanya polarisabilitas dan gaya dispersi London secara umum meningkat seiring dengan bertambahnya massa molekul. Senyawa senyawa hidrida dari golongan VA, VIA, dan VIIA secara umum juga mengikuti pola kenaikan titik didih yang sama, namun khusus untuk senyawa NH₃, H₂O, dan HF titik didihnya jauh lebih tinggi dari yang diperkirakan.
Faktanya, ketiga senyawa ini juga memiliki sifat-sifat yang membedakannya dari senyawa-senyawa lain dengan massa molekul dan polaritas yang bermiripan.
Sebagai contoh, air (H₂O) memiliki titik leleh yang tinggi, kalor jenis yang tinggi, dan kalor penguapan yang tinggi. Sifat-sifat ini menunjukkan bahwa adanya gaya antarmolekul tak lazim yang kuat pada molekul-molekul ketiga senyawa tersebut, yakni ikatan hidrogen.
Molekul yang sebaran muatannya tidak simetris, bersifat polar dan mempunyaidua ujung yang berbeda muatan (dipol). Dalam zat polar molekulnya cenderung menyusun diri dengan ujung (pol) positif berdekatan dengan ujung (pol) negatif dari molekul di dekatnya. Suatu gaya tarik-menarik yang terjadi disebut gaya tarik dipoldipol dibandingkan gaya dispersi (gaya London), sehingga zat polar cenderung
mempunyai titik cair dan titik didih lebih tinggi dibandingkan zat nonpolar yang massa molekulnya kira-kira sama. Contohnya normal butana dan aseton.
Gaya-gaya antarmolekul, yaitu gaya dispersi (gaya London) dan gaya dipoldipol, secara kolektif disebut gaya Van Der Waals. Gaya dispersi setiap zat, baik polar maupun nonpolarzatpolar menambah gaya dispersi dalam zat itu. Dalam membandingkan zat –zat yang mempunyai massa molekul relatif (Mr) kira-kira sama, adanya gaya dipol-dipol dapat menghasilkan perbedaan sifat yang cukup nyata.
Misalnya, n-butana dengan aseton. Akan tetapi dalam membandingkan zat dengan massa molekul relatif (Mr) yang berbeda jauh, gaya dispersi menjadi lebih penting.
Misalnya, HCl dengan HI, HCl (momen dipol = 1,08) lebih polar dari HI(momen dipol = 0,38). Kenyataannya, HI mempunyai titik didih lebih tinggi daripada HCl. Fakta itu menunjukkan bahwa gaya V lebih kuat daripada HCl. Berarti, lebih polarnya HCl tidak cukup untuk mengimbangi kecenderungan peningkatan gaya dispersi akibat pertambahan massa molekul dari HI.
Kemudahan suatu molekul untuk membentuk dipol sesaat atau untuk mengimbas suatu molekul disebut polarisabilitas. Polarisabilitas berkaitan dengan massa molekul relatif (Mr) dan bentuk molekul. Pada umumnya, makin banyak jumlah elektron dalam molekul, makin mudah mengalami polarisasi. Oleh karena jumlah elektron berkaitan dengan massa molekul relatif, makadapat dikatakan bahwa makin besar massa molekul relatif, makin kuat gaya London. Misalnya, radon (Ar = 222) mempunyai titik didih lebih tinggi dibandingkan helium (A = 4), 221 K untuk Rn dibandingkan dengan 4 K untuk He. Molekul yang bentuknya panjang lebih mudah mengalami polarisasi dibandingkan molekul yang kecil, kompak, dan simetris.
Misalnya, normal pentana mempunyai titik cair dan titik didih yang lebih tinggi dibandingkan neopentana. Kedua zat itu mempunyai massa molekul relatif yang sama besar.
Contoh lainnya adalah ikatan hidrogen pada air dan makhluk hidup.
a. Ikatan hidrogen pada air
Pada air, satu molekul air dapat berikatan hidrogen dengan empat molekul air lain di sekitarnya dalam susunan tetrahedral seperti terlihat dalam gambar (a) di bawah.
Pada es, molekul-molekul air berikatan hidrogen dalam struktur susunan yang kaku namun lebih terbuka.
Struktur yang lebih terbuka (berongga) pada es seperti terlihat pada gambar (b) mengakibatkan es memiliki densitas (massa jenis) yang lebih kecil. Ketika es melebur, sebagian ikatan hidrogen putus.
Hal ini menyebabkan molekul-molekul air dapat tersusun lebih rapat sehingga densitasnya meningkat seperti terlihat pada gambar (c).
Dengan kata lain, jumlah molekul H₂O per satuan volum dalam wujud cair lebih banyak dibanding dalam wujud padat.
Seiring air es dipanaskan di atas titik lebur, pemutusan ikatan hidrogen
terus berlanjut sehingga molekul-molekul air menjadi semakin tersusun rapat dan densitas air semakin meningkat. Air dalam wujud cair akan mencapai densitas maksimum pada suhu 3,98°C. Di atas suhu tersebut, air berperilaku “normal” seperti zat-zat lain pada umumnya sebagaimana densitas menurun seiring dengan kenaikan suhu.
Sifat anomali air ini berperan dalam beberapa fenomena-fenomena yang
terjadi di bumi, seperti misalnya gunung es yang mengapung di atas perairan dan meledaknya pipa air pada musim salju. Ledakan pipa air dapat terjadi jika pendinginan terjadi secara mendadak sebagaimana air yang membeku menjadi es mengalami pemuaian. Dalam peristiwa es yang mengapung pada perairan yang membeku di musim salju, mengapungnya bongkahan es akan menghambat terjadinya pembekuan air lebih lanjut sehingga makhluk hidup yang berada di dalam perairan dapat bertahan hidup. Tanpa adanya sifat anomali air oleh karena keberadaan ikatan hidrogen ini, perairan akan membeku dari dasar hingga ke permukaan. Hal ini tentunya akan mengakibatkan makhluk hidup di perairan tersebut terancam tidak dapat bertahan hidup selama musim salju.
b. Ikatan Hidrogen pada Makhluk Hidup
Reaksi-reaksi kimia pada tubuh makhluk hidup melibatkan senyawasenyawa dengan struktur kompleks, seperti protein dan DNA, di mana dalam reaksi-reaksi tersebut ikatan-ikatan tertentu harus dapat dengan mudah diputuskan dan dibentuk kembali. Ikatan hidrogen merupakan ikatan yang energinya pas dalam memungkinkan hal tersebut. Energi ikatan hidrogen paling besar di antara gaya-gaya interaksi antar-molekul lainnya, dan energinya relatif jauh lebih kecil dibanding ikatan kimia intramolekul seperti ikatan kovalen dan ikatan ionik.
Bentuk dari suatu molekul protein sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen; jika ada ikatan-ikatan yang putus, molekul protein dapat kehilangan fungsinya.
Ikatan ini juga berperan penting dalam mengikatkan kedua untai molekul DNA membentuk heliks ganda. Ikatan hidrogen yang tidak terlalu kuat ini dapat mempertahankan struktur rantai ganda DNA namun juga dapat dengan mudah diputuskan pada proses replikasi DNA dalam pembelahan sel.
2. Analisa Bentuk Molekul dan Polaritas Molekul
Molekul mempunyai sifat polarisabilitas berbeda-beda. Polarisabilitas merupakan kemudahan suatu molekul untuk membentuk dipol sesaat atau mengimbas suatu dipol. Polarisabilitas sangat erat hubungannya dengan massa relatif molekul dan kerumitan molekul.
a. Massa relatif molekul
Pada umumnya molekul dengan jumlah elektron yang besar akan lebih mudah mengalami polarisabilitas. Jika semakin besar nomor massa molekul relatif, maka semakin kuat pula gaya London yang bekerja pada molekul itu. Misal, dua molekul propana saling menarik dengan kuat dibandingkan dua molekul metana. Molekul dengan distribusi elektron besar lebih kuat saling menarik daripada molekul yangelektronnya kuat terikat. Misal molekul I₂ akan saling tarik-menarik lebih kuat daripada molekul F₂ yang lebih kecil. Dengan demikian titik didih I₂ akan lebih besar jika dibandingkandengan titik didih F₂.
b. Bentuk Molekul
Molekul yang mempunyai bentuk molekul memanjang lebih mudah mengalami polarisabilitas dibandingkan dengan molekul dengan bentuk rumit, membulat atau simetris. Misal deretan hidrokarbon dengan rantai cabang akan mempunyai titik didih lebih rendah jika dibandingkan dengan hidrokarbon dengan rantai lurus. Normal butana mempunyai titik didih lebih tinggi dibandingkan isobutana yang memiliki rantai cabang.
C. Rangkuman
1. Hubungan interaksi antar molekul dengan titik didih pada suatu senyawa adalah semakin kuat gaya antar molekul yang dimiliki maka semakin tinggi titik didihnya.
Sebab dengan adanya gaya antar molekul yang kuat maka membutuhkan energi dan suhu yang besar untuk memutuskan ikatannya.
2. Contoh penerapan hubungan interaksi antara molekul dalam kehidupan sehari-hari adalah ikatan hidrogen pada air. Air merupakan satu-satunya senyawa di alam yang memiliki tiga wujud, yaitu cair, padat, dan gas. Air merupakan senyawa kovalen yang mempunyai titik didih tinggi karena adanya ikatan hidrogen di antara molekul - molekulnya.
D. Penugasan Mandiri
Ikatan hidrogen hanya dapat terbentuk di antara atom elektronegatif N, O, atau F yang memiliki pasangan elektron bebas dan atom H yang berikatan dengan atom elektronegatif N, O, atau F. Senyawa yang molekul-molekulnya dapat berikatan hidrogen harus memiliki atom N, O, atau F yang berikatan langsung dengan H (ikatan N—H, O—H, atau F—H).
1. Berdasarkan pernyataan dalam kalimat tersebut senyawa manakah di bawah iniyang molekul-molekulnya dapat membentuk ikatan hidrogen? Berikan penjelasanmu!
a. CHCl₃
b. CH₃OH
c. CH₃F
d. CH₃NH₂
e. CH₃OCH₃
Jawab:
Molekul yang memiliki ikatan hidrogen adalah … (tuliskan senyawanya)
Penjelasan :
a. CHCl₃ : tidak / memiliki ikatan hidrogen , Karena : ...
b. CH₃OH : tidak / memiliki ikatan hidrogen , Karena : ...
c. CH₃F : tidak / memiliki ikatan hidrogen , Karena : ...
d. CH₃NH₂ : tidak / memiliki ikatan hidrogen , Karena : ...
e. CH₃OCH₃ : tidak / memiliki ikatan hidrogen , Karena : ...
2. Lakukanlah percobaan berikut ini, kemudian kamu amati apa yang terjadi .
Alat : Gelas beaker/wadah utk memanaskan air/minyak , kompor/Bunsen penyala+kaki tiga dan thermometer ,stop watch/jam
Bahan : Air dan minyak
Petunjuk kerja :
a. Panaskan air ,amati sampai waktu 10 menit
b. Panaskan minyak, amati sampai waktu 10 menit
c. Lakukan kegiatan a dan b sampai 3 kali pengulangan
Setelah melakukan kegiatan sesuai petunjuk kerja , buatlah lembar pengamatanmu. Dari pengamatan yang kamu lakukan maka kesimpulan yang di peroleh…………
Hal ini di karenakan……
E. Latihan Soal
1. Perhatikan grafik di bawah ini!
Senyawa yang mengandung ikatan hidrogen antar molekulnya adalah nomor …
A. (1) dan (2)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (3)
D. (3) dan (4)
E. (5) dan (6)
2. Pernyataan berikut ini yang benar adalah ...
A. Titik didih molekul yang memiliki ikatan hidrogen lebih besar daripada
molekul yang memiliki gaya Van der Waals
B. Polarisabilitas suatu molekul dipengaruhi oleh kepolaran molekul
C. Gaya London hanya berlaku untuk molekul polar saja
D. Gaya induksi terjadi antara molekul polar dengan molekul polar
E. Urutan kekuatan gaya antarmolekul yaitu ikatan hidrogen > gaya London > gaya tarik-menarik dipol-dipol
3. Gaya antarmolekul yang bertanggung jawab kurang rapatnya es (air padat) dibanding air (air bentuk cair) adalah ….
A. gaya dispersi London
B. gaya dipol-dipol
C. gaya ion-dipol
D. ikatan hidrogen
E. ikatan ion
4. Gaya yang terjadi antara molekul HCl dengan molekul HCl lain disebut ...
A. Gaya tarik-menarik dipol-dipol
B. Gaya induksi
C. Gaya London
D. Gaya Van der Waals
E. Ikatan hidrogen
5. Berdasar pada massa molar dan momen dipol dari lima senyawa dalam tabel, manakah yang diperkirakan mempunyai titik didih tertinggi?
A. CH₃CH₂CH₃
B. CH₃OCH₃
C. CH₃Cl
D. CH₃CHO
E. CH₃CN
PENILAIAN AKHIR HARIAN BAB VII ANTAR MOLEKUL
1. Senyawa manakah yang molekul-molekulnya dapat membentuk ikatan hidrogen?
A. CHCl₃
B. CH₃OH
C. CH₃F
D. CH₃NH₂
E. CH₃OCH₃
2. Ikatan yang terjadi antara atom H dengan atom yang elektronegatifitasnya tinggi (F, O, N) disebut ...
A. Ikatan ion
B. Ikatan kovalen polar
C. Ikatan kovalen non polar
D. Ikatan hidrogen
E. Ikatan kovalen koordinasi
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. Pernyataan berikut ini yang benar adalah ...
A. Titik didih molekul yang memiliki ikatan hidrogen lebih besar daripada molekul yang memiliki gaya Van der Waals
B. Polarisabilitas suatu molekul dipengaruhi oleh kepolaran molekul
C. Gaya London hanya berlaku untuk molekul polar saja
D. Gaya induksi terjadi antara molekul polar dengan molekul polar
E. Urutan kekuatan gaya antarmolekul yaitu ikatan hidrogen > gaya London > gaya tarik-menarik dipol-dipol
5. 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)
6. Manakah molekul yang memiliki gaya tarik-menarik dipol-dipol antarmolekulnya? (Gunakan tabel periodik yang tersedia)
A. AsH₃
B. BCl₃
C. Cl₂
D. CO₂
E. XeF₄
7. Perhatikan grafik di bawah ini!
Senyawa yang mengandung ikatan hidrogen antar molekulnya adalah nomor …
A. (1) dan (2)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (3)
D. (3) dan (4)
E. (5) dan (6)
8. Gaya yang terjadi antara molekul HCl dengan molekul HCl lain disebut ...
A. Gaya tarik-menarik dipol-dipol
B. Gaya induksi
C. Gaya London
D. Gaya Van der Waals
E. Ikatan hidrogen
