Jika Anda memiliki mekanisme untuk menerapkan medan listrik eksternal ini
dapat menyebabkan polarisasi molekul.
Dalam polarisasi elektronik lapangan menarik elektron lebih dari itu repells
nukleus karena elektron jauh lebih ringan dari proton dan neutron. Skala waktu
untuk polarisasi atom akibat lapangan adalah 10 -15 detik. Ini adalah tentang
secepat Anda bisa melakukan hal-hal.
Jika dua atom dengan electronegavity tidak sama terikat molekul akan memiliki
momen dipol. Sebuah getaran dari hasil atom dalam perubahan posisi inti dan
elektron mengikuti inti. polarisasi getaran ini terjadi pada skala waktu picoseconds.
Inframerah menyebabkan getaran molekul. Kebalikan dari frekuensi IR memiliki
waktu konstan 100 femptoseconds.
Anda dapat memiliki molekul yang sudah memiliki momen dipol dan
menempatkan mereka dalam bidang elektronik molekul akan menyelaraskan.
Kali ini konstan untuk polarisasi rotasi ini adalah di bidang 10s nanodetik.
radiasi gelombang mikro dapat digunakan untuk menyebabkan rotasi dalam
molekul. Jika ada ion di hadapan medan listrik akan ada gerakan massal atau polarisasi
gerakan ion. Jika ada bidang elektronik berosilasi perlu disesuaikan dengan skala waktu
mekanisme polarisasi. Hanya komponen-komponen yang bereaksi secepat atau
lebih cepat dari frekuensi akan memberikan kontribusi untuk polarisasi sebagian
besar materi. Animasi berikut menunjukkan empat jenis. Klik switch untuk
menerapkan medan listrik.
Dipol sesaat pada suatu atom dapat mengimbas atom yang berada di
sekitarnya sehingga terjadilah dipol terimbas yang menyebabkan gaya
tarik-menarik antara dipol sesaat dengan dipol terimbas. Gaya ini yang disebut
sebagaiGaya London.
Pergerakan elektron yang mengakibatkan dipol sesaat dalam suatu molekul
akan bertambah besar apabila molekul tersebut memiliki jumlah elektron yang
semakin besar pula. Pergerakan elektron yang mengakibatkan dipol sesaat dalam
suatu molekul disebut polarisabilitas. Jumlah elektron yang besar berkaitan
dengan massa molekul relatif (Mr) molekul tersebut, sehingga semakin besar Mr
suatu molekul, maka semakin besar polarisabilitasnya dan semakin besar pula
Gaya Londonnya.
Bagaimana perbandingan Gaya London
antara 2 molekul yang mempunyai Mr yang sama? Molekul dengan struktur panjang
mempunyai kemungkinan lebih besar untuk mengalami dipol sesaat atau lebih mudah
mengalami polarisabilitas. Hal ini dikarenakan molekul dengan struktur panjang
mempunyai bidang yang lebih luas bila dibandingkan dengan molekul yang memiliki
struktur lebih rapat dan kecil. Neopentana dan normal pentana merupakan contoh
2 molekul dengan Mr sama. Lihatlah Gambar (a) dan (b) di bawah untuk mengetahui
bentuk molekulnya.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi polarisabilitas
Hubungan antara polarisabilitas dan faktor kerapatan
elektron, jari-jari atom, dan orientasi molekul adalah sebagai berikut:
1.Semakin besar jumlah elektron, kurang mengontrol
muatan inti memiliki distribusi muatan, dan dengan demikian polarisabilitas
meningkat dari atom.
2.Semakin besar jarak elektron dari muatan inti, kurang
mengontrol muatan inti memiliki pada distribusi muatan, dan dengan demikian
polarisabilitas meningkat dari atom.
3.orientasi molekul sehubungan dengan medan listrik
dapat mempengaruhi polarizibility (berlabel Orientasi-dependent), kecuali untuk
molekul yang: tetrahedral, oktahedral atau ikosahedral (berlabel
Orientasi-independent). Faktor ini lebih penting bagi molekul tak jenuh yang
mengandung bidang elektron daerah padat, seperti 2,4-heksadiena.
polarisabilitas terbesar dalam molekul ini tercapai ketika medan listrik
diterapkan sejajar dengan molekul daripada tegak lurus terhadap molekul.
Gaya
antar molekul adalah gaya tarik-menarik antar molekul yang saling
berdekatan. Gaya antar molekul berbeda dengan ikatan kimia. Ikatan kimia,
seperti ikatan ionik, kovalen, dan logam, semuanya adalah ikatan antar atom dalam
membentuk molekul. Sedangkan gaya antar molekul adalah gaya tarik antar
molekul. Kita akan mempelajari tiga macam gaya antar molekul, yaitu:
·Gaya Van der Waals
·Ikatan Hidrogen
·Gaya London
Agar dapat memahami gaya antar molekul dengan baik.
kita harus memahami terlebih dahulu tentang apa yang dimaksud dengan dipol dalam
suatu molekul.
Dipol
Dipol adalah
singkatan dari di polar, yang artinya dua kutub. Senyawa yang
memiliki dipol adalah senyawa yang memiliki kutub positif (δ+)
di satu sisi, dan kutub negatif (δ-) di sisi yang lain.
Senyawa yang memiliki dipol biasa disebut sebagai senyawa polar. Senyawa
polar terbentuk melalui ikatan kovalen polar. Perlu diperhatikan bahwa dipol
berbeda dengan ion. Kekuatan listrik yang dimiliki dipol lebih lemah dibanding
kekuatan listrik ion. Kita pasti ingat, bahwa ion terdapat pada senyawa ionik,
dimana molekul terbagi menjadi dua , yaitu ion positif/kation (+) dan ion
negatif/anion (-).
Untuk
memahami perbedaan antara ion dan dipol, mari kita perhatikan
gambar berikut:
Dari
gambar di atas dapat dilihat bahwa pada senyawa ion, molekul terbagi (bisa juga
dikatakan terbelah) menjadi dua bagian. Jadi ion positif dan ion negatif
sebenarnya terpisah. Mereka bersatu hanya karena adanya gaya tarik-menarik
antar ion positif dan negatif (gaya coulomb).
Pada
senyawa polar, tidak terjadi pemisahan. Molekul merupakan satu kesatuan. Hanya
saja pada satu sisi/tepi terdapat kutub positif (δ+) dan di
sisi/tepi yang lain terdapat kutub negatif (δ-). Untuk
senyawa non polar, sama sekali tidak ada muatan listrik yang terkandung.
LATAR BELAKANG VAN DER WAALS
Van Der Waals lahir di Leiden, Belanda, sebagai
putera Jacobus Van Der Waals dan Elisabeth Van Den Burg. Ia menjadi guru
sekolah, dan kemuian diizinkan belajar di universitas, karena kurangnya
pendidikan dalam bahasa-bahasa klasik. Ia belajar dari 1862 hingga 1865,
mendapat gelar dalam matematika dan fisika. Ia menikah dengan Anna Magdalena
Smit dan memiliki 3 putri dan 1 putra.
Pada 1866, ia menjadi direktur sekolah dasar di den
Haag. Pada 1873, ia mendapatkan gelar doktor di bawah Pieter Rijke atas
tesisnya yang berjudul “Over de Continuïteit van den Gas- en Vloeistoftoestand”
(Pada Kontinuitas Keadaan Gas dan Cair). Pada 1876, ia diangkat sebagai
profesor pertama di Universitas Amsterdam. Van Der Waals meninggal di Amsterdam
pada 1923.
Gaya Van der Waals
(Gaya tarik antara dipol-dipol)
Gaya van der
Waals adalah interaksi lemah antara molekul yang melibatkan dipol. Molekul
polar memiliki interaksi dipol-dipol permanen.Jika
dipolnya muncul sesaat akibat gerakan elektron maka gayanya disebutgaya London.Defenisi Ikatan Van Der Waals
Johannes Diderik van der Waals (23 November 1837 – 8
Maret 1923) ialah ilmuwan Belanda yang terkenal “atas karyanya pada persamaan
gas cairan”, sehingga ia memenangkan Penghargaan Nobel dalam Fisika pada 1910.
van der Waals adalah yang pertama menyadari perlunya mengingat akan volume
molekul dan gaya antarmolekul (kini disebut “gaya van der Waals”) dalam
mendirikan hubungan antara tekanan, volume, dan suhu gas dan cairan.
Gaya van der Waals dalam ilmu kimia merujuk pada jenis
tertentu gaya antar molekul. Istilah ini pada awalnya merujuk pada semua jenis
gaya antar molekul, dan hingga saat ini masih kadang digunakan dalam pengertian
tersebut, tetapi saat ini lebih umum merujuk pada gaya-gaya yang timbul dari
polarisasi molekul menjadi dipol.
Gaya Van Der Waals terjadi akibat interaksi antara
molekul-molekul non polar (Gaya London), antara molekul-molekul polar (Gaya
dipole-dipol) atau antara molekul non polar dengan molekul polar (Gaya
dipole-dipol terinduksi). Ikatan Van Der Waals terdapat antar molekul zat cair
atau padat dan sangat lemah. Gaya Van Der Waals dahulu dipakai untuk
menunjukkan semua jenis gaya tarik-menarik antar molekul. Namun kini merujuk
pada pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul yang terlemah menjadi
dipole seketika. Pada saat tertentu, moleku-molekul dapat berada dalam fase
dipole seketika ketika salah satu muatan negative berada di sisi tertentu.
Dalam keadaan dipol ini, molekul dapat menarik atau menolak electron lain dan menyebabkan
atom lain menjadi dipole. Gaya tarik menarik yang muncul sesaat ini merupakan
gaya Van Der Waals.
Karena gaya ini sangat lemah maka zat yang mempunyai
ikatan van der waals akan mempunyai titik didih yang sangat rendah. Meskipun
demikian gaya van der waals bersifat permanen dan lebih kuat dari gaya london.
Contoh gaya van der waals terdapat pada senyawa hidrokarbon. Misalnya pada
senyawa CH4. Perbedaan keelektronegatifan C (2,5) dengan H (2,1)
sangat kecil, yaitu sebesar 0,4.
Senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan van der waals akan mempunyai titik
didih sangat rendah, tetapi dengan bertambahnya Mr Ikatan akan makin kuat
sehingga titik didih lebih tinggi. Contohnya, titik didih C4H10>C3H8>C2H6>CH4.
Contoh lainnya terdapat pada Br2 dan I2. Br2 berwujud
cair tetapi mudah menguap dan I2 berwujud gas tetapi mudah
menyublim. Hal ini disebabkan karena ikatan antara molekul Br2 dan
I2 adalah ikatan van der waals.
Kristal
Molekul
Dalam bentuk gas (seperti N2, O2, CL2) dan hampir semua zat organic berupa
molekul-molekul tunggal dengan ikatan kovalen. Gaya tarik antara
molekul-molekul ino sangat lemah. Hal ini terbukti dari kenyataan bahwa gas-gas
nyata tidak mengikuti hokum gas ideal :
PV = nRT
Gaya antar molekul ini disebut gaya Van Der Waals. Dengan adanya gaya-gaya
ini memberikan koreksi pada persamaan ideal untuk gaya sejati.
Dimana :
P = Tekanan Gas
V = Volume gas
T = Temperatur (K)
a dan b = tetapan
R = Tetapan Gas Umum
Dalam
keadaan cair dan keadaan padat, gaya-gaya ini lebih besar. Seperti telah
dijelaskan, zat-zat di atas membentuk Kristal molekuler. Satuan-satuan dalam
Kristal molekuler seperti chlor, benzene, dsb. Untuk atom atau molekul-molekul
kecil, struktur kristalnya biasanya tersusun rapat (close packed) karena gaya
Van Der Waals tidak mempunyai arah dalam ruang. Struktur ini terdapat pada
gas-gas mulia, Halogen, H2, N2, 02, CO2,
HCl, HBr, CH4, C2H6, NH3, PH3,
dan H2S.
Klasifikasi Gaya Van der Waals
Gaya Van Der Walls dapat dibagi berdasarkan jenis kepolaran molekulnya,
yaitu :
1. Interaksi ion –
dipole
Gaya antarmolekul ini terjadi antara ion dan senyawa kovalen polar. Ketika
dilarutkan dalam senyawa kovalen polar, senyawa ion akan terionisasi menjadi
ion positif dan ion negatif. Ion positif akan tarik menarik dengan dipol
negatif, dan sebaliknya.
Selain gaya ion-dipol, juga dikenal gaya ion-dipol sesaat, dimana terjadi dari
interaksi antar gaya dipol-dipol terinduksi dengan gaya ion-dipol. Jika ion
dari senyawa ion berdekatan dengan molekul nonpolar, ion tersebut dapat
menginduksi dipol molekul nonpolar. Dipol terinduksi molekul nonpolar yang
dihasilkan akan berikatan dengan ion.
Gaya Ion-dipol
Interaksi ion - dipol merupakan interaksi (berikatan) / tarik menarik
antara ion dengan molekul polar (dipol).Interaksi ini termasuk jenis interaksi
yang relatif cukup kuat.
Contoh : H+ + H2O →
H3O+
Ag+ + NH3 →
Ag(NH3)+
Sebagai contoh, NaCl (senyawa ion) dapat larut dalam air (pelarut
polar) dan AgBr (senyawa ion) dapat larut dalam NH3 (pelarut polar).
2. Interaksi dipol - dipol
Interaksi dipol - dipol merupakan interaksi antara sesama molekul polar
(dipol). Interaksi ini terjadi antara ekor dan kepala dimana jika
berlawanan kutub maka akan tarik-menarik dan sebaliknya.
Tanda "+" menunjukkan dipol positif, tanda "-"
menunjukkan dipol negatif
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. 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:
Keduanya memiliki jumlah elektron yang identik, dan
ukurannya hampir sama – seperti yang terlihat 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. Bagian
luar molekul tidak seragam - in pada semua arah. CCl4hanya
bergantung pada gaya disperse.
3. Interaksi ion - dipol
terinduksi
Interaksi ion - dipol terinduksi merupakan interaksi antara aksi
ion dengan dipol terinduksi. Dipol terinduksi merupakan molekul netral yang menjadi
dipol akibat induksi partikel bermuatan yang berada didekatnya.Partikel
penginduksi tersebut dapat berupa ion atau dipol lain
dimana kemampuan menginduksi ion lebih besardaripada kemampuan
menginduksi dipol karena muatan ion yang juga jauh lebih besar.
Interaksi ini relatif lemah karena kepolaran molekul terinduksi relatif
kecil daripada dipol permanen.
Contoh : I- + I2 → I3
4. Interaksi dipol - dipol
terinduksi
Suatu molekul polar yang berdekatan dengan molekul nonpolar, akan dapat
menginduksi molekul nonpolar. Akibatnya. Molekul nonpolar memiliki dipol
terinduksi.
Dipol dari molekul polar akan saling tarik-menarik dengan dipol terinduksi
dari molekul nonpolar. Contohnya terjadi pada interaksi antara HCl (molekul
polar) dengan Cl2 (molekul nonpolar).
Pasangan elektron suatu molekul, baik yang bebas maupun yang terikat selalu
bergerak mengelilingi inti elektron yang bergerak dapat mengimbas atau
menginduksi sesaat pada tetangga sehingga molekul tetangga menjadi polar
terinduksi sesaat molekul ini pula dapat menginduksi molekul tetangga
lainnya sehingga terbentuk molekul-molekul dipol sesaat.
Fakta Yang Menunjukkan Adanya Gaya Van der Waal
Banyak bukti menunjukkan bahwa ada gaya tarik antara molekul,contohnya Cl2.
Cl
Cl . . . . . . . . Cl
Cl
Gaya
van der waals
Gaya ini disebut gaya van der waals dan sangat lemah dibandingkan ikatan
ion dan kovalen.Dalam molekul Cl2 terdapat ikatn kovalen dengan
energi ikatan 240 kj/mol,dan antara molekul Cl2 terdapat
gaya van der waals sebesar 21 kj/mol.
Gaya van der waals dapat terjadi antara partikel yang sama atau berbeda
.sama halnya dengan gaya kohesi (gaya antara partikel – partikel zat yang sama
) yang di pelajari disekolah lanjutan. Gaya ini terjadi karena adanya sifat
kepolaran partikel tersebut. Makin kecil kepolaran makin kecil pula gaya
van der waals-nya
Faktor-Faktor yang mempengaruhi Ikatan Van Der Waals
Gaya London ini dipengaruhi oleh dua faktor, yaitu:
1. Jumlah electron
dalam atom atau molekul
Makin besar ukuran atom atau molekul, makin besar jumlah elektron sehingga
makin jauh pula elektron terluar dari inti dan makin mudah awan elektron
terpolarisasi, serta makin besar gaya dispersi.
2. Bentuk molekul
Molekul yang memanjang/tidak bulat, lebih mudah menjadi dipole dibandingkan
dengan molekul yang bulat sehingga gaya disperse londonnya akan semakin besar.
Ikatan Van der Waals juga ditemukan pada polymer dan plastik. Senyawa ini
dibangun oleh satu rantai molekul yang memiliki atom karbon, berikatan secara
kovalen dengan berbagai atom seperti hidrogen, oksigen, nitrogen, dan atom
lainnya. Interaksi dari setiap untaian rantai merupakan ikatan Van der Waals.
Hal ini diketahui dari pengamatan terhadap polietilen, polietilen memiliki pola
yang sama dengan gas mulia, etilen berbentuk bentuk gas menjadi cairan dan
mengkristal atau memadat sesuai dengan pertambahan jumlah atom atau rantai
molekulnya. Dispersi muatan terjadi dari sebuah molekul etilen, C2H4, yang
menyebabkan terjadinya dipol temporer serta terjadi interaksi Van der Waals.
Dalam kasus ini molekul H2C=CH2, selanjutnya melepaskan
satu pasangan elektronnya dan terjadi ikatan yang membentuk rantai panjang atau
polietilen. Pembentukan rantai yang panjang dari molekul sederhana dikenal
dengan istilah polimerisasi.
3. Kepolaran
molekul
Karena Ikatan Van Der Waals muncul akibat adanya kepolaran, maka semakin
kecil kepolaran molekulnya maka gaya Van Der Waalsnya juga akan makin kecil.
4. Titik didih gas
mulia adalah
helium
-269°C
neon
-246°C
argon
-186°C
kripton
-152°C
xenon
-108°C
radon
-62°C
Semua unsur tersebut berada pada molekul monoatomik.
Alasan yang mendasari bahwa titik didih meningkat sejalan dengan menurunnya
posisi unsur pada golongan adalah kenaikan jumlah elektron, dan juga tentunya
jari-jari atom. Lebih banyak elektron yang dimiliki, dan lebih menjauh sejauh
mungkin, yang paling besar memungkinkan dipol sementara terbesar dan karena itu
gaya dispersi paling besar.
Karena dipol sementara lebih besar, molekul xenon lebih melekat (stickier)
dibandingkan dengan molekul neon. Molekul neon akan berpisah satu sama lain
pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan molekul xenon – karena itu neon
memiliki titik didih yang lebih rendah.
Gaya
Dipol-Dipol
Gaya
dipol-dipol adalah gaya tarik menarik yang terjadi antara molekul polar. Sebuah
molekul hidrogen klorida memiliki atom hidrogen sebagian positif dan atom klor
sebagian negatif. Dalam kumpulan banyak molekul hidrogen klorida, mereka akan
mensejajarkan diri agar daerah bermuatan sebaliknya dari molekultetangga
berdekatan satu sama lain. Gaya dipol-dipol adalah hasil dari daya tarik ujung positif dipol yang satu ke ujung negatif dari dipol tetangga. Gaya
dipol-dipol di alam berbentuk serupa, tetapi jauh lebih lemah dari ikatan
ionik.
Gaya Dispersi London
Gaya
dispersi juga dianggap sebagai jenis van der Waals dan yang paling lemah dari
semua gaya antarmolekul. Mereka sering disebut Gaya London setelah Fritz London
(1900-1954), yang pertama kali mengajukan keberadaan mereka pada tahun 1930.
Gaya dispersi London adalah gaya antarmolekul yang terjadi antara atom dan
antara molekul nonpolar akibat gerakan elektron.
Awan elektron dari
atom helium berisi dua elektron, yang biasanya diperkirakan akan merata secara
spasial di sekitar inti. Namun, pada saat tertentu distribusi elektron mungkin
tidak merata, sehingga timbul dipol sesaat. Dipol lemah dan sementara ini
kemudian mempengaruhi atom tetangga helium melalui tarik dan tolakan
elektrostatik. Ini akan menginduksi dipol atom helium terdekat (lihat Gambar di
bawah).
Sebuah
dipol singkat atau seketika dalam sebuah atom helium.
Dipol
sesaat dan akan menginduksi secara lemah tertarik satu sama lain. Gaya dispersi
meningkat seiring jumlah elektron dalam atom atau molekul nonpolar yang
meningkat.
Kelompok halogen
terdiri dari empat unsur yang semua mengambil bentuk molekul diatomik nonpolar.
Tabel di bawah ini menunjukkan perbandingan titik leleh dan didih untuk
masing-masing.
Titik leleh
dan titik cair Halogen
Molecule
Jumlah elektron
Titik leleh (°C)
Titik didih (°C)
Keadaan fisik pada suhu kamar
F2
18
-220
-188
gas
Cl2
34
-102
-34
gas
Br2
70
-7
59
cair
I2
106
114
184
padat
Gaya
dispersi yang kuat untuk molekul yodium karena mereka memiliki jumlah terbesar
dari elektron. Gaya yang relatif kuat menghasilkan titik leleh dan titik didih
yang tertinggi dari kelompok halogen.
Gaya van der waals mempengaruhi titik didih. Semakin kuat
Gaya Van Der Waals, Semakin tinggi titik didih senyawanya.Faktor-faktor yang mempengaruhi gaya van der waals adalah
jumlah elektron, ukuran molekul, dan bentuk molekul. Semakin besar ukuran
molekulmakin bertambahnya jumlah
elektron dan ukuran atom,titik
didih atom gas mulia semakin meningkatyang
menunjukkan bahwagaya van der
waalsnya semakin kuat.
·Pengaruh
Ikatan Van der Waals Terhadap Titik Didih Untuk senyawa nonpolar,titik didihnya
dipengaruhi oleh kekuatan ikatan Van der Waals ( Gaya London ).kekuatan gaya
London menyebabkan kekuatan ikatan antarmolekul yang dipengaruhi factor,anatara
lain : Pengaruh Jumlah awan electronÄ Titik didih senyawa nonpolar
dipengaruhi oleh jumlah awan electron.Semakin banyak awan electron,maka gaya
tarik-menarik molekul dipole sesat semakin besar sehingga ikatannya makin kuat
·Pengaruh
Bentuk MolekulÄ
Untuk massa molekul relative yang sama,bentuk molekul tidak bercabang titik
didih yang lebih besar dari pada bentuk molekul bercabang.Bentuk molekul
panjang memiliki gaya London yang lebih besar dari pada bentuk molekul
bercabang.