Gaya Antar 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.

Dipol

Dipol adalah singkatan dari di polar, yang artinya 2 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. Ion terdapat pada senyawa ionik, dimana molekul terbagi menjadi 2, yaitu ion positif/kation dan ion negatif/anion.

Perbedaan antara ion dan dipol :

Pada senyawa ion, molekul terbagi (bisa juga dikatakan terbelah) menjadi 2 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. Untuk mempelajari bagaimana dipol terbentuk, silakan tengok kembali materi ikatan kovalen polar.

Ada tiga macam gaya antar molekul, yaitu :

1.        Gaya London

Gaya London merupakan gaya antar dipol sesaat pada molekul non polar. Gaya London dapat terjadi pada gas mulia yang mempunyai keelektronegatifan nol. Seperti yang diketahui, molekul non polar seharusnya tidak mempunyai kutub/polar (sesuai dengan namanya). Namun, karena adanya pergerakan elektron mengelilingi atom/molekul, maka ada saat-saat tertentu dimana elektron akan "berkumpul" (terkonsentrasi) di salah satu ujung/tepi molekul, sedang di tepi yang lain elektronnya "kosong". Hal ini membuat molekul tersebut "tiba-tiba" memiliki dipol, yang disebut dipol sesaat. Munculnya dipol ini akan menginduksi dipol tetangga disebelahnya. Ikatan dipol sangat lemah, tetapi iaktannya akan bertambah kuat dengan bertambahnya elektron, sehingga titik didih makin tinggi. Contohnya pada Neon, dimana gas neon bisa dicairkan.

Kekuatan gaya London bergantung pada beberapa faktor, antara lain :

a.       Kerumitan Molekul

• Lebih banyak terdapat interaksipada molekul kompleks dari molekul sederhana, sehingga Gaya London lebih besar dibandingkan molekul sederhana.
• Makin besar Mr makin kuat Gaya London.

b.      Ukuran Molekul

• Molekul yang lebih besar mempunyai tarikan lebih besar dari pada molekul berukuran kecil. Sehingga mudah terjadi kutub listrik sesaat yang menimbulkan Gaya London besar.
• Dalam satu golongan dari atas ke bawah, ukurannya bertambah besar, sehingga gaya londonnya juga semakin besar.

2.        Gaya Van der Waals (gaya tarik antara dipol-dipol)

Gaya Van der Waals merupakan gaya tarik antar dipol pada molekul polar (molekul yang mempunyai perbedaan keelektronegatifan yang sangat kecil). Gaya ini sangat lemah, maka zat yang mempunyai ikatan Van der Waals akan mempunyai titik didih yang sangat rendah dan bersifat permanen sehingga lebih kuat dari gaya London. Molekul polar memiliki ujung-ujung yang muatannya berlawanan. Ketika dikumpulkan, maka molekul polar akan mengatur dirinya (membentuk formasi) sedemikian hingga ujung yang bermuatan positif akan berdekatan dengan ujung yang bermuatan negatif dari molekul lain. Tapi tentu saja formasinya tidak statis/tetap. Kenapa? Karena sebenarnya molekul selalu bergerak dan bertumbukan/tabrakan.

Catatan:
Molekul/atom/zat akan diam tak bergerak jika energi kinetiknya = 0 (nol). Keadaan ini disebut keadaan diam mutlak, dicapai jika benda berada pada suhu 0⁰K (-273⁰C)

Gaya Van der Waals diperlihatkan dengan garis merah (putus-putus). Kekuatan gaya tarik antara dipol ini biasanya lebih lemah dari kekuatan ikatan ionik atau kovalen (kekuatannya hanya 1% dari ikatan). Kekuatannya juga akan berkurang dengan cepat bila jarak antar dipol makin besar. Jadi gaya Van der Waaals suatu molekul akan lebih kuat pada fase padat dibanding cair dan gas.

Gaya van der Waals Gaya Van der Waals terdapat pada senyawa Hidrokarbon contohnya pada CH₄. Senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan Van der Waals akan mempunyai titik didih yang sangat rendah, tetapi dengan bertambahnya Mr ikatan akan makin kuat sehingga titik didih lebih tinggi.

3.        Ikatan Hidrogen

Ikatan Hidrogen adalah ikatan yang terjadi antara atom Hidrogen (H) dengan atom yang keelektronegatifannya tinggi seperti nitrogen (N), oksigen (O), fluor (F) baik antar molekul/inter molekul. Kutub positif pada kedudukan H berikatan dengan kutub negatif pada kedudukan atom yang keelektronegatifannya besar seperti N, O, F. Gaya tarik dipol yang kuat terjadi antara molekul-molekul tersebut. Gaya tarik antar molekul yang terjadi memiliki kekuatan 5 sampai 10% dari ikatan kovalen.

Gambaran ikatan hidrogen dapat dilihat pada gambar berikut:

Ikatan hidrogen diperlihatkan pada garis merah (putus-putus). Meskipun tidak terlalu kuat, ikatan hidrogen tersebar diseluruh molekul. Inilah sebabnya air (H₂O) memiliki titik didih yang relatif lebih tinggi bila dibandingkan dengan senyawa lain dengan berat molekul (Mr) yang hampir sama. Sebut misalnya CO₂ (Mr=48) dalam suhu kamar sudah berwujud gas, sedangkan air (H₂O) dengan berat molekul lebih kecil (Mr=18) pada suhu kamar (20 ⁰C) masih berada pada fase cair. Ikatan hydrogen jauh lebih kuat dari pada gaya Van der Waals, sehingga zat yang mempunyai ikatan Hidrogen mempunyai titik cair dan titik didih yang relatif tinggi.

Karena kekuatan ikatan Hidrogen lebih besar dibanding gaya Van der Waals, maka ikatan hidrogen akan lebih dominan mempengaruhi sifat fisik air. Apabila sebuah molekul memiliki lebih dari satu jenis gaya antar molekul, maka penentuan jenis gaya yang terjadi dalam molekul tersebut dipilih berdasarkan gaya yang dominan/lebih kuat.

Jenis gaya antar molekul

1. Gaya elektrostatik
   Gaya ini merupakan gaya yang terkuat. Terjadi antara molekul-molekul yang memiliki ikatan ionik.
   Contoh: NaCl, CaBr₂, dll.
   Akibat gaya ini, seluruh senyawa dengan ikatan ionik memiliki titik didih yang tinggi.
2. Ikatan hidrogen
   Gaya ini menempati urutan kekuatan ke-2. Terjadi jika dalam molekul terdapat ikatan:
   H - N, atau
   H - O, atau
   H - F
   Contoh: H₂O.
   Gaya inilah yang menyebabkan air (H₂O) memiliki titik didih yang relatif tinggi.
3. Gaya Van der Waals
   Gaya ini menempati urutan kekuatan ke-3. Dalam tutorial ini kita akan membatasi gaya Van der Waals sebagai gaya yang terjadi antara molekul-molekul dengan ikatan kovalen dan bersifat polar. CO, HBr, dll.
   Gaya ini kurang mempengaruhi peningkatan titik didih suatu zat.
4. Gaya London
   Gaya ini merupakan gaya yang terlemah. Terjadi antara molekul-molekul yang memiliki ikatan kovalen dan (secara keseluruhan) bersifat non-polar. Pada teknisnya, senyawa nonpolar dapat membentuk dipol sesaat yang "muncul-hilang" secara terus-menerus.
   Contoh: CCl₄, CO₂, dll.

Catatan khusus:

• Ada kemungkinan sebuah molekul memiliki lebih dari satu gaya antar molekul, misalnya H₂O. Antar molekul air (H₂O) terjadi dua jenis gaya antar molekul, yaitu:
• Gaya Hidrogen, karena memiliki atom H dan O.
• Gaya Van der Waals, karena molekul air bersifat polar.
• Terdapat 5 struktur molekul utama untuk molekul poliatom yang selalu bersifat simetris, yaitu:
• linier/lurus
• segitiga datar
• tetrahedral
• trigonal bipiramida
• oktahedral

Cara Menentukan Jenis Gaya Antar Molekul

1. Apakah dalam senyawa terdapat unsur logam dan non logam?
• Jika Ya:
  Jenis gaya antar molekul yang terjadi adalah gaya elektrostatik.
  selesai.
• Jika Tidak:
  Lanjut ke Nomor 2.

2. Apakah dalam senyawa terdapat ikatan H - N atau H - O atau H - F ?
• Jika Ya:
  Jenis gaya antar molekul yang terjadi adalah ikatan hidrogen.
  selesai.
• Jika Tidak:
  Lanjut ke Nomor 3.

3. Bagaimana bentuk/struktur molekul?
• Jika bentuk molekul tidak simetris (polar):
  Jenis gaya antar molekul yang terjadi adalah gaya Van der Waals.
  selesai.
• Jika bentuk molekul simetris (non polar):
  Jenis gaya antar molekul yang terjadi adalah gaya London.
  selesai.

Contoh :

1. Tentukan jenis interaksi antar molekul NaCl Penyelesaian:
• Dalam senyawa terdapat unsur logam (Na) dan non logam (Cl)
  Kesimpulan: terjadi interaksi gaya elektrostatik
2. Tentukan jenis interaksi antar molekul H₂O Penyelesaian:
• Dalam senyawa tidak terdapat unsur logam dan non logam secara bersama-sama.
• Dalam senyawa terdapat ikatan H - O
  Kesimpulan: terjadi interaksi ikatan hidrogen.

3. Tentukan jenis interaksi antar molekul CO Penyelesaian:
• Dalam senyawa tidak terdapat unsur logam dan non logam secara bersama-sama.
• Dalam senyawa tidak terdapat ikatan H - N atau H - O atau H - F
• Molekul CO terdiri dari dua atom (diatomik) yang berbeda (tidak simetris)
  Kesimpulan: terjadi interaksi gaya Van der Waals.

4. Tentukan jenis interaksi antar molekul O₂ Penyelesaian:
• Dalam senyawa tidak terdapat unsur logam dan non logam secara bersama-sama.
• Dalam senyawa tidak terdapat ikatan H - N atau H - O atau H - F
• Molekul O₂ terdiri dari dua atom (diatomik) yang sama (simetris)
  Kesimpulan: terjadi interaksi gaya London.

5. Tentukan jenis interaksi antar molekul H₂S
   Penyelesaian:
• Dalam senyawa tidak terdapat unsur logam dan non logam secara bersama-sama.
• Dalam senyawa tidak terdapat ikatan H - N atau H - O atau H - F
• Molekul H₂S terdiri dari banyak atom (poliatomik) dan memiliki struktur huruf V (tidak simetris, karena tidak termasuk 5 struktur molekul utama)
  Kesimpulan: terjadi interaksi gaya Van der Waals.