Materi Kimia Ikatan Hidrogen – Ikatan hidrogen adalah gaya tarik antarmolekul yang terjadi antara atom hidrogen yang terikat pada atom yang sangat elektronegatif (N, O, atau F) dan pasangan elektron bebas dari atom lain yang sangat elektronegatif. Ikatan ini muncul sebagai ikatan N-H, O-H, dan F-H yang sangat polar, dengan muatan positif parsial pada H dan muatan negatif parsial pada atom elektronegatif (N, O, atau F).
Misalnya, ada ikatan hidrogen antara molekul H2O dan antara molekul NH3, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.
Ikatan hidrogen sebenarnya adalah gaya dipol yang terjadi antara molekul polar. Namun, ikatan ini secara khusus dibedakan karena kekuatan gaya interaksi relatif lebih kuat daripada gaya dipol umum. Hal ini karena atom hidrogen tidak memiliki elektron inti yang dapat melindungi inti atom, cukup kecil sehingga dapat didekati oleh molekul lain dan jarak antara hidrogen dengan muatan negatif parsial dari pasangan elektron bebas menjadi sangat dekat. Akibatnya, energi interaksi dipol antara hidrogen dan pasangan elektron bebas pada atom elektronegatif menjadi lebih besar daripada energi interaksi dipol lainnya.
Secara umum, ikatan hidrogen digambarkan sebagai X-H •• Y-, di mana X dan Y mewakili atom yang sangat elektronegatif (N, O, atau F) dan tiga titik (•••) mewakili ikatan hidrogen. Bagian X-H biasanya dikenal sebagai donor ikatan hidrogen karena bagian X-H mengandung hidrogen dan merupakan bagian dari ikatan hidrogen. Sementara itu, segmen Y dikenal sebagai akseptor karena Y adalah atom elektronegatif dengan pasangan elektron bebas yang menerima hidrogen dan merupakan bagian dari ikatan hidrogen.
Ikatan hidrogen dan sifat fisis
Sifat fisis seperti titik leleh dan titik didih sangat dipengaruhi oleh gaya interaksi antarmolekul. Kehadiran ikatan hidrogen sebagai gaya interaksi antarmolekul terkuat memiliki pengaruh besar pada titik didih banyak hidrida biner dari golongan IVA ke unsur VIIA. Grafik berikut menunjukkan titik didih senyawa biner hidrogen dan unsur-unsur golongan IVA hingga VIIA.
Titik didih hidrat unsur golongan IVA (CH4, SiH4, GeH4, dan SnH4, semuanya nonpolar) meningkat dari atas ke bawah golongan (dari C ke Sn). Hal ini dapat dimengerti sebagai akibat dari polarisasi dan gaya dispersi London umumnya meningkat dengan meningkatnya massa molekul. Hidrida golongan VA, VIA dan VIIA pada umumnya juga mengikuti pola titik didih tinggi yang sama, tetapi khususnya untuk senyawa NH3, H2O dan HF, titik didihnya jauh lebih tinggi dari yang diperkirakan.
Padahal, ketiga senyawa ini juga memiliki sifat yang membedakannya dengan senyawa lain yang memiliki massa molekul dan polaritas yang sama. Misalnya, air (H2O) memiliki titik leleh yang tinggi, panas jenis yang tinggi, dan panas penguapan yang tinggi. Sifat-sifat ini menunjukkan gaya antarmolekul yang luar biasa kuatnya pada molekul ketiga senyawa, yaitu ikatan hidrogen.
Ikatan hidrogen dalam air
Dalam air, satu molekul air dapat berikatan hidrogen dengan empat molekul air lain di sekitarnya dalam susunan tetrahedral seperti yang ditunjukkan pada Gambar (a) di bawah ini. Dalam es, molekul air berikatan dengan hidrogen dalam struktur padat tetapi lebih terbuka. Struktur es yang semakin terbuka (berongga) seperti terlihat pada Gambar (b) menyebabkan es menjadi kurang rapat (padat). Ketika es mencair, beberapa ikatan hidrogen terputus. Hal ini mengakibatkan molekul air tersusun lebih rapat sehingga densitasnya meningkat seperti terlihat pada Gambar (C). Dengan kata lain, jumlah molekul H2O per satuan volume dalam keadaan cair lebih banyak daripada dalam keadaan padat.
Ketika air es dipanaskan di atas titik lelehnya, ikatan hidrogen terus terputus sehingga molekul air menjadi lebih erat dan kepadatan air meningkat. Air dalam bentuk cair mencapai massa jenis maksimum pada 3,98°C. Di atas suhu itu, air “biasanya” berperilaku seperti zat lain pada umumnya karena kerapatannya berkurang dengan meningkatnya suhu.
Sifat anomali air ini berperan dalam banyak fenomena yang terjadi di Bumi, seperti gunung es yang mengapung di atas air dan pipa air yang pecah di musim dingin. Ledakan pipa air dapat terjadi jika pendinginan terjadi secara tiba-tiba saat air beku mengembang menjadi es. Jika es mengapung di atas air yang membeku di musim dingin, daya apung gunung es akan mencegah pembekuan air lebih lanjut sehingga organisme di dalam air dapat bertahan hidup. Tanpa sifat anomali air karena adanya ikatan hidrogen, air akan membeku dari bawah ke permukaan. Hal ini tentu saja akan mengakibatkan organisme di perairan tersebut terancam tidak dapat bertahan hidup selama musim dingin.
Ikatan hidrogen pada makhluk hidup
Reaksi kimia dalam organisme hidup melibatkan senyawa dengan struktur kompleks, seperti protein dan DNA, di mana ikatan tertentu harus mudah diputus dan dibentuk kembali. Ikatan hidrogen adalah ikatan energi yang sangat cocok untuk memungkinkan hal ini. Energi ikatan hidrogen adalah yang terbesar di antara gaya interaksi antarmolekul lainnya, dan energinya relatif lebih kecil daripada energi ikatan kimia intramolekul seperti ikatan kovalen dan ikatan ion.
Bentuk molekul protein sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen; Jika ada ikatan yang putus, molekul protein dapat kehilangan fungsinya. Ikatan ini juga berperan penting dalam menghubungkan dua untai molekul DNA untuk membentuk heliks ganda. Ikatan hidrogen yang tidak terlalu kuat dapat mempertahankan struktur rangkap DNA tetapi juga dapat dengan mudah putus selama proses replikasi DNA dalam pembelahan sel.
Contoh Soal dan Pembahasan
Tentukan senyawa manakah di bawah ini yang molekul-molekulnya dapat membentuk ikatan hidrogen.
a. CHCl3
b. CH3OH
c. CH3F
d. CH3NH2
e. CH3OCH3
Jawab:
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.CHCl3 tidak dapat (membentuk ikatan hidrogen), karena tidak memiliki atom N, O, ataupun F.
2.CH3OH dapat, sebagaimana terdapat atom O dan atom H yang saling berikatan (ikatan O—H).
3.CH3F tidak dapat, karena hanya terdapat atom F yang berikatan langsung dengan atom C (ikatan C—F), bukan ikatan F—H.
4.CH3NH2 dapat, sebagaimana terdapat atom N dan atom H yang saling berikatan (ikatan N—H).
5.CH3OCH3 tidak dapat, karena hanya terdapat atom O yang berikatan langsung dengan atom C (ikatan C—O), bukan ikatan O—H.
Demikian penjelasan dari admin tentang Materi Kimia Ikatan Hidrogen, semoga dengan adanya artikel diatas bisa menamba wawasan untuk kita semua. Dan masih banyak artikel lain yang bisa teman-teman semua baca hanya di GudangJawaban.com
