Ikatan hidrogen adalah gaya tarik-menarik antar molekul (intermolekul) atau dalam satu molekul (intramolekul) yang terjadi antara atom hidrogen (H) yang terikat pada atom elektronegatif (seperti O, N, atau F) dengan pasangan elektron bebas (PEB) pada atom elektronegatif lain.
Dalam simulasi ini, ikatan hidrogen antarmolekul (intermolekul) divisualisasikan pada molekul H2O, NH3, dan HF dengan garis putus-putus menunjukkan ikatan hidrogen dari H ke PEB pada atom O atau N atau F, ikatan hidrogen dalam molekul (intramolekul) divisualkan pada etilen glikol (HOCH2CH2OH).
Visual 3D ini dapat zoom-in/out, dapat di putar manual untuk memperoleh sudut pandang yang dikehendaki, dapat dihentikan animasinya dengan menghilangkan tanda centang pada kotak cek.
Catatan: Visual 3D ini dibuat hanya bertujuan untuk media pembelajaran kimia di tingkat MA/SMA/SMK.
Karakteristik Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen terjadi karena:
- Donor: Atom H (elektronegativitas 2,20) yang terikat pada O, N, atau F, menjadi sedikit lebih positif (δ⁺) bila dibandingkan elektronegativitas tinggi dari O (3,44), N (3,04), atau F (3,98).
- Akseptor: PEB pada atom O, N, atau F, yang sedikit negatif (δ⁻), menarik H dari molekul lain.
- Kekuatan ikatan hidrogen (5-40 kJ/mol) lebih lemah dari ikatan kovalen (~400 kJ/mol), tapi cukup kuat untuk memengaruhi sifat fisik seperti titik didih.
Ikatan Hidrogen pada Molekul dalam Simulasi
1. H2O (Air)
Struktur: Molekul H2O punya 1 atom O (2 PEB, 2 ikatan O-H), bentuk V (sudut 104,5°). Dalam simulasi, 5 molekul H2O membentuk 4 ikatan hidrogen:
- Donor: 2 H per molekul (dari O-H), bisa membentuk 2 ikatan hidrogen keluar.
- Akseptor: 2 PEB per O, bisa menerima 2 ikatan hidrogen masuk.
- Jaringan: Setiap molekul H2O terhubung ke 4 molekul lain (2 donor, 2 akseptor), membentuk jaringan tetrahedron 3D yang kompak di fase cair.
2. NH3 (Amonia)
Struktur: Molekul NH3 punya 1 atom N (1 PEB, 3 ikatan N-H), bentuk piramida trigonal. Dalam simulasi, 5 molekul NH3 membentuk 4 ikatan hidrogen:
- Donor: 3 H per molekul, bisa membentuk 3 ikatan keluar.
- Akseptor: 1 PEB per N, hanya menerima 1 ikatan masuk.
- Jaringan: Setiap molekul NH3 terhubung ke 3-4 molekul lain, tapi karena hanya 1 PEB, jaringan kurang kompak, lebih linier atau bercabang.
3. HF (Hidrogen Fluorida)
Struktur: Molekul HF punya 1 atom F (3 PEB, 1 ikatan F-H), bentuk linier. Dalam simulasi, 4 molekul HF membentuk 3 ikatan hidrogen:
- Donor: 1 H per molekul, hanya membentuk 1 ikatan keluar.
- Akseptor: 3 PEB per F, sebenarnya bisa menerima hingga 3 ikatan masuk tetapi karena adanya awal elektron dari PEB ini menjadi tidak stabil, dan yang paling stabil tersisa 1 ikatan hidrogen dari setiap pasang molekul HF.
- Jaringan: Molekul HF membentuk rantai zig-zag (setiap molekul terhubung ke 2 molekul lain: 1 donor, 1 akseptor), kurang kompak dibanding H2O.
4. Etilen Glikol (C2H6O2)
Struktur: Etilen glikol punya 2 atom O (masing-masing 2 PEB, 1 O-H, 1 O-C), rantai O1-C1-C2-O2 dengan 4 H pada C dan 2 H pada O.
Dalam simulasi, 1 molekul menunjukkan 2 ikatan hidrogen intramolekul:
- Donor: 2 H (H1 pada O1, H2 pada O2).
- Akseptor: 2 PEB pada O1 (bawah), 2 PEB pada O2 (atas).
- Ikatan: H1→PEB atas O2, H2→PEB bawah O1, membentuk cincin dalam molekul.
- Jaringan: Intramolekul mengurangi ikatan intermolekul, tapi O masih bisa membentuk ikatan hidrogen keluar dengan molekul lain.
Mengapa H2O Punya Titik Didih Lebih Tinggi?
Titik didih: H2O (100°C), NH3 (-33°C), HF (-19,5°C). Meski HF punya ikatan hidrogen terkuat (~25 kJ/mol) dan NH3 punya lebih banyak donor, H2O punya titik didih tertinggi karena:
- Jumlah Ikatan Hidrogen per Molekul:
- H2O: 4 ikatan (2 donor, 2 akseptor), energi total ~92 kJ/mol per molekul.
- NH3: Maksimal 3-4 ikatan (3 donor, 1 akseptor), energi total ~51-68 kJ/mol, tapi jaringan kurang stabil karena 1 PEB.
- HF: 2 ikatan (1 donor, 1 akseptor aktif), energi total ~50 kJ/mol.
- H2O: 4 ikatan (2 donor, 2 akseptor), energi total ~92 kJ/mol per molekul.
- Struktur Jaringan:
- H2O: Jaringan tetrahedron 3D, sangat kompak, butuh energi besar untuk putus.
- NH3: Jaringan bercabang/linier, kurang kompak karena 1 PEB membatasi koneksi.
- HF: Rantai zigzag, hanya 2 koneksi per molekul, mudah putus.
- H2O: Jaringan tetrahedron 3D, sangat kompak, butuh energi besar untuk putus.
- Elektronegativitas dan PEB:
- F (HF) paling elektronegatif, tapi hanya 1 donor membatasi jumlah ikatan.
- N (NH3) punya 3 donor, tapi 1 PEB dan elektronegativitas lebih rendah (3,04 vs 3,44 untuk O) bikin ikatan lebih lemah.
- O (H2O) punya keseimbangan: 2 donor, 2 akseptor, elektronegativitas tinggi.
- F (HF) paling elektronegatif, tapi hanya 1 donor membatasi jumlah ikatan.
Ikatan Hidrogen Intramolekul
Ikatan hidrogen intramolekul terjadi dalam satu molekul, seperti pada Etilen Glikol di simulasi:
- Mekanisme: H1 (pada O1) berikatan dengan PEB atas O2, H2 (pada O2) dengan PEB bawah O1, membentuk cincin stabil.
- Dampak: Mengurangi donor/akseptor untuk ikatan intermolekuler, menurunkan titik didih dibandingkan molekul dengan lebih banyak ikatan intermolekuler (misal H2O).
- Stabilitas: Cincin intramolekul meningkatkan stabilitas molekul, tapi Etilen Glikol (titik didih 197°C) masih tinggi karena O tambahan memungkinkan ikatan intermolekuler.
Kesimpulan
Ikatan hidrogen dalam simulasi (H2O, NH3, HF, Etilen Glikol) melibatkan donor H dan akseptor PEB, dengan kekuatan bergantung pada elektronegativitas (F>O>N).
H2O punya titik didih tertinggi karena 4 ikatan per molekul dan jaringan tetrahedron 3D, mengalahkan HF (2 ikatan, rantai zig-zag) dan NH3 (3-4 ikatan, jaringan bercabang).
Etilen Glikol menunjukkan ikatan intramolekul, mengurangi ikatan intermolekul tapi tetap punya titik didih tinggi karena 2 atom O. Simulasi menggambarkan ini dengan akurat melalui animasi ikatan H→PEB.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar