Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen yaitu gaya tarik antar-molekul yg terjadi antara atom hidrogen yg terikat dgn atom sungguh elektronegatif (N, O, atau F) & pasangan elektron bebas dr atom sungguh elektronegatif lainnya. Ikatan ini muncul sebagaimana ikatan N—H, O—H, & F—H bersifat sungguh polar, di mana muatan parsial positif pada H & muatan parsial negatif pada atom elektronegatif (N, O, atau F).

Sebagai pola, ikatan hidrogen terdapat pada antar molekul H₂O & antar molekul NH₃, mirip yg ditunjukkan dlm gambar berikut.

Ikatan hidrogen bergotong-royong merupakan gaya dipol-dipol yg terjadi antara molekul-molekul polar. Namun, ikatan ini dibedakan dengan-cara khusus karena kekuatan gaya interaksinya relatif lebih berpengaruh dibanding gaya dipol-dipol umumnya. Hal ini dikarenakan atom hidrogen tak memiliki elektron inti yg dapat melindungi (shielding) inti atom & ukurannya cukup kecil sehingga dapat lebih didekati oleh molekul-molekul lain & jarak antara hidrogen & muatan parsial negatif pasangan elektron bebas menjadi sangat akrab. Akibatnya, energi interaksi dipol-dipol antara hidrogen & pasangan elektron bebas pada atom elektronegatif menjadi lebih besar dr energi interaksi dipol-dipol lainnya.

Secara biasa , ikatan hidrogen digambarkan selaku X—H···Y—, di mana X & Y melambangkan atom sangat elektronegatif (N, O, atau F) & tiga titik (···) melambangkan ikatan hidrogen. Fragmen X—H biasanya diketahui selaku donor ikatan hidrogen sebagaimana fragmen X—H memiliki hidrogen yg menjadi pecahan dr ikatan hidrogen. Sedangkan, fragmen Y— dikenal selaku peserta sebagaimana Y adalah atom elektronegatif dgn pasangan elektron bebas penerima hidrogen yg menjadi penggalan dr ikatan hidrogen.

Ikatan Hidrogen & Sifat Fisis

Sifat fisis mirip titik lebur & titik didih sungguh dipengaruhi oleh gaya interaksi antar-molekul. Adanya ikatan hidrogen selaku gaya interaksi antar-molekul yg paling besar lengan berkuasa memperlihatkan efek yg signifikan pada titik didih beberapa senyawa hidrida biner dr unsur-unsur kelompok IVA sampai VIIA. Berikut grafik yg memperlihatkan titik didih dr senyawa-senyawa biner hidrogen & unsur golongan IVA sampai VIIA.

Titik didih dr senyawa hidrida unsur kalangan IVA (CH₄, SiH₄, GeH₄, & SnH₄, seluruhnya nonpolar) berkembangdr atas ke bawah kalangan (dari C ke Sn). Hal ini dapat dimengerti selaku akibat dr adanya polarisabilitas & gaya dispersi London dengan-cara biasa meningkat seiring dgn bertambahnya massa molekul. Senyawa-senyawa hidrida dr kalangan VA, VIA, & VIIA dengan-cara lazim pula mengikuti pola peningkatan titik didih yg sama, namun khusus untuk senyawa NH₃, H₂O, & HF titik didihnya jauh lebih tinggi dr yg diperkirakan.

Faktanya, ketiga senyawa ini pula mempunyai sifat-sifat yg membedakannya dr senyawa-senyawa lain dgn massa molekul & polaritas yg bermiripan. Sebagai contoh, air (H₂O) memiliki titik leleh yg tinggi, kalor jenis yg tinggi, & kalor penguapan yg tinggi. Sifat-sifat ini memperlihatkan bahwa adanya gaya antar-molekul tak lazim yg kuat pada molekul-molekul ketiga senyawa tersebut, yakni ikatan hidrogen.

Ikatan Hidrogen pada Air

Pada air, satu molekul air dapat berikatan hidrogen dgn empat molekul air lain di sekitarnya dlm susunan tetrahedral mirip terlihat dlm gambar (a) di bawah. Pada es, molekul-molekul air berikatan hidrogen dlm struktur susunan yg kaku tetapi lebih terbuka. Struktur yg lebih terbuka (berongga) pada es seperti tampakpada gambar (b) menimbulkan es memiliki densitas (massa jenis) yg lebih kecil. Tatkala es melebur, sebagian ikatan hidrogen putus. Hal ini menimbulkan molekul-molekul air mampu tersusun lebih rapat sehingga densitasnya meningkat seperti terlihat pada gambar (c). Dengan kata lain, jumlah molekul H₂O per satuan volum dlm wujud cair lebih banyak dibanding dlm wujud padat.

Seiring air es dipanaskan di atas titik lebur, pemutusan ikatan hidrogen terus berlanjut sehingga molekul-molekul air menjadi semakin tersusun rapat & densitas air makin meningkat. Air dlm wujud cair akan meraih densitas maksimum pada suhu 3,98°C. Di atas suhu tersebut, air bertingkah “wajar ” mirip zat-zat lain kebanyakan sebagaimana densitas menurun seiring dgn peningkatan suhu.

Sifat anomali air ini berperan dlm beberapa fenomena-fenomena yg terjadi di bumi, seperti misalnya gunung es yg mengapung di atas perairan & meledaknya pipa air pada musim salju. Ledakan pipa air mampu terjadi jikalau pendinginan terjadi dengan-cara secara tiba-tiba sebagaimana air yg membeku menjadi es mengalami pemuaian. Dalam kejadian es yg mengapung pada perairan yg membeku di animo salju, mengapungnya bongkahan es akan menghalangi terjadinya pembekuan air lebih lanjut sehingga makhluk hidup yg berada di dlm perairan mampu bertahan hidup. Tanpa adanya sifat anomali air oleh sebab eksistensi ikatan hidrogen ini, perairan akan membeku dr dasar sampai ke permukaan. Hal ini tentunya akan mengakibatkan makhluk hidup di perairan tersebut terancam tak mampu bertahan hidup selama musim salju.

Ikatan Hidrogen pada Makhluk Hidup

Reaksi-reaksi kimia pada tubuh makhluk hidup melibatkan senyawa-senyawa dgn struktur kompleks, mirip protein & DNA, di mana dlm reaksi-reaksi tersebut ikatan-ikatan tertentu mesti mampu dgn mudah ditentukan & dibentuk kembali. Ikatan hidrogen merupakan ikatan yg energinya pas dlm memungkinkan hal tersebut. Energi ikatan hidrogen terbesar di antara gaya-gaya interaksi antar-molekul lainnya, & energinya relatif jauh lebih kecil dibanding ikatan kimia intramolekul mirip ikatan kovalen & ikatan ionik.

Bentuk dr sebuah molekul protein sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen; bila ada ikatan-ikatan yg putus, molekul protein dapat kehilangan fungsinya. Ikatan ini pula berperan penting dlm mengikatkan kedua untai molekul DNA membentuk heliks ganda. Ikatan hidrogen yg tak terlalu kuat ini dapat mempertahankan struktur rantai ganda DNA namun pula dapat dgn gampang diputuskan pada proses replikasi DNA dlm pembelahan sel.

Contoh Soal & Pembahasan

Tentukan senyawa manakah di bawah ini yg molekul-molekulnya dapat membentuk ikatan hidrogen.

a. CHCl₃

b. CH₃OH

c. CH₃F

d. CH₃NH₂

e. CH₃OCH₃

Jawab:

Ikatan hidrogen cuma dapat terbentuk di antara atom elektronegatif N, O, atau F yg memiliki pasangan elektron bebas & atom H yg berikatan dgn atom elektronegatif N, O, atau F.

Senyawa yg molekul-molekulnya dapat berikatan hidrogen harus mempunyai atom N, O, atau F yg berikatan pribadi dgn H (ikatan N—H, O—H, atau F—H).

1. CHCl₃ tak dapat (membentuk ikatan hidrogen), alasannya tak mempunyai atom N, O, ataupun F.
2. CH₃OH mampu, sebagaimana terdapat atom O & atom H yg saling berikatan (ikatan O—H).
3. CH₃F tak dapat, sebab cuma terdapat atom F yg berikatan eksklusif dgn atom C (ikatan C—F), bukan ikatan F—H.
4. CH₃NH₂ mampu, sebagaimana terdapat atom N & atom H yg saling berikatan (ikatan N—H).
5. CH₃OCH₃ tak mampu, sebab hanya terdapat atom O yg berikatan pribadi dgn atom C (ikatan C—O), bukan ikatan O—H.

 

Referensi

Atkins, Peter & Jones, Loretta. 2010. Chemical Principles: The Quest for Insight (5^th edition). New York: W.H. Freeman & Company

Brown, Theodore L. et al. 2015. Chemistry: The Central Science (13^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Chang, Raymond & Goldsby, Kenneth A. 2016. Chemistry (12^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Johari, J.M.C. & Rachmawati, M. 2009. Kimia SMA & MA untuk Kelas XI Jilid 2. Jakarta: Esis

McMurry, John E., Fay, Robert C., & Robinson, Jill K. 2016. Chemistry (7^th edition). New Jersey: Pearson Education, Inc.

Oxtoby, David W., Gillis, H.P., & Campion, Alan. 2012. Principles of Modern Chemistry (7^th edition). California: Brooks/Cole, Cengage Learning

Petrucci, Ralph H. et al. 2017. General Chemistry: Principles and Modern Applications (11^th edition). Toronto: Pearson Canada Inc.

Purba, Michael. 2006. Kimia 2A untuk Sekolah Menengan Atas Kelas XI. Jakarta: Erlangga

Silberberg, Martin S. & Amateis, Patricia. 2015. Chemistry: The Molecular Nature of Matter and Change (7^th edition). New York: McGraw-Hill Education

Artikel: Ikatan Hidrogen

Kontributor: Nirwan Susianto, S.Si.

Alumni Kimia FMIPA UI

Materi Sosiologiku.com yang lain:

1. Tata Nama Senyawa
2. Termokimia
3. Reaksi Redoks