Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen adalah gaya tarik antar-molekul yg terjadi antara atom hidrogen yg terikat dgn atom sangat elektronegatif (N, O, atau F) & pasangan elektron bebas dr atom sangat elektronegatif yang lain. Ikatan ini muncul sebagaimana ikatan N—H, O—H, & F—H bersifat sangat 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 sebetulnya merupakan gaya dipol-dipol yg terjadi antara molekul-molekul polar. Namun, ikatan ini dibedakan dengan-cara khusus alasannya adalah kekuatan gaya interaksinya relatif lebih besar lengan berkuasa dibanding gaya dipol-dipol lazimnya . Hal ini dikarenakan atom hidrogen tak memiliki elektron inti yg dapat melindungi (shielding) inti atom & ukurannya cukup kecil sehingga mampu lebih didekati oleh molekul-molekul lain & jarak antara hidrogen & muatan parsial negatif pasangan elektron bebas menjadi sangat dekat. Akibatnya, energi interaksi dipol-dipol antara hidrogen & pasangan elektron bebas pada atom elektronegatif menjadi lebih besar dr energi interaksi dipol-dipol yang lain.

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

Ikatan Hidrogen & Sifat Fisis

Sifat fisis seperti titik lebur & titik didih sangat dipengaruhi oleh gaya interaksi antar-molekul. Adanya ikatan hidrogen sebagai gaya interaksi antar-molekul yg paling kuat memberikan imbas yg signifikan pada titik didih beberapa senyawa hidrida biner dr unsur-unsur kelompok IVA hingga VIIA. Berikut grafik yg memperlihatkan titik didih dr senyawa-senyawa biner hidrogen & unsur kelompok IVA sampai VIIA.

Titik didih dr senyawa hidrida unsur kalangan IVA (CH₄, SiH₄, GeH₄, & SnH₄, seluruhnya nonpolar) meningkat dr atas ke bawah golongan (dari C ke Sn). Hal ini dapat diketahui selaku akhir dr adanya polarisabilitas & gaya dispersi London dengan-cara umum berkembangseiring dgn bertambahnya massa molekul. Senyawa-senyawa hidrida dr kelompok VA, VIA, & VIIA dengan-cara lazim pula mengikuti pola kenaikan titik didih yg sama, tetapi 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 mampu berikatan hidrogen dgn empat molekul air lain di sekitarnya dlm susunan tetrahedral seperti tampakdlm 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 mirip tampakpada gambar (b) menyebabkan 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 mirip tampakpada 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 berperilaku “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 contohnya gunung es yg mengapung di atas perairan & meledaknya pipa air pada isu terkini salju. Ledakan pipa air dapat terjadi bila pendinginan terjadi dengan-cara secara tiba-tiba sebagaimana air yg membeku menjadi es mengalami pemuaian. Dalam insiden es yg mengapung pada perairan yg membeku di isu terkini salju, mengapungnya bongkahan es akan menghambat terjadinya pembekuan air lebih lanjut sehingga makhluk hidup yg berada di dlm perairan mampu bertahan hidup. Tanpa adanya sifat anomali air oleh karena keberadaan ikatan hidrogen ini, perairan akan membeku dr dasar hingga ke permukaan. Hal ini tentunya akan menimbulkan makhluk hidup di perairan tersebut terancam tak dapat bertahan hidup selama isu terkini salju.

Ikatan Hidrogen pada Makhluk Hidup

Reaksi-reaksi kimia pada badan makhluk hidup melibatkan senyawa-senyawa dgn struktur kompleks, seperti protein & DNA, di mana dlm reaksi-reaksi tersebut ikatan-ikatan tertentu mesti dapat dgn gampang diputuskan & dibuat kembali. Ikatan hidrogen merupakan ikatan yg energinya pas dlm memungkinkan hal tersebut. Energi ikatan hidrogen paling besar di antara gaya-gaya interaksi antar-molekul lainnya, & energinya relatif jauh lebih kecil dibanding ikatan kimia intramolekul seperti ikatan kovalen & ikatan ionik.

Bentuk dr suatu molekul protein sungguh dipengaruhi oleh ikatan hidrogen; jika ada ikatan-ikatan yg putus, molekul protein mampu kehilangan fungsinya. Ikatan ini pula berperan penting dlm mengikatkan kedua untai molekul DNA membentuk heliks ganda. Ikatan hidrogen yg tak terlalu kuat ini mampu mempertahankan struktur rantai ganda DNA tetapi pula mampu dgn mudah ditentukan pada proses replikasi DNA dlm pembelahan sel.

Contoh Soal & Pembahasan

Tentukan senyawa manakah di bawah ini yg molekul-molekulnya mampu 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 yg mempunyai pasangan elektron bebas & atom H yg berikatan dgn atom elektronegatif N, O, atau F.

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

1. CHCl₃ tak mampu (membentuk ikatan hidrogen), sebab 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 mampu, alasannya adalah hanya terdapat atom F yg berikatan langsung dgn atom C (ikatan C—F), bukan ikatan F—H.
4. CH₃NH₂ dapat, sebagaimana terdapat atom N & atom H yg saling berikatan (ikatan N—H).
5. CH₃OCH₃ tak mampu, alasannya hanya terdapat atom O yg berikatan langsung 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 Wargamasyarakat.org yang lain:

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