Kimia Organik Sintesis: GAYA VAN DER WAALS

GAYA VAN DER WAALS

Johannes Diderik Van Der Waals ( 23 November 1837 – 8 Maret 1923), Pada awal abad ke-20 meneliti interaksi antara molekul senyawa nonpolar dan senyawa polar yang tidak memiliki ikatan hidrogen. Menurut van der waals, interaksi antar molekul tersebut menghasilkan suatu gaya antar molekul yang lemah. Gaya tersebut kemudian dikenal sebagai gaya van der waals.

Gaya Van Der Waals merupakan gaya antar muatan parsial positif (δ⁺) dengan parsial negatif (δ^-) molekul-molekul yang memiliki dipol dipol,dipol terinduksi maupun dipol sesaat. Gaya tarik menarik listrik yang relatif lemah akibat kepolaran molekul yang permanen atau terinduksi (tidak permanen). Kepolaran permanen terjadi akibat kepolaran ikatan dalam molekulnya, sedangkan kepolaran tidak permanen terjadi akibat molekulnya terinduksi oleh partikel lain yang bermuatan, sehingga molekul bersifat polar sesaat secara spontan. Gaya Van Der Waals dapat terjadi antara partikel yang sama atau berbeda. Gaya van der waals terjadi pada senyawa polar yang tidak membentuk ikatan hidrogen, seperti: HCl, HBr, atau senyawa nonpolar yang memiliki sedikit perbedaan keelektronegatifan. Karena Ikatan Van Der Waals muncul akibat adanya kepolaran, maka semakin kecil kepolaran molekulnya. Maka, gaya Van Der Waalsnya juga akan makin kecil.

Zat yang memiliki gaya van der waals dalam susunan teratur biasanya berwujud padat. Adapun zat yang memiliki gaya van der waals dalam susunan tidak teratur (random) biasanya berwujud cair.

Pada ikatan Van der waals dibagi menjadi 3 bagian yaitu gaya dipol-dipol, gaya dipol-dipol terinduksi, dan gaya dispersi (gaya London)

Gaya Dipol - Dipol

Interaksi ion dipol merupakan gaya yang bekerja antara molekul-molekul polar (senyawa kovalen polar), yaitu molekul-molekul yang memiliki momen dipol. Setiap senyawa kovalen polar memiliki dipol, yaitu muatan yang terpolarisasi (terkutubkan) menjadi muatan positif dan negatif.

Dipol-dipol yang berbeda akan saling tarik-menarik, sedangkan yang berlawanan akan tolak-menolak. Makin besar momen dipolnya, semakin kuat gayanya.

Contoh dari interaksi gaya yang terjadi pada gaya dipol-dipol yakni: HCl, dan HBr.

Tanda"δ+" menunjukkan dipol positif, tanda "δ-" menunjukkan dipol negatif .

Perbedaaan keelektronegatifan ini menyebabkan suatu atom terbagi menjadi dua muatan (dipol), satu ujung memiliki muatan positif dan lainnya bermuatan negatif. Terdapat kecenderungan bahwa ujung positif akan berdekatan dengan ujung negatif atom lain di dekatnya. Keadaan ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik yang disebut dengan gaya tarik dipol-dipol.

Gaya tarik ini menyebabkan molekul mempunyai titik didih dan titik leleh yang tinggi. Kekuatan gaya tarik dipol-dipol ini lebih kuat dibandingkan dengan Gaya London pada molekul non-polar.

1. Gaya Dipol – Dipol Terinduksi (gaya imbas)

Gaya dipol-dipol terinduksi adalah gaya yang terjadi jika suatu molekul polar berdekatan dengan molekul nonpolar maka molekul polar dapat menginduksi molekul nonpolar, akibatnya molekul nonpolar tersebut akan memiliki dipol terinduksi / dipol sesaat karena elektron – elektronnya akan mengumpul pada salah satu sisi molekul ( terdorong atau tertaik ).

Gaya dipol – dipol terinduksi (gaya imbas) adalah suatu dipol dari molekul polar akan saling tarik menarik dengan dipol terinduksi dari molekul nonpolar.

Gaya imbas terjadi bila molekul dengan dipol permanen, berinteraksi dengan molekul dengan dipol sesaat. Adanya molekul-molekul polar dengan dipol permanen akan menyebabkan imbasan dari kutub molekul polar kepada molekul nonpolar, sehingga elektron-elektron dari molekul nonpolar tersebut mengumpul pada salah satu sisi molekul (terdorongatau tertarik), yang menimbulkan terjadinya dipol sesaat pada molekul nonpolar tersebut.

2. Gaya london

Gaya London (gaya dispersi) merupakan gaya tarik menarik antar molekul nonpolar akibat adanya dipol terimbas yang ditimbulkan oleh perpindahan elektron dari satu orbital ke orbital lain membentuk dipol sesaat. Gaya London mengakibatkan molekul nonpolar bersifat agak polar.

Kemudahan suatu molekul menghasilkan dipol sesaat yang dapat mengimbas ke molekul sekitarnya disebut polarisabilitas. Polariabilitas berkaitan dengan massa molekul relatif (Mr) dan bentuk molekul. Jika massa molekul relatif semakin besar maka molekul semakin mudah mengalami polarisasi sehingga gaya London semakin kuat. Dengan massa molekul relatif yang sama besar molekul yang bentuknya panjang lebih mudah mengalami polarisasi dibandingkan dengan molekul yang kecil, kompak dan simetris. Semakin mudah mudah molekul mengalami polarisasi semakin tinggi titik didih dan titik lelehnya. Oleh karena itu jika masa molekul relatif zat semakin besar maka titik didih dan titik lelehnya semakin tinggi. MEKANISME :

a. Pasangan elektron suatu molekul, baik yang bebas maupun yang terikat selalu bergerak mengelilingi inti.

b. Electron yang bergerak dapat mengimbas atau menginduksi sesaat pada tetangga sehingga molekul tetangga menjadi polar terinduksi sesaat.

c. Molekul ini pula dapat menginduksi molekul tetangga lainnya sehingga terbentuk molekul – molekul dipole sesaat.

Setiap atom helium mempunyai sepasang elektron. Apabila pasangan elektron tersebut dalam peredarannya berada pada bagian kiri bola atom, maka bagian kiri atom tersebut menjadi lebih negatif terhadap bagian kanan yang lebih positif. Akan tetapi karena pasangan elektron selalu beredar maka dipol tadi tidak tetap, selalu berpindah-pindah (bersifat sesaat). Polarisasi pada satu molekul akan memengaruhi molekul tetangganya. Antara dipol-dipol sesaat tersebut terdapat suatu gaya tarik-menarik yang mempersatukan molekul-molekul nonpolar dalam zat cair atau zat padat.

Namun gaya London relatif lemah sehingga apabila suatu zat yang molekulnya hanya mengalami tarik menarik berdasarkan gaya London saja maka titik didih dan titik lelehnya lebih rendah dibandingkan zat lain yang mengalami tarik-menarik tidak hanya berdasarkan gaya London saja (Mr hampir sama).

Gaya antarmolekul ini umumnya dimiliki senyawa kovalen nonpolar yang tidak memiliki dipol (memiliki muatan namun tidak terkutubkan).

Molekul-molekul pada senyawa kovalen nonpolar tersusun dari inti atom dan elektron-elektron yang selalu bergerak bebas. Karena elektron selalu bergerak, muatan pada molekul nonpolar akhirnya terkutubkan (dipol sesaat) yang kemudian dapat menginduksi molekul nonpolar lainnya (dipol terinduksi).

Gaya antarmolekul ini dikenal dengan sebutan gaya dispersi London.

Perhatikan gaya London yang terjadi antara dua molekul I₂ berikut ini:

Faktor yang mempengaruhi pada gaya london ini adalah:

Ukuran Molekul

Gaya London terjadi pada semua ukuran molekul, baik untuk senyawa polar maupun nonpolar.

Semakin berat dan luas suatu atom dan molekul akan membentuk gaya dispersi yang semakin kuat.
Semakin luas suatu atom atau molekul, rata-rata elektron valensi semakin jauh dari inti. elektron valensi tersebut akan tertahan lebih kuat dan semakin mudah dapat membentuk dipol sementara.
Distribusi elektron yang mudah di sekeliling atom atau molekul dapat berdistorsi yang disebut dengan polarisabilitas.

Gaya dispersi London cenderung lebih kuat antara molekul yang tepolarisasi lebih mudah, dan sebaliknya.

Gaya dispersi London ini termasuk gaya yang relatif lemah, karena interaksi yang terjadi adalah antar molekul nonpolar. Contoh molekul yang mengalami gaya london diantaranya: gas hidrogen, gas nitrogen, metana dan gas-gas mulia

FAKTA- FAKTA EKSPERIMEN

Eksperimen yang mendukung adanya gaya van der waals:

§ Adanya gaya tarik menarik antar molekul yang mempunyai perbedaan keelektronegatifan ( adanya dipol) maupun kecil.

§ Adanya ikatan antar molekul dari senyawa yang mempunyai perbedaan keelektronegatifan (dipol) dengan molekul lain yang tidak ada perbedaan keelektronegatifan , tetapi mempunyai pasangan elektron bebas berupa awan elektron.

§ Adanya ikatan antarmolekul dari senyawa dengan perbedaan keelektronegatifan hampir sama ( tidak mempunyai dipol).

Unsur	Nomor atom	Jumlah elektron	Ukuran jari-jari atom (pm)	Titik didih (⁰C)
Helium	2	2	31	-269
Neon	10	10	51	-264
Argon	18	18	71	-186
Kripton	36	36	103	-152
Xenon	54	54	124	-102
Radon	86	86	134	-62

Fakta eksperimen terjadinya gaya van der waals pada Halogen

Unsur	Nomor atom	Titik didih (⁰C)	Titik leleh (⁰C)
F	9	-138	-218
Cl	17	-34,1	-101
Br	35	58,8	-7,3
I	53	184	114

Semakin besar nomor atom dari halogen, maka semakin parsial negatif sehingga gaya van der waalsnya makin besar, hingga titik lebur dan titik didih makin tinggi.

Kekuatan ikatan van der waals

1. Kerumitan molekul

Gaya antar molekul bekerja pada jarak yang sangat dekat. Semakin dekat jarak antarmolekul semakin kuat gaya antar molekul tersebut. Oleh karena itu, molekul yang bentuknya sederhana akan mempunyai gaya antar molekul yang lebih kuat daripada bentuknya yang rumit. Misalnya, molekul n- butana mempunyai titik lebur134 K sedengkan metil propana titik leburnya 114K. Pada n-butana molekul-molekul dapat tertata dengan kompak, sehingga jarak antar molekul menjadi sangat dekat dan terdapat banyak tempat pada molekul tersebut yang saling tarik-menarik dengan lainnya, sedangkan metil propana tidak dapat kompak dan gaya londonnya menjadi lemah dan mudah diputuskan.

2. Ukuran molekul

Molekul-molekul yang berukuran besar akan mudah mengalami dipol sesaat, sebab elektron-elektronnya sangat jauh dari inti sehingga pergerakan elektronnya bisa lebih leluasa dibanding pada molekul yang berukuran kecil. Pada deretan molekul gas halogen (F₂, Cl_2,Br₂, dan I₂) ukuran molekulnya bertambah besar, sebabjari-jari atom F<Cl<Br<I, akibatnya elektron dapat dengan leluasa bergerak pada I₂ daripada F₂ dan ini membawa akibat I₂lebih mudah menjadi dipol sesaat.

MEKANISME PADA IKATAN VAN DER WAALS

1.Adanya gaya tarik-menarik antarmolekul yang mempuyai perbedaan keeletronegatifan
(adanya dipol) walaupun kecil. Karena
gaya ini terdapat pada senyawa nonpolar
maka perbedaaan keelektronegatifan ada tetapi kecil.Contoh: pada senyawa CH4,
perbedaan keelektronegatifan C-H sebesar 0,4.

IkatanVan der waals Ikatan ini terjadi pada senyawa-senyawa hidrokarbon. Jika, makin besar maka ikatannya makin kuat. Senyawa-senyawa yang mempuyai ikatan Van der Waals akan mempunyai titik didih yang sangat kecil sehingga senyawa tersebut mudah menguap pada suhu kamar.

2.Adanya ikatan antara molekul dari senyawa yang mempunyai perbedaan keelektronegatifan
(dipol) dengan molekul lain yang tidak ada perbedaan keelektronegatifan, tetapi
mempunyai pasangan elektron bebas berupa awan elektron. Ini terjadi karena molekul
yang mempunyai dipol menginduksi awan elektron
sehingga awan elektron
berubah menjdi dipol sesaat. Kemudian dipol yang sebenarnya dengan dipolsesaat
mengadakan ikatan, yaitu ikatan Van Der Waals.

3.Adanya ikatan antarmolekul dari senyawa dengan perbedaan keelektronegatifan
nol (tidak mempunyai dipol). Ini terjadi pada molekul-molekul diatomik.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI IKATAN VAN DER WAALS

1. Jumlah electron dalam atom atau molekul

Makin besar ukuran atom atau molekul, makin besar jumlah elektron sehingga makin jauh pula elektron terluar dari inti dan makin mudah awan elektron terpolarisasi, serta makin besar gaya dispersi.

2. Bentuk molekul

Molekul yang memanjang/tidak bulat, lebih mudah menjadi dipole dibandingkan dengan molekul yang bulat sehingga gaya disperse londonnya akan semakin besar.

Ikatan Van der Waals juga ditemukan pada polymer dan plastik. Senyawa ini dibangun oleh satu rantai molekul yang memiliki atom karbon, berikatan secara kovalen dengan berbagai atom seperti hidrogen, oksigen, nitrogen, dan atom lainnya. Interaksi dari setiap untaian rantai merupakan ikatan Van der Waals. Hal ini diketahui dari pengamatan terhadap polietilen, polietilen memiliki pola yang sama dengan gas mulia, etilen berbentuk bentuk gas menjadi cairan dan mengkristal atau memadat sesuai dengan pertambahan jumlah atom atau rantai molekulnya. Dispersi muatan terjadi dari sebuah molekul etilen, C2H4, yang menyebabkan terjadinya dipol temporer serta terjadi interaksi Van der Waals. Dalam kasus ini molekul H₂C=CH₂, selanjutnya melepaskan satu pasangan elektronnya dan terjadi ikatan yang membentuk rantai panjang atau polietilen. Pembentukan rantai yang panjang dari molekul sederhana dikenal dengan istilah polimerisasi.

3. Kepolaran molekul

Karena Ikatan Van Der Waals muncul akibat adanya kepolaran, maka semakin kecil kepolaran molekulnya maka gaya Van Der Waalsnya juga akan makin kecil.

4. Titik didih gas mulia adalah

Helium		-269Â°C
Neon		-246Â°C
Argon		-186Â°C
kripton		-152Â°C
Xenon		-108Â°C
Radon		-62Â°C

Semua unsur tersebut berada pada molekul monoatomik.

Alasan yang mendasari bahwa titik didih meningkat sejalan dengan menurunnya posisi unsur pada golongan adalah kenaikan jumlah elektron, dan juga tentunya jari-jari atom. Lebih banyak elektron yang dimiliki, dan lebih menjauh sejauh mungkin, yang paling besar memungkinkan dipol sementara terbesar dan karena itu gaya dispersi paling besar.

Karena dipol sementara lebih besar, molekul xenon lebih melekat (stickier) dibandingkan dengan molekul neon. Molekul neon akan berpisah satu sama lain pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan molekul xenon – karena itu neon memiliki titik didih yang lebih rendah.

DAFTAR PUSTAKA

https://alkafyuone.wordpress.com/tag/ikatan-van-der-walls/ http://rinioktavia19942.wordpress.com/kimia-kelas-xi/semester-i/gaya-antar-molekul/gaya-tarik-dipol-dipol/

https://www.scribd.com/doc/38659934/IKATAN-VAN-DER-WAALS

https://www.scribd.com/doc/238443870/GaYa-VanDer-WaalS

http://kreatifitasbelajar.blogspot.com/2013/05/bismut.html