KIMIA ORGANIK SINTESIS: GAYA VAN DER WAALS

GAYA VAN DER WAALS

Ikatan Van der Waals adalah gaya tarik (antar molekul) antara dipol permanen dan/atau dipol terinduksi. Gaya van der Waals dalam ilmu kimia merujuk pada jenis gaya antara molekul. Istilah ini pada awalnya merujuk pada jenis gaya antarmolekul, dan hingga saat ini masih digunakan dalam pengertian tersebut, tetapi saat ini lebih umum merujuk pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul menjadi dipol. Hal ini mencakup gaya yang timbul dari dipol tetap (gaya Keesom), dipol rotasi atau bebas (gaya Debye) serta pergeseran distribusi awan elektron (gaya London). Nama gaya ini diambil dari nama kimiawan Belanda Johannes van der Waals, yang pertama kali mencatat jenis gaya ini. Potensial Lennard-Jones sering digunakan sebagai model hampiran untuk gaya van der Waals sebagai fungsi dari waktu. Interaksi van der Waals teramati pada gas mulia, yang amat stabil dan cenderung tak berinteraksi. Hal ini menjelaskan sulitnya gas mulia untuk mengembun. Tetapi, makin besar ukuran atom gas mulia (makin banyak elektronnya) makin mudah gas tersebut berubah menjadi cairan. Terjadi untuk molekul yang tidak memiliki polarisasi ikatan seperti O₂ dan kelompok alkana. Gaya ini terjadi karena elektron dalam molekul berada dalam gerak cepat. Pada waktu yang cepat, elektron terdistribusi tidak merata, sehingga muncul ujung yang bermuatan positif dan yang lainnya bermuatan negatif. Dipol sesaat ini dapat menarik dipol yang sama pada molekul yang kedua. Sehingga munculah Gaya Van Der Waals yang lemah.

Kekuatan Ikatan Van der Waals

Ditentukan oleh:

 ukuran/jari-jari molekul

 kepolaran molekul

Umumnya, pengaruh jari-jari (pengaruh induksi) lebih dominan dibandingkan pengaruh kepolaran. Khusus gaya tarik yang disebabkan oleh dipol terinduksi, sering dinamakan dengan gaya London.

Gaya Dipol-Dipol

Gaya dipol-dipol adalah gaya tarik menarik yang terjadi antara molekul polar. Sebuah molekul hidrogen klorida memiliki atom hidrogen sebagian positif dan atom klor sebagian negatif. Dalam kumpulan banyak molekul hidrogen klorida, mereka akan mensejajarkan diri agar daerah bermuatan sebaliknya dari molekul tetangga berdekatan satu sama lain.

Gaya dipol-dipol di alam berbentuk serupa, tetapi jauh lebih lemah dari ikatan ionik.

Gaya Dispersi London

Gaya dispersi juga dianggap sebagai jenis van der Waals dan yang paling lemah dari semua gaya antarmolekul.

Gaya dipol-dipol merupakan hasil dari daya tarik ujung positif dipol yang satu ke ujung negatif dari dipol tetangga.

Awan elektron dari atom helium berisi dua elektron, yang biasanya diperkirakan akan merata secara spasial di sekitar inti. Namun, pada saat tertentu distribusi elektron mungkin tidak merata, sehingga timbul dipol sesaat.

Dipol sesaat dan akan menginduksi secara lemah tertarik satu sama lain. Gaya dispersi meningkat seiring jumlah elektron dalam atom atau molekul nonpolar yang meningkat. Kelompok halogen terdiri dari empat unsur yang semua mengambil bentuk molekul diatomik nonpolar. Tabel di bawah ini menunjukkan perbandingan titik leleh dan didih untuk masing-masing.

Gaya Antar Molekul

Adalah gaya elektromagnetik yang terjadi antara molekul atau antara bagian yang terpisah jauh dari suatu makromolekul.Gaya-gaya yang terjadi dari yang paling kuat, antara lain : Interaksi ionik,ikatan hidrogen,dan gaya Van der Waals. Gaya Van Der Waals terdiri dari:

1. Gaya antarmolekul polar ( gaya Elektrostatis )

o Molekul ionik dengan molekul ionik

o Dipol permanan dengan dipol permanen

2. Gaya antarmolekul nonpolar ( gaya dispersi/London )

o Interaksi antara dipol sementara dengan dipol terinduksi

3. Ikatan Hidrogen

Gaya antar molekul menyebabkan molekul akan terikat satu sama lain. Kalau pada ikatan ionik ikatan terjadi karena adanya interaksi antara ion yang mempunyai muatan berlawanan, pada ikatan molekul ikatan ini terjadi karena adanya “interaksi dipol-dipol” dan “gaya Van der Walls”.

Interaksi dipol-dipol terjadi karena tertariknya kutub positif dan kutub negatif pada suatu molekul polar. Karena itulah senywa organik polar dengan berat molekul yang tidak banyak berbeda dengan senyawa- senyawa nonpolar akan mempunyai titik didih yang jauh berbeda. Sebagai contoh misalnya etanol (C₂H₅OH) mendidih pada temperatur78,5°C sedangkan dimetileter (CH₃OCH₃) dengan berat molekul yang sama mendidih pada -138,5 °.

Salah satu bentuk ikatan dipol-dipol yang relatif kuat adalah“i katan hodrogen” (hidrogen Bond) dimana atom hidrogen bertindak sebagai jembatan antara 2 atom elektronegatif dengan satu ikatan dalam bentuk ikatan kovalen dan ikatan lain berbentuk gaya elektrostatik. Hal ini hanya dapat terjadi apabila atom hidrogen terikat pada atom yang bermuatan elektronegatif yang besar (N,O, dan F) sehingga awan elektron dari hidrogen akan tertarik (distorted) kearah atom yang elektronegatif.

Dengan ini atom hidrogen akan terbuka dari awan elektron dan bermuatan positif. Muatan positif ini akan ditarik dengan kuat oleh muatan negatif atom elektronegatif molekul kedua dan seterusnya. Tingkat energi ikatan hidrogen ini berada disekitar 5 kcal/mol, cukup kuat apabila dibandingkan dengan ikatan kovalen yang memp nyai tingkat energi 50 – 100 kcal/mol. Ikatan ini dilambangkan dengan “ ... “.

Ikatan karena adanya gaya Van der Waals ini tidak cukup kuat, dan inilah yang menyebabkan zat organik yang terikat dengan gaya Van der Waals ini mempunyai titik leleh dan titik didih yang relatif rendah dibanding dengan senyawa yang mempunyai ikatan dipol-dipol atau ikatan hidrogen. Hal ini juga disebabkan karena keterbatasan molekul untuk saling mendekat, karena begitu tercapai apa yang disebut “radius Van der Waals”, antara molekul akan terjadi tolak-menolak.

Gaya antarmolekul ( Gaya Elektrostatik )

Senyawa yang bersifat polar terbentuk dari suatu molekul yang berikatan kovalen polar.Ikatan kovalen polar terjadi pada atom-atom yang memiliki perbedaan keelektronegatifan.Perbedaan ini menyebabkan pemisahan pada kedua atom yang berikatan yang digambarkan oleh besaran momen dipole.

Pada molekul HCl diatas, kelektronegatifan H = 2,1 dan Cl = 2,9 . Sehingga terdapat perbedaan keelektronegatifan yang besar.Pada molekul HCl timbul kutub positif pada atom H dan kutub negative pada atom Cl. Adanya dipole pada molekul, maka timbul gaya elektrostatik di antara molekul – molekulnya.Gaya elektrostatik antar molekul senyawa polar menyebabkan suatu senyawa polar dapat bercampur dengan senyawa polar lainya. Misalnya air bersifat polar dapat melarutkan senyawa-senyawa polar lainya seperti HCl,NH3 dan alcohol.

Gaya antarmolekul nonpolar ( gaya dispersi/London )

Gaya tarik antarmolekul nonpolar pertama kali diuraikan oleh ilmuwan fisika, berasal dari Jerman yang bernama Fritz London.Sehingga disebut juga gaya London/Dispersi.

Pahami pernyataan di bawah ini :

Molekul nonpolar penyebaran elektron dapat dianggap merata,sehingga molekul nonpolar digambarkan berbentuk bola dengan muatan positif dan negatif berimpit pada pusat bola seperti yang ditunjukan pada gambar.

Gerakan elektron menyebabkan pada saat-saat tertentu dalam waktu yang singkat penyebaran elektron yang awalnya merata menjadi tidak merata sehingga molekul yang awalnya tidak memiliki dipol menjadi memiliki dipol atau menyebabkan muatan positif dan negatif yang awalnya berimpit dipusat bola menjadi memisah.Dipol yang terbentuk dalam waktu yang singkat disebut dipol sesaat.