IKATAN HIDROGEN

Ikatan Hidrogen merupakan ikatan antar molekul yang memiliki atom H yang terikat pada atom yang memiliki keelektronegatifitas yang tinggi. Ikatan Hidrogen juga dapat didefenisikan sebagai sejenis gaya tarik antarmolekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antarmolekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Ikatan hidrogen seperti interaksi dipol-dipol dari Van der Waals. Perbedaannya adalah muatan parsial positifnya berasal dari sebuah atom hidrogen dalam sebuah molekul. Sedangkan muatan parsial negatifnya berasal dari sebuah molekul yang dibangun oleh atom yang memiliki elektronegatifitas yang besar, seperti atom Flor (F), Oksigen (O), Nitrogen (N). Muatan parsial negatif tersebut berasal dari pasangan elektron bebas yang dimilikinya. Perhatikan gambar

Gambar. Muatan parsial yang berasal dari atom yang memiliki pasangan elektron bebas.
2.2. Asal Mula Ikatan Hidrogen
Molekul-molekul yang memiliki kelebihan ikatan adalah:

Catatan: Garis yang tebal menunjukkan ikatan berada pada bidang atau pada kertas. Ikatan putus-putus mengarah ke belakang bidang atau kertas berarti menjauh dari kamu, dan bentuk baji (wedge-shaped) mengarah ke arah kamu.
Harus diperhatikan bahwa tiap molekul tersebut:
• Hidrogen tertarik secara langsung pada salah satu yang unsur yang paling elektronegatif, menyababkan hidrogen memperoleh jumlah muatan positif yang signifikan
• Tiap-tiap unsur yang mana hidrogen tertarik padanya tidak hanya negatif secara signifikan, tetapi juga memiliki satu-satunya pasangan elektron bebas yang aktif.
Pasangan elektron bebas pada tingkat-2 memiliki elektron yang dikandungnya pada volume ruang yang relatif kecil yang mana memiliki densitas yang tinggi muatan negatif. Pasangan elektron bebas pada tingkat yang lebih tinggi lebih tersebar dan tidak terlalu atraktif pada sesuatu yang positif.
2.3. Klasifikasi  Ikatan Hidrogen
Berdasarkan adanya ikatan hidrogen pada senyawa, terdapat 2 jenis:
 Ikatan Hidrogen Intermolekular, yaitu ikatan hidrogen yang terjadi pada molekul yang berbada (antar molekul). Contohnya reaksi antara H2O dengan Cl¬¬¬-(aq) terdapat beberapa  ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul, yaitu Hδ+ dan Clδ- sebanyak pasangan elektron bebas disekitar ion Cl. (4 pasang elektron bebas)      

Gambar.  Ikatan hidrogen yang terbentuk melalui ikatan intermolekular (antarmolekul).


 Ikatan Hodrogen Intramolekular, yaitu ikatan hidrogen yang terjadi pada satu molekul (dalam satu senyawa). Contohnya molekul air (H2O), dalam air terdapat ikatan hidrogen sejumlah pasangan elektron bebas pada pusat senyawa.

Gambar. Ikatan hidrogen yang terbentuk dalam senyawa air (H2O).                                        
Ikatan hidrogen intramolekular banyak ditemukan dalam makromolekul seperti protein dan asam nukleat dimana ikatan hidrogen terjadi antara dua bagian dari molekul yang sama yang berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhan yang penting.
2.4. Contoh Ikatan Hidrogen
 Air, sebagai dasar kehidupan, disatukan dengan ikatan hidrogen. Gaya tarik antara molekul polar yang mengandung hidrogen dengan pasangan elektron bebas dari molekul oksigen. Pada ikatan polar setiap atom hidrogen bermuatan agak positif sehingga dapat menarik elektron. Ikatan hidrogen menyebabkan titik didih dan titik leleh air tinggi bila dibandingkan molekul lain yang kecil tapi molekulnya nonpolar.

 Banyak organik (karboksilat) asam membentuk ikatan hidrogen dimer dalam keadaan padat.

 Beberapa gugus hidroksil memberikan banyak kesempatan untuk ikatan hidrogen dan mengarah pada viskositas tinggi zat-zat seperti gliserin dan sirup gula.

2.5. Fakta Eksperimen
• Senyawa-senyawa organik yang mengandung gugus hidroksi –OH atau gugus amino –NH2 relatif lebih larut dalam air disebabkan karena pembentukan ikatan hidrogen dengan molekul air.
• Dimerisasi asam karboksilat seperti asam asetat CH3COOH juga merupakan contoh yang sangat baik adanya ikatan hidrogen.
• Secara fisika titik didih suatu molekul seharusnya bergantung pada berat molekulnya, yakni semakin berat molekul suatu senyawa maka makin sulit menguap maka semakin tinggi titik didihnya. Namun fakta eksperimen titik didih senyawa hidrida unsur-unsur golongan VA, VIA, VIIA menunjukkan adanya penyimpangan sebagaimana ditunjukkan Gambar 5.1 dibawah ini:

Berdasarkan grafik plot titik pada Gambar  tampak:
• Titik didih senyawa hidrida golongan IVA semakin tinggi dengan urutan: CH4 < SiH4 < GeH4 <  SnH4. Urutan kenaikan titik ini sesuai dengan konsep bahwa semakin besar berat molekul semakin tinggi titik didihnya.
• Pada senyawa hidrida golongan VA tampak titik didih semakin tinggi dengan uurutan: PH3 < AsH3 < SbH3 <  NH3 seharusnya titik  didih molekul NH3 paling rendah karena berat molekulnya paling ringan. Titikdidih NH3 dibandingkan dengan molekul lainnya yang berat molekulnya lebih besar merupakan fakta:
Diantara molekul NH3 terjadi ikatan hidrogen sehingga untuk bisa menguap diperlukan energi tambahan untuk memutuskan ikatan hidrogen yang terbentuk antara molekul NH3.
• Kasus serupa terjadi pada titik didih senyawa hidrida golongan VIA dan VIIA. Berdasarkan urutan bertambahnya berat molekul,seharusnya titik didih semakin tinggi dengan urutan: H2O < H2S < H2Se < H2Te, tetapi fakta eksperimen menunjukkan:
Titik didih H2O paling tinggi.
HF < HCL < HBr < HI, fakta eksperimen menunjukkan:
Titik didih HF paling tinggi.

Tingginya titik didih H2O dibandingkan dengan senyawa hidrida lainnya dalam satu golongan dan tingginya titik didih HF dibandingkan senyawa hidrida lainnya dalam satu golongan merupakan fakta terjadinya ikatan hidrogen antara molekul H2O dan antara molekul HF.
• Kekuatan ikatan hidrogen sangat dipengaruhi oleh perbedaan elektonegativitas antara atom-atom dalam molekul.
Semakin besar perbedaan elektronegativitasnya, semakin besar kekuatan ikatan hidrogen yang terbentuk.
Oleh karena itu berdasarkan perbedaan elektronegatifannya maka ikatan hidrogen antar molekul HF > H2O > NH3, seharusnya titik didih HF lebih tinggi dari H2O dan NH3.

Namun fakta eksperimmen menunjukkan:
Ternyata titik didih H2O lebih tinggi dari pada titik didih HF.
Hal itu disebabkan karena tiap molekul air berpotensi membentuk empat ikatan hidrogen dengan molekul air sekelilingnya, maka titik didih H2O lebih tinggi dari titik didih senyawa HF meskipun ikatan hidrogen pada HF lebih kuat dari ikatan hidrogen pada H2O.

Pada hidrogen fluorida yang muncul adaleh kekurangan hidrogen sehingga tiap molekul HF hanya bisa membentuk satu ikatan hidrogen dangen molekul HF yang lainnya. Pada kasus   amonia, jumlah ikatan hidrogen dibatasi oleh fakta bahwa tiap atom nitrogen hanya mempunyai satu pasang elektron.

Air dapat digambarkan sempurna sebagai sistem ikatan yang “sempurna” karena pada tiap molekul air terdapat 2 pasang elektron bebas dan 2 atom hidrogen. Oleh karena itu tiap molekul air dapat membentuk empat ikatan hidrogen dengan molekul air disekelilingnya.


2.6. Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi
Faktor-faktor yang mempengaruhi gaya tarikan antara molekul (atom H dan atom lain):
• Elektronegativitas, adalah suatu ukuran kecenderungan atom untuk menarik pasangan elektron ikatan. Jika atom-atom memiliki elektronegatifitas yang setara, keduanya memiliki kecenderungan yang sama untuk menarik pasangan elektron ikatan, dan karena itu akan ditemukan setengah rata-rata antara kedua atom,  sebagai contoh, pada molekul H2 atau Cl2.
“semakin besar perbedaan keelektronegatifan atom dalam suatu molekul atau antarmolekul, maka semakin kuat ikatan hidrogen”
• Polaritas, adalah kepolaran suatu unsur yang berikatan dengan  unsur lain dan masih terdapat pasangan elektron bebas pada pusat molekulnya..
“Semakin banyak pasangan elektron bebas (pasangan elektron tak berikatan), maka semakin mudah membentuk ikatan hidrogen”



2.7. Pengaruh Dari Ikatan Hidrogen Pada Senyawa
 Titik didih Hidrida (◦C)
Jumlah Elektron Hidrida Gol. 14 Titik didih Hidrida Gol. 15 Titik didih Hidrida Gol. 16 Titik didih Hidrida Gol. 17 Titik didih
10 CH4 -164 NH3 -75 H2O 100 HF 20
18 Si H4 -112 PH3 -87 H2S -61 HCl -85
36 Ge H4 -90 AsH3 -55 H2Se -41 HBr -67
54 Sn H4 -52 SbH3 -18 H2Te -2 HI -35