Materi Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat kelas 10 SMA/MA + Latihan Soal

Materi Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat kelas 10 SMA/MA - Hai adik adik yang baik, nah pada kesempatan yang baik ini masih bersama kakak yang selalu ingin membagikan kepada adik adik mengenai informasi seputar dunia pendidikan, nah kali ini kakak ingin membagikan kepada adik adik tentang Materi Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat kelas 10 SMA/MA beserta dengan latihan soal yang juga tersedia kunci jawaban pembahasan. Selamat belajar..

Materi Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat kelas 10 SMA

A. Tujuan Pembelajaran

Setelah kegiatan pembelajaran 2 ini diharapkan kalian mampu :

1. Menganalisa sifat fisik zat berdasarkan interaksi antar molekul yang terjadi

2. Menganalisa bentuk molekul dan polaritas senyawa

B. Uraian Materi

Perhatikan ilustrasi garfik di bawah ini!

Gambar 7. Grafik titik didih sebagai fungsi massa molekul senyawa hidrida golongan IVA–VIIA

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

Hal apa yang dapat kalian kemukan? Adakah pengaruh gaya antar molekul terhadap titik didih, titik leleh ataupun wujud zat? Untuk mempelajarinya, mari bersama kita bahas modul pembelajaran kedua berikut ini.

1. Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat

Sifat fisis seperti titik lebur dan titik didih sangat dipengaruhi oleh gaya interaksi antar-molekul. Adanya ikatan hidrogen sebagai gaya interaksi antar- molekul yang paling kuat memberikan pengaruh yang signifikan pada titik didih beberapa senyawa hidrida biner dari unsur-unsur golongan IVA hingga VIIA.

Titik didih dari senyawa hidrida unsur golongan IVA (CH4, SiH4, GeH4, dan SnH4, seluruhnya nonpolar) meningkat dari atas ke bawah golongan (dari C ke Sn). Hal ini dapat dimengerti sebagai akibat dari adanya polarisabilitas dan gaya dispersi London secara umum meningkat seiring dengan bertambahnya massa molekul. Senyawa- senyawa hidrida dari golongan VA, VIA, dan VIIA secara umum juga mengikuti pola kenaikan titik didih yang sama, namun khusus untuk senyawa NH3, H2O, dan HF titik didihnya jauh lebih tinggi dari yang diperkirakan.

Faktanya, ketiga senyawa ini juga memiliki sifat-sifat yang membedakannya dari senyawa-senyawa lain dengan massa molekul dan polaritas yang bermiripan.

Sebagai contoh, air (H2O) memiliki titik leleh yang tinggi, kalor jenis yang tinggi, dan kalor penguapan yang tinggi. Sifat-sifat ini menunjukkan bahwa adanya gaya antar- molekul tak lazim yang kuat pada molekul-molekul ketiga senyawa tersebut, yakni ikatan hidrogen.

Molekul yang sebaran muatannya tidak simetris, bersifat polar dan mempunyai dua ujung yang berbeda muatan (dipol). Dalam zat polar molekulnya cenderung menyusun diri dengan ujung (pol) positif berdekatan dengan ujung (pol) negatif dari molekul di dekatnya. Suatu gaya tarik-menarik yang terjadi disebut gaya tarik dipol- dipol dibandingkan gaya dispersi (gaya London), sehingga zat polar cenderung mempunyai titik cair dan titik didih lebih tinggi dibandingkan zat nonpolar yang massa molekulnya kira-kira sama. Contohnya normal butana dan aseton.

Gaya-gaya antarmolekul, yaitu gaya dispersi (gaya London) dan gaya dipol- dipol, secara kolektif disebut gaya Van Der Waals. Gaya dispersi setiap zat, baik polar maupun nonpolarzatpolar menambah gaya dispersi dalam zat itu. Dalam membandingkan zat –zat yang mempunyai massa molekul relatif (Mr) kira-kira sama, adanya gaya dipol-dipol dapat menghasilkan perbedaan sifat yang cukup nyata. Misalnya, n-butana dengan aseton. Akan tetapi dalam membandingkan zat dengan massa molekul relatif (Mr) yang berbeda jauh, gaya dispersi menjadi lebih penting. Misalnya, HCl dengan HI, HCl (momen dipol = 1,08) lebih polar dari HI(momen dipol= 0,38). Kenyataannya, HI mempunyai titik didih lebih tinggi daripada HCl. Fakta itu menunjukkan bahwa gaya V lebih kuat daripada HCl. Berarti, lebih polarnya HCl tidak cukup untuk mengimbangi kecenderungan peningkatan gaya dispersi akibat pertambahan massa molekul dari HI.

Kemudahan suatu molekul untuk membentuk dipol sesaat atau untuk mengimbas suatu molekul disebut polarisabilitas. Polarisabilitas berkaitan dengan massa molekul relatif (Mr) dan bentuk molekul. Pada umumnya, makin banyak jumlah elektron dalam molekul, makin mudah mengalami polarisasi. Oleh karena jumlah elektron berkaitan dengan massa molekul relatif, makadapat dikatakan bahwa makin besar massa molekul relatif, makin kuat gaya London. Misalnya, radon (Ar = 222) mempunyai titik didih lebih tinggi dibandingkan helium (A = 4), 221 K untuk Rn dibandingkan dengan 4 K untuk He. Molekul yang bentuknya panjang lebih mudah mengalami polarisasi dibandingkan molekul yang kecil, kompak, dan simetris. Misalnya, normal pentana mempunyai titik cair dan titik didih yang lebih tinggi dibandingkan neopentana. Kedua zat itu mempunyai massa molekul relatif yang sama besar. Contoh lainnya adalah ikatan hidrogen pada air dan makhluk hidup.

a. Ikatan hidrogen pada air

Pada air, satu molekul air dapat berikatan hidrogen dengan empat molekul air lain di sekitarnya dalam susunan tetrahedral seperti terlihat dalam gambar

(a) di bawah. Pada es, molekul-molekul air berikatan hidrogen dalam struktur susunan yang kaku namun lebih terbuka. Struktur yang lebih terbuka (berongga) pada es seperti terlihat pada gambar
(b) mengakibatkan es memiliki densitas (massa jenis) yang lebih kecil. Ketika es melebur, sebagian ikatan hidrogen putus. Hal ini menyebabkan molekul-molekul air dapat tersusun lebih rapat sehingga densitasnya meningkat seperti terlihat pada gambar
(c). Dengan kata lain, jumlah molekul H2O per satuan volum dalam wujud cair lebih banyak dibanding dalam wujud padat.

Gambar 8. Ikatan hidrogen pada air

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

Seiring air es dipanaskan di atas titik lebur, pemutusan ikatan hidrogen terus berlanjut sehingga molekul-molekul air menjadi semakin tersusun rapat dan densitas air semakin meningkat. Air dalam wujud cair akan mencapai densitas maksimum pada suhu 3,98°C. Di atas suhu tersebut, air berperilaku “normal” seperti zat-zat lain pada umumnya sebagaimana densitas menurun seiring dengan kenaikan suhu.

Sifat anomali air ini berperan dalam beberapa fenomena-fenomena yang terjadi di bumi, seperti misalnya gunung es yang mengapung di atas perairan dan meledaknya pipa air pada musim salju. Ledakan pipa air dapat terjadi jika pendinginan terjadi secara mendadak sebagaimana air yang membeku menjadi es mengalami pemuaian. Dalam peristiwa es yang mengapung pada perairan yang membeku di musim salju, mengapungnya bongkahan es akan menghambat terjadinya pembekuan air lebih lanjut sehingga makhluk hidup yang berada di dalam perairan dapat bertahan hidup. Tanpa adanya sifat anomali air oleh karena keberadaan ikatan hidrogen ini, perairan akan membeku dari dasar hingga ke permukaan. Hal ini tentunya akan mengakibatkan makhluk hidup di perairan tersebut terancam tidak dapat bertahan hidup selama musim salju.

b. Ikatan Hidrogen pada Makhluk Hidup

Reaksi-reaksi kimia pada tubuh makhluk hidup melibatkan senyawa- senyawa dengan struktur kompleks, seperti protein dan DNA, di mana dalam reaksi-reaksi tersebut ikatan-ikatan tertentu harus dapat dengan mudah diputuskan dan dibentuk kembali. Ikatan hidrogen merupakan ikatan yang energinya pas dalam memungkinkan hal tersebut. Energi ikatan hidrogen paling besar di antara gaya-gaya interaksi antar-molekul lainnya, dan energinya relatif jauh lebih kecil dibanding ikatan kimia intramolekul seperti ikatan kovalen dan ikatan ionik.

Bentuk dari suatu molekul protein sangat dipengaruhi oleh ikatan hidrogen; jika ada ikatan-ikatan yang putus, molekul protein dapat kehilangan fungsinya. Ikatan ini juga berperan penting dalam mengikatkan kedua untai molekul DNA membentuk heliks ganda. Ikatan hidrogen yang tidak terlalu kuat ini dapat mempertahankan struktur rantai ganda DNA namun juga dapat dengan mudah diputuskan pada proses replikasi DNA dalam pembelahan sel.

2. Analisa Bentuk Molekul dan Polaritas Molekul

Molekul mempunyai sifat polarisabilitas berbeda-beda. Polarisabilitas merupakan kemudahan suatu molekul untuk membentuk dipol sesaat atau mengimbas suatu dipol. Polarisabilitas sangat erat hubungannya dengan massa relatif molekul dan kerumitan molekul.

a. Massa relatif molekul

Pada umumnya molekul dengan jumlah elektron yang besar akan lebih mudah mengalami polarisabilitas. Jika semakin besar nomor massa molekul relatif, maka semakin kuat pula gaya London yang bekerja pada molekul itu. Misal, dua molekul propana saling menarik dengan kuat dibandingkan dua molekul metana. Molekul dengan distribusi elektron besar lebih kuat saling menarik daripada molekul yang elektronnya kuat terikat. Misal molekul I2 akan saling tarik-menarik lebih kuat daripada molekul F2 yang lebih kecil. Dengan demikian titik didih I2 akan lebih besar jika dibandingkandengan titik didih F2.

b. Bentuk Molekul

Molekul yang mempunyai bentuk molekul memanjang lebih mudah mengalami polarisabilitas dibandingkan dengan molekul dengan bentuk rumit, membulat atau simetris. Misal deretan hidrokarbon dengan rantai cabang akan mempunyai titik didih lebih rendah jika dibandingkan dengan hidrokarbon dengan rantai lurus. Normal butana mempunyai titik didih lebih tinggi dibandingkan isobutana yang memiliki rantai cabang.

C. Rangkuman

1. Hubungan interaksi antar molekul dengan titik didih pada suatu senyawa adalah semakin kuat gaya antar molekul yang dimiliki maka semakin tinggi titik didihnya. Sebab dengan adanya gaya antar molekul yang kuat maka membutuhkan energi dan suhu yang besar untuk memutuskan ikatannya.

2. Contoh penerapan hubungan interaksi antara molekul dalam kehidupan sehari-hari adalah ikatan hidrogen pada air. Air merupakan satu-satunya senyawa di alam yang memiliki tiga wujud, yaitu cair, padat, dan gas. Air merupakan senyawa kovalen yang mempunyai titik didih tinggi karena adanya ikatan hidrogen di antara molekul- molekulnya

E. Latihan Soal

1. Perhatikan grafik di bawah ini!

Senyawa yang mengandung ikatan hidrogen antar molekulnya adalah nomor …

A. (1) dan (2)

B. (1) dan (3)

C. (2) dan (3)

D. (3) dan (4)

E. (5) dan (6)

Pembahasan:

Senyawa yang memiliki ikatan hidrogen antara molekulnya memiliki titik didih jauh lebih tinggi dari senyawa segolongannya

2. Pernyataan berikut ini yang benar adalah ...

A. Titik didih molekul yang memiliki ikatan hidrogen lebih besar daripada molekul yang memiliki gaya Van der Waals

B. Polarisabilitas suatu molekul dipengaruhi oleh kepolaran molekul

C. Gaya London hanya berlaku untuk molekul polar saja

D. Gaya induksi terjadi antara molekul polar dengan molekul polar

E. Urutan kekuatan gaya antarmolekul yaitu ikatan hidrogen > gaya London > gaya tarik-menarik dipol-dipol

Pembahasan:

Ikatan hidrogen lebih kuat dibandingkan dengan ikatan Van der Waals, sehingga titik didih molekul yang memiliki ikatan hidrogen lebih besar daripada molekul yang memiliki gaya Van der Waals

3. Gaya antarmolekul yang bertanggung jawab kurang rapatnya es (air padat) dibanding air (air bentuk cair) adalah ….

A. gaya dispersi London

B. gaya dipol-dipol

C. gaya ion-dipol

D. ikatan hidrogen

E. ikatan ion

Pembahasan:

Bentuk padat dari kebanyakan zat lebih rapat daripada fase cairnya, sebagian besar zat padat akan tenggelam dalam cairan. Berbeda dengan air, ini merupakan anomali air, es ini menyimpang dari karakter padatan pada umumnya. Zat yang memiliki kerapatan lebih rendah akan mengapung di permukaan zat cair yang memiliki kerapatan lebih besar.

Yang menyebabkan es memiliki kerapatan yang lebih rendah adalah adanya ikatan hidrogen pada molekul sebagai gaya antarmolekul air. Ikatan-ikatan hidrogen yang cukup kuat pada air padat ini membentuk kerangka tetrahedral sehingga meninggalkan
rongga atau jarak. Dengan demikian ia memiliki kerapatan yang lebih kecil dibanding air dalam fase cair.

4. Gaya yang terjadi antara molekul HCl dengan molekul HCl lain disebut ...

A. Gaya tarik-menarik dipol-dipol

B. Gaya induksi

C. Gaya London

D. Gaya Van der Waals

E. Ikatan hidrogen

Pembahasan:

HCl adalah molekul yang bersifat polar sehingga apabila kedua molekul HCl berinteraksi akan membentuk gaya tarik dipol-dipol

5. Berdasar pada massa molar dan momen dipol dari lima senyawa dalam tabel, manakah yang diperkirakan mempunyai titik didih tertinggi?

A. CH3CH2CH3

B.CH3OCH3

C. CH3Cl

D. CH3CHO

E. CH3CN

Pembahasan:

Momen dipol (µ) merupakan jumlah vektor dari momen ikatan dan momen pasangan elektron bebas dalam suatu molekul. Molekul dikatakan bersifat polar jika memiliki µ > 0 atau µ ≠ 0 dan dikatakan bersifat nonpolar jika memiliki µ= 0

Titik didih suatu zat itu berbanding lurus dengan momen dipolnya bila massa molar zat-zat tersebut tidak besar perbedaannya. Semakin tinggi momen dipol maka titik didih zat tersebut akan semakin tinggi pula. Bila massa molar memiliki perbedaan yang besar tentu massa molar akan turut mempengaruhi. Pada soal ini tampak massa molar zat-zat yang dibandingkan tidak relatif kecil perbedaannya.

Jadi mutlak pada soal tersebut yang memiliki titik didih tertinggi adalah Asetonitril.

Demikianlah informasi yang bisa kami sampaikan, mudah-mudahan dengan adanya Materi Hubungan Interaksi Antar Molekul dengan Sifat Fisik Zat kelas 10 SMA/MA ini para siswa akan lebih semangat lagi dalam belajar demi meraih prestasi yang lebih baik. Selamat belajar!!