Kimia Organik Sintesis: GAYA VAN DER WAALS

Gaya van der Waals dalam ilmu kimia merujuk pada salah satu jenis gaya antara molekul. Istilah ini pada awalnya merujuk pada semua jenis gaya antar molekul, dan hingga saat ini masih kadang 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.

Gas mempunyal sifat bentuk dan volumenya dapat berubah sesuai tempatnya. Jarak antara molekul-molekul gas relatif jauh dan gaya tarik menariknya sangat lemah. Pada penurunan suhu, fasa gas dapat berubah menjadi fasa cair atau padat. Pada keadaan ini jarak antara molekul-molekulnya menjadi lebih dekat dan gaya tarik menariknya relatif lebih kuat. Gaya tarik menarik antara molekul-molekul yang berdekatan inidisebut gaya Van der walls.

Gaya van der waals : gaya tarik di antara atom atau molekul, gaya ini jauh lebih lemah dibandingkan gaya yang timbul karena ikatan valensi dan besarnya ialah 10^-7 kali jarak antara atom-atom atau molekul-molekul. Gaya ini menyebabkan sifat tak ideal pada gas dan menimbulkan energi kisi pada kristal molekular.

Ada tiga hal yang menyebabkan gaya ini :

Interaksi dikutub - kutub, yaitu tarikan elektrostatistik di antara dua molekul dengan moment dikutub permanen.
Interaksi dikutub imbasan, artinya dikutub timbul karena adanya polarisasi oleh molekul tetangga.
Gaya dispersi yang timbul karena dikutub kecil dan bersifat sekejap dalam atom.

BUKTI GAYA VAN DER WAALS

Banyak bukti menunjukkan bahwa ada gaya tarik antara molekul,contohnya Cl₂.

Cl Cl . . . . . . . . Cl Cl

Gaya van der waals

Gaya ini disebut gaya van der waals dan sangat lemah dibandingkan ikatan ion dan kovalen.Dalam molekul Cl₂terdapat ikatn kovalen dengan energi ikatan 240 kj/mol,dan antara molekul Cl₂terdapat gaya van der waals sebesar 21 kj/mol.

Gaya van der waals dapat terjadi antara partikel yang sama atau berbeda .sama halnya dengan gaya kohesi (gaya antara partikel – partikel zat yang sama ) yang di pelajari disekolah lanjutan.gaya ini terjadi karena adanya sifat kepolaran partikel tersebut.makin kecil kepolaran makin kecil pila gaya van der waals-nya.

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. Mereka sering disebut Gaya London setelah Fritz London (1900-1954), yang pertama kali mengajukan keberadaan mereka pada tahun 1930. Gaya dispersi London adalah gaya antarmolekul yang terjadi antara atom dan antara molekul nonpolar akibat gerakan elektron.

Gaya Dispersi London

Gaya dipol-dipol adalah 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 lemah dan sementara ini kemudian mempengaruhi atom tetangga helium melalui tarik dan tolakan elektrostatik. Ini akan menginduksi dipol atom helium terdekat (lihat Gambar di bawah).

Sebuah dipol singkat atau seketika dalam sebuah atom helium.

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.

Titik leleh dan titik cair Halogen
Molecule	Jumlah elektron	Titik leleh (°C)	Titik didih ( °C)	Keadaan fisik pada suhu kamar
F₂	18	-220	-188	gas
Cl₂	34	-102	-34	gas
Br₂	70	-7	59	cair
I₂	106	114	184	padat

Gaya dispersi yang kuat untuk molekul yodium karena mereka memiliki jumlah terbesar dari elektron. Gaya yang relatif kuat menghasilkan titik leleh dan titik didih yang tertinggi dari kelompok halogen.

Antaraksi ion – dipol

Partikel yang berbeda dapat saling berikatan atau tarik menarik bila yang pertama adalah ion dan yang lain molekul polar ( dipol ).gaya tarik listrik ini disebut antaraksi ion – dipol,contohnya :

H⁺ + H₂O H₃O⁺

Ag⁺+ 2NH₃ Ag(NH₃)₂⁺

Al⁺+ 6 H₂O Al(H₂O)₆³⁺

Na⁺+ n H₂O Na(OH₂)_n⁺

F^{-
+}m H₂O F (H₂O )_m^-

Gaya ini cukup kuat dan sangat penting dalam proses pelarutan zat dalam pelarut,ion positif atau negatif dapat pelarut polar,contohnya :

· NaCl ( senyawa ion ) dapat larut dalam air ( pelarut polar )

· AgBr ( senyawa ion )larut dalam NH₃ ( pelarut polar )

Antaraksi dipol – dipol

Antaraksi antara molekul polar (dipol)terjadi antara ekor dan kepala.Artinya,kutub positif molekul yang satu tarik menarik dengan kutub negatif yang lain.jika kutub yang sama berdekatan akan terjadi tolak – menolak .contohnya molekul HF.ikatan hidrogen termasuk antaraksi jemis ini.


Gaya Tarik Dan Gaya Tolak Antar Molekul HF

Antaraksi dipol – dipol antara molekul yang berbeda merupakan faktor yang menentukan kelarutan zat dalam pelarut.dengan adnya antaraksi ini ,senyawa polar dapat larut dalam pelarut polar,contohnya alkohol dalam air,atau air dalam alkohol.alkohol dan air adalah polar dan dapat saling melarutkan ,karena kutub –kutubnya saling berinteraksi.

Antaraksi ion – dipol terinduksi

Antaraksi ion – dipol terinduksi adalah molekul netral menjadi dipol akibat induksi partikel bermuatan yang berada didekatanya .partikel penginduksi itu mungkin ion atau dipol lain.induksi oleh ion lebih besar dibandingkan oleh dipol ,karena muatan ion lebih besar ,jika induksi disebabkan oleh ion ,maka terjadi antaraksi antara ion tersebut dengan molekul dipol yang terinduksi sehingga disebut antaraksi ion – dipol terinduksi.

I^-+ I₂ I₃^-

Hg²⁺+ Hg Hg₂²⁺

Ikatan ini relatif lemah karena kepolaran molekul terinduksi relatif kecil dari dipol permanen.

Antaraksi dipol –dipol tereduksi

Molekul dipol dapat membuat molekul netral lain bersifat dipol terinduksi ,sehingga terjadi antaraksi dipol – dipol terinduksi.ikatan ini cukup lemah ,sehingga prosesnya berlangsung lambat.contohnya metana dan kripton dalam air.

n H₂O + CH₄CH₄(H₂O)_n

n H₂O + Kr Kr(H₂O)_n

Antaraksi dipol terinduksi – dipol tereduksi

Pasangan elektron suatu molekul,baik yang bebas maupun yang terikat ,selalu bergerak menegelilingi inti.elektron yang bergerak itu dapat mengimbas atau menginduksi sasaat pada molekul tetangganya ,karena elektron bermuatan listrik.akibatnya ,molekul tetangga menjadi polar terinduksi sesaat.molekul ini kemudian dapat pula menginduksi molekul tetangga lainnya ,sehingga terbentuk molekul – molekul dipol sesaat.akhirnya,terjadi antaraksi dipol terinduksi- dipol terinduksi yang disebut juga gaya london ( gambar 6.40).

Gaya london menonjol pada molekul – molekul non polar dalam wujud cair dan padat ,sseperi N₂ padat atau cair.dalam keadaan padat , molekulnya rapat dan gaya london kuat sehingga molekul berkumpul bersama.jadi,gaya ini akan berpengaruh bial jarak molekul sangat dekat.Bila kita ingin mengubah wujud zat dari padat ke cair,atau dari cair ke gas,diperlukan sejumlah energi untuk memutuskan gaya london sehingga molekul melepaskan diri dari yang lain (6.41).gaya london bergantung pada Mr molekul .makin besar Mr semakin banyak elektronnya dan semakin mudah membentuk dipol terinduksi.akibatnya ,titik didih dan titik beku unsur atau senyawa yang sejenis bergantung pada Mr-nya (tabel 6.18)

Tabel 6.18 Titik didih senyawa sejenis

senyawa	T_b (° C )	Unsur	T_b (° C )	unsur	T_b (° C )
CH₄	−161	F₂	−188	He	−269
C₂H₆	−89	Cl₂	−34,6	Ne	−246
C₃H₆	−30G	Br₂	58,8	Ar	−185
C₄H₆	0	I₂	184,4	Kr	−152

Gaya london dapat pula terjadi antara molekul yang berbeda seperti CH₄,C₂H_6,C₃H_6,danC₄H10.keempat senyawa ini dapat bercampur bila di cairkan.minyak bumi mengandung senyawa hidrokarbon dengan jumlah atom C yang beragam dan dapat bercampur dalam keadaan cair,karena adanya gaya london satu sama lain.campuran ini dapat dipisahkan menurut fraksinya berdasarkan perbedaan titik didih atau berdasarkan Mr- nya.udara jika diembunkan akan diperoleh campuran N₂ dan O₂ cair.campuran gas ini dapat mengembunkarena ada gaya london antara molekul yang berbeda ,dan dapat dipisahkan dengan destilasi,karena titik didihnya berbeda.

Gaya van der waals

Gaya tarikan yang relatif lemah yang muncul antar- molekul non polar disebut dengan gaya van der waals,atau gaya dispersi london.gaya dispersi antar molekul jauh lebih lemah dibanding ikatan kovalen dalam molekul.elekton –elektron bergerak secara terus- menerus dalam ikatan dan molekul.dengan demikian pada satu waktu,salah satu molekul dapat memiliki kerapatan elektron yang lebih banyak dibanding sisi yang lain ,yang kan memberikan peningkatan dipol sesaat.karena dipol –dipol dalam suatu molekuldi induksi ,maka interaksi –interaksi antar molekul juga disebut dengan interaksi dipol –dipolterinduksi.

Gaya van der waals merupakan interaksi antar molekul terlemah .alkana merupakan molekul non polar,karena elektrinegativitas karbon dan hidrogen hampir sama sebagai akibatanya,tidak ada muatan sebagian yang signifikan pada atom apa pun dalam alkana.karenanya, ukuran gaya van der waals yang terdapat pada alkana tergantung pada luas persinggungan antar molekul .semakin besar bagian yang bersinggungan ,maka semakin kuat gaya van der waals dan semakin besar banyaknya energi yang dibutuhkan untuk mengatasi gaya – gaya ini.sebagai contoh isobutana (titik didih 10,2° C)dan butana ( titik didih – 0,6° C),keduanya dengan rumus molekul C₄H₁₀,mempunyai titik didih yang berbeda,isobutana merupakan molekul yang lebih rapat dibanding butana.dengan demikian, molekul – molekul butana memiliki luas permukaan persinggungan untuk interaksi satu dengan yang lainnya yang lebih besar dibanding isobutana.interaksi – interaksi yang lebih kuat yang mungkin terjadi pada n – butana digunakan dengan titik didihnya ,yang lebih besar dibanding titik didih isobutana

Isobutana butana

(titik didih 10,2° C) (titik didih – 0,6° C

REFERENSI

D.Sarker Satyajid, Lutfun Nahar.2009,BAHAN KIMIA ORGANIK,ALAM DAN UMUM.Yogyakarta : Pustaka pelajar,hal. 38-39

http://ilmualam.net/pengertian-gaya-van-der-waals.html

http://yunanchemistry.blogspot.co.id/2012/07/bab-i-pendahuluan.html

Michelle Lee. (1999). van der Waals Forces: [Online]. Tersedia: http://educhem.com. [13 Januari 2008].

Syukri S,1999,KIMIA DASAR JILID 1,Bandung :ITB,hal.240- 243