Gaya tarik menarik antara molekul-molekul dalam suatu zat cair disebut

Sifat-sifat fisik dari gas yang dipelajari pads Bab terdahulu sangat berlainan pads dua bentuk zat lainnya yaitu pads zat cair dan padat. Yang jelas kita tak akan pernah dapat melihat gas kecuali yang ber­warna. Kita tak pernah menyadari bahwa udara kita mengandung berba­gai macam gas kecuali bila ada angin atau melihat dawn-dawn di­gerakkan angin atau menemukan bahwa gas akan menyebabkan suatu tekanan. Tetapi sebaliknya dengan jelas dapat kita lihat bahwa danau berisi air atau terlihat adanya gunung es.

Uap air di udara. [yang kita kenal dengan kelembaban], air dalam danau dan air yang membeku di gunung es. Semua terbentuk dari zat kimia yang sama. Semua terbentuk dari molekul-molekul air dan mem­punyai sifat-sifat kimia yang sama. Yang membuat bentuknya berbeda adalah sifat-sifat fisiknya. Dalam Bab ini akan dipelajari mengapa ada perbedaan antara gas, cairan dan zat padat dan adanya sifat-sifat penting dalam cairan dan zat padat. Juga akan dipelajari tedadinya perubahan dari satu bentuk ke bentuk lainnya serta makna dari se­muanya ini.

PENTINGNYA GAYA TARIK MENARIK ANTARA MOLEKUL

Salah satu yang menarik dari gas adalah bahwa sifat-sifatnya tak tergan­tung dari susunan kimianya. Tanpa terlalu banyak penyimpangan, kita dap4t menganggap gas-gas sebagai "gas ideal", asal suhunya tinggi. Kenyataannya ketidak tergantungan sifat-sifat fisik gas dari komposisi kimianyalah yang menyebabkan adanya hukum-hukum gas yang sangat berguna itu. Kebalikannya untuk cairan dan zat padat tak ada hukum yang menyeluruh [universal] dibandingkan dengan hukum gas. Sifat-si­fit fisik zat cair atau zat padat sangat tergantung dari macam partikel dimana zat tersebut terbentuk.

Perbedaan yang mendasar dari ketergantungan sifat-sifat gas pads komposisi kimianya mullah dimengerti bila kita ingat perbedaaan utama dari gas dengan zat cair dan zat padat—yaitu jumlah dari partikel-par­tikelnya--dimana jarak antara partikel-partikelnya akan mempengaruhi keefektivan gaya tarik menarik antara molekul.

Jika Anda telah pernah menggunakan magnet, akan diketahui me­ngenai bagaimana jarak akan mempengaruhi kuatnya daya tarik. Bila dua bush magnet berdekatan. Salah satu kutub U akan menarik kutub S dari magnet yang lain secara kuat. Tetapi bila magnet tersebut sedikit dijauhkan, maka gaya tarik menariknya tak kelihatan sama sekali. Kekuatan-days tarik akan berkurang secara cepat bila jarak antara kedua magnet bertambah jauh. Hal yang sama akan terjadi pads kekuatan gaya tarik antara molekul.

Pads gas, dimana letak partikel-partikelnya berjauhan, gaya tarik sama lemahnya karena jarak antara partikelnya besar. Sebab itu bila beberapa gas dibandingkan, perbedaan kemampuan daya tarik antara molekul gas-gas tersebut sangatlah kecil sehingga dapat diabaikan kecuali dibuat pengukuran yang sangat teliti. Akibatnya semua gas akan mempunyai sifat-sifat yang sama.

Bila gas dilcondensasi menjadi cairan atau zat padat, maka partikel‑ partikelnya akan menjadi berdekatan sehingga hampir tak ada jarakole- antaranya sama sekali. Karena partikel menjadi dekat, gaya tarik menarik antara molekulnya menjadi besar akibatnya sifat-sifat dari cairan atau zat padat sangat dipengaruhi oleh gaya tarik menarik. Kemudian, karena jarak antara molekulnya kecil, gaya tarik pads keadaan terkondensasi ini menjadi kuat, maka perbedaan yang dapat diabaikan pada fasa gas sekarang harus diperhitungkan. Sebab itu cars bagaimana suatu komposisi kimia berpengaruh pads gaya tarik menarik antara molekul akan menjadi faktor yang menonjol dalam menentukan perbedaan sifat‑ sifat fisik dari zat cair dan zat padat. Maka untuk mengerti zat cair dan zat padat, perlu diketahui gaya tarik menarik antara molekul serta fak­tor-faktor yang mengatur kekuatannya.

MACAM-MACAM GAYA TARIK MENARIK ANTARMOLEKUL

Sebelum membicarkan gaya tarik antara molekul, penting untuk diketa­hui bahwa gaya tarik antarmolekul [intermolekul] lebih lemah dari gaya tarik menarik di dalam molekul [intramolekul] itu sendiri—jadi gaya tarik intramolekul adalah ikatan kimia yang mengikat molekul-molekul tersebut. Bila gaya tarik antara molekul ini diganggu, tedadi reaksi kimia. Berarti kekuatan ikatan kimia antara atom yang terutama, menen­tukan sifat-sifat kimia zat.

Sifat-sifat fisik dari zat diukur tanpa ada perubahan komposisi kimia dari zat yang diteliti, berarti ikatan kimianya tak dipengaruhi. Malah kekuatan dari gaya tarik intermolekul inilah yang menentukan apa yang akan tedadi. Dengan pengertian inilah akan dibicarakan bagaimana, terjadinya gaya tarik intermolekul.

Gaya tarlk antara dipol-dipol

Molekul polar mempunyai ujung-ujung yang muatannya berlawanan. Dalam, mengumpulkan molekul ini tiap-tiap molekul dipol akan meng­atur dirinya masing-masing. Sehingga ujung yang bermuatan positif akan berdekatan dengan ujung yang bermuatan negatif dari molekul lain. Karena molekul-molekul selalu bergerak dan Baling bertumbukan, maka bentuk baris seperti yang digambarkan tadi tidak dapat sempuma, lebih-lebih untuk zat-zat cair dan gas. Namun demikian, gaya tarik antara muatan yang berlawanan dari molekul-molekul dipol akan lebih menonjol dari pads gaya tolak menolak antara muatan dipol yang ber­samaan, sehingga pads akhirnya selalu ada gaya tarik menarik antara molekul [ Gambar 12.1].

Gaya tarik antara dipol biasanya lebih lemah dari pads ikatan ion atau ikatan kovalen [kekuatannya hanya 1% dari ikatan]. Juga kekuatan­nya akan berkurang dengan cepat bila jarak antara dipol makin besar. Maka pengaruh gaya tarik antara molekul yang jaraknya berjauhan seperti pads gas sangat kurang sekali dibandingkan pads molekul­molekul yang letaknya berdekatan seperti pads zat cair atau zat padat. Sebab inilah mengapa molekul-molekul gas berperilaku seolah-olah tak ada gaya tarik antara molekul sama sekali.

Kekuatan gaya tarik antara dipol-dipol yang molekulnya sangat po­lar, kuat sekali. Telah dipelajari bagaimana membandingkan polaritas

Ikatan Hidrogen

Gaya tarik dipol yang kuat terjadi antara molekul-molekul dimana atom hidrogen akan terikat secara kovalen kepada unsur kecil yang sangat elektronegatif seperti fluor, oksigen atau nitrogen. Dalam hal ini akan terbentuklah molekul-molekul polar yang sangat kuat dimana atom hidrogennya akan membawa sejumlah muatan positif. Karena ujung yang bermuatan positif dari dipol ini dapat mendekati ujung negatif dari dipol tetangga, maka gaya tarik antara keduanya sangat besar. Interaksi antara dipol-dipol ini dinamakan ikatan hidrogen dan kekuatannya 5 sampai 10% dari ikatan kovalen.

Ikatan hidrogen adalah macam gaya tarik yang sangat penting. Dalam air misalnya, molekul-molekulnya Baling berinteraksi secara kuat antara sesamanya karena adanya ikatan hidrogen ini [Gambar 12.2]. Hal ini akan menghasilkan gaya tarik yang lebih kuat dari pads gaya tarik molekul lain yang ukurannya same. Sebab adanya ikatan hidrogen inilah menyebabkan air bersifat cair pads suhu kamar. Ikatan hidrogen jugs yang bertanggung jawab dalam menyusun bentuk mole­kul air dalam es [Gambar 12.3]. Tiap molekul air dikelilingi secara tetrahidral oleh empat molekul lain dengan diikat oleh ikatan hidrogen. Hal ini menyebabkan es mempunyai bentuk yang lebih terbuka se­hingga beret jenisnya akan lebih kecil dari pads air yang berbentuk cairan. Karena inilah mengapa es dan gunung es akan mengapung relatif dari berbagai ikatan dan bagaimana menggunakan struktur mole­kul yang diramalkan'berdasarkan VSEPR untuk memperkirakan mo­lekul-molekul mana yang polar atau tidak.

Gambar 12.2. Ikatan hidmgen dalam air [a] Molekul air sangat polar [b] Ikatan hidrogen menyebabkan gaya tarik menarik yang sangat kuat antara molekul-molekul air

didinginkan sampai mencapai suhu cukup rendah. Gaya tarik menarik hares ada yang mengikat molekul-molekul tersebut dalam bentuk cair. Gaya tank ini disebut Gaya London, dinamakan menurut nama ahli fisika Jerman Fritz London yang menerangkan hal ini.

Menurut keterangannya, ketika elektron bergerak mengelilingi atom atau motekul, gerakannya masih acak-acakan, sehingga pads suatu ketika ada kemungkinan pads suatu sisi partikel ada lebih banyak elek­tron dari pads sisi lainnya, sehingga partikelnya akan menjadi dipol. Disebut dipol sesaat karena keberadaannya memang hanya untuk se­mentara. Dalam-suatu kumpulan atom atau molekul pergerakan elektron pads partikel-partikel tak begitu be-bas. Ketika ujung negatif dari dipol sesaat dimulai terbentuk maka ini akan mengusir elektron disekitar partikel seperti terlihat pads Gambar 12.4. Dikatakan bahwa dipol se­saat akan menginduksi dipol tetangga. Seperti terlihat, karena cara ter­bentuk dIW ini *An ada gaya tarik menarik sesamanya dan gaya tarik ini menghasilkan tarikan sementara yang menolong menyatukan mo­lekul tersebut.

Sesuatu yang penting mengenai Gaya London adalah cara bagai­mana is berputar dan berhenti secara cepat. Dipol sesaat yang menye­babkan adanya gaya tarik sementara kemudian hilang ketika elektron melanjutkan pedalanannya. Pergerakan yang sebentar ada, kemudian

Gamber 12.4. Gaya Umdon. Ke­tika dipol sesaat terbeniuk pada atom A ini, akan menginduksi suatu dipol pads atom B.

Pemandangan se­at bagaimana kepadatan elektron !rubah-ubah dalam due atom te­ngga, memberikan gays tarik pat antara dipol sesaat.

hilang dari dipol digambarkan dalam Gambar 12.5 dan karena ke­beradaannya yang sebentar ini, pads umumnya Gaya London ini agak lemah. Walaupun demikian gaya ini tetap ada pads semua partikel balk pads ion-ion maupun pads molekul-molekul polar atau tidak. Peranan­nya sangat kecil pads gaya tarik antara ion karena gaya tarik antara ion sangatlah kuat. Tetapi Gaya London memegang peranan penting dalam gaya tarik antara molekul-molekul terutama yang nonpolar.

Kekuatan Gaya London tergantung dari beberapa faktor. Salah satu adalah bagaimana kompleksnya molekul. Misalkan molekul-molekul hidrokarbon propana C3H8, dan heksana C6H141 yang strukturnya di­gambarkan di bawah ini:

              H H H                  H H H H H H

I'       I                  I      I     I     I     I     I

H—C—C—C—H H-C-C-C-C‑

I      I       I

              H H H         H H H H H H

propan                                 heksan

Setiap molekul-molekul.ini mengandung relatif ikatan C–H yang non-polar clan secara keseluruhan molekul-molekulnya adalah nonpolar. Dalam cairannya masing-masing, molekul-molekulnya akan saling tarik menarik dengan Gaya London. Tetapi gaya tarik yang mengikat molekul-molekul heksana dalam cairannya lebih kuat daripada yang meng­ikat molekul-molekul propana dalam cairannya. Alasannya beranjak dari sejumlah tempat sepanjang rantai yang dapat tertarik oleh molekul­molekul lain yang mengelilinginya. Dalam setiap iat, gaya tarik hanya antara hidrogen dari satu molekul dan hidrogen lain dari molekul seke­lilingnya; karbonnya terkubur di bawah penutup luar yang terdiri dari

Gambar 12.6. Molekul CH,, mempunyai tempat lebih banyak di sepanjang rantainya untuk melekatkan diri, dibandingkan dengan molekul C~,H, yang lebih pendek

atom-atom hidrogen. Dalam propana CA, ada 8 atom hidrogen se­hingga ada 8 tempat dari molekul ini yang dapat melekat pads molekul lain [Gambar 12.6]. Dalam heksana CA, ada 14 atom hidrogen, jadi ada 14 atom hidrogen yang dapat mengikat pads molekul lain. Walau­pun mungkin gaya ikatan pads tiap hidrogen sama, tetapi karena hek­sana mempunyai lebih banyak hidrogen, maka keseluruhan gaya tarik akan lebih terasa oleh sekitarnya.

Faktor lain yang mempengaruhi kekuatan gaya London adalah ukuran molekulnya. Bila kita memeriksa molekul-molekul dengan ru­mus umum yang sama misalnya seperti halogen [F2, C12 dan Br2], ternyata molekul-molekul yang lebih besar, gaya tarik menarik se­samanya akan lebih kuat dari pads molekul-molekul yang kecil. Kete­rangannya adalah sebagai berikut:

Bila kita mulai melangkah dari F2 ke Br2, maka atom-atom yang­membentuk molekulnya mempunyai ukuran makin besar. Makin besar ukurannya, elektron-elektron terluar jaraknya akan jauh dari inti se­hingga ikatannya kurang kuat. Maka awan elektron dari molekul besar mudah rusak atau terpolarisasi, jadi lebih mudah terbentuk dipol sesaat yang membentuk Gaya London. Kemudahan rusaknya awan elektron disebut kemampuan berpolarisasi. Hasilnya adalah bahwa Gaya Lon­don akan lebih kuat antara molekul-molekul yang besar clan atomnya mudah berpolarisasi seperti brom dibandingkan molekul yang terdapat molekul-molekul kecil seperti fluor.

BEBERAPA SIFAT UMUM DARI ZAT PADAT, CAIR DAN GAS

Dalam Bagian 12.1 disebutkan bahwa untuk zat padat dan cair sifat-sifat fisiknya berasal dari letak molekul-molekulnya yang berdekatan yang menyebabkan gaya antara molekul-molekulnya kuat. Walaupun kedua faktor—jarak yang berdekatan dari molekul-molekul dan gaya atara molekul—ada hubungannya, beberapa sifat fisik hanya dipengaruhi lebih banyak oleh salah satu faktor. Sifat mudah. dimampatkan dan kecepatan berdifusi dipengaruhi oleh bagaimana ketatnya partikel-par­tikel dikemas. Sifat-sifat seperti bentuk, volume dan kemampuan untuk mengalir; tegangan permukaan dan kecepatan menguap dipengaruhi oleh kekuatan gaya tarik antarmolekul. .

Kemampuan dimampatkan [compressibility]

Kemampuan dimampatkan adalah suatu istilah yang berhubungan dengan derajat volume suatu zat akan diperkecil dengan bantuan tekanan. Jadi terjadi perubahan volume yang sangat besar bila tekanan diperbesar, maka dikatakan bahwa zat tersebut mudah dimampatkan.

Dalam suatu gas molekul-molckulnya sangat berjauhan sehingga banyak ruang kosong di antaranya, berarti gas mudah dimampatkan. Tetapi molekul-molekul zat cair atau zat padat sangat berdekatan se­hingga hanya sedikit ruang di antaranya. Maka, menaikkan tekanan tak akan berpengaruh pads volumenya, berarti tak dapat dimampatkan.

Ada gaya tolak jugs di antara mole­kul-molekul. Bila molekul-molekul didorong untuk saling berdekatan, swan clektron dari atom-atom akan Wing menolak dengan kuat se­hingga motekul-molekul tak dapat melekat begitu. raja di bawah te­

Silinder hidrolik pads mesin peng­gerak tanah memakai sifat tak da­pat dimampatkannya cairan untuk meneruskan gaya yang diperlukan agar dapat bekerja.

Sifat tak dapat dimampatkannya cairan merupakan hal yang sangat berguna. Banyak macam mesin hidrolik tergantung dari sifat ini untuk meneruskan gays yang sangat kuat yang akan mengangkat dan memin­dahkan barang-barang yang berat.

Bila kita mengendarai mobil, lalu menginjak rem, gaya yang dibuat oleh kaki kita diperbesar lalu diteruskan oleh minyak pelumas rem ke rods, menyebabkan sepatu rem menggesek permukaan jalan, akibatnya mobil berhenti. Bila udara masuk ke saluran rem, maka gaya yang dibuat kaki kita hanya akan memampatkan udara tersebut, sehingga mobil tak akan berhenti.[Sangat berbahaya!]

Difusi

Pada gas molekul-rnolekulnya cepat sekali berdifusi dibandingkan de­ngan cairan atau zat padat, sebab molekul-molekulnya relatif akan ber­gerak dalam jarak jauh sebelum is bertabrakan. Pergerakan ke arah tujuannya sangat cepat karena dalam perjalanannya relatif hanya ada sedikit rintangan seperti terlihat pads Gambar 12.7. Tetapi bila dua cairan bercampur, molekul-molekul cairan yang satu berdifusi melalui molekul-molekul cairan lainnya dengan kecepatan jauh lebih rendah daripada bila dua macam gas bercampur. Kita dapat mengamati difusi dari dua cairan dengan meneteskan sedikit tinta ke dalam air seperti terlihat pads Gambar 12.8, ketika tinta menetes ke dalam air, mula-mula terlihat seperti terkonsentrasi dalam satu titik, kemudian akan menyebar ke seluruh cairan. Difusi terjadi karena molekul-molekul dari kedua cairan dapat bergerak ke seluruh wadah. Tetapi karena molek-ul-molekul cairan letaknya sangat berdekatan, maka jarak yang ditempuh di antara tumbukan antara molekulnya sangat pendek dinamakan lintasan bebas rata-rata. Molekul-molekulnya akan mengalami berjuta-juta benturan sebelum dapat bergerak sehingga gangguan terns menerus selama per­jalanan ini menyebabkan tak dapat menyebar secara cepat dalam cairan.