LAPORAN KIMIA FISIK IKATAN HIDROGEN

-->

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1.     Latar belakang

Dalam kimia, ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antar molekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan pularitas yang berlawanan walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antar molekul. Ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Dalam makro molekul seperti prptein dan asam nukleat. Ikatan ini dapat terjadi antara dua bagian dari molekul yang sama dan berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhan.

Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan berpariasi, nilai dari yang lemah (1-2 kJ/mol) hingga tinggi (7155 kJ/mol). Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan keelektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk. Ikatan hidrogen mempengaruhi titik didih suatu senyawa.

Oleh karena itu praktikum ini dilakukan agar praktikan dapat mengetahui besar ikatan hidrogen yang terjadi pada reaksi dengan menggunakan kalorimeter.

1.2.     Tujuan percobaan

-    Mengetahui besar ikatan hidrogen antara aseton dengan klorofom

-    Mengetahui perbedaan besar ikatan kovalen O-H  terhadap besar ikatan hidrogen

-    Mengetahui adanya ikatan hidrogen antara aseton dan kloroform

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen dan ikatan ion yang telah dibahas biasanya sangat kuat, yaitu sekitar 400-500 kJ/mol. Yang akan ditinjau sekarang adalah ikatan yang lebih lemah dengan energi sekitar 10-40 kJ/mol, yaituikatan hidrogen. Ikatan ini terbentuk antara dua atom yang sangat elektronegatif. X dan Y dapat digambarkan sebagai:

X - H ------------Y

Pendek           panjang

Hidrogen merupakan unsur yang monokovalen, hanya membentuk satu ikatan, tetapi pembentukkan ini dapat setara empat jenis. Yaitu:

a)     Ion H⁺ terbentuk dari atom H yang melepaskan elektron. Ion H⁺ dalam air selalu ada dalam bentuk terhidrat. Sebagai ion hidronium atau oksonium atau hidroksonium KI₃O⁺ .

b)     Pembentukkan ion H^-

Dengan mengikat satu elektron, hidrogen dapat membentuk anion H^-, hal ini terjadi pada senyawa-senyawa hidrida, logam alkali dan alkali tanah.

c)     Pembentukkan ikatan suatu elektron

Dalam banyak senyawa, hidrogen membentuk ikatan kovalen tunggal dengan atom-atom lain.

d)     Pembentukkan ikatan suatu elektron (H)

Hal ini sangatlah jarang terjadi, kecuali apabila di dalam ion molekul H⁺. Adanya ion ini dapat deketahui dalam tabung pelucutan, ikatan hidrogen merupakan ikatan-ikatan yang lemah dengan adanya energi sekitar 16 hingga 40 kJ/mol. Ikatan yang disebutkan tadi terbentuk antara dua atom yang sangat elektonegatif (Sardia, 1993).

Menurut teori molekul kinetik, dengan ditambahkan kalor ke suatu zat, energi itu digunakan untuk mengalahkan gaya-gaya tarik yang mengikat partikel-partikel. Makin tinggi temperaturnya, makin besar energi kinetik partikel-partikel. Pada titik-titik perubahan keadaan banyak energi yang melibatkan meskipun temperatur tetap konstan, juga jika perubahan keadaan disertai penambahan volume, diperlukan energi untuk mendorong udara. Gaya tarik yang mempengaruhi perlelehan dan penguapan sangat beraneka ragam untuk kelompok zat yang berlebihan.

Tarikan antara molekul yang luar biasa kuatnya, dapat terjadi antara molekul-molekul, jika suatu molekul memiliki sebuah atom hidrogen yang terikat pada sebuah atom berelektronegativitas  besar dan molekul tetangganya mempunyai elektron menyendiri. Inti hidrogen, yakni proton, ditarik oleh pasangan elektron yang bedekatan dan berayun-ayun bolak-balik antara kedua atom itu. Tarikan antar molekul yang menggunakan bersama-sama sebuah proton yang berayun itu disebut ikatan hidrogen.

Ikatan hidrogen yang kuat terbentuk hanya oleh molekul yang mengandung nitrogen, oksigen ataupun flour. Kelihatannya sepasang elektron menyendiri dalam sebuah atom kecil lebih efektif daripada dalam atom basar, dalam hal menarik suatu hidrogen tetangganya. Misalnya meskipun nitrogen dan klor mempunyai kelektronegatifan yang sama, atom nitrogen yang kecil itu membentuk ikatan hidrogen yang lebih kuat. Tiga zat yang sifat-sifatnya sangat dipengat=ruhi oleh ikatan hidrogen adalah air (H₂O) ­­­, NH₃ dan HF. Dalam hal ini air hidrogen sangatlah efektif.

Derajat asosiasi molekul meningkat dengan turunnya temperatur. Perbedaan gaya-gaya tarik antara molekul-molekul zat murni dicerminkan oleh titik leleh dan titik didih zat-zat ini. Pada umumnya, gaya tarik yang kuat dan ukuran molekul meningkat denganturunnya teperatur, keduanya akan menyebabkan titik leleh dan titik didih yang tinggi. Molekul non polar saling tarik menarik oleh dipole imbas sekejap atau  gaya london. Molekul gas mulia mempunyai distribusi elektron bulan sederhana, yang mengembang dan saling menarik dengan lebih kuat akibatnya titik didih tinggi. Titik didih Yang tinggi disebabkan oleh ikatan hidrogen yang kuat antara molekul-molekulnya (Keenan, 1984).

Ikatan hidrogen yang terbentuk akan lebih lemah dibanding ikatan ikatan kovalen biasa O-H tetapi secara nyata lebih kuat  daripada kebanyakan interaksi antar molekul seperti kebanyakan hidrogen., yang dalam air terbentuk linear tetapi tidak sistematis  dengan atom hidrogen lebih dekat dan lebih kuat terikat pada salah satu atom oksigen. Dalam cairan, molekul-molekul ini mengorientasikan diri ke arah yang meminimkan energi potensial diantara mereka (Oxtoby, 2001).

Senyawa-senyawa organik yang mengandung gugus OH dan NH dapat mempunyai ikatan hidrogen karena gaya tarik-menarik yang lebih kuat hidrogen OH dan NH, dan pasangan-pasangan elektron yang tidak terikat dari atom oksigen atau nitrogen yang lain. Ikatan hidrogen mungkin terjadi karena apolaritasi dari ikatan O-H dan N-H dalam ukuran atom hidrogen yang sangat kecil. Sifat ini menyebabkan ikatan hidrogen yang sedikit lebih positif ditarik lebih dekat ke atom oksigen atau nitrogen yang sedikit negatif.

Ikatan hidrogen bukan ikatan kovalen, ini hanya gaya tarik elektron yang tidak terikat. Untuk memecahkan ikatan hidrogen hanya diperlukan 2 hingga 7 kkal/mol. Sedangkan untuk memecahkan ikatan kovalen dibutuhkan 75-100 kkal/mol.

Titik didih jika molekul tidak tarik-menarik, dua cairan yang berbeda dengan rumus berat yang sama akan mempunyai titik didih yang sama. Jika molekul-molekul dari suatu cairan tidak tarik-menarik dengan kuat atu sama lain, cairan akan mendidih pada temperatur tinggi dari pada cairan dengan gaya tarik-menarik antar molekul yang lemah. Misalnya atanol berbentuk cairan (titik didih 78,5^oC) sedangkan isomernya dimetil eter berupa gas (titik didihnya 23,6^oC). walaupun kedua senyawa tersebut mempunyai rumus berat yang sama 46,08, titik didih ini berbeda karena harus ada energi tanbahan untuk memecahkan ikatan hidrogendalam metanol sebelum molekul dapat diusir secara sendirinya dengan sendirinya (Fesenden, 1997).

Dalam kimia, ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik yang terjadiantara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan walupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antar molekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Dalam makro molekul seperti protein dan asam nukleat, ikatan ini dapat terjadi ntara dua bagian dari molekul yang sama dan berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhannya. Yang penting iokatan hidrogen terjadi ketika molekul memiliki atom N, O atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar. Ikatan bervariasi, mulai dari yang lemah (1-2 kJ/mol) hingga tinggi (7155 kJ/mol).

Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan keelektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk. Ikatan hidrogen mempengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin besar ikatan hidrogennya, semakin tinggi titik didihnya. Namun khusus pada air (H2O), terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya, akibatnya jumlah total ikatan hidrogannya lebih besar daripada ikatan asam florida (HF) yang seharusnya memiliki ikatan hidrogen terbesar (karena paling tinggi perbedaan keelektronegatifannya).

BAB 3

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1.     Alat dan bahan

3.1.1.   Alat-alat

-    Kalorimeter

-    Bahan isolasi

-    Gelas ukur

-    Pipet volum

-    Pipet tetes

-    Termometer

-    Stop watch

-    Pengaduk

3.1.2.   Bahan-bahan

-    Aseton ((CH₃)₂CO)

-    Kloroform (CHCl₃)

3.2.     Prosedur percobaan

-       Siapkan alat dan bahan yang akan dipakai

-       Pasanglah termometer dan pengaduk pada kalorimeter

-       Ukur 20 mL aseton dengan gelas ukur

-       Dimasukkan aseton tersebut kedalam kalorimeter

-       Setelah 30 detik diukur suhu aseton dalam kalorimeter, diamati sampai menit ke-4 dan diaduk setiap pengukuran suhu

-       Diukur suhu kloroform

-       Tepat dimenit ke4 dituangkan 21,8 mL kloroform ke dalam kalorimeter

-       Amati suhu maksimum campuran dengan mencatat suhunya setiap 30 detik hingga menit ke -8

-       Agar lebih teliti buatlah kurfa antara waktu dengan suhu, sehingga diperoleh suhu maksimum yang tepat

BAB 4

HASIL DAN PENGAMATAN

4.1.     Hasil pengamatan

Waktu (menit)	Suhu (oC)	Waktu (menit)	Suhu (oC)
0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0	29 29 29 29 29 29 29 29 Penambahan kloroform	4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0	31 31 31 31 31 31 31 31

4.2.     Reaksi

4.2.1.   Reaksi kloroform dan aseton

4.3.     Perhitungan

4.3.1.   Massa aseton

      

         

4.3.2.   Massa kloroform

       

         

           

4.3.3.   Mol aseton

      

4.3.4.   Mol kloroform

   

4.3.5.   Jumlah kalor yang dilepas kloroform

          

        

        

4.3.6.   Jumlah kalor yang diterima aseton

   

      

4.3.7.   Jumlah kalor yang diserap kalorimeter

   

        

         

4.3.8.   Jumlah kalor total

Q_total = Q_{ikatan hidrogen} = Q _kloroform + Q_aseton + Q_kal

= 62,37 J + 70,152 J + 209 J

= 341,522 J

4.3.9.   Perubahan entalpi pada 1 mol

        

     

4.4.     Grafik

4.4.1.   Grafik suhu terhadap waktu

4.5.     Pembahasan

Ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antar molekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan pularitas yang berlawanan walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antar molekul. Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas (lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan berpariasi. Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan keelektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut dan ikatan hidrogen mempengaruhi titik didih senyawa.

Pada percobaan ini kita mencari besarnya energi ikatan yang terjadi. Pada percobaan ini kita mencari besarnya energi ikatan yang terjadi pada reaksi dengan menggunakan kalorimeter. Pertama-tama kita masukkan aseton 20 mL dengan suhu awal 29^oC kedalam kalorimeter kemudian dicatat suhunya setiap 30 detik sambil diaduk-aduk hingga minik ke-4, fungsi pengadukan adalah agar suhu disetiap bagian sama. Lalu pada tepat menit ke-4, dimasukkan kloroform dan dicatat perubahan suhunya setiap 30 detik sambil diaduk-aduk dan didapat suhu akhirnya yaitu 31^oC. Dengan dimasukkan ke persamaan Q=mxCx∆T, didapat Q_kloroform = 62,37 J, Q_aseton = 70,152 J dan Q_kalorimeter = 147,52 J. Kemudian dengan menjumlahkan Q_kloroform, Q_aseton dan Q_kalorimeter didapat Q_{ikatan hidrogen} = 280,042 J. Jadi untuk mendapatkan besar ikatan hidrogen tiap molnya, maka Qikatan hidrogen dibagi dengan jumlah mol dan didapat ∆H = 1029,577 J/mol atau 1,02957 kJ/mol.

Pada tabel dikatakan bahwa ikatan kovalen O-H adalah sebesar 463 kJ/mol sedangkan nilai ikatan hidrogen yang didapay yaitu 1,02957 kJ/mol. Hal ini menunjukkan bahwa besar kekuatan ikatan hidrogen lebih kecil dibandingkan besar ikatan kovalen.

Pada percobaan ini digunakan larutan kloroform 21,8 mL dan 20 mL aseton. Hal ini dikarnakan pada volume tersebut kedua larutan memiliki jumlah mol yang sama, yaitu 0,272 mol, sehingga semua larutan dapat bereaksi sempurna dan didapat suhu maksimum. Namun apabila digunakan 20 ml kloroform maka jumlah mol kloroform akan eibih kecil dari aseton dan akan terbentuk pereaksi sisa dan suhu yang didapat kurang maksimum.

BAB 5

PENUTUP

5.1.     Kesimpulan

-    Pada percobaan didapat Q kloroform  = 62,37 J, Q aseton = 70,152 J dan Q kalorimeter = 209 J. Sehingga didapat jumlah energi ikatan hidrogen sebesar 280,042 J tiap 0,0272 mol, maka ∆H tiap 1 mol sebesar 1255,59 J/mol.

-    Dari percobaan dapat dibuktikan bahwa besar energi ikatan kovalen lebih besar dari ikatan hidrogen dimana nilai ikatan kovalen O-H adalah 463 kJ/mol sedangkan besar ikatan hidrogennya 1,02957 kJ/mol.

-    Dari percobaan dapat diketahui ada dan tiadanya suatu ikatan hidrogen terletak pada suhunya. Dimana pada percobaan didapat suhu menjadi 31^oC setelah reaksi yang awlnya 29^oC. Hal ini menunjukkan dalam reaksi terdapat ikatan hidrogen.

5.2.     Saran

Sebaiknya juga menggunakan reaksi yang terjadi ikatan N-H, F-H agar juga diketahui perbandingannya.