Ikatan hidrogen adalah topik penting dalam kimia, dan ini mendasari perilaku banyak zat yang berinteraksi dengan kita sehari-hari, terutama air. Memahami ikatan hidrogen dan mengapa itu ada merupakan langkah penting dalam memahami ikatan antarmolekul dan kimia secara lebih umum. Ikatan hidrogen pada akhirnya disebabkan oleh perbedaan muatan listrik bersih di beberapa bagian molekul tertentu. Bagian bermuatan ini menarik molekul lain dengan sifat yang sama.
TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)
Ikatan hidrogen disebabkan oleh kecenderungan beberapa atom dalam molekul untuk menarik elektron lebih banyak daripada atom yang menyertainya. Ini memberikan molekul momen dipol permanen – membuatnya menjadi polar – sehingga ia bertindak seperti magnet dan menarik ujung yang berlawanan dari molekul polar lainnya.
Keelektronegatifan dan Momen Dipol Permanen
Sifat keelektronegatifan akhirnya menyebabkan ikatan hidrogen. Ketika atom terikat secara kovalen satu sama lain, mereka berbagi elektron. Dalam contoh sempurna ikatan kovalen, elektron dibagi secara merata, sehingga elektron yang digunakan bersama berada di tengah-tengah antara satu atom dan atom lainnya. Namun, ini hanya terjadi ketika atom sama efektifnya dalam menarik elektron. Kemampuan atom untuk menarik elektron ikatan dikenal sebagai elektronegativitas, jadi jika elektron digunakan bersama antar atom dengan keelektronegatifan yang sama, maka rata-rata elektron kira-kira setengah jalan (karena elektron bergerak terus menerus).
Jika satu atom lebih elektronegatif dari yang lain, elektron bersama lebih dekat ditarik ke atom itu. Namun, elektron bermuatan, jadi jika mereka lebih cenderung berkumpul di sekitar satu atom daripada yang lain, ini memengaruhi keseimbangan muatan molekul. Alih-alih menjadi netral secara listrik, atom yang lebih elektronegatif memperoleh sedikit muatan negatif bersih. Sebaliknya, atom yang kurang elektronegatif berakhir dengan sedikit muatan positif. Perbedaan muatan ini menghasilkan molekul dengan apa yang disebut momen dipol permanen, dan ini sering disebut molekul polar.
Bagaimana Ikatan Hidrogen Bekerja
Molekul polar memiliki dua bagian bermuatan dalam strukturnya. Dengan cara yang sama seperti ujung positif magnet menarik ujung negatif magnet lain, ujung yang berlawanan dari dua molekul polar dapat menarik satu sama lain. Fenomena ini disebut ikatan hidrogen karena hidrogen kurang elektronegatif daripada molekul yang sering berikatan dengannya seperti oksigen, nitrogen, atau fluor. Ketika ujung hidrogen dari molekul dengan muatan positif bersih mendekati oksigen, nitrogen, fluor atau ujung elektronegatif lainnya, hasilnya adalah molekul-molekul ikatan (ikatan antarmolekul), yang tidak seperti kebanyakan bentuk ikatan lain yang Anda temui dalam kimia, dan ia bertanggung jawab atas beberapa sifat unik dari berbagai zat.
Ikatan hidrogen sekitar 10 kali lebih kuat daripada ikatan kovalen yang mengikat molekul individu bersama-sama. Ikatan kovalen sulit untuk diputuskan karena membutuhkan banyak energi, tetapi ikatan hidrogen cukup lemah untuk diputus dengan relatif mudah. Dalam cairan, ada banyak molekul yang berdesak-desakan, dan proses ini menyebabkan ikatan hidrogen putus dan terbentuk kembali ketika energinya mencukupi. Demikian pula, memanaskan zat memutuskan beberapa ikatan hidrogen untuk alasan yang sama.
Ikatan Hidrogen dalam Air
Air (H2O) adalah contoh yang baik dari ikatan hidrogen dalam aksi. Molekul oksigen lebih elektronegatif daripada hidrogen, dan kedua atom hidrogen berada pada sisi molekul yang sama dalam formasi “v”. Ini memberikan sisi molekul air dengan atom hidrogen muatan positif bersih dan sisi oksigen muatan negatif bersih. Oleh karena itu, atom hidrogen dari satu molekul air terikat pada sisi oksigen dari molekul air lainnya.
Ada dua atom hidrogen yang tersedia untuk ikatan hidrogen dalam air, dan setiap atom oksigen dapat "menerima" ikatan hidrogen dari dua sumber lain. Ini membuat ikatan antarmolekul tetap kuat dan menjelaskan mengapa air memiliki titik didih lebih tinggi daripada amonia (di mana nitrogen hanya dapat menerima satu ikatan hidrogen). Ikatan hidrogen juga menjelaskan mengapa es menempati volume lebih banyak daripada massa air yang sama: Ikatan hidrogen menjadi tetap pada tempatnya dan membuat air memiliki struktur yang lebih teratur daripada saat ia cair.