STRUKTUR KIMIA DAN SIFAT FISIKA Objektif: Bab ini akan menguraikan tentang sifatsifat fisika SENYAWA ORGANIK seperti : Titik Leleh dan Titik Didih Gaya antar molekul Kelarutan Spektroskopi dan karakteristik fisika lain
Struktur kimia mempunyai hubungan yang erat dengan sifat fisika dan kimia suatu senyawa.organik .
Fenomena ini digunakan untuk berbagai tujuan seperti pemisahan, pemurnian, penentuan struktur dan sintesis.
Bentuk stuktur ini pulalah yang menyebabkan suatu senyawa mempunyai sifat fisika yang karakteristik yang prinsip dasarnya diaplikasikan pada berbagai cabang ilmu kimia organik.
Titik leleh.
Dalam bentuk kristal partikel suatu senyawa baik yang akan tersusun dengan bentuk teratur dan simetris dimana secara geometris struktur sambung bersambung terus menerus sehingga membentuk kristal. Peristiwa meleleh adalah keadaan dimana terjadi perobahan susunan partikel dari bentuk kisi-kisi yang simetris menjadi bentuk yang acak (random) yang merupakan karakteristik dari suatu senyawa dalam bentuk cair. Peristiwa meleleh terjadi pada saat energi panas yang diterima partikel lebih besar dari energi intrakristal yang menyusun partikel. Senyawa ionik akan membentuk kristal dalam bentuk unit ion, dimana muatan positif akan menempatkan diri sedemikian rupa dekat muatan negatif.
Gaya antar molekul
Gaya antar molekul menyebabkan molekul akan terikat satu sama lain. Kalau pada ikatan ionik ikatan terjadi karena adanya interaksi antara ion yang mempunyai muatan berlawanan, pada ikatan molekul ikatan ini terjadi karena adanya “interaksi dipol-dipol” dan “gaya Van der Walls”. Interaksi dipol-dipol terjadi karena tertariknya kutub positif dan kutub negatif pada suatu molekul polar. Karena itulah senyawa organik polar dengan berat molekul yang tidak banyak berbeda dengan senyawasenyawa nonpolar akan mempunyai titik didih yang jauh berbeda. Sebagai contoh misalnya etanol (C2H5OH) mendidih pada temperatur78,5°C sedangkan dimetileter (CH3OCH3) dengan berat molekul yang sama mendidih pada -138,5 °C
Salah satu bentuk ikatan dipol-dipol yang relatif kuat adalah “ikatan hodrogen” (hidrogen Bond) dimana atom hidrogen bertindak sebagai jembatan antara 2 atom elektronegatif dengan satu ikatan dalam bentuk ikatan kovalen dan ikatan lain berbentuk gaya elektrostatik. Hal ini hanya dapat terjadi apabila atom hidrogen terikat pada atom yang bermuatan elektronegatif yang besar (N,O, dan F) sehingga awan elektron dari hidrogen akan tertarik (distorted) kearah atom yang elektronegatif. Dengan ini atom hidrogen akan terbuka dari awan elektron dan bermuatan positif. Muatan positif ini akan ditarik dengan kuat oleh muatan negatif atom elektronegatif molekul kedua dan seterusnya. Tingkat energi ikatan hidrogen ini berada disekitar 5 kcal/mol, cukup kuat apabila dibandingkan dengan ikatan kovalen yang mempunyai tingkat energi 50 – 100 kcal/mol. Ikatan ini dilambangkan dengan “ ... “
•Ikatan hidrogen ini hanya bisa dibentuk oleh atom H yang terikat dengan atom Fluor, Oksigen dan Nitrogen, karena atom-atom H inilah yang cukup kuat muatan elektropositifnya untuk bisa membentuk ikatan hidrogen •Adanya ikatan hidrogen ini akan menyebabkan relatif mudahnya larut suatu senyawa polar dalam pelarut polar. •Untuk senyawa-senyawa yang non-polar, sekalipun tidak sebesar gaya ikatan dipol-dipol, masih ada gaya antar molekul yang disebut dengan gaya Van der Waals yang terjadi karena adanya induksi dipol yang singkat yang terjadi karena gerak elektron pada ikatan kovalen
•Ikatan karena adanya gaya Van der Waals ini tidak cukup kuat, dan inilah yang menyebabkan zat organik yang terikat dengan gaya Van der Waals ini mempunyai titik leleh dan titik didih yang relatif rendah dibanding dengan senyawa yang mempunyai ikatan dipol-dipol atau ikatan hidrogen. •Hal ini juga disebabkan karena keterbatasan molekul untuk saling mendekat, karena begitu tercapai apa yang disebut “radius Van der Waals”, antara molekul akan terjadi tolak menolak.
Titik didih.
Dalam keadaan cair partikel suatu senyawa tidak terikat seperti dalam bentuk padat atau kristal, tapi bebas untuk bergerak tapi dengan jarak antar partikel yang masih memungkinkan adanya gaya antar molekul/ion. Apbila ada energi panas dari luar yang dapat mengatasi gaya antar molekul ini, molekul menjadi bebas dengan jarak antar molekul yang tidak memungkinkan adanya gaya antar molekul. Peristiwa ini disebut mendidih.
Bentuk molekul serta jumlah atom hidrogen yang mampu membentuk ikatan hidrogen juga mempengaruhi tinggi rendahnya titik didih ini.
Semakin besar suatu molekul semakin besar pula gaya Van der Waals. Dengan kepolaran atau ikatan hidrogen yang sama titik leleh dan titik didih akan semakin besar dengan bertambah besarnya molekul
Dalam keadaan tertentu, ikatan kovalen dalam molekul dapat pecah lebih dulu sebelum peristiwa meleleh terjadi. Peristiwa ini disebut dengan “terurai sebelum meleleh”, atau “terurai tanpa meleleh”. Untuk mencegah terjadinya hal ini, untuk pemurnian zat organik tertentu dilakukan secara destilasi vakum, dimana dengan cara ini senyawa akan bisa mendidih atau menyublim pada temperatur jauh dibawah titik didihnya atau meleleh tanpa terurai.
Kelarutan
Ketika senyawa padat atau cair larut dalam pelarut tertentu yang digunakan, unit ion atau molekul senyawa tersebut menjadi terpisah satu sama lain. Ruang antar unit ion atau molekul akan ditempati oleh molekul pelarut. Untuk larut ini dibutuhkan energi untuk mengatasi gaya antar molekul atau ion. Energi ini didapat dari energi yang dibebankan pada peristiwa terikatnya partikel zat terlarut dengan molekul pelarut. Kelarutan zat non-ionik pada umumnya ditentukan oleh kepolaran masing-masing zat terlarut dan pelarut. Senyawa polar akan larut dalam pelarut polar dan senyawa non-polar akan larut dalam pelarut non-polar.
Senyawa ionik yang umumnya berbentuk kristal membutuhkan energi yang lebih besar untuk dapat memecah ikatan elektrostatik kisi-kisi ion. Hanya air dan pelarut dengan kepolaran besar sajalah yang dapat memecah kisi-kisi kristal ini. Dari definisi, suatu molekul polar akan mempunyai kutub positif dan kutub negatif. Pada proses larutnya molekul polar ini akan terjadi gaya elektrostatik antar kutub positif ion atau molekul polar dengan muatan negatif dari pelarut dan sebaliknya. Ikatan seperti ini disebut ikatan ion dipol. Ikatan ini sebetulnya tidak besar, tapi dalam larutan tiap ion akan dikelilingi oleh kelompok (cluster) molekul pelarut. Untuk pelarut yang bukan air, peristiwa ini disebut “terlarut” (solvated) sedangkan apabila pelarutnya adalah air periostiwanya disebut hidrasi (hidrated)
Untuk melarutkan senyawa ionik, pelarut harus mempunyai konstanta dielektrik yang besar, disamping mempunyai sifat menyekat untuk mengurangi gaya tarik antar muatan yang berlawanan dari ion setelah terlarut. Juga tidak semua pelarut yang mempunyai kepolaran dan konstanta dielektrik besar dapat melarutkan ion. Untuk ini dibutuhkan apa yang disebut dengan “daya melarutkan” (Solvating Power).
Suatu kation akan tertarik oleh kutub negatif dari pelarut polar yang pada air adalah oksigen yang mempunyai dua pasang elektron polar sunyi. Sejumlah atom oksigen dari molekul air akan menempatkan diri sedemikian rupa sekeliling muatan positif (kation). Anion sebaliknya akan tertarik oleh muatan positif molekul polar, yang pada air akan terikat membentuk ikatan hidrogen dengan aton hidrogen. Ikatan ion-dipol inilah yang mengikat anion pada air.
Ikatan ion – dipol dengan molekul air
Spektroskopi dan Karakterisasi Fisika lainnya.
Sifat fisika penting lainnya yang tidak bisa dipisahkan dari sifat senyawa organik adalah spektroskopi yang merupakan interaksi antara molekul zat organik dengan radiasi gelombang elektromagnetik. Dengan spektroskopi seperti ultraviolet, inframerah, resonansi magnit inti, spektrum masa. Dengan analisis ini senyawa organik seperti struktur, kwalitatif dan kwantitatif menjadi lebih mudah dan cepat. Metoda fisika lainnya seperti polarisasi, difraksi sinar x, elektroforesis, kromatografi dll merupakan contoh nyata bagaimana eratnya hubungan antara struktur suatu senyawa organik dengan sifat-sifat fisiknya
