Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12

30Keelektronegatifan, Kepolaran, dan Gaya Antarmolekul

Seekor tokek berlari menaiki kaca jendela dan bergantung di kaca itu hanya dengan satu jari kaki, tanpa lem dan tanpa alat pengisap. Molekul air, $\ce{H2O}$ , lebih ringan daripada molekul hidrogen sulfida, $\ce{H2S}$ , tetapi air mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ sedangkan hidrogen sulfida tetap berupa gas sampai $-60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Kedua kisah itu tentang hal yang sama: gaya yang mengikat molekul satu sama lain, dan dengan benda lain. Gaya itu jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen di dalam molekul, tetapi gaya itulah yang menentukan apakah sebuah zat berupa gas, cairan, atau padatan pada suhu kamar, dan apakah seekor tokek jatuh.

Yang sudah kamu ketahui

Ikatan kovalen adalah sepasang elektron yang digunakan bersama oleh dua atom; struktur Lewis memperlihatkan pasangan elektron ikatan dan pasangan elektron bebas, dan pasangan-pasangan di sekeliling atom pusat menentukan bentuk molekul (Bab 24). Ion bermuatan; dalam padatan ion, ion positif dan ion negatif saling tarik (Bab 17).

Seekor tokek di atas kaca: bantalan jari kakinya menempel karena gaya antarmolekul.

30.1 Keelektronegatifan

Definisi 30.1 (Keelektronegatifan)

Yang disebut keelektronegatifan sebuah unsur mengukur seberapa kuat atom-atomnya, dalam sebuah molekul, menarik elektron-elektron ikatan yang digunakan bersama. Keelektronegatifan adalah bilangan tanpa satuan; pada skala yang lazim nilainya berkisar dari sekitar 0.8 sampai sekitar 4.

Keelektronegatifan dua puluh unsur pertama (skala Pauling; tidak ada nilai untuk helium, neon, dan argon, yang di sini tidak membentuk ikatan). Disorot: keempat unsur yang paling elektronegatif.

Proposisi 30.2 (Kecenderungan dalam tabel)

Keelektronegatifan meningkat dari kiri ke kanan sepanjang periode dan menurun dari atas ke bawah dalam golongan. Fluorin (3.98) adalah unsur yang paling elektronegatif; logam alkali adalah yang paling kurang (litium 0.98, kalium 0.82).

Bukti. Dibaca pada tabel: sepanjang periode 2, $0.98 < 1.57 < 2.04 < 2.55 < 3.04 < 3.44 < 3.98$ ; ke bawah golongan 17, fluorin $3.98$ berada di atas klorin $3.16$ ; ke bawah golongan 1, $2.20$ , $0.98$ , $0.93$ , $0.82$ . (Mengapa demikian dijelaskan dalam buku Tahun Pertama universitas.) ∎

Sejarah — Skala Pauling, 1932

Ahli kimia Linus Pauling menyusun skala keelektronegatifan yang pertama pada tahun 1932, dari energi ikatan antara atom-atom yang berbeda. Ia memberi fluorin nilai terbesar, dan skala yang dipakai dalam bab ini masih dinamai menurut namanya.

30.2 Ikatan polar dan molekul polar

Definisi 30.3 (Ikatan polar, muatan parsial)

Ikatan kovalen antara dua atom yang keelektronegatifannya berbeda disebut ikatan polar: pasangan bersamanya berada lebih dekat ke atom yang lebih elektronegatif. Atom itu membawa muatan parsial negatif yang kecil, ditulis $\delta^-$ , dan atom yang lain muatan parsial positif yang sama besar, $\delta^+$ .

Proposisi 30.4 (Kapan sebuah ikatan polar?)

Ikatan antara dua atom yang sama tidak polar. Antara atom-atom yang berbeda, makin besar selisih keelektronegatifannya, makin polar ikatannya; sebagai pegangan praktis, selisih di bawah sekitar 0.4 (seperti $\ce{C-H}$ , $2.55 - 2.20 = 0.35$ ) dianggap nonpolar. Jika selisihnya sangat besar (seperti Na dan Cl, $3.16 - 0.93 = 2.23$ ), elektron-elektronnya tidak digunakan bersama tetapi dipindahkan: senyawanya senyawa ion.

Bukti. Diterima tanpa bukti: hal ini mengikuti dari definisi keelektronegatifan, sedangkan ambang-ambangnya merupakan kesepakatan. ∎

Definisi 30.5 (Molekul polar dan nonpolar)

Sebuah molekul disebut molekul polar jika pusat muatan-muatan parsial positifnya dan pusat muatan-muatan parsial negatifnya tidak berimpit; jika keduanya berimpit, molekul itu disebut molekul nonpolar.

Metode 30.6 (Polarkah sebuah molekul?)

Gambarlah struktur Lewis dan tentukan bentuk molekulnya.
Tandai ikatan-ikatan polar dengan $\delta^+$ dan $\delta^-$ .
Jika tidak ada ikatan polar, molekulnya nonpolar. Jika ada, perhatikan bentuknya: jika ikatan-ikatan polar itu tersusun simetris di sekeliling pusat, pengaruhnya saling meniadakan dan molekulnya nonpolar; jika tidak, molekulnya polar.

Pada air, bentuk yang bengkok menempatkan pusat muatan parsial positif (di antara atom-atom hidrogen) di bawah atom oksigen: molekulnya polar. Pada karbon dioksida, kedua ikatan polar menarik ke arah yang berlawanan (anak panah) dan saling meniadakan: pusat-pusat muatannya berimpit pada atom karbon.

Contoh 30.7 (Empat molekul)

Hidrogen klorida $\ce{HCl}$ memiliki satu ikatan polar dan bersifat polar, klorin $\delta^-$ . Amonia $\ce{NH3}$ , sebuah piramida dengan tiga ikatan $\ce{N-H}$ yang polar, bersifat polar, nitrogen $\delta^-$ . Metana $\ce{CH4}$ hanya memiliki ikatan $\ce{C-H}$ yang hampir nonpolar: nonpolar. Tetraklorometana $\ce{CCl4}$ memiliki empat ikatan $\ce{C-Cl}$ yang polar, tetapi di sudut-sudut tetrahedron beraturan: pengaruhnya saling meniadakan dan molekulnya nonpolar.

30.3 Interaksi van der Waals

Definisi 30.8 (Interaksi van der Waals)

Yang disebut interaksi van der Waals adalah tarikan lemah antara molekul-molekul yang bertetangga, yang ada di antara semua molekul, polar maupun tidak: elektron-elektron setiap molekul terus bergerak, dan muatan-muatan sesaat yang tidak merata pada satu molekul menarik muatan-muatan molekul tetangganya. Di antara molekul-molekul polar, muatan parsial yang tetap menambahkan tarikan lagi.

Proposisi 30.9 (Molekul yang lebih besar lebih kuat menarik)

Interaksi van der Waals makin kuat seiring ukuran molekul, yaitu seiring banyaknya elektron; di antara molekul-molekul yang serupa, yang lebih besar memiliki suhu leleh dan suhu didih yang lebih tinggi.

Bukti. Diterima tanpa bukti: awan elektron yang lebih besar lebih mudah berubah bentuk, sehingga muatan-muatan sesaatnya lebih besar, dan bidang sentuhnya dengan tetangga-tetangganya lebih luas. ∎

Contoh 30.10 (Halogen)

Molekul-molekul $\ce{F2}$ , $\ce{Cl2}$ , $\ce{Br2}$ , $\ce{I2}$ semuanya nonpolar dan makin lama makin besar. Suhu didihnya naik bersamanya: $-188\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $-34\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $59\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan $184\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Pada suhu kamar, fluorin dan klorin berupa gas, bromin cairan, iodin padatan.

Catatan 30.11 (Tokek)

Satu interaksi van der Waals saja sangat kecil, tetapi interaksi-interaksi itu saling menjumlah. Bantalan jari kaki tokek tertutup karpet rapat rambut-rambut mikroskopis, yang masing-masing terbelah lagi menjadi ujung-ujung yang lebih halus, yang cukup dekat dengan kaca sehingga interaksi van der Waals bekerja pada luas total yang sangat besar.

30.4 Ikatan hidrogen

Definisi 30.12 (Ikatan hidrogen)

Yang disebut ikatan hidrogen adalah tarikan antara atom hidrogen yang terikat pada atom yang sangat elektronegatif (nitrogen, oksigen, atau fluorin), yang membawa $\delta^+$ yang nyata, dan pasangan elektron bebas milik atom nitrogen, oksigen, atau fluorin yang lain, sering pada molekul tetangganya. Ikatan ini digambar sebagai garis putus-putus, dan ketiga atom yang terlibat hampir segaris.

Ikatan hidrogen (putus-putus) di sekeliling sebuah molekul air dalam air cair: kedua atom hidrogennya berikatan dengan atom-atom oksigen dua molekul tetangga, dan kedua pasangan elektron bebas atom oksigennya menerima atom-atom hidrogen dua molekul lainnya.

Contoh 30.13 (Etanol dan propana)

Molekul etanol, $\ce{CH3-CH2-OH}$ ( $46.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ), dan molekul propana, $\ce{CH3-CH2-CH3}$ ( $44.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ ), hampir sama ukurannya. Namun etanol mendidih pada $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan propana pada $-42\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Molekul-molekul etanol, dengan gugus $\ce{O-H}$ -nya, membentuk ikatan hidrogen satu sama lain; molekul-molekul propana tidak dapat.

30.5 Kohesi padatan dan cairan

Definisi 30.14 (Padatan molekul)

Yang disebut padatan molekul adalah padatan yang tersusun atas molekul-molekul yang terikat satu sama lain oleh interaksi van der Waals dan, jika mungkin, ikatan hidrogen. Es, iodin padat, dan gula adalah padatan molekul.

Proposisi 30.15 (Kohesi dan perubahan wujud)

Makin kuat tarikan antara partikel-partikel sebuah zat, makin tinggi suhu leleh dan suhu didihnya. Menurut kekuatan yang makin besar: interaksi van der Waals, ikatan hidrogen, dan tarikan antara ion-ion dalam padatan ion.

Bukti. Diterima tanpa bukti: meleleh dan mendidih menarik partikel-partikel saling menjauh melawan tarikan-tarikan itu, yang memerlukan energi lebih banyak, jadi suhu yang lebih tinggi, jika tarikan itu lebih kuat. ∎

Contoh 30.16 (Tiga padatan)

Natrium klorida, sebuah padatan ion, meleleh pada $801\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; es, yang diikat oleh ikatan hidrogen, pada $0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; metana padat, yang hanya diikat oleh interaksi van der Waals antara molekul-molekul kecil, jauh di bawah $-150\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Suhu didih senyawa hidrogen dengan unsur-unsur golongan 14 sampai 17. Dalam setiap golongan, suhu didih naik seiring ukuran molekul, kecuali anggota pertama golongan 15, 16, dan 17, yang terlalu tinggi: amonia, air, dan hidrogen fluorida membentuk ikatan hidrogen. (Tidak ada nilai yang digambar jika sumber yang dipakai tidak memberikannya.)

Catatan 30.17 (Es dan salju)

Dalam es, setiap molekul air berikatan hidrogen dengan empat tetangganya, dalam jaringan terbuka berupa cincin-cincin segi enam. Jaringan itu menyisakan lebih banyak ruang kosong daripada air cair, tempat ikatan-ikatan itu terus putus dan terbentuk kembali: es lebih kecil massa jenisnya daripada air dan terapung. Simetri lipat enam pada kristal salju mencerminkan cincin-cincin segi enam jaringan itu.

Kristal-kristal salju yang dipotret Wilson Bentley pada awal tahun 1900-an: setiap kristal memiliki enam cabang.

30.6 Latihan

Latihan 30.1 ★

Pada ikatan $\ce{H-Cl}$ , $\ce{O-H}$ , dan $\ce{C-O}$ , atom mana yang membawa muatan parsial $\delta^-$ ? Pakailah tabel keelektronegatifan.

Solusi

Solusi Latihan 30.1.

$\ce{H-Cl}$ : klorin (3.16 dibandingkan 2.20). $\ce{O-H}$ : oksigen (3.44). $\ce{C-O}$ : oksigen (3.44 dibandingkan 2.55).

Latihan 30.2 ★

Manakah di antara ikatan-ikatan berikut yang polar: $\ce{H-H}$ , $\ce{C-H}$ , $\ce{O-H}$ , $\ce{N-H}$ , $\ce{Cl-Cl}$ , $\ce{C-Cl}$ ? Berikan selisih keelektronegatifan untuk masing-masing.

Solusi

Solusi Latihan 30.2.

$\ce{H-H}$ : 0, tidak polar. $\ce{C-H}$ : 0.35, dianggap nonpolar. $\ce{O-H}$ : 1.24, polar. $\ce{N-H}$ : 0.84, polar. $\ce{Cl-Cl}$ : 0, tidak polar. $\ce{C-Cl}$ : 0.61, polar.

Latihan 30.3 ★

Unsur mana yang lebih elektronegatif pada setiap pasangan: nitrogen atau fosfor; oksigen atau belerang; karbon atau nitrogen; natrium atau magnesium? Kecenderungan tabel yang mana yang diperlihatkan setiap pasangan?

Solusi

Solusi Latihan 30.3.

Nitrogen (3.04 > 2.19) dan oksigen (3.44 > 2.58): keelektronegatifan menurun ke bawah dalam golongan. Nitrogen (3.04 > 2.55) dan magnesium (1.31 > 0.93): keelektronegatifan meningkat dari kiri ke kanan sepanjang periode.

Latihan 30.4 ★

Manakah di antara $\ce{CH4}$ , $\ce{NH3}$ , $\ce{H2O}$ , dan $\ce{HCl}$ yang dapat membentuk ikatan hidrogen di antara molekul-molekulnya sendiri? Jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 30.4.

Amonia dan air: masing-masing memiliki atom hidrogen yang terikat pada nitrogen atau oksigen, dan pasangan elektron bebas pada atom itu. Metana tidak memiliki hidrogen pada N, O, atau F; hidrogen klorida memiliki hidrogen yang terikat pada klorin, yang tidak termasuk ketiga atom dalam definisi itu.

Latihan 30.5 ★

Adakah tarikan antara molekul-molekul metana yang nonpolar? Mengapa metana tetap berupa gas pada suhu kamar?

Solusi

Solusi Latihan 30.5.

Ya: interaksi van der Waals ada di antara semua molekul. Tetapi molekul metana kecil (10 elektron), sehingga interaksi itu sangat lemah dan putus pada suhu yang sangat rendah: metana mendidih di sekitar $-162\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Latihan 30.6 ★★

Katakan apakah setiap molekul berikut polar: diklorometana $\ce{CH2Cl2}$ (tetrahedral), tetraklorometana $\ce{CCl4}$ , amonia $\ce{NH3}$ , karbon dioksida $\ce{CO2}$ , boron trifluorida $\ce{BF3}$ (segitiga datar dengan boron di tengahnya).

Solusi

Solusi Latihan 30.6.

$\ce{CH2Cl2}$ : polar (dua ikatan $\ce{C-Cl}$ yang polar dan dua ikatan $\ce{C-H}$ yang hampir nonpolar: tidak ada simetri yang meniadakannya). $\ce{CCl4}$ : nonpolar (empat ikatan yang identik di sudut-sudut tetrahedron). $\ce{NH3}$ : polar (piramida). $\ce{CO2}$ : nonpolar (linear, ikatan yang berlawanan arah). $\ce{BF3}$ : nonpolar (tiga ikatan polar yang identik dengan sudut $120{}^{\circ}$ dalam satu bidang saling meniadakan).

Latihan 30.7 ★★

Pada metanol, $\ce{CH3-OH}$ , atom hidrogen mana yang dapat diberikan dalam ikatan hidrogen? Atom mana yang dapat menerimanya? Dapatkah molekul metanol dan molekul air membentuk ikatan hidrogen satu sama lain? Gambarlah salah satunya.

Solusi

Solusi Latihan 30.7.

Hidrogen gugus $\ce{O-H}$ dapat diberikan (bukan hidrogen pada $\ce{CH3}$ , yang terikat pada karbon); atom oksigen, dengan kedua pasangan elektron bebasnya, dapat menerima. Ya: $\ce{O-H}$ pada metanol dapat berikatan dengan oksigen sebuah molekul air, dan $\ce{O-H}$ pada air dengan oksigen metanol, misalnya $\ce{CH3-O-H}$ $\cdots$ $\ce{OH2}$ .

Latihan 30.8 ★★

Jelaskan mengapa suhu didih naik menurut urutan $\ce{CH4}$ < $\ce{SiH4}$ < $\ce{GeH4}$ .

Solusi

Solusi Latihan 30.8.

Ketiga molekul itu nonpolar dan sama bentuknya, tetapi makin lama makin besar (10, 18, dan 36 elektron): interaksi van der Waals-nya makin kuat, demikian pula suhu didihnya.

Latihan 30.9 ★★

Pada grafik suhu didih hidrida-hidrida itu, golongan mana yang tidak memperlihatkan nilai yang tidak biasa pada anggota pertamanya? Mengapa?

Solusi

Solusi Latihan 30.9.

Golongan 14: metana tidak memiliki hidrogen yang terikat pada N, O, atau F dan tidak membentuk ikatan hidrogen, sehingga metana mengikuti kecenderungan golongannya.

Latihan 30.10 ★★

Ikatan $\ce{H-Cl}$ , $\ce{H-Br}$ , $\ce{H-I}$ makin lama makin kurang polar (keelektronegatifan klorin, bromin, dan iodin adalah 3.16, 2.96, dan 2.66), tetapi suhu didihnya naik: $-85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $-66\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $-35\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Interaksi mana yang menang, dan mengapa?

Solusi

Solusi Latihan 30.10.

Interaksi van der Waals: molekulnya membesar dari $\ce{HCl}$ ke $\ce{HI}$ , dan peningkatan interaksi itu seiring ukuran lebih besar daripada penurunan tarikan antara muatan-muatan parsialnya.

Latihan 30.11 ★★

Pada suhu kamar klorin berupa gas dan iodin padatan, padahal keduanya tersusun atas molekul-molekul nonpolar $\ce{X2}$ . Jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 30.11.

Molekul iodin jauh lebih besar daripada molekul klorin (106 elektron dibandingkan 34): interaksi van der Waals-nya jauh lebih kuat, cukup kuat untuk mengikat molekul-molekulnya dalam padatan pada suhu kamar.

Latihan 30.12 ★★★

Etanol $\ce{CH3-CH2-OH}$ , metoksimetana $\ce{CH3-O-CH3}$ , dan propana $\ce{CH3-CH2-CH3}$ memiliki massa molar yang hampir sama. Ketiganya mendidih pada $78\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $-25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dan $-42\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Manakah yang polar? Manakah yang membentuk ikatan hidrogen di antara molekul-molekulnya sendiri? Jelaskan urutannya.

Solusi

Solusi Latihan 30.12.

Propana nonpolar: hanya interaksi van der Waals. Metoksimetana polar (dua ikatan $\ce{C-O}$ yang polar dalam $\ce{C-O-C}$ yang bengkok) tetapi tidak memiliki hidrogen pada oksigennya: tidak ada ikatan hidrogen di antara molekul-molekulnya. Etanol polar dan gugus $\ce{O-H}$ -nya membentuk ikatan hidrogen. Makin kuat tarikannya, makin tinggi suhu didihnya: propana < metoksimetana < etanol.

Latihan 30.13 ★★★

Dalam es, setiap molekul air berikatan hidrogen dengan empat tetangganya, dalam jaringan terbuka; dalam air cair, jaringan itu terus putus dan sebagian runtuh. Jelaskan mengapa es terapung di atas air. Mengapa hal ini penting bagi ikan di danau yang membeku?

Solusi

Solusi Latihan 30.13.

Jaringan es yang terbuka memerlukan ruang lebih besar daripada molekul-molekul yang sama dalam cairan, sehingga massa jenis es lebih kecil daripada air cair dan es terapung. Danau membeku dari atas: lapisan es menyekat air di bawahnya, yang tetap cair, dan ikan-ikan bertahan hidup.

Latihan 30.14 ★★★

Urutkan menurut suhu leleh yang makin tinggi, dan berikan alasan dengan tarikan antara partikel-partikelnya: kalium klorida $\ce{KCl}$ , es $\ce{H2O}$ , metana padat $\ce{CH4}$ .

Solusi

Solusi Latihan 30.14.

Metana padat (interaksi van der Waals antara molekul-molekul kecil) < es (ikatan hidrogen) < kalium klorida (tarikan antara ion-ion).

Latihan 30.15 ★★★

Fluorin lebih elektronegatif daripada oksigen, sehingga ikatan $\ce{H-F}$ lebih polar daripada ikatan $\ce{O-H}$ . Namun air mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan hidrogen fluorida pada $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Hitunglah atom hidrogen yang dapat diberikan setiap molekul dan pasangan elektron bebas yang dapat dipakainya untuk menerima, lalu jelaskan.

Solusi

Solusi Latihan 30.15.

Sebuah molekul air memiliki dua atom hidrogen untuk diberikan dan dua pasangan elektron bebas untuk menerima: setiap molekul dapat ikut serta dalam empat ikatan hidrogen, dua diberikan dan dua diterima, yang membangun jaringan yang lengkap. Sebuah molekul hidrogen fluorida memiliki tiga pasangan elektron bebas tetapi hanya satu atom hidrogen: molekul itu memberikan satu ikatan hidrogen saja, sehingga rata-rata hanya satu ikatan per molekul yang dapat terbentuk (rantai zig-zag). Air memiliki kira-kira dua kali lebih banyak ikatan hidrogen per molekul, dan mendidih pada suhu yang lebih tinggi.

30.7 Soal: Mengapa Air Mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?

Soal 30.1

Soal akhir pekan — tanpa ikatan hidrogen, pada suhu berapa air akan mendidih?

Oksigen, belerang, dan selenium berada dalam golongan yang sama dalam tabel, dan ketiganya membentuk senyawa dengan hidrogen: $\ce{H2O}$ , $\ce{H2S}$ , $\ce{H2Se}$ . Dalam setiap golongan hidrida, suhu didih biasanya naik seiring ukuran molekul. Air melanggar aturan itu. Seberapa jauh?

Bagian I — Tiga molekul.

Gambarlah struktur Lewis $\ce{H2O}$ , $\ce{H2S}$ , dan $\ce{H2Se}$ . Mengapa ketiganya mirip?
Hitung massa molarnya.
Hitung selisih keelektronegatifan ikatan $\ce{O-H}$ , $\ce{S-H}$ , dan $\ce{Se-H}$ (oksigen 3.44, belerang 2.58, selenium 2.55, hidrogen 2.20). Ikatan mana yang jelas polar?
Bagaimana bentuk ketiga molekul itu? Apakah ketiganya polar?
Hitung elektron setiap molekul. Molekul mana yang memiliki interaksi van der Waals paling kuat?

Bagian II — Ikatan hidrogen.

Manakah di antara ketiga senyawa itu yang membentuk ikatan hidrogen di antara molekul-molekulnya? Mengapa yang lain tidak?
Paling banyak dalam berapa ikatan hidrogen sebuah molekul air dapat ikut serta? Gambarlah.
Interaksi apa yang mengikat molekul-molekul hidrogen sulfida dalam keadaan cair?

Bagian III — Kecenderungannya.

Hidrogen sulfida mendidih pada $212.9\,\mathrm{K}$ dan hidrogen selenida pada $-41.3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Nyatakan yang pertama dalam derajat Celsius ( $\theta = T - 273.15$ ).
Berapa kenaikan suhu didih dari periode 3 ( $\ce{H2S}$ ) ke periode 4 ( $\ce{H2Se}$ )?
Mengapa suhu didih itu naik?
Dengan menganggap kenaikan yang sama dari periode 2 ke periode 3, pada suhu berapa $\ce{H2O}$ yang “normal” akan mendidih?
Ujilah cara itu pada golongan 14: $\ce{SiH4}$ mendidih pada $-112\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan $\ce{GeH4}$ pada $-88.1\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Ramalkan suhu didih $\ce{CH4}$ , lalu bandingkan dengan nilai sebenarnya, $-162\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Apakah ekstrapolasinya tepat?
Lakukan hal yang sama untuk golongan 17 ( $\ce{HCl}$ $-85.1\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , $\ce{HBr}$ $-66.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ), lalu bandingkan dengan $\ce{HF}$ , $19.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

Bagian IV — Selisihnya.

Air sebenarnya mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Seberapa besar selisih antara nilai sebenarnya dan nilai hasil ekstrapolasi?
Hal yang sama untuk amonia, dengan memakai $\ce{PH3}$ $-87.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan $\ce{AsH3}$ $-62.5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; amonia sebenarnya mendidih pada $-33.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .
Urutkan air, hidrogen fluorida, dan amonia menurut besarnya selisih itu, lalu jelaskan urutan itu dengan menghitung ikatan hidrogen.
Tanpa ikatan hidrogen, apakah air akan berupa padatan, cairan, atau gas pada suhu kamar? Apa artinya bagi Bumi?
Mengapa jawaban soal 12 hanya sebuah perkiraan?
Nyatakan jawaban akhirnya: kira-kira pada suhu berapa air akan mendidih tanpa ikatan hidrogen?

Solusi

Solusi Soal 30.1.

1. $\ce{H-O-H}$ , $\ce{H-S-H}$ , $\ce{H-Se-H}$ , setiap atom pusat dengan dua pasangan elektron bebas: O, S, dan Se memiliki enam elektron valensi, karena berada dalam golongan yang sama.

2. $M(\ce{H2O}) = 18.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ , $M(\ce{H2S}) = 34.1\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ , $M(\ce{H2Se}) = 81.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$ .

3. $3.44 - 2.20 = 1.24$ ; $2.58 - 2.20 = 0.38$ ; $2.55 - 2.20 = 0.35$ . Hanya ikatan $\ce{O-H}$ yang jelas polar.

4. Bengkok (empat kelompok, dua di antaranya pasangan bebas). Air polar; hidrogen sulfida dan hidrogen selenida hanya sangat sedikit.

5. 10, 18, dan 36 elektron: hidrogen selenida memiliki interaksi van der Waals yang paling kuat.

6. Hanya air: atom-atom hidrogennya terikat pada oksigen, salah satu dari ketiga atom yang sangat elektronegatif; belerang dan selenium tidak cukup elektronegatif untuk memberi atom-atom hidrogennya $\delta^+$ yang nyata.

7. Empat: dua melalui atom-atom hidrogennya sendiri, dua diterima oleh kedua pasangan elektron bebasnya.

8. Interaksi van der Waals (termasuk tarikan lemah antara muatan-muatan parsial yang kecil).

9. $212.9 - 273.15 = -60.3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dan $-41.3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

10. $-41.3 - (-60.3) = 19.0\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

11. Molekulnya lebih besar, sehingga interaksi van der Waals-nya lebih kuat.

12. $-60.3 - 19.0 = -79.3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

13. Kenaikan $-88.1 - (-112) = 23.9\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; ramalan untuk metana $-112 - 23.9 = -136\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dibandingkan $-162\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ yang sebenarnya: ekstrapolasinya sekitar $26\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ terlalu tinggi. Ekstrapolasi itu tidak tepat; kecenderungan yang sebenarnya bukan garis lurus.

14. Kenaikan $18.7\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; ramalan untuk hidrogen fluorida $-85.1 - 18.7 = -103.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , dibandingkan $19.6\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ : selisih sekitar $123\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

15. $100 - (-79.3) = 179\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , sekitar $180\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

16. Kenaikan $25.3\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; ramalan $-87.8 - 25.3 = -113\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ; selisih $-33.4 - (-113) = 80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

17. Air ( $180\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) > hidrogen fluorida ( $123\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ) > amonia ( $80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ). Air memberikan dua atom hidrogen dan menerima dengan dua pasangan elektron bebas: empat ikatan hidrogen per molekul, semuanya terpakai. Hidrogen fluorida hanya memiliki satu hidrogen untuk diberikan, dan amonia hanya satu pasangan elektron bebas untuk menerima: rata-rata lebih sedikit ikatan per molekul, dan nitrogen, yang kurang elektronegatif, membentuk ikatan yang lebih lemah.

18. Gas: air akan mendidih di sekitar $-80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ . Bumi tidak akan memiliki air cair, tidak ada samudra, tidak ada hujan, dan tidak ada kehidupan yang bergantung padanya.

19. Jawaban itu mengekstrapolasi garis lurus yang ditarik melalui dua titik saja, dan uji pada golongan 14 menunjukkan bahwa ekstrapolasi seperti itu dapat meleset sekitar $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ .

20. Tanpa ikatan hidrogen, air akan mendidih pada sekitar $-80\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ , kira-kira $180\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ di bawah titik didihnya yang sebenarnya.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 852 istilah di glosarium

30.1 Keelektronegatifan

30.2 Ikatan polar dan molekul polar

30.3 Interaksi van der Waals

30.4 Ikatan hidrogen

30.5 Kohesi padatan dan cairan

30.6 Latihan

30.7 Soal: Mengapa Air Mendidih pada 100 ∘C100\,{}^{\circ}\mathrm{C}100∘C?

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

30.7 Soal: Mengapa Air Mendidih pada $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ ?