Ikatan hidrogen adalah interaksi elektromagnetik antara kutub positif dan negatif dari atom. Ikatan hidrogen lemah dan mudah patah, tapi menjelaskan banyak sifat-sifat penting dari hal-hal seperti air dan DNA.
Pengertian ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen adalah daya tarik elektromagnetik antara molekul polar di mana hidrogen terikat pada atom yang lebih besar, seperti oksigen atau nitrogen. Dalam ikatan hidrogen bukan berbagi elektron, seperti dalam ikatan kovalen. Sebaliknya, ini merupakan daya tarik antara kutub positif dan negatif dari atom bermuatan.
Ikatan hidrogen pada Air
Pernahkah Anda terbangun pagi-pagi pada hari musim semi dan melihat embun di daun yang baru terbentuk? Apa pemandangan yang indah! Tapi apa yang membuat mereka tetes kecil air berkilau duduk begitu bulat sempurna? Ini ada hubungannya dengan sifat-sifat kimia air, khusus, itu ada hubungannya dengan jenis ikatan yang molekul air memiliki: ikatan hidrogen.
Ciri-ciri Ikatan hidrogen
Ikatan kimia yang umum
Ikatan hidrogen adalah jenis umum dari ikatan kimia dalam organisme. Seperti namanya, jenis ikatan hidorgen melibatkan atom hidrogen. Hidrogen tertarik pada atom yang sangat elektronegatif, seperti oksigen, fluor, atau nitrogen dari ikatan kovalen polar dalam molekul yang sama atau yang lain.
Hubungan antara atom hidrogen dan atom elektronegatif adalah daya tarik dipol-dipol yang kuat. Ikatan hidrogen dapat terjadi dalam molekul organik (mis. DNA dan protein) dan molekul anorganik (mis. Molekul air). Cairan seperti air dengan ikatan hidrogen disebut cairan terkait.
Interaksi dipol-dipol elektrostatik
Ion atau atom dari muatan yang berlawanan cenderung tertarik satu sama lain. Ini bertentangan dengan fenomena di mana ion atau atom dengan muatan yang sama cenderung untuk menolak. Dalam hal ini, ini disebut tolakan elektrostatik.
Ikatan hidrogen adalah sebagian daya tarik elektrostatik yang bekerja antara atom hidrogen (yaitu terikat pada atom atau kelompok atom yang lebih elektronegatif) dan atom yang berdekatan dengan pasangan elektron bebas. Atom yang berdekatan ini dengan pasangan elektron bebas berfungsi sebagai akseptor ikatan hidrogen sedangkan hidrogen yang terikat pada atom yang lebih elektronegatif berfungsi sebagai donor ikatan hidrogen.
Akseptor proton adalah atom elektronegatif yang tidak terikat secara kovalen dengan hidrogen. Donor proton adalah atom yang terikat secara kovalen dengan hidrogen. Donor proton adalah pangkalan Lewis.
Ikatan yang lemah
Ikatan hidrogen adalah jenis ikatan kimia yang lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen dan ionik. Ia hanya memiliki sekitar 1/20 kekuatan ikatan kovalen. Ikatan hidrogen juga lebih lemah dari ikatan ion. Namun demikian, ikatan hidrogen agak lebih kuat daripada interaksi van der Waals. Bergantung pada atom yang terlibat, geometri, dan lingkungan, energi dapat bervariasi dari 1 hingga 40 kkal / mol.
Apa itu Ikatan?
Semua hal di bumi terbuat dari partikel-partikel kecil yang disebut atom. Atom-atom ini melekat satu sama lain untuk membentuk semua hal yang Anda lihat di sekitar Anda sekarang. Tergantung pada apa jenis atom yang terlibat dan bagaimana mereka melekat satu sama lain, yang dapat memberitahu Anda banyak tentang bagaimana hal tertentu akan bertindak. Ada beberapa jenis ikatan, beberapa kuat dari yang lain. Jenis terkuat dari ikatan, ikatan kovalen, melibatkan berbagi elektron antara dua atom.
Jenis terlemah dari ikatan adalah ikatan hidrogen. Alih-alih berbagi elektron, sesuatu yang membawa atom benar-benar dekat bersama-sama, ikatan hidrogen terbentuk dengan menggunakan sifat elektromagnetik dari atom. Anda lihat, ketika elektron bisa bersama, kadang-kadang mereka tidak dibagi rata.
Bagaimana ikatan Hidrogen Dibentuk?
Lihat seberapa besar oksigen yang dibandingkan dengan hidrogen kecil? Atom hidrogen tidak memiliki kekuatan yang diperlukan untuk menarik elektron dari atom yang lebih besar, jadi ketika atom hidrogen masuk ikatan kovalen dengan atom yang lebih besar, elektron cenderung menghabiskan lebih banyak waktu berkeliaran pada atom lebih besar dari hidrogen kecil. Itu secara positif kesepian!
Tentu saja, elektron membawa bersama mereka muatan negatif, jadi dimanapun elektron pergi, muatan negatif mengikuti. Hasil pembagian yang tidak merata ini adalah atom polar, atom yang memiliki satu ujung yang bermuatan negatif dan ujung lainnya yang bermuatan positif.
Sekarang bahwa kita memiliki molekul polar, ia bertindak seperti magnet. Ujung positif dari satu atom tertarik ke ujung negatif dari atom lain. Hasilnya adalah sekelompok atom polar berbaris, ujung ke ujung:
Ini semua adalah molekul air polar, berbaris ujung ke ujung, dan membentuk ikatan hidrogen. Sekarang, ikatan hidrogen yang cukup lemah. Tidak ada elektron bersama, sehingga memecah ikatan hidrogen sangat mudah. Namun, catatan ikatan ini untuk banyak sifat penting dari molekul, termasuk fenomena yang kita kenal sebagai tegangan air.
Jenis Ikatan Hidrogen
Atraksi ini antara bagian negatif dan bermuatan positif dari atom dapat terjadi antara dua molekul, seperti yang kita hanya melihat dengan atom air, atau antara bagian yang berbeda dari molekul yang sama. Ketika ikatan hidrogen terjadi antara dua molekul, yang dikenal sebagai ikatan hidrogen antarmolekul. Ketika itu terjadi dalam molekul yang sama, itu dikenal sebagai ikatan hidrogen intramolekul. Mari kita lihat sebuah ikatan hidrogen intramolekul:
Ini adalah gambar dari etilena glikol. Perhatikan bahwa ia memiliki beberapa atom yang berbeda, semua terikat bersama. Sekarang, seperti yang kita lihat dalam molekul air, elektron ingin menghabiskan lebih banyak waktu di sekitar atom yang lebih besar, sehingga elektron nongkrong di sekitar oksigen besar lebih dari yang mereka nongkrong di sekitar hidrogen kecil. Yang meninggalkan hidrogen dengan muatan positif dan oksigen dengan muatan negatif. Hal ini menyebabkan bagian dari molekul dengan hidrogen akan bermuatan positif, sedangkan bagian dengan oksigen akan bermuatan negatif. Melihat seberapa dekat bahwa hidrogen dan oksigen dalam molekul ini? Karena mereka begitu dekat dalam ruang, mereka bisa tertarik satu sama lain dan membentuk ikatan hidrogen intramolekul. Jenis ikatan memastikan molekul yang berbeda tinggal di bentuk yang benar.
Contoh Ikatan Hidrogen
Berikut adalah beberapa contoh ikatan hidrogen dalam kehidupan sehari-hari:
- Ikatan hidrogen terjadi paling terkenal di antara molekul air. Ketika satu molekul air menarik yang lain, keduanya dapat berikatan bersama; menambahkan lebih banyak molekul menghasilkan lebih banyak air yang menempel bersama. Ikatan ini bertanggung jawab atas struktur kristal es, yang memungkinkannya mengapung.
- DNA manusia adalah contoh menarik dari ikatan hidrogen. Faktanya, ikatan hidrogen yang terjadi antara pasangan basa dalam untaian DNA menghasilkan bentuk heliks ganda yang akrab dengan DNA. Ikatan hidrogen ini sebenarnya memungkinkan replikasi untai DNA.
- Asam hidroflourat dan format memiliki jenis ikatan hidrogen khusus yang disebut ikatan hidrogen simetris. Ikatan ini jauh lebih kuat daripada ikatan hidrogen biasa, dan dapat dilihat dalam asam-asam ini ketika disimpan dalam tekanan tinggi.
- Ikatan hidrogen antara protein menghasilkan fenomena yang dikenal sebagai “pelipatan protein.” Untuk membuat bentuk fungsional, protein harus melipat dirinya sendiri. Ikatan hidrogen intra-molekul diperlukan untuk protein ini untuk mempertahankan bentuknya dan tetap stabil setelah dilipat.
- Sorbitol dehidrogenase adalah contoh protein yang bergantung pada ikatan hidrogen. Ini berfungsi untuk mengubah versi glukosa gula alkohol menjadi fruktosa, gula yang sama ditemukan dalam banyak buah (dan dalam sirup jagung fruktosa tinggi). Ikatan hidrogen menstabilkan seluruh struktur, yang menjaga protein agar tidak berantakan.
- Nilon, polimer sintetik yang terkenal dengan kualitas elastisnya, adalah contoh ikatan hidrogen lainnya. Ikatan hidrogen dalam molekul bahan buatan ini bertanggung jawab untuk kristalisasi bahan dalam unit berulang amida.
- Selulosa adalah senyawa organik yang ditemukan di pohon, kapas, dan rami kering, dan dapat digunakan untuk membuat kertas, tekstil, rayon, dan selofan. Ikatan hidrogen penting untuk mempertahankan bentuk dan bentuk senyawa selulosa.
- Setiap polimer yang memiliki gugus amida atau karbonil dapat membentuk ikatan hidrogen. Akibatnya, polimer ini sering memiliki titik leleh yang relatif tinggi serta kekuatan tarik tinggi. Poliuretan dan urea adalah beberapa contoh polimer yang mengandung ikatan hidrogen antar molekul.
- Ikatan hidrogen terjadi dalam alkohol. Faktanya, setiap molekul yang mengandung atom hidrogen yang terikat pada atom nitrogen atau oksigen mampu mengikat seperti itu. Etanol adalah salah satu alkohol yang memiliki ikatan hidrogen.
- Amonia adalah contoh ikatan hidrogen. Dalam kasus amonia, ikatan hidrogen terjadi relatif lemah. Ini hanya karena setiap nitrogen memiliki satu pasangan elektron bebas, yang tidak cukup untuk semua atom hidrogen yang ada.
- Molekul yang mengandung gugus N- atau H memungkinkan ikatan hidrogen. Contoh-contoh ini termasuk metilamin, serta beberapa protein yang lebih besar dan untai heliks ganda yang dibahas di atas.
Kesimpulan
Ikatan hidrogen terbentuk ketika akhir positif dari molekul polar tertarik ke ujung negatif dari molekul polar. Hal ini dapat terjadi baik antara molekul yang berbeda, seperti dalam ikatan hidrogen antarmolekul, dan dalam molekul tunggal, seperti dalam ikatan hidrogen intramolekul. Ikatan hidrogen sangat lemah dan mudah patah, tapi mereka menjelaskan banyak sifat fisik penting yang kita lihat setiap hari.