Gaya ini dikemukakan pertama kali oleh johannes van der waals (1837-1923).
Gaya Van der Waals merupakan gaya tarik menarik listrik yang relatif lemah
akibat kepolaran molekul yang permanen atau terinduksi. Kepolaran permanen
terjadi akibat kepolaran di dalam molekul, sedangkan kepolaran tidak permanen
terjadi akibat molekul terinduksi oleh partikel lain yang bermuatan sehingga
molekul bersifat polar sesaat secara spontan.
Konsep gaya tarik menarik antar molekul ini digunakan untuk
menurunkan persamaan zat-zat yang berada dalam fase gas. Gaya ini terjadi
karena adanya gaya tarik menarik antara inti atom dengan elektron atom lain
yang disebut gaya tarik menarik elektrostatis (gaya coulomb) yang umumnya
terdapat pada senyawa polar. Pada molekul non polar gaya Van Der Waals timbul
karena adanya dipol-dipol sesaat atau gaya London.
Antar molekul yang mempunyai perbedaan keelektronegatifan
yang sangat kecil terdapat gaya tarik menarik walaupun sangat lemah. Gaya tarik
menarik itu dinamakan gaya van der waals. Karena gaya ini sangat lemah maka zat
yang mempunyai ikatan van der waals akan mempunyai titik didih yang sangat
rendah. Meskipun demikian gaya van der waals bersifat permanen dan lebih kuat
dari gaya london. Contoh gaya van der waals terdapat pada senyawa
hidrokarbon. Misalnya pada senyawa CH4. Perbedaan keelektronegatifan C (2,5)
dengan H (2,1) sangat kecil, yaitu sebesar 0,4.
Senyawa-senyawa yang mempunyai ikatan van der waals akan
mempunyai titik didih sangat rendah, tetapi dengan bertambahnya Mr Ikatan akan
makin kuat sehingga titik didih lebih tinggi. Contohnya, titik didih C4H10>C3H8>C2H6>CH4.
Contoh lainnya terdapat pada Br2 dan I2. Br2 berwujud cair tetapi
mudah menguap dan I2 berwujud gas tetapi mudah menyublim. Hal ini
disebabkan karena ikatan antara molekul Br2 dan I2 adalah ikatan van
der waals.
Gaya Van der Waals merupakan gaya tarik antar dipol pada
molekul polar. Molekul polar memiliki ujung-ujung yang muatannya berlawanan.
Ketika dikumpulkan, maka molekul polar akan mengatur dirinya (membentuk
formasi) sedemikian hingga ujung yang bermuatan positif akan
berdekatan dengan ujung yang bermuata negatif dari molekul lain. tapi tentu
saja formasinya tidak statis/tetap, kenapa? Karena sebenarnya molekul selalu
bergerak dan bertumbukan/tabrakan.
Catatan:
Molekul/atom/zat akan diam tak bergerak jika energi kinetiknya = 0 (nol). Keadaan ini disebut keadaan diam mutlak, dicapai jika benda berada pada suhu 00K (-2730C)
Molekul/atom/zat akan diam tak bergerak jika energi kinetiknya = 0 (nol). Keadaan ini disebut keadaan diam mutlak, dicapai jika benda berada pada suhu 00K (-2730C)
Untuk jelasnya, bisa dilihat pada gambar berikut:
Gaya Van der Waals diperlihatkan dengan garis merah
(putus-putus). Kekuatan gaya tarik antara dipol ini biasanya lebih lemah dari
kekuatan ikatan ionik atau kovalen (kekuatannya hanya 1% dari ikatan).
Kekuatannya juga akan berkurang dengan cepat bila jarak antar dipol makin
besar. jadi gaya Van der Waaals suatu molekul akan lebih kuat pada fase padat
dibanding cair dan gas.
Gaya Van der Waals terdiri dari tiga macam, yaitu:
gaya Keesom/Gaya elektrostatis, meliputi interaksi antara:
molekul ionik dengan molekul ionik
dipol permanen dengan dipol permanen
gaya Debye (interaksi antara dipol permanen dengan dipol
terinduksi)
Gaya London/Gaya Dispersi (interaksi antara dipol sementara
dengan dipol terinduksi)
Molekul polar memiliki distribusi atau kerapatan elektron
yang tidak merata dikarenakan pada molekul polar memiliki perbedaan
keelektronegatifan yang besar. Perbedaaan keelektronegatifan ini menyebabkan
suatu atom terbagi menjadi dua muatan (dipol), satu ujung memiliki muatan
positif dan ujung lainnya bermuatan negatif. Terdapat kecenderungan bahwa ujung
positif akan berdekatan dengan ujung negatif atom lain yang berada di
dekatnya.2 Keadaan ini disebabkan adanya gaya tarik-menarik yang disebut dengan
gaya tarik dipol – dipol.
Hubungan gaya dipol – dipol dengan sifat fisik suatu senyawa.
Semakin rendah gaya tarik dipol-dipol antar molekul , maka titik didih maupun
titik leleh senyawa tersebut akan semakin tinggi. Kenyataan ini menyatakan
bahwa gaya tarik dipol-dipol bukan merupakan faktor utama penentu besarnya
titik leleh maupun titik didih suatu senyawa. Gaya dipol-dipol merupakan gaya
yang bekerja antara molekul – molekul polar, yaitu antara molekul yang memiliki
momen dipol. Semakin besar momen dipolnya, maka semakin kuat gayanya.
Suatu contoh interaksi dipol-dipol dapat dilihat pada asam klorida (HCl): ujung positif suatu molekul
polar akan saling menarik dengan ujung negatif molekul lain dan mempengaruhi
posisinya. Molekul polar mempunyai gaya tarik resultan. Contoh-contoh molekul
polar adalah asam klorida (HCl) dan kloroform (CHCl3).
Ikatan hidrogen (hydrogen bond) adalah gaya tarik
menarik antara suatu pasangan dari sebuah atom elektronegatif dan sebuah atom hidrogen yang terikat dengan nitrogen, oksigen, atau fluorin. Ikatan hidrogen sering digambarkan sebagai suatu
interaksi dipol-dipol elektrostatik yang kuat. Namun, juga memiliki sejumlah
ciri ikatan kovalen: mempunyai
arah, lebih kuat dari interaksi van der waals, menghasilkan jarak antaratom yang
lebih pendek dari jumlah jari-jari van der waals,
dan umumnya melibatkan pasangan dalam jumlah terbatas, yang dapat ditafsirkan
sebagai sejenis valensi.
Berdasarkan kepolaran
partikelnya gaya Van Der Waals dibagi menjadi :
Interaksi ion-dipol (molekul
polar)
Interaksi dipol-dipol
Interaksi ion-dipol
terinduksi
Interaksi dipol-dipol
terinduksi
Interaksi ion-dipol (molekul
polar)
Terjadi interaksi/tarik
menarik antara ion dengan molekul polar (dipol) yang relative cukup kuat.
Interaksi dipol-dipol
Merupakan interaksi antara
sesama molekul polar (dipol) yang terjadi antara ekor dan kepala dari molekul
itu sendiri.
Interaksi ion-dipol
terinduksi
Merupakan interaksi ion
dengan dipol terinduksi. Dipol terinduksi merupakan molekul netral dan menjadi
dipol akibat induksi partikel bermuatan yang berada di dekatnya. Ikatan ini
relatif lemah karena kepolaran molekul terinduksi relatif kecil daripada dipol
permanen.
Interaksi dipol-dipol
terinduksi
Molekul dipol dapat membuat
molekul netral lain yang bersifat dipol terinduksi sehingga terjadi interaksi
dipol-dipol terinduksi dan ikatannya relatif lemah sehingga prosesnya
berlangsung secara lambat.Antar aksi dipol terinduksi-dipol terinduksi (gaya
london)
Gaya Van der Waals bersifat
permanen sehingga lebih kuat dari gaya london. Gaya Van Der Waals terdapat pada
senyawa Hidrokarbon seperti CH4. Perbedaan keelektronegatifan C(2,5) dengan
H(2,1) sangat kecil, yaitu 0,4. Senyawa-senyawa yang memiliki ikatan Van Der
Waals akan mempunyai titik didih yng sangat rendah, tetapi akan semakin tinggi
apabila Mr bertambah karena ikatan akan semakin kuat (C4H10 > C3H8 >
C2 H6> CH4).
Gaya London
Gaya
London pertama kali ditemukan oleh seorang ahli fisika dari Jerman, Fritz
London, pada tahun 1930. Gaya London adalah gaya tarikan lemah yang disebabkan oleh dipol imbasan
sekejap atau sesaat yang terjadi karena adanya pergerakan elektron dalam suatu
orbital. Pergerakan tersebut dapat mengakibatkan tidak meratanya kepadatan
elektron pada atom, sehingga atom tersebut mempunyai satu sisi dipol dengan
muatan lebih negatif dibandingkan sisi yang lain. Mudahnya suatu atom untuk
membentuk dipol sesaat disebut dengan polarisabilitas. Dipol – dipol ini
dikatakan sesaat karena pergerakan elektronnya milyaran kali dalam satu detik.
Dipol sesaat pada suatu atom
dapat mengimbas (menginduksi) atom yang berada di sekitarnya sehingga terjadi
dipol terimbas. Hal tersebut yang menyebabkan terjadinya gaya tarik-menarik
antara dipol sesaat dengan dipol terimbas.
Pergerakan elektron yang
mengakibatkan dipol sesaat dalam suatu molekul akan bertambah besar apabila
molekul tersebut memiliki jumlah elektron yang semakin besar pula. Jumlah
elektron yang besar berkaitan dengan massa molekul relatif (Mr) molekul
tersebut, sehingga semakin besar Mr suatu molekul, maka semakin besar
polarisabilitasnya dan semakin besar pula Gaya Londonnya.Molekul dengan
struktur panjang mempunyai kemungkinan lebih besar untuk mengalami dipol sesaat
atau polarisabilitas. Hal ini dikarenakan molekul dengan struktur panjang
mempunyai bidang yang lebih luas bila dibandingkan dengan molekul yang memiliki
struktur lebih rapat dan kecil.
Kekuatan gaya London
bergantung pada beberapa faktor, antara lain kerumitan molekul dan ukuran
molekul.
Kerumitan Molekul
Lebih banyak terdapat
interaksi pada molekul kompleks dari molekul sederhana, sehingga Gaya london
lebih besar dibandingkan molekul sederhana.Semakin besar Mr semakin kuat Gaya
london.
Ukuran Molekul
Molekul yang lebih besar
mempunyai tarikan lebih besar dari pada molekul berukuran kecil, sehingga mudah
terjadi kutub listrik sesaat yang menimbulkan gaya london besar.Dalam satu
golongan dari atas ke bawah, ukurannya bertambah besar, sehingga gaya londonnya
juga semakin besar.
Gaya London biasanya terjadi
pada gas mulia yang mempunyai keelektronegatifan nol (stabil). Contohnya pada
Neon, dimana gas Neon bisa dicairkan pada suhu yang tinggi atau rendah. Pada
suhu yang sangat rendah atom-atom Neon akan saling berdekatan sehingga
kestabilan elektronnya akan terganggu. Hal ini menyebabkan dalam atom Neon
terbentuk dua kutub (dipol) antara molekul yang sama. Dipol ini membentuk
ikatan sehingga Neon berubah menjadi cair. Dipol ini bersifat sementara, karena
elektron selalu bergerak dalam orbital sehingga pada saat berikutnya dipol itu
hilang.
Gaya van der Waals ini
bekerja bila jarak antarmolekul sudah sangat dekat, tetapi tidak melibatkan
terjadinya pebentukan ikatan antaratom. Misalnya, pada suhu -160oC molekul Cl2 akan
mengkristal dalam lapisan-lapisan tipis, dan gaya yang bekerja untuk menahan
lapisan-lapisan tersebut adalah gaya van der Waals. Paling sedikit
terdapat tiga gaya antar molekul yang berperan dalam terjadinya gaya van der
Waals, yaitu gaya dipol-dipol, gaya dipol terimbas, dan gaya dipol sesaat.
1.
Gaya dipol-dipol
Gaya
dipol-dipol terjadi pada molekul-molekul yang mempunyai dipol permanen atau
molekul polar. Antaraksi antara kutub positif dari satu molekul dengan kutub
negatif dari molekul lain menimbulkan gaya tarik-menarik yang relatif lemah.
Kekuatan gaya dipol-dipol ini akan semakin besar bila molekul-molekul tersebut
mengalami penataan dengan ujung positif suatu molekul ke ujung negatif dari
molekul lain. Misalnya pada molekul-molekul HCl.
2. Gaya
dipol terimbas
Gaya imbas terjadi bila
terdapat molekul dengan dipol permanen berantaraksi dengan molekul dengan dipol
sesaat. Adanya molekul-molekul polar dengan dipol permanen akan menyebabkan
imbasan dari kutub molekul polar kepada molekul non polar, sehingga
elektron-elektron dari molekul nonpolar tersebut mengumpul pada salah satu sisi
molekul(terdorong/tertarik), yang menimbulkan terjadinya dipol sesaat pada
molekul non polar tersebut. Terjadinya dipol sesaat akan berakibat adanya gaya
tarik-menarik antar dipol tersebut yang menghasilkan gaya imbas.
3. Gaya dipol
sesaat/dispersi (Gaya London)
Terjadinya gaya dispersi
dijelaskan pertama kali oleh Fritz London. Gaya dispersi ini terjadi
pada setiap molekul maupun zat ionik, hanya pada senyawa ionik ini terjadi pada
setiap molekul maupun zat ionik, hanya pada senyawa ionik tidak begitu besar
pengaruhnya. Akan tetapi, pada molekul-molekul kovalen nonpolar gaya dospersi
sangat besar pengaruhnya. Menurut london terjdinya gaya dispersi pada molekul
nonpolar akibat adanya pergerakan elektron mengelilingi inti secara acak,
sehingga pada suatu saat elektron-elektron tersebut akan mengumpul pada salah
satu sisi atom molekul. Pengumpulan elektron pada salah satu sisi atom molekul
ini mengakibatkan terjadinya dipol. Pada sisi yang banyak elektron tersebut menjadi
bermuatan negatif, sedangkan pada sisi yang lain terjadi kutub positif. Dipol
yang terjadi ini akan menghilang atau berganti tempat (sisi) seiring dengan
terus berputarnya elektron. Oleh karena sifatnya yang sesaat maka disebut
dengan dipol sesaat.
Sifat Fisik Yang Mempengaruhi
Kekuatan Gaya Van der Waals
Gaya dispersi antara
molekul-molekul adalah lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen
diantara molekul. Hal ini tidak memungkinkan untuk memberikan harga yang eksak,
karena ukuran daya tarik bervariasi sekali dengan ukuran dan bentuk
molekul.
Seberapa jauh ukuran molekul
memperngaruhi kekuatan ikatan daya dispersi
Titik didih gas mulia adalah
helium
|
-269°C
|
|
neon
|
-246°C
|
|
argon
|
-186°C
|
|
kripton
|
-152°C
|
|
xenon
|
-108°C
|
|
radon
|
-62°C
|
Semua unsur tersebut berada pada molekul monoatomik.
Alasan yang mendasari bahwa titik didih meningkat sejalan
dengan menurunnya posisi unsur pada golongan adalah kenaikan jumlah elektron,
dan juga tentunya jari-jari atom. Lebih banyak elektron yang kamu miliki, dan
lebih menjauh sejauh mungkin, yang paling besar memungkikan dipol sementara
terbesar dan karena itu gaya dispersi paling besar.
Karena dipol sementara lebih besar, molekul xenon lebih
melekat (stickier) dibandingkan dengan molekul neon. Molekul neon akan berpisah
satu sama lain pada temperatur yang lebih rendah dibandingkan molekul xenon –
karena itu neon memiliki titik didih yang lebih rendah.
Hal ini adalah suatu alasan (semua yang lainnya sebanding)
molekul yang lebih besar memiliki lebih banyak elektron dan lebih menjauh dari
dipol sementara yang dapat dihasilkan – dan karena itu molekul yang lebih besar
lebih melekat.
Seberapa jauh bentuk molekul mempengaruhi kekuatan gaya
dispersi
Ukuran molekul juga begitu. Molekul yang panjang kurus dapat
menghasilkan dipol sementara yang lebih besar berdasarkan pada pergerakan
elektronnya dibandingkan molekul pendek gemuk yang mengandung jumlah elektron
yang sama.
Molekul yang panjang kurus juga dapat lebih dekat satu sama
lain – dayatarik meraka lebih efektif jika molekul-molekulnya benar-benar
tertutup. Sementara yang lebih besar dapat lebih berdekatan dibandingkan
molekul yang lebih pendek Sebagai contoh, molekul hidrokarbon butana dan
2-metilpropan keduanya memiliki rumus molekul C4H10, tetapi atom-atom disusun
berbeda. Pada butana atom karbon disusun pada rantai tunggal, tetapi
2-metilpropan memiliki rantai yang lebih pendek dengan sebuah cabang.
Butana memiliki titik didih yang lebih tinggi karena gaya
dispersinya lebih besar. Molekul yang lebih panjang (dan juga menghasilkan
dipol dan lebih gemuk 2-metilpropana.
Sumber :
http://kimiaman.blogspot.co.id/2010/05/gaya-van-der-waals.html
http://kimiatangsel.blogspot.co.id/2011/04/gaya-antar-molekul.html
https://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_antarmolekul
http://desianaw.blogspot.co.id/2012/11/gaya-van-der-walals.html