Ikatan hidrogen: Perbedaan antara revisi
Impor teks terkontrol dari Wikipedia bahasa Indonesia; revisi 29511708; atribusi sumber disertakan. |
Presentation V4: sitasi, referensi, Math, Wikimedia Commons, dan atribusi |
||
| Baris 1: | Baris 1: | ||
[[File:3D_model_hydrogen_bonds_in_water.jpg|thumb|right|280px|3D model hydrogen bonds in water]] | |||
Dalam [[kimia]], '''ikatan hidrogen''' merupakan interaksi molekul yang melibatkan [[atom hidrogen]] (H) dengan atom lain dengan sebuah pasangan elektron bebas. Dalam hal ini, atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan sebuah atom donor ('''Dn''') berinteraksi dengan atom lain ('''Ac''') yang memiliki keelektronegatifan tinggi. Ikatan ini umumnya digambar sebagai '''Dn−H···Ac''' dengan garis tebal sebagai [[ikatan kovalen]] dan titik-titik sebagai ikatan hidrogen.<ref>Elangannan Arunan. [https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-10-01-02/html Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011)]. ''Pure and Applied Chemistry''. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.</ref> | |||
Ikatan hidrogen relatif bersifat lebih kuat daripada [[gaya antarmolekul]] lain, tetapi lebih lemah dari [[ikatan kimia]] seperti ikatan kovalen dan [[Ikatan ionik|ikatan ion]]. Kekuatannya dipengaruhi geometri (susunan atom yang terlibat), lingkungan ([[pelarut]] dan molekul lain), serta identitas atom yang terlibat sehingga memiliki energi dari lemah (1-2 kJ mol<sup>−1</sup>) hingga tinggi (>155 kJ mol<sup>−1</sup>). Walau dikenal sebagai gaya antarmolekul, ikatan hidrogen dapat terjadi pula pada molekul yang sama (intramolekul). | Atom-atom yang umumnya terlibat dalam ikatan hidrogen adalah atom [[nitrogen]] (N), [[oksigen]] (O), dan [[fluorin]] (F). Berbeda dengan interaksi dipol-dipol yang berasal dari tarik-menarik dipol positif dan negatif, ikatan hidrogen juga melibatkan aspek interaksi orbital dan delokalisasi elektron sehingga bersifat lebih kompleks.<ref>Frank Weinhold. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/rp/c4rp00030g What is a hydrogen bond? Resonance covalency in the supramolecular domain]. ''Chemistry Education Research and Practice''. 2014-07-08. Vol. 15 (3). hlm. 276–285. doi:10.1039/C4RP00030G.</ref> | ||
Ikatan hidrogen relatif bersifat lebih kuat daripada [[gaya antarmolekul]] lain, tetapi lebih lemah dari [[ikatan kimia]] seperti ikatan kovalen dan [[Ikatan ionik|ikatan ion]].<ref>Cecie Starr. [https://books.google.co.id/books?id=LqKsBAAAQBAJ&printsec=frontcover&hl=id#v=onepage&q&f=false Biology Today and Tomorrow with Physiology]. Cengage Learning. 2015. hlm. 39. ISBN 9781305480643.</ref> Kekuatannya dipengaruhi geometri (susunan atom yang terlibat), lingkungan ([[pelarut]] dan molekul lain), serta identitas atom yang terlibat sehingga memiliki energi dari lemah (1-2 kJ mol<sup>−1</sup>) hingga tinggi (>155 kJ mol<sup>−1</sup>).<ref>Thomas Steiner. [https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-3773(20020104)41:1%3C48::AID-ANIE48%3E3.0.CO;2-U The Hydrogen Bond in the Solid State]. ''Angewandte Chemie International Edition''. 2002. Vol. 41 (1). hlm. 48–76. doi:10.1002/1521-3773(20020104)41:1 3.0.CO;2-U.</ref><ref>J. Emsley. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1980/cs/cs9800900091 Very strong hydrogen bonding]. ''Chemical Society Reviews''. 1980-01-01. Vol. 9 (1). hlm. 91–124. doi:10.1039/CS9800900091.</ref> Walau dikenal sebagai gaya antarmolekul, ikatan hidrogen dapat terjadi pula pada molekul yang sama (intramolekul). | |||
Ikatan hidrogen memiliki peran penting di ilmu kimia, ilmu biologi, dan juga ilmu material. Ikatan ini berperan dalam menstabilkan heliks ganda [[Asam deoksiribonukleat|DNA]] dan [[struktur protein]], memberikan [[titik didih]] yang tinggi terhadap [[air]] dan [[hidrogen fluorida]], dan juga memberikan sifat kekakuan terhadap material seperti kertas, wol, dan hidrogel. | Ikatan hidrogen memiliki peran penting di ilmu kimia, ilmu biologi, dan juga ilmu material. Ikatan ini berperan dalam menstabilkan heliks ganda [[Asam deoksiribonukleat|DNA]] dan [[struktur protein]], memberikan [[titik didih]] yang tinggi terhadap [[air]] dan [[hidrogen fluorida]], dan juga memberikan sifat kekakuan terhadap material seperti kertas, wol, dan hidrogel. | ||
Ikatan hidrogen juga sangat berpengaruh pada [[spektroskopi]]. Contoh yang paling nyata adalah pada [[spektroskopi inframerah]], dengan adanya ikatan hidrogen akan memperlebar ''stretching''. | Ikatan hidrogen juga sangat berpengaruh pada [[spektroskopi]]. Contoh yang paling nyata adalah pada [[spektroskopi inframerah]], dengan adanya ikatan hidrogen akan memperlebar ''stretching''.<ref>[http://www.ilmukimia.org/2013/01/ikatan-hidrogen.html Ikatan Hidrogen]</ref> | ||
== Ikatan == | == Ikatan == | ||
=== Pengertian dan sifat umum === | === Pengertian dan sifat umum === | ||
Dalam ikatan hidrogen, atom yang berikatan kovalen dengan hidrogen disebut sebagai donor proton, sedangkan atom yang tidak berikatan disebut akseptor. Penamaan ini merupakan penamaan rekomendasi dari IUPAC. Jika dilihat dari perspektif asam-basa Lewis, donor proton merupakan basa Lewis, sedangkan akseptor merupakan asam Lewis. | Dalam ikatan hidrogen, atom yang berikatan kovalen dengan hidrogen disebut sebagai donor proton, sedangkan atom yang tidak berikatan disebut akseptor. Penamaan ini merupakan penamaan rekomendasi dari IUPAC.<ref>Elangannan Arunan. [https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-10-01-02/html Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011)]. ''Pure and Applied Chemistry''. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.</ref> Jika dilihat dari perspektif asam-basa Lewis, donor proton merupakan basa Lewis, sedangkan akseptor merupakan asam Lewis. | ||
Ikatan hidrogen muncul sebagai hasil dari kombinasi berbagai fenomena fisika dan kimia: interaksi elektrostatik (muatan positif dan negatif parsial), ikatan kovalen (tumpang-tindih orbital), dan gaya dispersi London. | Ikatan hidrogen muncul sebagai hasil dari kombinasi berbagai fenomena fisika dan kimia: interaksi elektrostatik (muatan positif dan negatif parsial), ikatan kovalen (tumpang-tindih orbital), dan gaya dispersi London.<ref>Elangannan Arunan. [https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-10-01-02/html Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011)]. ''Pure and Applied Chemistry''. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.</ref> | ||
Seiring perkembangan zaman, atom hidrogen juga ditemukan mampu membentuk ikatan hidrogen yang lemah dengan atom [[belerang]] (S), klorin (Cl), dan bahkan juga karbon (C). Khususnya untuk atom karbon, hal ini dapat terjadi karena karbon (sebagai donor) berikatan pula dengan atom [[Elektronegativitas|elektronegatif]] seperti di [[kloroform]] dan aldehida. Meski sangat lemah, ikatan hidrogen ini bersifat penting untuk menjaga struktur berbagai zat. Dengan berbagai penemuan tentang hal ini, IUPAC merilis pembaruan untuk definisi ikatan hidrogen yang terbit di jurnal ''Pure and Applied Chemistry''. | Seiring perkembangan zaman, atom hidrogen juga ditemukan mampu membentuk ikatan hidrogen yang lemah dengan atom [[belerang]] (S), klorin (Cl), dan bahkan juga karbon (C). Khususnya untuk atom karbon, hal ini dapat terjadi karena karbon (sebagai donor) berikatan pula dengan atom [[Elektronegativitas|elektronegatif]] seperti di [[kloroform]] dan aldehida.<ref>Motohiro Nishio. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2011/cp/c1cp20404a The CH/π hydrogen bond in chemistry. Conformation, supramolecules, optical resolution and interactions involving carbohydrates]. ''Physical Chemistry Chemical Physics''. 2011-07-27. Vol. 13 (31). hlm. 13873–13900. doi:10.1039/C1CP20404A.</ref> Meski sangat lemah, ikatan hidrogen ini bersifat penting untuk menjaga struktur berbagai zat. Dengan berbagai penemuan tentang hal ini, IUPAC merilis pembaruan untuk definisi ikatan hidrogen yang terbit di jurnal ''Pure and Applied Chemistry''.<ref>Elangannan Arunan. [https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/PAC-REC-10-01-02/html Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011)]. ''Pure and Applied Chemistry''. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.</ref> | ||
=== Kekuatan ikatan === | === Kekuatan ikatan === | ||
Kekuatan ikatan hidrogen sangat beragam, dari lemah (1–2 kJ/mol) hingga kuat (161,5 kJ/mol pada ion HF<sub>2</sub><sup>−</sup>). Beberapa [[entalpi]] di fasa uap adalah sebagai berikut: | Kekuatan ikatan hidrogen sangat beragam, dari lemah (1–2 kJ/mol) hingga kuat (161,5 kJ/mol pada ion HF<sub>2</sub><sup>−</sup>).<ref>J. Emsley. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1980/cs/cs9800900091 Very strong hydrogen bonding]. ''Chemical Society Reviews''. 1980-01-01. Vol. 9 (1). hlm. 91–124. doi:10.1039/CS9800900091.</ref> Beberapa [[entalpi]] di fasa uap adalah sebagai berikut: | ||
* F−H···:F<sup>−</sup> (161,5 kJ/mol), khususnya di HF<sub>2</sub><sup>−</sup> | * F−H···:F<sup>−</sup> (161,5 kJ/mol), khususnya di HF<sub>2</sub><sup>−</sup> | ||
| Baris 27: | Baris 28: | ||
* N−H···:O (8 kJ/mol) seperti di air-amida | * N−H···:O (8 kJ/mol) seperti di air-amida | ||
Ikatan hidrogen antara C-H umumnya sangat jarang dan lemah. | Ikatan hidrogen antara C-H umumnya sangat jarang dan lemah.<ref>Yanliang Gu. [https://pubs.acs.org/doi/10.1021/ja991795g Fundamental Properties of the CH···O Interaction: Is It a True Hydrogen Bond?]. ''Journal of the American Chemical Society''. 1999-10-01. Vol. 121 (40). hlm. 9411–9422. doi:10.1021/ja991795g.</ref> | ||
Kekuatan ikatan hidrogen antarmolekul umumnya ditentukan dengan pengukuran energi molekul saat terjadi kesetimbangan, umumnya di larutan. Untuk kekuatan intramolekul, energi ini dipelajari dari kesetimbangan antara [[Isomerisme konformasi|konformasi molekul]] dengan dan tanpa ikatan hidrogen. Selain itu, metode untuk penentuan ikatan hidrogen di molekul kompleks adalah dengan kristalografi atau spektroskopi NMR. Detail struktur seperti jarak antara donor dan akseptor yang lebih rendah dari radius van der Waals dapat menjadi petunjuk kekuatan ikatan hidrogen. | Kekuatan ikatan hidrogen antarmolekul umumnya ditentukan dengan pengukuran energi molekul saat terjadi kesetimbangan, umumnya di larutan.<ref>Frank Biedermann. [https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemrev.5b00583 Experimental Binding Energies in Supramolecular Complexes]. ''Chemical Reviews''. 2016-05-11. Vol. 116 (9). hlm. 5216–5300. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00583.</ref> Untuk kekuatan intramolekul, energi ini dipelajari dari kesetimbangan antara [[Isomerisme konformasi|konformasi molekul]] dengan dan tanpa ikatan hidrogen. Selain itu, metode untuk penentuan ikatan hidrogen di molekul kompleks adalah dengan kristalografi atau spektroskopi NMR. Detail struktur seperti jarak antara donor dan akseptor yang lebih rendah dari radius van der Waals dapat menjadi petunjuk kekuatan ikatan hidrogen. | ||
=== Detail struktur === | === Detail struktur === | ||
Ikatan '''Dn−H''' umumnya memiliki ≈110 pm (0,11 nm atau 1,1 Angstrom), sedangkan '''H···Ac''' memiliki ukuran ≈160-200 pm (0,16-0,2 nm atau 1,6-2 Angstrom). Ukuran ikatan hidrogen umum adalah 197 pm. [[Geometri molekul]] juga memengaruhi kekuatan ikatan hidrogen dan dipengaruhi juga oleh donor hidrogen. Misalnya, molekul HF (donor atom fluorin) yang berinteraksi dengan [[Hidrogen sianida|asam sianida]] (linear, HCN) memiliki sudut 180°, sedangkan yang berinteraksi dengan [[formaldehida]] (planar segitiga, H<sub>2</sub>CO) memiliki sudut 120° dan air hanya 46°. | Ikatan '''Dn−H''' umumnya memiliki ≈110 pm (0,11 nm atau 1,1 Angstrom), sedangkan '''H···Ac''' memiliki ukuran ≈160-200 pm (0,16-0,2 nm atau 1,6-2 Angstrom). Ukuran ikatan hidrogen umum adalah 197 pm. [[Geometri molekul]] juga memengaruhi kekuatan ikatan hidrogen dan dipengaruhi juga oleh donor hidrogen. Misalnya, molekul HF (donor atom fluorin) yang berinteraksi dengan [[Hidrogen sianida|asam sianida]] (linear, HCN) memiliki sudut 180°, sedangkan yang berinteraksi dengan [[formaldehida]] (planar segitiga, H<sub>2</sub>CO) memiliki sudut 120° dan air hanya 46°.<ref>A. C. Legon. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1987/cs/cs9871600467 Angular geometries and other properties of hydrogen-bonded dimers: a simple electrostatic interpretation of the success of the electron-pair model]. ''Chemical Society Reviews''. 1987-01-01. Vol. 16 (0). hlm. 467–498. doi:10.1039/CS9871600467.</ref> | ||
=== Spektroskopi === | === Spektroskopi === | ||
Dalam spektroskopi NMR, ikatan hidrogen kuat akan menyebabkan pergeseran ''downfield'' pada spektrum <sup>1</sup>H NMR. Sebagai contoh, senyawa asetilaseton memiliki tautomer enol dengan geseran kimia 15,5 ppm; 10 ppm lebih tinggi daripada alkohol umumnya. | Dalam spektroskopi NMR, ikatan hidrogen kuat akan menyebabkan pergeseran ''downfield'' pada spektrum <sup>1</sup>H NMR. Sebagai contoh, senyawa asetilaseton memiliki tautomer enol dengan geseran kimia 15,5 ppm; 10 ppm lebih tinggi daripada alkohol umumnya.<ref>Horst Friebolin. ''Basic one- and two-dimensional NMR spectroscopy''. WILEY-VCH. 2005. ISBN 978-3-527-31233-7.</ref> | ||
Dalam spektroskopi IR, ikatan hidrogen menyebabkan frekuensi regangan '''Dn−H''' lebih rendah. Adanya tarikan dari '''Ac''' menyebabkan ikatan '''Dn−H''' umumnya lebih lemah, energi dan frekuensi vibrasi lebih rendah, dan bilangan gelombang lebih tinggi. Dari atom akseptor, kehadiran ikatan hidrogen juga memengaruhi frekuensi mode vibrasi inframerah sehingga dapat dipelajari keberadaannya. Dinamika inilah yang digunakan untuk mempelajari mode vibrasi OH pada air.<ref>M. L. Cowan. [https://www.nature.com/articles/nature03383 Ultrafast memory loss and energy redistribution in the hydrogen bond network of liquid H2O]. ''Nature''. 2005-03. Vol. 434 (7030). hlm. 199–202. doi:10.1038/nature03383.</ref> | |||
Dalam spektroskopi IR, ikatan hidrogen menyebabkan frekuensi regangan '''Dn−H''' lebih rendah. Adanya tarikan dari '''Ac''' menyebabkan ikatan '''Dn−H''' umumnya lebih lemah, energi dan frekuensi vibrasi lebih rendah, dan bilangan gelombang lebih tinggi. Dari atom akseptor, kehadiran ikatan hidrogen juga memengaruhi frekuensi mode vibrasi inframerah sehingga dapat dipelajari keberadaannya. Dinamika inilah yang digunakan untuk mempelajari mode vibrasi OH pada air. | |||
=== Telaah teoretis === | === Telaah teoretis === | ||
Ikatan hidrogen terus menjadi telaah penting teoretis di ilmu kimia. | Ikatan hidrogen terus menjadi telaah penting teoretis di ilmu kimia.<ref>Frank Weinhold. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/rp/c4rp00030g What is a hydrogen bond? Resonance covalency in the supramolecular domain]. ''Chemistry Education Research and Practice''. 2014-07-08. Vol. 15 (3). hlm. 276–285. doi:10.1039/C4RP00030G.</ref> | ||
== Sejarah == | == Sejarah == | ||
Konsep ikatan hidrogen merupakan salah satu konsep yang cukup rumit. Linus Pauling, salah satu kimiawan terkemuka yang mengajukan konsep keelektronegatifan, menyebut T. S. Moore dan T. F. Winmill sebagai orang-orang pertama yang menyebutnya. Keduanya menggunakan konsep ini untuk menjelaskan penemuan bahwa trimetilamonium hidroksida merupakan basa yang lebih lemah daripada tetrametilamonium hidroksida. Deskripsi yang lebih umum, yakni dalam membahas air, muncul tahun 1920 oleh Latimer dan Rodebush. | Konsep ikatan hidrogen merupakan salah satu konsep yang cukup rumit.<ref>Paul Needham. [https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0039368112000349 Hydrogen bonding: Homing in on a tricky chemical concept]. ''Studies in History and Philosophy of Science Part A''. 2013-03-01. Vol. 44 (1). hlm. 51–65. doi:10.1016/j.shpsa.2012.04.001.</ref> Linus Pauling, salah satu kimiawan terkemuka yang mengajukan konsep keelektronegatifan, menyebut T. S. Moore dan T. F. Winmill sebagai orang-orang pertama yang menyebutnya.<ref>Linus Pauling. [https://archive.org/details/natureofchemical0000paul_3ed The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals: an introduction to modern structural chemistry]. Cornell Univ. Press. 2010. ISBN 978-0-8014-0333-0.</ref><ref>Tom Sidney Moore. [https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/1912/ct/ct9120101635 CLXXVII.—The state of amines in aqueous solution]. ''Journal of the Chemical Society, Transactions''. 1912-01-01. Vol. 101 (0). hlm. 1635–1676. doi:10.1039/CT9120101635.</ref> Keduanya menggunakan konsep ini untuk menjelaskan penemuan bahwa trimetilamonium hidroksida merupakan basa yang lebih lemah daripada tetrametilamonium hidroksida. Deskripsi yang lebih umum, yakni dalam membahas air, muncul tahun 1920 oleh Latimer dan Rodebush.<ref>Wendell M. Latimer. [https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01452a015 POLARITY AND IONIZATION FROM THE STANDPOINT OF THE LEWIS THEORY OF VALENCE]. ''Journal of the American Chemical Society''. 1920-07-01. Vol. 42 (7). hlm. 1419–1433. doi:10.1021/ja01452a015.</ref> | ||
== Ikatan hidrogen di molekul kecil == | == Ikatan hidrogen di molekul kecil == | ||
=== Air === | === Air === | ||
Contoh ikatan hidrogen yang paling jelas adalah ikatan yang terjadi di molekul air (H<sub>2</sub>O). Dalam sebuah molekul air, terdapat dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Model yang paling sederhana adalah dimer dari air yang terjadi apabila air membentuk satu ikatan hidrogen dengan satu molekul air lain. Makin banyak jumlah molekul yang ada, makin banyak pula ikatan hidrogen yang terbentuk. | Contoh ikatan hidrogen yang paling jelas adalah ikatan yang terjadi di molekul air (H<sub>2</sub>O). Dalam sebuah molekul air, terdapat dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Model yang paling sederhana adalah dimer dari air yang terjadi apabila air membentuk satu ikatan hidrogen dengan satu molekul air lain. Makin banyak jumlah molekul yang ada, makin banyak pula ikatan hidrogen yang terbentuk. | ||
| Baris 55: | Baris 54: | ||
Selain itu, adanya ikatan hidrogen menyebabkan titik didih air menjadi tinggi (100 °C). Air mampu membentuk banyak ikatan hidrogen meski memiliki massa molar yang rendah. Air pun memiliki titik leleh yang tinggi dan visikositas yang tinggi pula, jika dibandingkan dengan senyawa dengan massa molar yang sama. | Selain itu, adanya ikatan hidrogen menyebabkan titik didih air menjadi tinggi (100 °C). Air mampu membentuk banyak ikatan hidrogen meski memiliki massa molar yang rendah. Air pun memiliki titik leleh yang tinggi dan visikositas yang tinggi pula, jika dibandingkan dengan senyawa dengan massa molar yang sama. | ||
Jumlah ikatan hidrogen yang terbentuk dari molekul air berubah setiap waktu dan suhu. Dalam sebuah model air TIP4P pada suhu 25 °C, molekul air rata-rata membentuk 3,59 ikatan hidrogen. Jumlah ini berkurang menjadi 3,24 pada suhu 100 °C, tetapi menjadi 3,69 pada suhu 0 °C. Namun, penentuan jumlah ini rumit dan kompleks untuk dilakukan sehingga penelitian lain pun bisa menghasilkan nilai yang berbeda, seperti 2,357 ikatan pada 25 °C. | Jumlah ikatan hidrogen yang terbentuk dari molekul air berubah setiap waktu dan suhu.<ref>William L. Jorgensen. [https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00268978500103111 Temperature and size dependence for Monte Carlo simulations of TIP4P water]. ''Molecular Physics''. 1985-12-20. Vol. 56 (6). hlm. 1381–1392. doi:10.1080/00268978500103111.</ref> Dalam sebuah model air TIP4P pada suhu 25 °C, molekul air rata-rata membentuk 3,59 ikatan hidrogen. Jumlah ini berkurang menjadi 3,24 pada suhu 100 °C, tetapi menjadi 3,69 pada suhu 0 °C.<ref>William L. Jorgensen. [https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/00268978500103111 Temperature and size dependence for Monte Carlo simulations of TIP4P water]. ''Molecular Physics''. 1985-12-20. Vol. 56 (6). hlm. 1381–1392. doi:10.1080/00268978500103111.</ref> Namun, penentuan jumlah ini rumit dan kompleks untuk dilakukan sehingga penelitian lain pun bisa menghasilkan nilai yang berbeda, seperti 2,357 ikatan pada 25 °C.<ref>Jan Zielkiewicz. [https://pubs.aip.org/aip/jcp/article-abstract/123/10/104501/898431/Structural-properties-of-water-Comparison-of-the?redirectedFrom=fulltext Structural properties of water: Comparison of the SPC, SPCE, TIP4P, and TIP5P models of water]. ''The Journal of Chemical Physics''. 2005-09-09. Vol. 123 (10). hlm. 104501. doi:10.1063/1.2018637.</ref> | ||
Air pun juga dapat membentuk ikatan hidrogen dengan zat terlarut. Hal ini yang menjadi pendorong pelarutan zat, tetapi juga menghambat terbentuknya ikatan hidrogen sesama zat terlarut. Zat yang terlarut dapat dikatakan memiliki kecenderungan untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air daripada dengan sesama zat terlarut.<ref>Neil. Stahl. [https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja00274a058 Hydrogen bonding between solutes in aqueous solution]. ''Journal of the American Chemical Society''. 1986-07-01. Vol. 108 (14). hlm. 4196–4205. doi:10.1021/ja00274a058.</ref> Mengingat bahwa air memiliki polaritas yang tinggi dan mampu membentuk gaya dipol-dipol atau ion-dipol, air menjadi pelarut universal yang mampu melarutkan garam dan senyawa polar. | |||
=== Koordinasi lebih ikatan hidrogen dalam air === | === Koordinasi lebih ikatan hidrogen dalam air === | ||
Satu atom hidrogen dapat terlibat dalam dua ikatan hidrogen. Hal ini dapat terjadi pada molekul organik kompleks dan bahkan disebutkan merupakan komponen penting supaya molekul air mampu mengalami reorientasi molekul. Atom oksigen akseptor lebih mungkin mengalami ikatan hidrogen tipe seperti ini daripada atom oksigen donor. | Satu atom hidrogen dapat terlibat dalam dua ikatan hidrogen. Hal ini dapat terjadi pada molekul organik kompleks dan bahkan disebutkan merupakan komponen penting supaya molekul air mampu mengalami reorientasi molekul.<ref>Michel Baron. [https://cdnsciencepub.com/doi/10.1139/v84-087 Hétérocycles à fonction quinone. V. Réaction anormale de la butanedione avec la diamino-1,2 anthraquinone; structure cristalline de la naphto [2,3-f] quinoxalinedione-7,12 obtenue]. ''Canadian Journal of Chemistry''. 1984-03. Vol. 62 (3). hlm. 526–530. doi:10.1139/v84-087.</ref><ref>Damien Laage. [https://www.science.org/doi/10.1126/science.1122154 A Molecular Jump Mechanism of Water Reorientation]. ''Science''. 2006-02-10. Vol. 311 (5762). hlm. 832–835. doi:10.1126/science.1122154.</ref> Atom oksigen akseptor lebih mungkin mengalami ikatan hidrogen tipe seperti ini daripada atom oksigen donor.<ref>Omer Markovitch. [https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/00268970701877921 The distribution of acceptor and donor hydrogen-bonds in bulk liquid water]. ''Molecular Physics''. 2008-02-01. Vol. 106 (2-4). hlm. 485–495. doi:10.1080/00268970701877921.</ref> | ||
=== Dampak lain === | === Dampak lain === | ||
| Baris 77: | Baris 75: | ||
== Ikatan hidrogen di polimer == | == Ikatan hidrogen di polimer == | ||
=== Struktur DNA === | === Struktur DNA === | ||
Ikatan hidrogen juga berperan penting dalam struktur DNA. Basa nitrogen dalam DNA terhubung melalui ikatan hidrogen, membentuk pasangan basa nitrogen. Selain itu, bentuk pilinan atau heliks DNA tercipta karena adanya ikatan hidrogen, yang menyebabkan struktur DNA melengkung dan melingkar. Tanpa ikatan hidrogen, bentuk heliks DNA tidak akan terbentuk. | Ikatan hidrogen juga berperan penting dalam struktur DNA. Basa nitrogen dalam DNA terhubung melalui ikatan hidrogen, membentuk pasangan basa nitrogen. Selain itu, bentuk pilinan atau heliks DNA tercipta karena adanya ikatan hidrogen, yang menyebabkan struktur DNA melengkung dan melingkar. Tanpa ikatan hidrogen, bentuk heliks DNA tidak akan terbentuk. | ||
== Referensi == | == Referensi == | ||
<references /> | |||
== Sumber dan atribusi == | |||
Konten artikel ini diadaptasi dari [https://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Ikatan+hidrogen&oldid=29511708 Wikipedia bahasa Indonesia], revisi 29511708 (2026-08-01T05:02:00Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Gambar pada artikel ini bersumber dari Wikimedia Commons dan mengikuti ketentuan lisensi masing-masing berkas. Mohon gunakan konten dan media secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku. | |||
<!-- WIKI_UNISSULA_PRESENTATION_V4 --> | |||
Revisi terkini sejak 28 Agustus 2026 17.56
Dalam kimia, ikatan hidrogen merupakan interaksi molekul yang melibatkan atom hidrogen (H) dengan atom lain dengan sebuah pasangan elektron bebas. Dalam hal ini, atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan sebuah atom donor (Dn) berinteraksi dengan atom lain (Ac) yang memiliki keelektronegatifan tinggi. Ikatan ini umumnya digambar sebagai Dn−H···Ac dengan garis tebal sebagai ikatan kovalen dan titik-titik sebagai ikatan hidrogen.[1]
Atom-atom yang umumnya terlibat dalam ikatan hidrogen adalah atom nitrogen (N), oksigen (O), dan fluorin (F). Berbeda dengan interaksi dipol-dipol yang berasal dari tarik-menarik dipol positif dan negatif, ikatan hidrogen juga melibatkan aspek interaksi orbital dan delokalisasi elektron sehingga bersifat lebih kompleks.[2]
Ikatan hidrogen relatif bersifat lebih kuat daripada gaya antarmolekul lain, tetapi lebih lemah dari ikatan kimia seperti ikatan kovalen dan ikatan ion.[3] Kekuatannya dipengaruhi geometri (susunan atom yang terlibat), lingkungan (pelarut dan molekul lain), serta identitas atom yang terlibat sehingga memiliki energi dari lemah (1-2 kJ mol−1) hingga tinggi (>155 kJ mol−1).[4][5] Walau dikenal sebagai gaya antarmolekul, ikatan hidrogen dapat terjadi pula pada molekul yang sama (intramolekul).
Ikatan hidrogen memiliki peran penting di ilmu kimia, ilmu biologi, dan juga ilmu material. Ikatan ini berperan dalam menstabilkan heliks ganda DNA dan struktur protein, memberikan titik didih yang tinggi terhadap air dan hidrogen fluorida, dan juga memberikan sifat kekakuan terhadap material seperti kertas, wol, dan hidrogel.
Ikatan hidrogen juga sangat berpengaruh pada spektroskopi. Contoh yang paling nyata adalah pada spektroskopi inframerah, dengan adanya ikatan hidrogen akan memperlebar stretching.[6]
Ikatan
Pengertian dan sifat umum
Dalam ikatan hidrogen, atom yang berikatan kovalen dengan hidrogen disebut sebagai donor proton, sedangkan atom yang tidak berikatan disebut akseptor. Penamaan ini merupakan penamaan rekomendasi dari IUPAC.[7] Jika dilihat dari perspektif asam-basa Lewis, donor proton merupakan basa Lewis, sedangkan akseptor merupakan asam Lewis.
Ikatan hidrogen muncul sebagai hasil dari kombinasi berbagai fenomena fisika dan kimia: interaksi elektrostatik (muatan positif dan negatif parsial), ikatan kovalen (tumpang-tindih orbital), dan gaya dispersi London.[8]
Seiring perkembangan zaman, atom hidrogen juga ditemukan mampu membentuk ikatan hidrogen yang lemah dengan atom belerang (S), klorin (Cl), dan bahkan juga karbon (C). Khususnya untuk atom karbon, hal ini dapat terjadi karena karbon (sebagai donor) berikatan pula dengan atom elektronegatif seperti di kloroform dan aldehida.[9] Meski sangat lemah, ikatan hidrogen ini bersifat penting untuk menjaga struktur berbagai zat. Dengan berbagai penemuan tentang hal ini, IUPAC merilis pembaruan untuk definisi ikatan hidrogen yang terbit di jurnal Pure and Applied Chemistry.[10]
Kekuatan ikatan
Kekuatan ikatan hidrogen sangat beragam, dari lemah (1–2 kJ/mol) hingga kuat (161,5 kJ/mol pada ion HF2−).[11] Beberapa entalpi di fasa uap adalah sebagai berikut:
- F−H···:F− (161,5 kJ/mol), khususnya di HF2−
- O−H···:N (29 kJ/mol) seperti di air-amonia
- O−H···:O (21 kJ/mol) seperti di air-air atau alkohol-alkohol
- N−H···:N (13 kJ/mol) seperti di amonia-amonia
- N−H···:O (8 kJ/mol) seperti di air-amida
Ikatan hidrogen antara C-H umumnya sangat jarang dan lemah.[12]
Kekuatan ikatan hidrogen antarmolekul umumnya ditentukan dengan pengukuran energi molekul saat terjadi kesetimbangan, umumnya di larutan.[13] Untuk kekuatan intramolekul, energi ini dipelajari dari kesetimbangan antara konformasi molekul dengan dan tanpa ikatan hidrogen. Selain itu, metode untuk penentuan ikatan hidrogen di molekul kompleks adalah dengan kristalografi atau spektroskopi NMR. Detail struktur seperti jarak antara donor dan akseptor yang lebih rendah dari radius van der Waals dapat menjadi petunjuk kekuatan ikatan hidrogen.
Detail struktur
Ikatan Dn−H umumnya memiliki ≈110 pm (0,11 nm atau 1,1 Angstrom), sedangkan H···Ac memiliki ukuran ≈160-200 pm (0,16-0,2 nm atau 1,6-2 Angstrom). Ukuran ikatan hidrogen umum adalah 197 pm. Geometri molekul juga memengaruhi kekuatan ikatan hidrogen dan dipengaruhi juga oleh donor hidrogen. Misalnya, molekul HF (donor atom fluorin) yang berinteraksi dengan asam sianida (linear, HCN) memiliki sudut 180°, sedangkan yang berinteraksi dengan formaldehida (planar segitiga, H2CO) memiliki sudut 120° dan air hanya 46°.[14]
Spektroskopi
Dalam spektroskopi NMR, ikatan hidrogen kuat akan menyebabkan pergeseran downfield pada spektrum 1H NMR. Sebagai contoh, senyawa asetilaseton memiliki tautomer enol dengan geseran kimia 15,5 ppm; 10 ppm lebih tinggi daripada alkohol umumnya.[15]
Dalam spektroskopi IR, ikatan hidrogen menyebabkan frekuensi regangan Dn−H lebih rendah. Adanya tarikan dari Ac menyebabkan ikatan Dn−H umumnya lebih lemah, energi dan frekuensi vibrasi lebih rendah, dan bilangan gelombang lebih tinggi. Dari atom akseptor, kehadiran ikatan hidrogen juga memengaruhi frekuensi mode vibrasi inframerah sehingga dapat dipelajari keberadaannya. Dinamika inilah yang digunakan untuk mempelajari mode vibrasi OH pada air.[16]
Telaah teoretis
Ikatan hidrogen terus menjadi telaah penting teoretis di ilmu kimia.[17]
Sejarah
Konsep ikatan hidrogen merupakan salah satu konsep yang cukup rumit.[18] Linus Pauling, salah satu kimiawan terkemuka yang mengajukan konsep keelektronegatifan, menyebut T. S. Moore dan T. F. Winmill sebagai orang-orang pertama yang menyebutnya.[19][20] Keduanya menggunakan konsep ini untuk menjelaskan penemuan bahwa trimetilamonium hidroksida merupakan basa yang lebih lemah daripada tetrametilamonium hidroksida. Deskripsi yang lebih umum, yakni dalam membahas air, muncul tahun 1920 oleh Latimer dan Rodebush.[21]
Ikatan hidrogen di molekul kecil
Air
Contoh ikatan hidrogen yang paling jelas adalah ikatan yang terjadi di molekul air (H2O). Dalam sebuah molekul air, terdapat dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Model yang paling sederhana adalah dimer dari air yang terjadi apabila air membentuk satu ikatan hidrogen dengan satu molekul air lain. Makin banyak jumlah molekul yang ada, makin banyak pula ikatan hidrogen yang terbentuk.
Salah satu dampak dari ikatan hidrogen adalah struktur kristal dari es. Molekul air membentuk kisi heksagonal yang kosong, sehingga membuat massa jenis es lebih rendah daripada massa jenis es. Akibatnya, es mengapung di cairan air, berbeda dengan padatan dari cairan yang lain.
Selain itu, adanya ikatan hidrogen menyebabkan titik didih air menjadi tinggi (100 °C). Air mampu membentuk banyak ikatan hidrogen meski memiliki massa molar yang rendah. Air pun memiliki titik leleh yang tinggi dan visikositas yang tinggi pula, jika dibandingkan dengan senyawa dengan massa molar yang sama.
Jumlah ikatan hidrogen yang terbentuk dari molekul air berubah setiap waktu dan suhu.[22] Dalam sebuah model air TIP4P pada suhu 25 °C, molekul air rata-rata membentuk 3,59 ikatan hidrogen. Jumlah ini berkurang menjadi 3,24 pada suhu 100 °C, tetapi menjadi 3,69 pada suhu 0 °C.[23] Namun, penentuan jumlah ini rumit dan kompleks untuk dilakukan sehingga penelitian lain pun bisa menghasilkan nilai yang berbeda, seperti 2,357 ikatan pada 25 °C.[24]
Air pun juga dapat membentuk ikatan hidrogen dengan zat terlarut. Hal ini yang menjadi pendorong pelarutan zat, tetapi juga menghambat terbentuknya ikatan hidrogen sesama zat terlarut. Zat yang terlarut dapat dikatakan memiliki kecenderungan untuk membentuk ikatan hidrogen dengan air daripada dengan sesama zat terlarut.[25] Mengingat bahwa air memiliki polaritas yang tinggi dan mampu membentuk gaya dipol-dipol atau ion-dipol, air menjadi pelarut universal yang mampu melarutkan garam dan senyawa polar.
Koordinasi lebih ikatan hidrogen dalam air
Satu atom hidrogen dapat terlibat dalam dua ikatan hidrogen. Hal ini dapat terjadi pada molekul organik kompleks dan bahkan disebutkan merupakan komponen penting supaya molekul air mampu mengalami reorientasi molekul.[26][27] Atom oksigen akseptor lebih mungkin mengalami ikatan hidrogen tipe seperti ini daripada atom oksigen donor.[28]
Dampak lain
Senyawa hidrogen fluorida (dengan tiga pasangan elektron bebas di atom F dan satu atom H) hanya mampu membentuk dua ikatan. Di sisi lain, amonia memiliki tiga atom hidrogen, tetapi hanya satu pasangan elektron bebas di atom nitrogen. Akibatnya, keduanya hanya mampu membentuk dua ikatan hidrogen.
Dampak lain dari ikatan hidrogen ini antara lain sebagai berikut:
- Kenaikan visikositas, titik didih, dan titik leleh, dan senyawa dapat dijelaskan dengan ikatan hidrogen. Hal ini terlihat jelas di asam fosfat dan gliserol
- Titik didih NH3, H2O, dan HF yang jauh lebih tinggi daripada PH3, H2S, dan HCl
- Pembentukan dimer asam karboksilat dan heksamer hidrogen fluorida
- Terbentuknya pentamer air dan alkohol di pelarut nonpolar, dan
- Kenaikan titik didih senyawa alkohol dari senyawa alkana dengan jumlah karbon yang sama
- Menstabilkan salah satu isomer, seperti bentuk enol dari asetilaseton
- Menstabilkan ligan dan kompleks, seperti kompleks Ni(DMG)2
Ikatan hidrogen di polimer
Struktur DNA
Ikatan hidrogen juga berperan penting dalam struktur DNA. Basa nitrogen dalam DNA terhubung melalui ikatan hidrogen, membentuk pasangan basa nitrogen. Selain itu, bentuk pilinan atau heliks DNA tercipta karena adanya ikatan hidrogen, yang menyebabkan struktur DNA melengkung dan melingkar. Tanpa ikatan hidrogen, bentuk heliks DNA tidak akan terbentuk.
Referensi
- ↑ Elangannan Arunan. Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011). Pure and Applied Chemistry. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.
- ↑ Frank Weinhold. What is a hydrogen bond? Resonance covalency in the supramolecular domain. Chemistry Education Research and Practice. 2014-07-08. Vol. 15 (3). hlm. 276–285. doi:10.1039/C4RP00030G.
- ↑ Cecie Starr. Biology Today and Tomorrow with Physiology. Cengage Learning. 2015. hlm. 39. ISBN 9781305480643.
- ↑ Thomas Steiner. The Hydrogen Bond in the Solid State. Angewandte Chemie International Edition. 2002. Vol. 41 (1). hlm. 48–76. doi:10.1002/1521-3773(20020104)41:1 3.0.CO;2-U.
- ↑ J. Emsley. Very strong hydrogen bonding. Chemical Society Reviews. 1980-01-01. Vol. 9 (1). hlm. 91–124. doi:10.1039/CS9800900091.
- ↑ Ikatan Hidrogen
- ↑ Elangannan Arunan. Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011). Pure and Applied Chemistry. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.
- ↑ Elangannan Arunan. Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011). Pure and Applied Chemistry. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.
- ↑ Motohiro Nishio. The CH/π hydrogen bond in chemistry. Conformation, supramolecules, optical resolution and interactions involving carbohydrates. Physical Chemistry Chemical Physics. 2011-07-27. Vol. 13 (31). hlm. 13873–13900. doi:10.1039/C1CP20404A.
- ↑ Elangannan Arunan. Definition of the hydrogen bond (IUPAC Recommendations 2011). Pure and Applied Chemistry. 2011-07-08. Vol. 83 (8). hlm. 1637–1641. doi:10.1351/PAC-REC-10-01-02.
- ↑ J. Emsley. Very strong hydrogen bonding. Chemical Society Reviews. 1980-01-01. Vol. 9 (1). hlm. 91–124. doi:10.1039/CS9800900091.
- ↑ Yanliang Gu. Fundamental Properties of the CH···O Interaction: Is It a True Hydrogen Bond?. Journal of the American Chemical Society. 1999-10-01. Vol. 121 (40). hlm. 9411–9422. doi:10.1021/ja991795g.
- ↑ Frank Biedermann. Experimental Binding Energies in Supramolecular Complexes. Chemical Reviews. 2016-05-11. Vol. 116 (9). hlm. 5216–5300. doi:10.1021/acs.chemrev.5b00583.
- ↑ A. C. Legon. Angular geometries and other properties of hydrogen-bonded dimers: a simple electrostatic interpretation of the success of the electron-pair model. Chemical Society Reviews. 1987-01-01. Vol. 16 (0). hlm. 467–498. doi:10.1039/CS9871600467.
- ↑ Horst Friebolin. Basic one- and two-dimensional NMR spectroscopy. WILEY-VCH. 2005. ISBN 978-3-527-31233-7.
- ↑ M. L. Cowan. Ultrafast memory loss and energy redistribution in the hydrogen bond network of liquid H2O. Nature. 2005-03. Vol. 434 (7030). hlm. 199–202. doi:10.1038/nature03383.
- ↑ Frank Weinhold. What is a hydrogen bond? Resonance covalency in the supramolecular domain. Chemistry Education Research and Practice. 2014-07-08. Vol. 15 (3). hlm. 276–285. doi:10.1039/C4RP00030G.
- ↑ Paul Needham. Hydrogen bonding: Homing in on a tricky chemical concept. Studies in History and Philosophy of Science Part A. 2013-03-01. Vol. 44 (1). hlm. 51–65. doi:10.1016/j.shpsa.2012.04.001.
- ↑ Linus Pauling. The nature of the chemical bond and the structure of molecules and crystals: an introduction to modern structural chemistry. Cornell Univ. Press. 2010. ISBN 978-0-8014-0333-0.
- ↑ Tom Sidney Moore. CLXXVII.—The state of amines in aqueous solution. Journal of the Chemical Society, Transactions. 1912-01-01. Vol. 101 (0). hlm. 1635–1676. doi:10.1039/CT9120101635.
- ↑ Wendell M. Latimer. POLARITY AND IONIZATION FROM THE STANDPOINT OF THE LEWIS THEORY OF VALENCE. Journal of the American Chemical Society. 1920-07-01. Vol. 42 (7). hlm. 1419–1433. doi:10.1021/ja01452a015.
- ↑ William L. Jorgensen. Temperature and size dependence for Monte Carlo simulations of TIP4P water. Molecular Physics. 1985-12-20. Vol. 56 (6). hlm. 1381–1392. doi:10.1080/00268978500103111.
- ↑ William L. Jorgensen. Temperature and size dependence for Monte Carlo simulations of TIP4P water. Molecular Physics. 1985-12-20. Vol. 56 (6). hlm. 1381–1392. doi:10.1080/00268978500103111.
- ↑ Jan Zielkiewicz. Structural properties of water: Comparison of the SPC, SPCE, TIP4P, and TIP5P models of water. The Journal of Chemical Physics. 2005-09-09. Vol. 123 (10). hlm. 104501. doi:10.1063/1.2018637.
- ↑ Neil. Stahl. Hydrogen bonding between solutes in aqueous solution. Journal of the American Chemical Society. 1986-07-01. Vol. 108 (14). hlm. 4196–4205. doi:10.1021/ja00274a058.
- ↑ Michel Baron. Hétérocycles à fonction quinone. V. Réaction anormale de la butanedione avec la diamino-1,2 anthraquinone; structure cristalline de la naphto [2,3-f quinoxalinedione-7,12 obtenue]. Canadian Journal of Chemistry. 1984-03. Vol. 62 (3). hlm. 526–530. doi:10.1139/v84-087.
- ↑ Damien Laage. A Molecular Jump Mechanism of Water Reorientation. Science. 2006-02-10. Vol. 311 (5762). hlm. 832–835. doi:10.1126/science.1122154.
- ↑ Omer Markovitch. The distribution of acceptor and donor hydrogen-bonds in bulk liquid water. Molecular Physics. 2008-02-01. Vol. 106 (2-4). hlm. 485–495. doi:10.1080/00268970701877921.
Sumber dan atribusi
Konten artikel ini diadaptasi dari Wikipedia bahasa Indonesia, revisi 29511708 (2026-08-01T05:02:00Z), yang tersedia berdasarkan lisensi Creative Commons Atribusi-BerbagiSerupa (CC BY-SA). Gambar pada artikel ini bersumber dari Wikimedia Commons dan mengikuti ketentuan lisensi masing-masing berkas. Mohon gunakan konten dan media secara bijak serta sesuai dengan ketentuan lisensi yang berlaku.