Titik Didih dan Tarik-Menarik Antarmolekul

Apa yang Putus Saat Mendidih?

Saat zat cair mendidih menjadi gas, yang terputus adalah tarikan antarmolekul, bukan ikatan kovalen di dalam molekul itu sendiri.

Ketika air di dalam panci dipanaskan hingga mencapai titik didihnya ($100^\circ\text{C}$), partikel-partikel cairan memperoleh energi kinetik yang cukup untuk melepaskan diri dari tarikan molekul-molekul di sebelahnya. Molekul yang bebas ini kemudian menyebar ke udara sebagai gas (uap air). Dalam wujud uap tersebut, molekul $\text{H}_2\text{O}$ tetap utuh sempurna sebagai satu atom oksigen yang mengikat dua atom hidrogen, bukan terurai menjadi gas hidrogen ($\text{H}_2$) dan gas oksigen ($\text{O}_2$) bebas.

Miskonsepsi ini sering membuat kita keliru memilih Opsi B pada soal. Di opsi tersebut dikatakan bahwa mendidih terjadi karena pemutusan ikatan kovalen polar di dalam molekul $\text{H}_2\text{O}$. Padahal, memutus ikatan kovalen $\text{O}-\text{H}$ membutuhkan reaksi kimia bersuhu ribuan derajat celsius atau proses elektrolisis berenergi tinggi, bukan sekadar mendidihkan air di atas kompor pada suhu $100^\circ\text{C}$.

Efek Ukuran pada Titik Didih

Tanpa gaya tarik khusus, senyawa mematuhi tren kenaikan titik didih seiring bertambahnya ukuran molekul karena gaya London yang makin kuat.

Coba amati kembali grafik pada soal, khususnya dari hidrogen sulfida ($\text{H}_2\text{S}$), hidrogen selenida ($\text{H}_2\text{Se}$), hingga hidrogen telurida ($\text{H}_2\text{Te}$). Garis kurvanya memperlihatkan tren yang menanjak secara teratur seiring bertambahnya massa molekul relatif ($M_r$). Kenaikan ini terjadi karena ukuran atom pusatnya membesar dari $\text{S}$ ke $\text{Se}$ lalu $\text{Te}$. Makin besar suatu molekul, awan elektron yang mengelilinginya makin luas dan tebal, sehingga lebih mudah mengalami polarisasi sesaat yang memicu tarikan antarmolekul bernama gaya London.

Tarikan gaya London ini ibarat gesekan permukaan kain beludru yang lebar. Makin besar ukuran molekul (orang yang berbadan besar), makin luas area kontak antarmolekulnya, sehingga dibutuhkan energi kalor yang lebih banyak untuk memisahkan molekul-molekul tersebut agar bisa menguap.

Fakta ini sekaligus menggugurkan Opsi A dan Opsi E pada soal:

• Opsi A salah karena atom oksigen pada $\text{H}_2\text{O}$ berada di periode paling atas dalam golongannya, sehingga ukurannya paling kecil dan gaya London-nya justru paling lemah di antara keempat hidrida tersebut.

• Opsi E salah karena menyatakan bahwa gaya antarmolekul yang lebih lemah dapat menaikkan titik didih—dua pernyataan yang saling bertentangan secara logika fisika kimia.

Misteri Air dan Ikatan Hidrogen

Air memiliki anomali titik didih super tinggi dibandingkan golongannya akibat ikatan hidrogen antarmolekul yang terbentuk oleh atom Oksigen.

Jika air ($\text{H}_2\text{O}$) hanya mengandalkan gaya London seperti saudara-saudaranya di golongan VIA, titik didihnya diprediksi berada di bawah $-80^\circ\text{C}$ karena massanya paling kecil. Namun kenyataannya, air baru mendidih pada suhu $100^\circ\text{C}$! Mengapa bisa ada lonjakan titik didih yang begitu ekstrem? Penyebab utamanya adalah perbedaan keelektronegatifan yang tajam antara atom oksigen dan hidrogen.

Atom oksigen memiliki keelektronegatifan yang sangat tinggi dan jari-jari atom yang kecil. Oksigen menarik pasangan elektron ikatan dengan sangat kuat, menciptakan kutub negatif parsial ($\delta^-$) yang pekat pada oksigen dan kutub positif parsial ($\delta^+$) pada hidrogen. Ketika molekul $\text{H}_2\text{O}$ berdekatan dengan molekul $\text{H}_2\text{O}$ lainnya, terjadi tarik-menarik elektrostatik khusus yang disebut ikatan hidrogen.

Penjelasan inilah yang membuktikan kebenaran Opsi D (kunci jawaban). Di sisi lain, Opsi C salah karena air tetaplah senyawa kovalen molekuler; polaritas yang kuat tidak mengubah ikatan kovalen di dalam air menjadi ikatan ion seperti pada garam dapur ($\text{NaCl}$).