air

A.    Kepolaran Air

            Molekul air memiliki bentuk V dengan atom hidrogen 2 yang bergabung dengan atom oksigen. Penggabungan ikatan atom oksigen dan hidrogen ini menggunakan ikatan kovalen tunggal. Oksigen memiliki sifat lebih elektronegatif dari hidrogen. Dengan demikian elektron pada ikatan kovalen akan lebih lama di dekat oksigen daripada di hidrogen. Elektron-elektron yang lebih sering berada di dekat atom oksigen sehingga menyebarannya tak rata sehingga air akan bersifat polar.

            Dengan elektron yang sering berada di atom oksigen,atom hidrogen akan bersifat agak positif. Atom hidrogen yang agak positif ini akan menarik atom oksigen yang agak negatif dan ditahan dengan ikatan hidrogen.

            Molekul air secara teoritis tiap 4 molekul air berikatan sehingga terbentuk ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen pada air berwujud cair memiliki ikatan hidrogen rapuh dengan kekuatan kovalen 1/20. Ikatan hidrogen yang terbentuk ini akan putus dan menyambung dengan frekuensi tinggi dan waktu singkat. Tapi saat kondisi air berwujud padat,setiap molekul air memiliki sifat tetap pada ruangan dan hanya membentuk ikatan hidrogen dengan maksimal 4 molekul air. Dengan sifat seperti itu maka air bersifat polar.

B.     Orbital Air yang Tumpang Tindih

            Pada molekul air terdapat 2 atom hidrogen dan 1 atom oksigen. Oksigen dan hidrogen akan berikatan. Konfigurasi elektron kulit terluar oksigen adalah : 1s² 2s² 2p⁴. Dari konfigurasi ini terdapat 2 elektron yang tak memiliki pasangan. Sehingga 2 atom hidrogen dengan elektronnya dapat terikat di oksigen. Cara mengikatnya dengan orbital 1s-nya tumpang tindih  dengan orbital p oksigen yang terisi sebagian. Sehingga diagram orbital oksigen dalam air terisi penuh  dengan konfigurasi:  1s² 2s² 2p⁶.

            Jika 2 orbital p cenderung membentuk sudut 90°,dapat diduga bahwa ikatan H-O-H di air serupa. Tapi sayangnya sudut yang terbentuk adalah 104,5°. Hal ini dapat terjadi karena atom oksigen yang kecil sehingga awan elektron atom hidrogen terpaksa tumpang tindih bila diikatan 90°. Dengan pembentukan ikatan antara oksigen dengan hidrogen,orbital tiap hidrogen efektif diduduki sepasang elektrong sehingga tumpang-tindihnya menempatkan 2pasang elektron di daerah sama.  Dalam molekul air terdapat gaya tolak-menolak kuat yang terjadi antara awan elektron hidrogen mendorong elektron-elektron unu berjauhan dan terjadilah sudut ikatan 104,5°.

C.    Air sebagai Pelarut

            Air disebut pelarut universal. Hal ini dikarenakan dapat melarutkan banyak substansi. Struktur ionik larut dalam air karena molekul negatif air mengikat kation dari komponen ionik dan ion positif mengikat aton. Tetapi air tak dapat melarutkan lemak dan minyak. Larutan yang dapat larut dalam air memiliki wilayah ionik dan wilayah polar. Senyawa yang dapat larut dalam air merupakan senyawa organik netral dengan gugus fungsional,gugus karboksil dan gugus amino. Senyawa yang dapat larut dalam air seperti,gula,alkohol,keton dan aldehida.

Air dapat mendispersi suatu senyawa. Air mendispersi senyawa karena senyawa tersebut memiliki gugus hidrofobik dan hidrofilik,bersifat amfipatik. Senyawa amfipatik yang dicampur dengan air akan membentuk misel. Misel terbentuk karena rantai hidrokarbon yang hidrofobik dan tak dapat larut di air sehingga senyawa tersebut hanya akan terdispersi saja serta terbentuklah gumpalan. Gugus hidrofiliknya akan berinteraksi dengan air sedangkan gugus hidrofobiknya akan bersembunyi pada struktur.Rantai hidrokarbon masuk ke dalam misel yang tak berair akibat dari air cenderung membentuk ikatan hidrogen dan bersatu dengan gugus hidrofilik sehingga rantai karbon terpaksa berada di misel.

 

A.    Kohesi Air

Air yang mengadakan ikatan terus-menerus membentuk ikatan hidrogen membuat air lebih terstruktur. Air akan mengalami kohesi yang berupa sifat air yang berusaha mempertahankan keutuhannya.

Dengan sifat air yang kohesi karena adanya ikatan hidrogen ini,beberapa organisme diuntungkan. Contohnya  tumbuhan,pengankutan air serta nutrien dari akar ke daun dapat melawan gravitasi. Saat air di daun teruapkan,ikatan hidrogen akan membuat molekul air meninggalkan vena dan menarik molekul dibawahnya sehingga tertarik ke atas yang diteruskan melalui sel pengankut air sampai ke akar.

            Dengan adanya ikatan hidrogen dalam air juga membantu adesi air. Adesi merupakan melekatnya zat ke zat yang berbeda. Adhesi ikatan hidrogen air membantu melawan tarikan gravitasi ke tanah,sehingga beberapa hewan dapat berjalan di atas permukaan air.

B.     Kalor Jenis Air

Air mempunyai kemampuan menstabilkan suhu karena kalor jenis air tinggi. Dibandingkan dengan pelarut lain,air memiliki kalor jenis yang lebih tinggi. Sehingga saat musim panas dan siang hari air menyerap panas dari sinar matahari tapi suhunya hanya mengalami perubahan beberapa derajat saja. Tapi air dapat menahan perubahan suhu.

Saat air akan mengubah suhunya,air akan menyerap atau melepas jumlah kalor setiap perubahan suhu. Penyerapan kalori digunakan untuk memutus ikatan hidrogen.  Sedangkan air melepas kalori ketika membentuk ikatan hidrogen sehingga air akan menghangatkan udara.

Dengan adanya komponen air dalam jumlah yang besar pada tiap organisme,organisme tersebut dapat menahan perubahan suhu. Manfaat lain dari sifat air ini adalah menjaga fluktuasi suhu di bumi sehingga menunjang kehidupan organisme yang hidup di dalamnya.

C.    Air sebagai Pendingin Evaporatif

Kalor penguapan tinggi pada air disebabkan oleh adanya ikatan hidrogen. Ikatan hidrogen pada air ini harus diputus sebelum molekul air keluar dari cairan. Agar air teruapkan dibutuhkan energi yang tinggi. Ketika air laut teruapkan dengan sinar matahari pada daerah tropis,udara akan tersirkulasi ke arah kutub. Dengan tersirkulasinya udara yang mengandung air ini,udara akan melepaskan kalor kemudian terkondensasi dan terbentuklah hujan.

Molekul air yang terpanas dengan energi kinetik tinggi akan terlepas membentuk gas sehingga terjadi pendinginan evaporatif. Manfaat dari sifat pendingan evaporatif air ini adalah suhu yang stabil sehingga organisme terhindar dari pemanasan berlebih.

D.    Insulasi Badan Air oleh Es yang Mengapung

Air dalam wujud padatan memiliki densitas lebih rendah dari saat berwujud cair. Ketika air memadat,air malah mengembang berbeda pada zat umumnya yang akan mengerut. Perilaku mengembang ini terjadi akibat  adanya ikatan hidrogen.

Saat air berada pada suhu diatas 4°C,air memuai ketika suhunya naik dan mengalami pengerutan pada suhu mendingin. Molekul air tak dapat bergerak gesit agar ikatan hidrogennya terputus saat air mulai membeku.

Dengan suhu turun ke arah 0°C,ikatan hidrogen akan stabil sehingga air terkunci pada kisi kristalin. Densitas es akan menurun 10% lebih rendah ketika ikatan hidrogen menjaga jarak antar molekul air. Ikatan hidrogen akan terganggu saat es mendapat kalor yang menyebabkan suhu air meningkat di atas 0°C. Kristal es akan runtuh dan es mencair sehingga molekul-molekul airnya bergerak bebas dan saling mendekat. Saat suhu 4°C densitas air pada posisi paling tinggi dan akan terjadi pemuaian akibat molekulnya bergerak lebih cepat.

DAFTAR PUSTAKA

Brady,J. E. Kimia Universitas Asas dan Struktur. Binarupa Aksara.

Campbell,N. A.,J. B. Reece,L. A. Urry.,M. L. Cain,S. A. Wasserman,P. V. Minorsky,and R. B. Jackson. 2010. Biologi. 8 ed. Erlangga. Jakarta.

Lehninger,A. L. 1982. Dasar-Dasar Biokimia Jilid 1. Erlangga. Jakarta.