Struktur Kimia dan Kelarutan

“Like dissolve like” adalah sebuah aturan yang cukup dikenal dalam kimia organik dan juga dapat diaplikasikan pada kimia anorganik. Aturan ini merujuk pada kesamaan dalam hubungan yang tidak hanya pada momen dipol tetapi juga pada komposisi kimia. Secara umum adalah benar jika sebuah senyawa cenderung untuk melarut pada pelarut yang secara kimiawi berhubungan dengan komposisi pada senyawa tersebut. Sebagai contoh, parafin segera melarut di dalam bensin, atau air adalah pelarut yang baik terhadap gula tebu. Bensin dan parafin keduanya merupakan senyawa hidrokarbon – senyawa yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Gula tebu merupakan karbohidrat dan, karena nama “karbohidrat” terlibat, komposisi dari karbon, hidrogen, dan oksigen yang dimiliki sama dengan rasio hidrogen dengan oksigen yang dimiliki oleh air.

Penjelasan dari proses pelarutan menjadi lebih kompleks ketika pelarut merupakan cairan yang molekulnya dapat dihubungkan dengan adanya ikatan hidrogen. Pelarut yang memiliki tipe seperti ini diantaranya air, amonia cair, dan hidrogen fluorida cair. Ikatan hidrogen terbentuk ketika atom hidrogen berperan sebagai “jembatan” antara dua atom yang memiliki kelektronegatifan kuat. Oleh sebab itu molekul-molekul yang mengandung hidrogen terikat pada atom yang lebih elektronegatif cenderung untuk bergabung menjadi gugusan/kelompok yang ditahan bersama-sama oleh jembatan-jembatan hidrogen. Susunan tetrahedral dari molekul air dalam wujud es merupakan hasil dari ikatan hidrogen, dan struktur tetrahedral ini tetap bertahan, untuk beberapa waktu, setelah es berubah menjadi cair. Selain itu komposisi dari air tidak hanya molekul-molekul H2O sederhana tetapi beberapa molekul-molekul ditahan/diikat bersama-sama dengan sedikit longgar oleh ikatan hidrogen. Air, amonia cair, hidrogen fluorida dan pelarut-pelarut lain dari tipe ini, karena struktur mereka yang saling berhubungan, tidak semestinya dapat melerutkan molekul-molekul polar kecuali molekul-molekul pelarut tersebut dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul-molekul pelarut. Sebagai contoh, nitrobenzena, C6H5NO2 , memiliki momen dipol 4,18 X 10-18 esu, yang nilainya lebih besar jika dibandingkan dengan momen dipol air, tetapi molekul-molekul nitrobenzena secara praktis tidak dapat larut dalam air karena mereka tidak dapat membentuk ikatan hidrogen dengan molekul-molekul air. Lain halnya dengan fenol, C6H5OH, yang 40 kali lebih larut dalam air jika dibandingkan dengan nitrobenzena. Fenol, yang memiliki kesamaan dengan nitrobenzena yaitu sama-sama produk monosubstitusional dari benzena., memiliki momen dipol sebesar 1,7 X 10-18 esu dan seharusnya kurang larut dalam air jika dibandingkan dengan nitrobenzena jika kelarutan relatif hanya bergantung seluruhnya oleh nilai/besar momen dipol. Kelarutan yang tidak terduga ini pasti berhubungan dengan pembentukan ikatan-ikatan hidrogen antara gugus hidroksi dari molekul-molekul fenol dan atom-atom oksigen dalam molekul-molekul air.

Bentuk kompleks lain dari kelarutan ditunjukkan oleh molekul-molekul organik yang strukturnya setengah polar dan setengah non polar. Molekul dari tipe ini ditunjukkan oleh heptil alkohol, CH3CH2CH2

CH2CH2CH2CH2OH, yang terdiri dari rantai hirokarbon dengan satu gugus hidroksi terikat pada bagian akhir dari rantai. Akhiran hidroksi dari molekul ini dapat larut, karena dapat menembus struktur air untuk membentuk ikatan hidrogen dengan zat pelarut. Seluruh struktur hidrokarbon dari molekul ini adalah non polar dan tidak dapat membentuk ikatan hidrogen sehingga tidak larut dalam air. Molekul-molekul heptil alkohol, ketika diletakkan di dalam air, didorong ke permukaan air, dimana mereka dapat menyesuaikan orientasi susunan molekulnya sehingga ujung yang dapat larut terletak didalam air dan ujung yang tidak dapat larut menjulur/timbul diatas permukaan air. Gambar di bawah dapat menjelaskan susunan ini.

Ilustrasi diagramatis dari pembentukan lapisan unimolekular pada permukaan air oleh rantai panjang dari molekul-molekul organik dengan gugus akhir polar

Menarik untuk diperhatikan bahwa molekul-molekul senyawa hidrokarbon dengan gugus akhir polar seperti –CH2OH atau –COOH mungkin dapat membentuk lapisan unimolekular (dengan ketebalan satu molekul) pada permukaan air. Lapisan-lapisan dari tipe ini juga terjadi pada setiap antarmuka/lapisan antara air dan wadahnya, dan juga sebagai hasil dari tegangan permukaan dari air dan sifat “kebasahannya” yang mungkin ditentukan melalui perubahan-perubahan. Agen pembasah dari tipe yang umum ini memiliki aplikasi komersil yang luas.

Ukuran, muatan dan struktur elektronik dari masing-masing ion dalam kisi kristal pada senyawa ionik mempengaruhi kelarutan dari elektrolit tertentu. Walaupun beberapa generalisasi yang berhubungan dengan pengaruh dari faktor ini agak jelas, adalah tidak mungkin untuk langsung mematuhi aturan yang mengenai variasi-variasi struktural ini.

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

CH3

HO

Permukaan