RESUME PERTEMUAN 2 (IKATAN KOVALEN)

Ikatan adalah sesuatu yang menghubungkan sesuatu hal dengan hal yang lain. Ikatan Kimia adalah ikatan yang terjadi antar atom atau antar molekul dengan cara sebagai berikut:

1.       Atom yang 1 melepaskan elektron, sedangkan atom yang lain menerima elektron (serah terima elektron).

2.      Penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari masing-masing atom yang berikatan.

3.      Penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah 1 atom yang berikatan.

Ikatan kovalen = homopolar

Ikatan kovalen adalah ikatan kimia yang terjadi akibat pemakaian bersama pasangan elektron oleh dua buah atom. Ikatan Kovalen terjadi karena adanya valensi dari masing-masing atom. Ikatan kovalen biasanya terbentuk dari unsur-unsur non logam. Dalam ikatan kovalen, setiap elektron dalam pasangan tertarik ke dalam nukleus kedua atom. Tarik menarik elektron inilah yang menyebabkan kedua atom terikat bersama.

Pada umumnya ikatan kovalen terjadi antara atom-atom bukan logam yang mempunyai perbedaan elektronegativitas rendah atau nol. Seperti misalnya : H ₂, CH ₄, Cl ₂, N ₂, C ₆ H ₆, HCl dan sebagainya.

Berdasarkan jumlah pasangan elektron yang dipergunakan bersama, maka ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi:

1. Ikatan Kovalen tunggal adalah ikatan kovalen yang melibatkan sepasang elektron dan dilambangkan dengan satu garis ikatan.
2. Ikatan kovalen rangkap adalah ikatan kovalen yang melibatkan lebih dari sepasang elektron. Ikatan kovalen yang melibatkan  2 pasang elektron disebut ikatan rangkap dua, danikatan kovalen yang melibatkan 3 pasang elektron disebut ikatan rangkap 3.

a)      Pembentukan Ikatan Kovalen

Ikatan  kovalen  biasanya terjadi  antar  unsur  nonlogam  yakni antar unsur yang mempunyai keelektronegatifan relatif besar. Ikata kovalen  juga  terbentuk  karena  proses  serah  terima  elektron  tidak mungkin   terjadi.   Hidrogen   klorida   merupakan   contoh   lazim pembentukan  ikatan  kovalen  dari  atom  hidrogen  dan  atom  klorin. Hidrogen   dan   klorin  merupakan   unsur   nonlogam   dengan  harga keelektronegatifan  masing-masing  2,1  dan  3,0.  Konfigurasi  elektron atom hidrogen dan atom klorin adalah

H          : 1

Cl         : 2        8   7

Berdasarkan aturan oktet yang telah diketahui maka atom hidrogen kekurangan 1 elektron dan atom klorin memerlukan 1 elektron untuk membentuk konfigurasi stabil golongan gas mulia. Apabila dilihat dari segi keelektronegatifan, klorin mempunyai harga keelektronegatifan yang  lebih  besar  dari  hidrogen  tetapi  hal  ini  tidak  serta  merta membuat klorin mampu menarik elektron hidrogen karena hidrogen juga   mempunyai   harga keelektronegatifan   yang   tidak   kecil. Konfigurasi   stabil   dapat   tercapai   dengan   pemakaian   elektron bersama.    Atom hidrogen dan atom klorin    masing-masing menyumbangkan satu elektron untuk membentuk pasangan elektron milik bersama.

Pembagian ikatan kovalen

i.            Ikatan Kovalen Polar

Atom-atom pembentuknya mempunyai gaya tarik yang tidak sama terhadap pasangan elektron persekutuannya. Hal ini terjadi karena beda keelektronegatifan kedua atomnya. Elektron persekutuan akan bergeser ke arah atom yang lebih elektronegatif akibatnya terjadi pemisahan kutub positif dan negatif. Atau dengan kata lain ikatan kovalen terjadi jika pasangan elektron terikat tertarik lebih kuat ke salah satu atom, dimana momen dipolnya besar dari nol.

Diantara beberapa contoh ikatan kovalen polar: HCl, N₂O, NH₃, HCN.

ii.            Ikatan Kovalen non Polar

Titik muatan negatif elektron persekutuan berhimpit, sehingga pada molekul pembentukuya tidak terjadi momen dipol, dengan perkataan lain bahwa elektron persekutuan mendapat gaya tarik yang sama.

Ikatan kovalen non polar terjadi jika pasanagan elektron terikat tertarik sama kuat ke semua atom, berarti momen dipolnya nol.

Contoh lain adalah senyawa CO ₂, O ₂, Br ₂ dan lain-lain.

iii.            Ikatan Kovalen Koordinasi

Ikatan kovalen koordinat merupakan ikatan kimia yang terjadi apabila pasangan elektron bersama yang dipakai oleh kedua atom disumbangkan oleh salah satu atom saja. Atau dengan kata lain yang lebih sederhana, Ikatan kovalen koordinasi adalah ikatan yang terjadi apabila pasangan elektron yang dipakai bersama berasal dari salah satu atom yang membentuknya. Sehingga dalam suatu ikatan Kovalen koordinasi terdapat satu atom pemberi pasangan elektron bebas (elektron sunyi), sedangkan atom lain sebagai penerimanya.

Syarat-syarat pembentukan ikatan kovalen koordinasi antara lain adalah:

1.      Salah satu atom memiliki pasangan elektron bebas

2.      Atom yang lainnya memiliki orbital kosong

Misalnya dalam ion Hidronium (H₃O⁺), ikatan H⁺ dengan O adalah ikatan koordinasi dan ikatan O – H yang lain adalah kovalen. Sifat ketiga ikatan O – H itu sama, yang berbeda hanya cara terbentuknya. Demikian juga dalam ion Amonium (NH₄⁺), keempay ikatan N – H sama sifatnya antara yang koordinasi dengan yang lainnya.

SIFAT GELOMBANG

Dua elektron terluar atom A dan B dapat berikatan saat berdekatan adalah dengan cara berpasangan membentuk ikatan kovalen. Model sederhananya disebut model ikatan valensi. Elektron disini dilihat sebagai sebuah partikel. Dua pasangan elektron dianggap berada di antara dua inti atom dan sama-sama dimiliki oleh atom A dan atom B juga. Inilah ikatan kovalen. Atom disatukan satu sama lain dengan ikatan kovalen sehingga menjadi molekul. Gas hidrogen tersusun dari molekul hidrogen, yang setiap molekulnya sendiri tersusun dari dua atom hidrogen yang berikatan secara kovalen.

Penafsiran ikatan kovalen dalam bentuk pasangan elektron lokal sebenarnya hanya penyederhanaan berlebihan dari situasi ikatan sesungguhnya. Penjelasan yang lebih luas mengikutkan sifat gelombang elektron dalam teori orbital molekul. Menurut teori ini, elektron dalam sebuah molekul, bukannya terlokalisasi di antara atom, namun tersebar di semua atom dalam molekul dalam distribusi ruang yang disebut orbital molekul. Orbital demikian terbentuk saat orbital atom dari atom yang berikatan bercampur satu sama lain. Jumlah total orbital molekul yang ada di sebuah molekul sama dengan jumlah semua orbital atom yang dimiliki atom-atom yang berikatan tersebut. Misalkan yang berikatan itu atom A dan atom B dan membentuk molekul AB, dua orbital atom bercampur dan membentuk dua orbital molekul. Salah satunya, yang disebut orbital molekul ikatan, mewakili ruang yang menyelimuti kedua atom A dan B, sementara orbital lainnya yang disebut orbital molekul anti ikatan, memiliki dua cuping. Tidak satupun darinya memuat ruang antara kedua atom. Orbital molekul ikatan ada pada tingkat energinya yang paling rendah dari pada dua orbital atom sebelumnya. Orbital anti ikatan sebaliknya, lebih tinggi daripada kedua orbital atom sebelumnya. Atas alasan inilah ada kemungkinan besar kalau kita menemukan elektron di antara A dan B, namun juga bisa ditemukan dimanapun dalam orbital. Karena hanya dua elektron yang terlibat dalam pembentukan ikatan dan keduanya dapat berada dalam orbital energi rendah, daerah orbital anti ikatan menjadi kosong. Teori ikatan ini meramalkan kalau ikatan antara A dan B akan terjadi karena energi pasangan elektron setelah ikatan lebih kecil daripada energi kedua elektron dalam orbital atom mereka sendiri. Pembentukan ikatan kovalen karenanya bersifat efisien energi. Sebelumnya atom A dan atom B berenergi tinggi, setelah berikatan energi mereka jadi rendah.

Tampilan lain ikatan ini adalah kemampuannya meramalkan energi yang diperlukan untuk menggerakkan sebuah elektron dari orbital molekul ikatan ke anti ikatan. Energi yang diperlukan untuk eksitasi elektron seperti itu dapat diberikan oleh cahaya tampak, misalnya, dan panjang gelombang cahaya yang diserap menentukan warna yang ditunjukkan oleh molekul penyerap (misalnya, bunga violet berwarna biru akibat pigmen bunga ini menyerap sinar merah dari cahaya alami dan memantulkan cahaya biru). Saat jumlah atom dalam molekul meningkat, begitu juga jumlah orbital molekulnya. Perhitungan orbital molekul untuk atom besar itu sulit secara matematis, namun komputer telah mampu menghitung persamaan gelombang dari beberapa molekul besar. Sifat molekul yang diramalkan oleh perhitungan tersebut sesuai dengan hasil percobaan.

IKATAN DAN ANTI IKATAN

Orbital ikatan dan anti-ikatan dalam molekul hidrogen sederhana Pada pembahasan ini diasumsikan bahwa anda telah memahami bagaimana terbentuknya ikatan kovalen sederhana diantara dua atom. Orbital atom setengah isi pada tiap atom mengalami tumpang-tindih (overlap) untuk membentuk orbital baru (orbital molekul) yang berisi dua elektron dari kedua atom. Pada kasus dua atom hidrogen, masing-masing atom mempunyai satu elektron dalam orbital 1s. Atom-atom hidrogen ini akan membentuk orbital baru di sekitar kedua inti hidrogen. Adalah penting mengetahui secara pasti apakah arti dari orbital molekul ini. Kedua elektron sangat mungkin ditemukan di orbital molekul ini – dan tempat yang paling mungkin untuk menemukan elektron adalah di daerah yang berada diantara garis dua inti. Molekul dapat terbentuk karena kedua inti atom tarik-menarik dengan kuat dengan pasangan elektron. Ikatan yang paling sederhana ini disebut ikatan sigma – suatu ikatan sigma adalah ikatan dimana pasangan elektron paling mungkin ditemukan pada garis diantara dua inti. Akan tetapi semua ini adalah hasil penyederhanaan! Pada teori orbital molekul jika anda memulai dengan dua orbital atom, maka anda harus mendapatkan dua orbital molekul – dan rupanya kita baru memperoleh satu orbital molekul. Orbital molekul kedua terbentuk, tetapi dalam banyak kasus (termasuk molekul hidrogen) orbital ini kosong, tidak terisi elektron. Orbital ini disebut sebagai orbital anti-ikatan. Orbital anti-ikatan mempunyai bentuk dan energi yang sedikit berbeda dari orbital ikatan. Diagram berikut menunjukkan bentuk-bentuk dan tingkat energi relatif dari berbagai orbital atom dan orbital molekul ketika dua atom hidrogen dikombinasikan. Orbital anti-ikatan selalu ditunjukan dengan tanda bintang pada simbolnya. Perhatikan, ketika orbital ikatan terbentuk, energinya menjadi lebih rendah daripada energi orbital atom asalnya (sebelum berikatan). Energi dilepaskan ketika orbital ikatan terbentuk, dan molekul hidrogen lebih stabil secara energetika daripada atom-atom asalnya. Sedangkan, suatu orbital anti-ikatan adalah kurang stabil secara energetika dibanding atom asalnya. Stabilnya orbital ikatan adalah karena adanya daya tarik-menarik antara inti dan elektron. Dalam orbital anti-ikatan daya tarik-menarik yang ada tidak ekuivalen – sebaliknya, anda akan mendapatkan tolakan. Sehingga peluang menemukan elektron diantara dua inti sangat kecil – bahkan ada bagian yang tidak mungkin ditemukan elektron diantara dua inti tersebut. Sehingga tak ada yang menghalangi dua inti untuk saling menolak satu sama lain. Jadi dalam kasus hidrogen, kedua elektron membentuk orbital ikatan, karena menghasilkan stabilitas yang paling besar – lebih stabil daripada yang dimiliki oleh atom yang terpisah/tak berikatan, dan lebih stabil dari elektron dalam orbital anti-ikatan.

ORBITAL HIBRIDA KARBON

Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH4). Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik.

Sangatlah penting untuk dicatat bahwa orbital adalah sebuah model representasi dari tingkah laku elektron-elektron dalam molekul. Dalam kasus hibridisasi yang sederhana, pendekatan ini didasarkan pada orbital-orbital atom hidrogen. Orbital-orbital yang terhibridisasikan diasumsikan sebagai gabungan dari orbital-orbital atom yang bertumpang tindih satu sama lainnya dengan proporsi yang bervariasi. Orbital-orbital hidrogen digunakan sebagai dasar skema hibridisasi karena ia adalah salah satu dari sedikit orbital yang persamaan Schrödingernya memiliki penyelesaian analitis yang diketahui. Orbital-orbital ini kemudian diasumsikan terdistorsi sedikit untuk atom-atom yang lebih berat seperti karbon, nitrogen, dan oksigen. Dengan asumsi-asumsi ini, teori hibridisasi barulah dapat diaplikasikan. Perlu dicatat bahwa kita tidak memerlukan hibridisasi untuk menjelaskan molekul, namun untuk molekul-molekul yang terdiri dari karbon, nitrogen, dan oksigen, teori hibridisasi menjadikan penjelasan strukturnya lebih mudah.

Teori hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O (kadang kala juga P dan S). Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan dalam metana.
Pembentukan ikatan dalam senyawa harus sesuai dengan aturan hibridisasi yaitu :
1. Orbital yang bergabung harus mempunyai tingkat energi sama atau hampir sama
2. Orbital hybrid yang terbentuk sama banyaknya dengan orbital yang bergabung.
3. Dalam hibridisasi yang bergabung adalah orbital bukan electron

Pembentukan orbital hybrid melalui proses ibridisasi adalah sebagai berikut :
1. Salah satu electron yang berpasangan berpromosi ke orbital yang lebih tinggi tingkat energinya sehingga jumlah electron yang tidak berpasangan sama dengan jumlah ikatan yang akan terbentuk. Atom yang sedemikian disebut dalam keadaan tereksitasi. Promosi yang mungkin adalah dari ns ken p dan ns ke ns ke nd atau (n-1)d
2. Penggabungan orbital mengakibatkan kerapatan electron lebih besar di daera orbital hybrid.
3. Terjadi tumpang tindih orbital hybrid dengan orbital atom lain sehingga membentuk ikatan kovalen atau kovalen koordinasi.

Hibrid sp
Salah satu contoh orbital sp terjadi pada Berilium diklorida. Berilium mempunyai 4 orbital dan 2 elektron pada kulit terluar. Pada hibridisasi Berilium dijelaskan bahwa orbital 2s dan satu orbital 2p pada Be terhibridisasi menjadi 2 orbital hibrida sp dan orbital 2p yang tidak tribridisasi. Diagram hibridisasinya sebagai berikut :

Hibridisasi sp membentuk geometri linear dengan sudut 180°. Terjadi pada BeH2 dan BeCl2

Hibrid sp2
Salah satu contoh orbital hirbid sp2 diasumsikan terjadi pada Boron trifluorida. Boron mempunyai 4 orbital tapi hanya 3 eletron pada kulit terluar. Hibridisasi boron mengkombinasikan 2s dan 2 orbital 2p menjadi 3 orbital hybrid sp2 dan 1 orbital yang tidak mengalami hibridisasi. Skema hibridisasi Boron adalah sebagai berikut :

Orbital hybrid sp2 menjadi bentuk trigonal planar dengan sudut ikatan120°.

Hibrid sp3
Hibridisasi menjelaskan atom-atom yang berikatan dari sudut pandang sebuah atom. Untuk sebuah karbon yang berkoordinasi secara tetrahedal (seperti metana, CH4), maka karbon haruslah memiliki orbital-orbital yang memiliki simetri yang tepat dengan 4 atom hidrogen. Konfigurasi keadaan dasar karbon adalah 1s2 2s2 2px1 2py1 atau lebih mudah dilihat:

(Perhatikan bahwa orbital 1s memiliki energi lebih rendah dari orbital 2s, dan orbital 2s berenergi sedikit lebih rendah dari orbital-orbital 2p)
Teori ikatan valensi memprediksikan, berdasarkan pada keberadaan dua orbital p yang terisi setengah, bahwa C akan membentuk dua ikatan kovalen, yaitu CH2. Namun, metilena adalah molekul yang sangat reaktif, sehingga teori ikatan valensi saja tidak cukup untuk menjelaskan keberadaan CH4.
Lebih lanjut lagi, orbital-orbital keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH4. Walaupun eksitasi elektron 2s ke orbital 2p secara teori mengijinkan empat ikatan dan sesuai dengan teori ikatan valensi, hal ini berarti akan ada beberapa ikatan CH4 yang memiliki energi ikat yang berbeda oleh karena perbedaan arah tumpang tindih orbital. Gagasan ini telah dibuktikan salah secara eksperimen, setiap hidrogen pada CH4 dapat dilepaskan dari karbon dengan energi yang sama.
Untuk menjelaskan keberadaan molekul CH4 ini, maka teori hibridisasi digunakan. Langkah awal hibridisasi adalah eksitasi dari satu (atau lebih) elektron:

Proton yang membentuk inti atom hidrogen akan menarik salah satu elektron valensi karbon. Hal ini menyebabkan eksitasi, memindahkan elektron 2s ke orbital 2p. Hal ini meningkatkan pengaruh inti atom terhadap elektron-elektron valensi dengan meningkatkan potensial inti efektif.
Kombinasi gaya-gaya ini membentuk fungsi-fungsi matematika yang baru yang dikenal sebagai orbital hibrid. Dalam kasus atom karbon yang berikatan dengan empat hidrogen, orbital 2s dengan tiga orbital 2p membentuk hibrid sp3 menjadi

Pada CH4, empat orbital hibrid sp3 bertumpang tindih dengan orbital 1s hidrogen, menghasilkan empat ikatan sigma. Empat ikatan ini memiliki panjang dan kuat ikat yang sama, sehingga sesuai dengan pengamatan.