ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

A. SIFAT GELOMBANG

Pada tahun 1923, seorang mahasiawa asal perancis yaitu Louis Brougli, ia menggemukakan pendapat yang refolusioner bahwa electron mempunyai sifat gelombang dan skaligus memiliki sifat partikel. Pendapatnya tersebut kini di jadikan sebagai konsep mekanika kuantum mengenai gerak electron dan teori orbital molekul.

Berdasarkan geraknya tersebut dibagi menjadi 3 yaitu:

·         1. Dimensi à orang yang sedang memetik gitar yang kedua ujungnya mati

·         2. Dimensi àpermukaan kepala drum

·         3. Dimensi à system gelombang electron

Di dalam gelombang terdapat suatu tinggi gelombang diam yaitu Amplitudonya, yang dapat mengarah ke atas (nilai positif) atau mengarah kebawah (nilai negative) terhadap kedudukan isytirahat dari sinar. ( tanda + atau –  dari amplitude bukanlah muatan listik melainkan  tanda metematik). Kedudukan pada gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul.

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu dengan yang lain . apabila amplitudo positif dan negative dari dua gelombang tersebut searah  kedua gelombang tersebut dapat di katakan sefase. Namun apabila tanda matematik dari amplitudo saling berlawanan , maka gelombang bukan sefase

Apabila terdaoat dua gelombang yang sefase pada sinar yang sama saling tumpang tindih, maka  hal tersebut akan saling memperkuat. Begitu juga sebaliknya, apabila sepasang gelombang yang tumpang tindih yang keluar fase , maka akan saling mengganggu atau berinterferensi. Proses interverensi menyatakan penambahan dua fungsi matematik yang  berlawanan arah. Tumpang tindih sebagian dari dua gelombang yang keluar fase menghasilkan sebuah simpul.

Beberapa gambar tentang gelombang :

 

 

 

 

 Ikatan Sigma dan Ikatan Pi

1.      1. Ikatan sigma (σ)

Ikatan sigma (σ) merupakan ikatan kovalen yang terbentuk akibat tumpang tindih orbital-orbital ujung ke ujung, dengan kerapatan electron yang terkonsentrasi diantara inti atom yang berikatan. Di dalam ilmu kimia, ikatan sigma (σ) merupakan sejenis ikatan kimia kovalen yang paling kuat.

Ikatan dalam H₂ hanya satu dari sekian banyak ikatan sigma yang dijumpai. Ikatan sigma dapat dijelaskan dengan jelas untuk molekul diatomic menggunakan konsep grup simetri. Ikatan sikma adalah simetri terhadap rotasi di sumbu ikat. Berdasarkan definisi tersebut ikatan sigma yang umum adalah s₊s, p_z+p_z, s+p_z, dan d_z²+ d_z². Teori kuantum juga mengatakan bahwa orbital molekulyang bersimetri sama akan bercampur.

 

2    2.  Ikatan pi (π)

Ikatan pi (π) adalah ikatan kimia kovalen yang dua cuping orbital atom yang berelektron tunggal bertumpang tindih dengan dua cuping orbital atom lainnya yang juga berelektron tunggal. Hanya terdapat satu bidang simpul dari orbital yang melewati dua inti atom. Ikatan pi (π)  biasanya lebih lemah dari ikatan sigma karena rapatan electronnya lebih jauh dari inti atom yang bermuatan positif, sehingga memerlukan lebih banyak energy. Jika, dilihat dari sudut pandang mekanika kuantum, kelemahan ikatan ini dijelaskan oleh ketumpang tindihan yang sangat sedikit diantara orbital p oleh karenanya orientasinya yang parallel.

B. ORBITAL IKATAN DAN ORBITAL ANTI IKATAN 

Dalam gelombang apabila  ada sepasang gelombang saling tumpang tindih, maka sepasang gelombang tersebut dapat saling memperkuat atau saling berinterferensi. Adanya penambahan dari dua orbital atom 1s dari dua atom H yang sefase akan menghasilkan orbital molekul ikatan sigma dengan rapatan electron yang tinggi antara inti yang diberikan.

 Keadaan dimana terdapat dua gelombang berlawanan fase, maka kedua gelombang tersebut saling mengganggu, interferensi  dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom hydrogen memberikan orbital molekul dengan simpul antara inti. Dalam orbital molekul ini menentukan, kebolehjadian tersebut menentukan electron antara inti yang sangat rendah. Karena itu, orbital molekul ini menimbulkan sistem dimana inti tidak dilindungi oleh sepasang electron, dan intinya pun saling tolak-menolak. Karena tolakan tersebut, inti sistem ini energinya lebih tinggi dari pada sistem dua atom H yang mandiri. Orbital yang lebih tinggi ini disebut orbital anti-ikatan.

   

Khusus untuk molekul hydrogen H₂, orbital σ dan σ* ada dalam daerah ruang umum yang sama. Orbital bukan materi, tetapi daerah ruang biasa dengan kebolehjadiannya untuk menemukan electron dengan energy khas yang tinggi. Dalam setiap keadaan, molekul ikatan mempunyai energy yang lebih rendah dari pada energy aom non-ikatan , dan molekul dengan ikatan electron dalam orbital anti-ikatan mempunyai energy yang lebih tinggi dari pada atom non ikatan. Suatu molekul dinyatakan berada dalam keadaan bereksitasi bila satu atau lebih electron tidak ada dalam orbital energy. Energy ini dapat di nyatakan menurut diagram berikut :

 

Pada dasarnya, semua orbital molekul ikatan mempunyai orbital anti-ikatan yang berhubungan dengannya. Molekul dengan electrode dalam orbital molekul ikatan mempunyai energy yang lebih rendah dari pada energy atom non-ikatan, dan molekul dengan electron dalam orbital anti-ikatan mempunyai energy yang lebih tinggi dari pada atom non-ikatan. Suatu molekul dikatan dalam keadaan bereksitasi apabila satu atau lebih electron tidak ada dalam orbital energy terendah.

            Berikut ini disimpulkan beberapa aturan umum yang dapat diterapkan terhadap semua orbital molekul, dan tidak hanya terhadap orbital molekul H₂, diantaranya adalah:

a.       Setiap orbital (molekul atau atom) dapat memegang maksimum dua dua electron yang harus mempunyai spin yang berlawanan.

b.      Jumlah orbital molekul sama dengan jumlah orbital atom yang digunakan dalam pembentukannya.

c.       Dalam pengisian orbital molekul dengan electron, orbital berenergi terendah dan diisi dahulu. Bila duua orbital tergenerasi dari energy yang sama, masing-masing mendapat satu electron sebelum salah satu orbital terisi penuh. 

C. ORBITAL HIBRIDA KARBON

  Ada empat orbital atom pada tingkat energy kedua  : satu orbital 2s dan tiga orbital 2p.

Namun demikian, karbon tidak digunakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan , sebagai gantinya  karbon bercampur , atau berhibridasi, yaitu empat orbital atom tingkat kedua menurut salah satu dari tiga crara untuk ikatan:

1.      Gibridisasi sp³, digunakan bila karbon membentuk empat ikatan tunggal

2.      Hibridisasi sp², digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap  

3.  Hibridisasi sp, digunakan bila karbon membentuk ikatan ganda tiga atau ikatan rangkap terkumulasi (dua ikatan-rangkap terhadap suatu atom karbon tunggal)  

A.Hibridisasi sp3

     Hibridisasi sp³ pada atom C

Struktur konfigurasi elektron keadaan dasar atom karbon (6 elektron) dan atom hidrogen (1 elektron) dapat digambarkan sebagai berikut:

    Apabila dilihat dari struktur konfigurasi atom karbon tersebut maka seharusnya dapat ditemukan senyawa CH2, namun senyawa yang paling sederhana dikenal di alam adalah CH4(metana). Bentuk molekul metana adalah tetrahedral yang dapat digambarkan sebagai beriku

Struktur tetrahedral memiliki sudut H-C-H sebesar 109°28′, dengan panjang ikatan dan kekuatan ikatan keempat ikatan C-H ekivalen.

Untuk menjelaskan bentuk struktur tetrahedaral dari metana CH4 dapat dilakukan dengan hibridisasi. Hibridisasi 1 orbital 2s dengan 3 orbital 2p menghasilkan 4 orbital hibrid sp³ yang energinya sama (lebih tinggi dari energi orbital 2s dan lebih rendah dari energi orbital 2p) dan masing-masing baru terisi 1 e^- → atom C dapat mengikat 4 atom H dan membentuk CH4 (4 ikatan σ).

 

Bentuk orbital hibrid sp³ dapat digambarkan sebagai berikut:

• 

Bentuk molekul, sudut ikatan H-C-H serta panjang dan kekuatan ikatan C-H dalam metana dapat digambarkan sebagai berikut:  

 

 Sudut ikatan ideal 109°28′ hanya diperoleh bila keempat gugus atom yang terikat pada C adalah identik. Bila substituen tidak identik sudutnya dapat mengalami deformasi, seperti pada senyawa (CH3)2CH2 yang menunjukkan sudut H-C-H 107⁰.

b.Hibridisasi sp²

pada atom C

Bila suatu karbon berikatan rangkap dua dengan atom lain, maka hibridisasi yang terjadi adalah 2sp², dimana orbital 2s dihibridkan dengan 2 orbital 2p menghasilkan 3 orbital hibrid sp².

Contoh :  dalam etena (C2H4)

Pembentukan hibridisasi sp² dari atom karbon dapat digambarkan sebagai berikut:

Overlapping antara orbital hibrid sp² dari atom C dengan orbital sp² dari atom C yang lain atau dengan orbital sp³ dari atom lain, atau dengan orbital s dari hidrogen atau orbital p dari atom halogen, misalnya, akan menghasilkan ikatan sigma (σ), sedang overlapping (secara lateral) antara orbital 2p yang tak terhibridisasi pada masing-masing C yang mengalami hibridisasi sp² akan menghasilkan ikatan pi (π).

bentuk molekul etena C2H4

• 

Bentuk molekul etena adalah planar, dengan sudut H-C-H dan H-C-C kira-kira 120^o, dengan awan elektron terletak di atas dan di bawah bidang planar.