IKATAN KIMIA
a.
Tumpang Tindih Orbital
Bila
dua atom saling menghampiri cukup dekat sampai satu orbital dari setiap atom
memiliki amplitudo yang besar dalam daerah ruang yang dipunyai bersama,
dikatakan bahwa orbital-orbital tumpang tindih. Besarnya amplitudo bisa
positif, negatif, atau nol.
·
Tumpang tindih bertanda positif bila
pertindihan kedua orbital mempunyai tanda sama, keduanya + atau .
·
Tumpang tindih bertanda negatif bila
daerah pertindihan kedua orbital mempunyai tanda berlawanan.
·
Tumpang tindih yang tepat nol terjadi
bila terdapat daerah pertindihan yang tepat sama dengan tanda berlawanan.
Alasan fisik bagi berlakunya kriteria
tumpang tindih merupakan alasan yang langsung. Dalam daerah dimana dua orbital,
dan memiliki pertindihan positif, rapatan elektron
lebih besar daripada jumlah aljabar rapatan elektron dua orbital terpisah,
yaitu ( )2 lebih
besar daripada 2
+ 2,
sebesar 2. Lebih banyak rapatan
elektron digunakan bersama antara kedua atom. Gaya tarik kedua inti terhadap
elektron-elektron ini lebih besar daripada tolak-menolak inti-inti, dan terjadilah gaya
tarikan netto atau interaksi ikatan.
Dalam kasus tumpang tindih negatif,
rapatan elektron yang digunakan bersama dikurangi sebesar 2, dan tolakan antar
inti bertambah besar. Hal ini menyebabkan interaksi tolakan netto atau anti-ikatan antara atom-atom.
Bila tumpang-tindih netto adalah nol, tidak terjadi kenaikan ataupun
penurunan rapatan elektron bersama, karena itu tidak terjadi interaksi-interaksi
tolakan ataupun tarikan keadaan ini diberikan sebagai interaksi non-ikatan.
b.
Mengapa Molekul H2 Stabil
Sedangkan He2 Tidak Stabil
Atom He berbeda dengan
atom H karena memiliki dua elektron, dan ini rumit karena dalam molekul He2
lalu diduduki oleh sepasang elektron. Karenanya, apapun kestabilan yang
diperoleh dari penghunian , akan dilawan oleh
efek anti-ikatan elektron-elektron dalam . Hasilnya adalah tidak
adanya ikatan netto yang berarti, dan atom-atom He lebih stabil secara terpisah
daripada terikat bersama.
c.
Teori OM Bagi Diatom Mononuklir pada
Umumnya
Dua poko penting yang
perlu ditekankan dalam hal ini adalah
1)
Makin berbeda kedua orbtal atom pada
awalnya, makin kurang interaksinya dan makin kecil energi ikatan potensial.
2)
Sementara OM, dan dalam gambar mengandung
sumbangan yang sama dari dan , tidaklah demikian
halnya bila dan berbeda energinya.
Notasi
Bila dipandang OM dua atom sepanjang arah
ikatan, yaitu bila dilihat dari ujung-ujungnya, kemungkinan-kemungkin berikut
perlu ditinjau,
a. akan
tampak fungsi gelombang yang bertanda sama, baik + atau , ke segala arah.
Dengan perkataan lain, bila dibuat lingkaran mengelilingi sumbu ikatan, tidak
terjadi perubahan tanda di seluruh lingkaran. OM jenis ini disebut OM σ
(sigma). OM semacam itu hanya dapat dibentuk oleh pertindihan (baik + atau -)
dari dua orbital atom yang juga mempunyai sifat sama terhadap sumbu yang
dipersoalkan.
b. dapat
dilihat suatu fungsi gelombang yang dipisahkan ke dalam dua daerah dengan tanda
berlawanan. Terhadap OM seluruhnya, terdapat bidang sampul. Tepat pada bidang
ini fungsi gelombang memiliki amplitudo nol, sepanjang ikatan. Lambang abjad Yunani dari p digunakan karena jenis OM ini
analog dengan orbital atom p.
c. Walaupun
tidak akan ditemui kemungkinan ini sampai nanti bila dibahas senyawaan transisi
tertentu, terdapat OM yang memiliki dua bidang simpul. Ini disebut
orbital-orbital (d-Yunani).
Molekul
F2 sekarang dapat ditinjau diagram tingkat bagi molekul-moleku
diatom. Paling mudah meninjau F2 pertama kali, bukan Li2, seperti
nanti akan terbukti. Setiap atom F mempunyai konfigurasi 1s22S22p7.
Ekektron-elektron 1s begitu dekat dengan inti dan begitu rendah energinya,
hingga mereka tidak memegang peran yang bermakna dlam pengikatan; hal ini
hampir selalu benar mengenai elektron-elektron kulit dalam. Jadi hanya
orbital-orbital 2s dan 2p yang perlu ditinjau.
Bagi
atom Fluor, perbedaan energi antara orbital-orbital 2s dan 2p cukup besar
hingga interaksi orbital 2s pada satu atom dengan orbital 2s pada satu atom
dengan orbital 2pz pada atom lainnya sangat sedikit.
Order
Ikatan. Bila banyaknya pasangan elektron dalam OM ikatan (nb) dikurangi
banyaknya pasangan elektron elektron dalam OM anti-ikatan ()diperoleh order
ikatan, nb .
Molekul
Li2. Bagi molekul Li2 diagram tersebut agak berbeda
karena pemisahan 2s 2p dalam atom Li lebih kecil, dan interaksi 2s
2p’z dan 2pz s’ cukup besar hingga dapat diabaikan.
d.
Molekul-molekul Diatom Heteronuklir
Pokok-pokok
paling penting yang perlu dicatat
1.
sekalian orbital atom oksigen terletak pada energi lebih rendah daripada
orbital-orbital atom C yang sesuai, karena oksigen memiliki muatan inti dua
satuan lebih tinggi.
2.
pemisahan energi 2s 2p lebih besar bagi O daripada bagi C.
e.
Teori Orbital Molekul Bagi Molekul
Poliatom
Butir-butir penting
untuk selalu diingat mengenai keempat OM adalah sebagai berikut:
1. dalam
setiap OM ikatan, rapatan elektron besar dan bersinambungan antara atom yang
berdekatan, sedangkan dalam OM anti-ikatan terdapat simpul antara sepasang inti
yang berdekatan.
2. Dalam
setiap OM tersebut, fungsi gelombangnya menunjukkan bahwa sepasang elektron
yang menempatinya “terbesar” ke seluruh molekul, dan digunakan bersama oleh
sekalian atom, bukan saja oleh pasangan tertentu yang berdekatan. Dengan
perkataan lain, elektron-elektron dalam OM terdelokalisasi
ke seluruh jangkauan OM.
Penerapan teori OM yang
lebih umum dan sangat penting dalam molekul-molekul poliatom, meliputi ikatan dalam deret planar. Satu golongan penting yang
secara kualitatif serupa walaupun secara terinci berbeda adalah spesies
simetris dengan rumus umum AB3 yang planar.
f.
Pendekatan Ikatan Terlokalisasi; Keadaan
Valensi dan Hibridisasi
1.
Keadaan Valensi
Atom berillium memiliki
konfigurasi elektron 1s22s2. Jadi kulit valensinya hanya
memiliki satu orbital terisi, dan elektron-elektronnya berpasangan. Di lain
pihak, bila ia membentuk dua ikatan, dengan menggunakan satu elektron
masing-masing dari kedua atom lainnya, ia mula-mula harus diletakkan ke keadaan
dimana setiap elektron terletak dalam orbital yang berlainan, dan setiap spin
harus saling dipisahkan agar siap untuk berpasangan lagi dengan spin elektron
pada atom yang akan digunakan untuk pengikatan.
2.
Hibridisasi
Setiap orbital hibrida
memiliki cuping positif yang luas terkonsentrasi dalam arah tertentu, karenanya
mampu bertindihan sangat kuat dengan orbital-orbital pada atom lain yang lokasinya
pada jarak yang cocok dalam arah tersebut. Perhitungan sebenarnya menunjukkan
bahwa jangkauan pertindihan yang diperoleh dengan menggunakan baik orbital 2s
murni atau 2pz saja. Tanpa dihitung, hal tersebut tidak sukar untuk
melihatnya; bila diperhatikan hanya separuh orbital pz terdapat dalam arah + z
dan hanya separuh dalam arah z. Orbital 2s terdistribusi secara merata ke
segala arah.
Suatu atom yang hanya
memiliki orbital-orbital s dan p dalam valensi dapat membentuk tiga jenis
orbital hibrida, bergantung kepada banyaknya elektron yang tersedia untuk
membentuk ikatan:
Hibrida sp memberikan
molekul linear
Hibrida sp2 memberikan
molekul segitiga planar
Hibrida sp3 memberikan
molekul tetrahedral
Bila tersedia
orbital-orbital d beserta orbital-orbital s dan p, set hibrida penting yang
berikut ini
1. hibridisasi
oktahedral, d2sp3. Bila orbital-orbital dx2-y2
dan dz2 digabung dengan satu orbital s dan set orbital px,
py, dan pz, dapat dibentuk set orbital setara dengan
cuping-cuping terarah ke puncak-puncak oktahedron.
2. hibridisasi
segiempat planar, dsp2.satu orbital dx2-y2,
satu orbital s dan orbital-orbital px dan py dapat
digabung menghasilkan set orbital setara dengan cuping-cuping terarah ke
sudut-sudut suatu segiempat dalam bidang xy.
3. hibridisasi
tertrahedral, sd3. Satu orbital s dan set orbital dxy, dyz,
dzx dapat digabung memberikan set orbital yang terarah secara
tetrahedral.
4. hibridisasi
bipiramidal trigonal, dsp3. Orbital-orbital s, px, py,
pz, dz2 dapat digabung memberikan set lima
orbital hibrida yang tidak setara, terarah ke puncak-puncak bipiramid trigonal.
5. hibridisasi
piramidal-segiempat, dsp3. Orbital-orbital s, px, py, pz,
dan dx2-y2 dapat digabung
memberikan set lima orbital hibrida tidak setara ke puncak-puncak suatu piramid
segiempat.
g.
Resosansi
Konsep resonansi dapat
dinilai dari segi energi. Dapat ditunjukkan bahwa hibrida resonansi harus
memiliki energi lebih rendah, yakni lebih stabil, daripada struktur tunggal
manapun. Hal inilah yang menerangkan fakta bahwa molekul berada dalam struktur
hibrida daripada sebagai struktur sumbangan yang manapun.
Satu jenis resonansi
yang perlu disebut khusus adalah resonansi kovalen-ionik. Ikatan antara
atom-atom yang tidak sama (A-B) selalu kira-kira lebih kuat daripada rata-rata
kuat ikatan A-A dan B-B. Ini digunakan untuk menghitung selisih
keelektronegatifan, atas dasar bahwa sumbangan ionik atau polar pada ikatan
menyebabkannya lebih kuat daripada ikatan kovalen murni saja.
Bila A lebih elektronegatif
daripada B, ikatn A-B dapat diwakili oleh hibrida resonansi 3-IVa dan 3-IVb.
A-B
AB
3-IVa 3-IVb
Seperti
diterangkan di atas, ikatan A-B sejati akan
1.
Menggabungkan sifat-sifat kedua struktur sumbangan
2.
lebih stabil daripada salah satu struktur saja
Jadi,
ikatan A-B akan polar dalam jangkauan yang bergantung kepada berapa banyak
3-IVb menymbang kepada struktur rata-rata dan naiknya kuat ikatan, bila
dibandingkan dengan kekuatan yang diharapkan untuk ikatan kovalen murni, akan sebanding
dengan pangkat dua dari selisih keelektronegatifan, karena selisih itulah yang
menentukan pentingnya 3-IVb dibandingkan terhadap 3-IVa.
h.
Ikatan Berpusat Banyak dalam Molekul Tuna
Elektron
Dalam beberapa molekul,
tidak cukup terdapat elektron untuk membiarkan terjadinya satu (atau lebih)
pasang elektron antara setiap pasang atom yang berdekatan. Molekul semacam itu
disebut tuna elektron.
i.
Bentuk Molekul
1. Model Tolakan
Pasangan Elektron Kulit Valensi (VSEPR)
Model ini didasari
gagasan sederhana bahwa elektron-elektron di sekeliling atom pusat A akan
membentuk pasangan (dengan spin berlawanan), dan pasangan-pasangn tersebut akan
cenderung sejauh mungkin saling berjauhan, agar tolakan elektrostatik sesamanya
sekecil-kecilnya.
2. Hibridisasi atau
Teori Valensi Terarah
Menurut perlakuan ini,
arah ikatan ditentukan oleh set orbital hibrida pada atom pusat yang ditentukan
oleh set orbital hibrida pada atom pusat yang digunakan membentuk ikatan ke
atom-atom ligan, dan untuk memegang pasangan yang tidak digunakan bersama. Jadi
molekul AB2 adalah linear disebabkan oleh penggunaan orbital hibrida
sp.
3. Model Ikatan
Berpusat Tiga
Yang menarik ialah
kemungkinan menggunakan model yang didasari orbital valensi terarah, tetapi
sama sekali mengabaikan orbital d.
Bagi molekul yang hanya melibatkan dua, tiga,, atau empat pasang elektron
seperti juga sebelumnya digunakan sp, sp2,
serta sp3, dan kedua model
tersebut identik.
j.
Panjang Ikatan dan Jari-Jari Kovalen
Bila ditinjau ikatan
tunggal antara atom-atom yang sama, misalnya Cl-Cl, dapat ditetapkan jari-jari kovalen
ikatan tunggal sutu atom yakni setengah panjang ikatannya. Jadi jarak Cl-Cl
1,988 menghasilkan jari-jari kovalen sebesar 0,99 bagi atom Cl. Dengan cara serupa, jari-jari
atom lain didapatkan (misal 0,77 bagi karbon dengan mengambil 1/2 panjang ikatan
C-C dalam intan). Kemudian dipenuhinya cara untuk mendapatkan panjang
ikatan-ikatan heteronuklir seringkali dapat diramalkan dengan ketelitian yang
bermanfaat.
Ikatan ganda selalu
lebih pendek daripada ikatan tunggal yang sesuai. Hal ini digambarkan oleh
ikatan-ikatan antara atom-atom nitrogen.
k.
Pengemasan Molekul; Jari-jari van der
Waals
Bila molekul-molekul
dikemas bersama dalam wujud cair dan padat, saling mendekatinya dibatasi oleh
gaya tolakan jarak pendek, yang terjadi dari pertindihan daerah luar yang
membaur dari awan elektron atom-atom.
Jarak sebenarnya yang
memisahkan kedua molekul agar diam ditentukan oleh kesamaan gaya tarikan dan
gaya tolakan. Juga terdapat gaya-gaya tarikan jarak pendek yang lemah antara
molekul-molekul, sebagai hasil dari gaya-gaya dipol permanen, dipol-dipol
berfluktuasi, yang nilai rata-rata waktunya dalam molekul manapun adalah nol.
Secara bersamaan,
sekalian gaya tarikan dan tolakan yang bukan ionik ataupun kovalen disebut gaya van der waals.
Jari-jari van der Waals jauh lebih besar daripada
jari-jari kovalen dan pada garis besarnya adalah konstan bagi spesies
isoelektronik.