KIMIA ORGANIK 1

          ATOM DAN MOLEKUL DALAM KIMIA ORGANIK

 PENDAHULUAN

    sejarah kimia organik diawali sejak pertengahan abad ke-17,awalnya tidak dapat dijelaskan perbedaan antara senyawayang diperoleh dari organisme hidup dengan senyawa yang dari bahan mineral.Seorang ahli kimia dari Swedia ,Torbern Bergman, tahun 1770 menjelaskan antara perbedaan senyawa organik dan anorganik. Senyawa yang diperoleh dari tumbuhan dan hewan sangat diisolasi. Ketika dapat dimurnikan ,senyawa-senyawa yang diperoleh dari bahan-bahan mineral.

penjelasan ini sebagai perbedaan antara senyawa organik dan anorganik. senyawa organik diartikan sebagai senyawa kimia yang diperoleh dari makhluk hidup.

   semua organisme hidup tersusun atas senyawa-senyawa organik  contohnya rambut,kulit ,otot,keringat ,obat dan sbg, semuanya merupakan senyawa orgnik

banyak ahli kimia yang hanya menjelaskan perbedaan senyawa organik dan senyawa anorganik , dalam hal ini senyawa organik harus mempunyai energi vital sebagai hasil dari keaslian mereka dalam tubuh makhluk hidup. Teori vitalitas mengalami perubahan ketika Michael Chevreul (1816) menemukan sabun sebagai hasil reaksi antara asam basa dengan lemak hewani . Lemak hewani dapat dipisahkan dalam beberapa senyawa organik murni yang disebut dengan asam lemak.

    Teori vitalis semakin melemah ketika Friedrich Wohler (1828) dapat menggubah garam organik , amonium sianat menjadi senyawa organik yaitu urea yang sebelumnya telah ditemukan dalam urin manusia.

Atom terpenting yang dipeljari dalam kimia organik adalahatom karbon . atom karbon sangat spesial karena  termasuk golongan 4A, karbon memliki empat elektron valensi yang dapat digunakan untuk membentuk empat ikatan kovalen . Di dalam tabel priodik , atom  karbon menduduki posisi tengah , atom sebelah kiri  karbon kecendrungan memberikan elektron sedangkan sebelahkanan nya cendrung menarik elektron.

Li

Be

B

C

N

O

F

                       Gambar letak atom karbon  pada tabel priodik

1. STRUKTUR ELEKTRON DARI ATOM

           

Unsur-unsur yang paling penting bagi ahli kimia organic adalah karbon, hydrogen,oksigen, dan nitrogen . keempat unsur ini ada di kedua priode pertama dari susunan berkala dan elektronnya terdapat dalam dua kulit electron yang terdekat ke inti. Setiap kulit electron berhubungan dengan sejumlah energy tertentu . electron yang dekat keinti lebih tertarik  oleh proton dalam inti dari pada electron yang lebih jauh kedudukannya . karna itu semakin dekat electron terdapat ke inti , semakin rendah energinya dan electron ini sukar berpindah dalam reaksi kimia.

A.Orbital Atom

            Teori kuantum yaitu untuk menggambarkan posisi yang paling mungkin dari sebuah electron. Tiap kulit electron suatu atom dibagi menjadi orbital atom. Orbital atom adalah  bagian dari ruang dimana ditemukannya sebuah electron dengan kadar energy yang khas adalah (90-95%). Rapat electron adalah istilah lain yang digunakan untuk mengambarkan kebisaan ditemukannya electron pada titik tertentu . rapat electron yang lebih tinggi berarti kebisaannya lebih tinggi sedangkan rapat electron yang lebih rendah kebisaanya lebih rendah.

            Gambar 1.1 menunjukkan grafik rapat electron dalam orbital 1s dan 2s  sebagai fungsi jarak inti. dari grafik terlihat bahwa orbital 1s dan 2s tak mempunyai permukaan yang tajam , tetapi rapat elektronnya bertambah dan berkurang melalui daerah jarak dari inti.

            Kurva rapat electron –jarak untuk orbital 2s menggungkapkan dua daerah dengan rapat electron tinggi yang terpisaholeh titik nol . titik nol ini disebut simpul , dan menyatakan daerah dalam ruang  yang kebisaannya menemukan electron (dalam hal ini electron 2s) sangat kecil. Semua orbital krcuali orbital 1s mempunyai simpul. (  gambar 1.2)

             Tingkat energy kedua mengandung tiga orbital atom 2p . orbital 2p ada pada jarak sedikit agak jauh dari pada inti orbital 2s dan mempunyai energy yang agak sedikit lebih tinggi . orbital p berbentuk seperti halter (alat olahraga angkat besi) setiap orbital p mempunyai dua cuping yang terpisah oleh simpul pada inti. (lihat gambar 1.3)

gambar 1.3 bentuk orbital orbital 2p

            Ketiga orbital 2p ekuvalen dalam bentuk dan jarak dari inti , mereka mempunyai energy yang sama  orbital yang memiliki inti yang sama  seperti orbital 2p, dikatakan terdegenerasi.

 

B. Pengisian Orbital

     Electron yang mempunyai spin yang dapat berputar menurut arah jarum jam atau berlawanan jarum jam (+1/2 dan - 1/2 ) Spin  dari partikel bermuatan, menimbulkan medan magnet kecil atau momen magnet, dan dua electron dengan spin berlawanan mempunyai momen magnet berlawanan . tolakan antara muatan negative dari dua electron dengan spin berlawanan dikuraingi dengan  yang berlawanan , yang memungkinkan dua electron  untuk saling berpasangan dalam orbital.

            Perinsip Aufbau mengatakan bahwa apabila kita maju dari atom hydrogen (nomor ataom 1) ke atom atom dengan nomor atom yang lebih tinggi maka orbital terisi oleh electron sedemikian rupa sehingga orbital yang berenergi terendah terisi lebih dulu. Atom hydrogen mempunyai electron tunggal dalam orbital 1s. unsur berikutnya helium (nomor atom 2) dalam  orbital 1s . kedua electron  dalam orbital ini berpasangan. Suatu pemberian mengenai struktur electron dari unsur disebut konfigurasi electron.

 

2.Jari- jari Atom

·         Jari- jari atom adalah jarak dari pusat inti ke electron paling luar . jari jari atom ditentukan dengan mengukur panjang ikatan ( jarak antara inti ) dalam senyawa kovalen seperti pada Cl-Cl atau H-H dan kemudian membagikan nya dengan dua. Karena itu jari-jari atom sering disebut jari-jari kovalen. Nilai jari-jari atom biasanya diberikan dalam Angstrom (Å) dengan 1Å= 10^-8 cm. jari jari atom berubah-ubah bergantung pada besarnya tarikan antara inti dan elektronnya. Makin besar tarikan makin kecil jari jari atomnya.

  

Perhatikan unsur  deret kedua dari susuanan berkala  (litium sampai fluor )  . atom  dari setiap unsur ini hanya mempunyai electron dalam dua kulit  electron pertama. Apabila kita maju tahap unsur ini hanya mempunyai electron dalam dua kulit electron pertama. Apabila kita maju tahap demi tahap dari litium sampai fluor , maka  satu proton ditambahkan pada inti , pada setiap tahap inti mempunyai tarikan untuk electron yang lebih besar dari jari-jari atom berkurang  

                            

Dalam kimia organic, atom saling berikatan satu dengan yang lain dalam kedekatan yang dekat oleh ikatan kovalen , konsep jari jari atom akan berguna dalam nenperkirakan tarikan dan tolakan antara atom dan dalam membahas kekuatan kovalen

·       Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah ukuran kemampuan atom untuk menarik electron luarnya atau electron valensi. Katrena electron luar dari atom yang digunakan untuk ikatan, maka keelektronegatifan berguna dalam meramalkan dan menerangkan kereaktifan kimia.seperti jari-jari atom, keelektronegatifan dipengaruhi oleh jumlah proton dalam inti dan jumlah kulit yang mengandung elektron. Makin besar jumlah proton berarti makin besar muatan inti positif, dan dengan demikian tarikan untuk electron ikatan bertambah. Karena keelektronegatifan bertambah dari kiri kekanan untuk periode tertentu dari susunan berkala.

 

Skala puling adalah skala numerik dari keelektronegatifan . skala ini diturunkan dari perhitungan energy-ikatan untuk berbagai unsure yang terikat oleh ikatan kovalen. Dalam skala pauling flour, unsure yang paling elektronegatif, mempunyai nilai keelektronegatifan 4. Litium, keelektronegatifannya rendah, mempunyai nilai 1. Suatu unsure dengan keelektronegatifan yang sangat rendah (seperti litium) kadang-kadang disebut unsure elektropositif. Karbon mempunyai nilai keelektronegatifan menengah 2,5.

13.     Panjang ikatan dan sudut ikatan

           

Jarak yang memisahkan inti dari dua atom yang terikat kovalen disebut  panjang ikatan. panjang ikatan  kovalen, yang dapat ditentukan secara eksperimental, mempunyai selang harga dari 0,74Å sampai 2Å. Bila ada lebih dari dua atom dalam molekul , ikatan membentuk sudut yang disebut sudut ikatan. Sudut ikatan berpariasi dari kira-kira 60° sampai 180°

Kebanyakan struktur organik mengandung lebih dari tiga atom, dan lebih bersifat berdimensi-tiga dari pada berdimensi-dua. Rumus struktur terdahulu untuk amoniak (NH₃) menggambarkan satu teknik untuk menyatakan suatu struktur dimensi-tiga. Ikatan garis (-) menyatakan ikatan dalam bidang kertas. Baji padat (−−)menyatakan ikatan yang keluar dari kertas menuju pengamat; H pada ujung yang lebar dari baji padat ada di muka kertas. Baji yang patah-patah (−−−) menyatakan ikatan yang menunjuk ke belakang kertas; H pada ujung yang sempit dari baji yang patah-patah ada di belakang kertas.   

  4.    Energi Disosiasi ikatan

Bila atom saling terikat membentuk molekul, energy dilepaskan (biasanya sebagai kalor atau cahaya). Jadi, untuk molekul agar terdisosiasi menjadi atom-atomnya harus diberikan energy. Ada dua cara agar ikatan dapat terdisosiasi.

 Satu cara adalah karena pemaksapisahan heterolitik (heterolytic cleavega) (yunani, hetero,”berbeda”), dalam mana kedua elaktron ikatan dipertahankan pada satu atom, hasil pembelahan heterolitik adalah sepasang ion.

 

Proses lain yang meungkinkan suatu ikatan terdisosiasi adalah pemaksapisahan homolitik (yunani, homo,”sama”). Dalam hal ini setiap atom yang turut dalam ikatan kovalen menerima satu electron dari pasangan yang saling berbagi yang asli. Yang dihasilkan adalah atom yyang secara listrik netral atau gugus atom.

 

Pemaksapisahan homolitik lebih berguna dari pada pemaksa pisahan heterolitik dalam penentuan energi yang diperlukan untuk disosiasi karena perhitungan tak disulitkan oleh tarikan ionik antara hasilnya. Dari penentuan komponen gas yang terdisosiasi pada suhu tinggi, perubahan entalpi ΔH (Perubahan kadar kalor,atau energi ) telah dihitunguntuk sejumlah besar disosiasi ikatan.

Energy disosiasi memungkinkan ahli kimia untuk menghitung kestabilan relative  dari senyawa dan meramalkan (sampai taraf tertentu) sebab-sebab reaksi kimia. Misalnya:satu reaksi yang akan dibahas kemudian dalam teks ini adalah khlorinasi metana, CH₄:

     5.Konsep Asam dan Basa dalam Kimia Organic

Menurut konsep Bronsted Lowry mengenai asam dan basa, suatu asam adalah zat yang dapat memberikan ion hydrogen yang bermuatan positif, atau proton (H⁺). Basa didefenisikan sebagai zat yang dapat menerima H⁺.

       1.      Asam dan basa kuat dan lemah

asam kuat adalah asam yang dasarnya mengalami ionisasi sempurna dalam air. Asam kuat yang representative adalah HCl, HNO₃, dan H₂SO₄. Ionisasi dari asam-asam kuat ini adalah reaksi asam-basa yang khas. Asam (HCl, misalnya) memberikan proton kepada basa (H₂O). Kesetimbangan terletak jauh kekanan (ionisasi sempurna dari HCl) karena H₂O  merupakan basa lebih kuat dari Cl dan HCl merupakan asam lebih kuat dari pada H₃O⁺.

 

Asam lemah, sebaliknya hanya terionisasi sebagian dalam air. Asam karbonat adalah asam anorganik yang lemah yang khas. Kesetimbangannya letaknya jauh kekiri karena H₃O⁺ adalah asam yang lebih kuat dan HCO^3- adalah basa yang lebih kuat

Basa yang digolongkan sebagai kuat (seperti OH^-) atau lemah (NH₃), bergntung pada afinitasnya terhadap proton.

Amina  adalah golongan senyawa organic yang secara structural sama dengan ammonia: suatu amina  mengandung atom nitrogen yang terikat secara kovalen dengan satu atau lebih atom karbon dan mempunyai sepasang electron menyendiri. Amina seperti ammonia adalah basa lemah dan mengalami reaksi reversible dengan air atau asam lemah lainnya. (Penggunaan asam kuat mendorong reaksi sampai berkesudahan).

Senyawa organic yang mengandung gugus karboksilat adalah asam lemah. Senyawa-senyawa yang mengandung gugus karboksilat disebut asam karboksilat. Asamasetat(CH₃CO₂H), adalah contohnya. Salah satu alasan untuk keasaman asam karboksilat adalah kepolaran ikatan     O-H.

Dengan adanya basa, H⁺ ditarik dari gugus karboksilat dan terbentuklah anion karboksilat, karena asam karboksilat hanya asam lemah, reaksi ini tak berlangsung sampai sempurna kecuali bila digunkan basa yang lebih kuat dari air.

 

     2.     Asam dan basa Konjugat

Konsep asam dan basa konjugat berguna untuk pembandingan keasaman dan kebasaan. Basa konjugat dari asam adalah ion atau molekul yang dihasilkan setelah kehilangan H⁺ dari asamnya. Misalnya, ion klorida adalah basa konjugat dari HCl. Asam konjuat dari NH₃ adalah NH^4+. Di lain pihak, bila asam lemah atau sangat lemah, basa konjugatnya adalah sedang  kuatnya atau kuat, bergantung pada afinitas basa konjugat untuk H⁺.

 Jadi, bila kekuatan asam dari deret senyawa bertambah, kekuatan basa dari basa konjugatnya juga berkurang.

    3. basa dan asam lewis

_­­­­­­­Meskipun banyak reaksi asam-basa mencakup perpindahan proton dari asam ke basa, bebera pareaksi asam basa tidak mencakup perpindahan proton. Dengan alasan ini, telah dikembangkan konsep lewis yang lebih umum mengenai asam dan basa. Asam lewis adalah zat yang dapat menerima sepasang electron. Setiap spesi dengan atom yang kekurangan electron dapat berfungsi sebagai asam lewis,  misalnya; H⁺ adalah asam lewis. Kebanyakan asam lewis selain H⁺ yang dijumpai adalah garam logam anhidrat (misalnya ZnCL₂, FeCl₃, dan AlBr₃).

Basa lewis adalah zat yang dapat memberikan sepasang electron. Contoh dari basa lewis adalah NH₃ dan OH^-,  masing-masing mempunyai sepasang electron valensi yang menyendiri yang dapat disumbangkan ke H⁺ atau semua asam lewis lain.

     4.     Tetapan Keasaman

Suatu reaksi kimia mempunyai tetapan keseimbangan K yang menggambarkan seberapa jauh reaksi berlangsung sampai berkesudahan. Untuk ionisasi dari suatu asam dalam air, tetapan ini disebut tetapan keasaman Ka. Semakin terionisasi suatu asam, semakin besar nilai Ka karena nilai dalam pembilang makin besar. Asam yang lebih kuat mempunya inilai Ka yang lebih besar. Setiap asam dengan Ka> 10 dianggap sebagai asam kuat.

 

Seperti dalam hal pH yang merupakan logaritma negative dari konsentrasi ion hydrogen, maka pKa merupakan logaritma negative dari Ka. Bila Ka semakin besar (asam yang lebih kuat) pKa menjadi lebih kecil, makin kecil nilai pKa makin kuat asam nya.

5. Ketetapan kesetimbangan

Reaksi reversible dari basa lemah dengan air, seperti reaksi dari asam lemah dengan  H₂O menghasilkan konsentrasi ion yang kecil, tetapi tetap pada kesetimbangan. Tetapan kebasaan. Kb adalah tetapan setimbangan untuk reaksi ini. Seperti dalam hal Ka, nilai [H₂O]  tercakup dalam Kb dalam ungkapan kesetimbangan. 

 

 

Dengan bertambahnya kekuatan basa, nilai Kb bertambah dan nilai pKb berkurang. Semakin kecil nilai untuk pKb, semakin berat basanya.