ORBITAL DAN PERANANYA DALAM IKATAN KOVALEN ( PERTEMUAN KE 2)

            Berbagai pendekatan mengenai orbital molekul telah dikembangkan.teori orbital molekul (MO) memberikan uraian matematik mengenai orbital, energinya, dan antaraksinya. Teori orbital molekul adalah teori yang menjelaskan ikatan kimia melalui diagram molekul sifat magnet dan sifat-sifat molekul dapat dengan mudah menjelaskan  dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantum lain yang disebut dengan teori orbital molekul. Teori tolakan pasangan kulit valensi (VSERP) didasarkan pada dasar pemikiran bahwa electron valensi atau pasangan electron dari atom saling bertolakan. Dalam teori ikatan valensi,rumus ikatan valensi digunakan untuk menerangkan ikatan kovalen dan antar reaksinya.

   A.SIFAT GELOMBANG

            Tahun 1923, Louis Broglie, seorang mahasiawa perancis tingkat pasca sarjana, menggemukakan pendapat yang refolusioner bahwa electron mempunyai sifat gelombang dan skaligus juga sifat partikel. Pendapatnya merupakan benih yang kini menjadi konsep mekanika kuantum mengenai gerak electron dan teori orbital molekul.

Berdasarkan geraknya 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

Tinggi gelombang diam adalah 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 . bila amplitude positif dan negative dari dua gelombangbsaling sesuai  kedua gelombang tersebut sefase.bila tanda matematik dari amplitude saling berlawanan , maka gelombang bukan sefase

Bila dua gelombang yang sefase pada sinar yang sama saling tumpang tindih, maka saling memperkuat.sebaliknya, sepasang gelombang yang tumpang tindih yang keluar fase , saling mengganggu atau berinterferensi.proses interverensi menyatakan penambahan dua fungus matematik yang  berlawanan arah.tumpang tindih sebagian dari dua gelombang yang keluar fase menghasilkan simpul

 

Gambar beberapa gelombang diam di sinar yang bervariasi dengan ujung tertentu 

 

         Gambar perkuatan dan intervensi gelombang 

Fungsi gelombang yang menggambarkan setiap orbital yang tumpang tindih dijumlahkan bersama, perhitungan ini dikenal dengan kombinasi linier orbital atom,atau teori (LCAO). Bila orbital yang bertumpang tindih sefase hasilnya adalah molekul orbital berikatan. Orbital atom yang keluar fase menghasilkan interfensi, yang menimbulkan simpul antara dua inti. Intervensi menuju pada orbital molekul anti ikatan atau tidak berikatan

Ikatan Sigma dan Ikatan Pi

Ikatan kovalen dihasilkan karena pembentukan orbital molekul yang terjadi akibat

satu orbital atom bertumpang tindih dengan orbital atom dari atom lain.

Tumpang tindih orbital antara atom menghasilkan orbital molekul. Ada 2 cara orbital

atom saling bertumpang tindih, yaitu :

a. Tumpang tindih ujung-ujung, menghasilkan orbital molekul sigma, ikatannya

disebut ikatan sigma (σ).

b. Tumpang tindih sisi-sisi, menghasilkan orbital molekul pi (π), ikatannya disebut

ikatan pi (π).

Pembentukan orbital molekul ikatan antara 2 atom hidrogen membentuk ikatan σ

disajikan pada Gambar 1.3.

                 Gambar 1.3. Pembentukan orbital molekul ikatan antara 2 atom hydrogen

membentuk ikatan σ

Tumpang tindih orbital yang menghasilkan ikatan σ antara orbital p dan s dan orbital p

dan p ditampilkan pada Gambar 1.4.

Gambar 1.4. Tumpang tindih orbital s dan p serta pdan p yang menghasilkan

ikatan sigma

   B. ORTBITAL IKATAN DAN ORBITAL ANTI IKATAN

             Bila gelombang saling bertumpang tindih , maka mereka dapat saling memperkuat atau saling berinferensi. 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.

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.

            Bila dua atom berlawanan fase mereka saling mengganggu.interfenrensi dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom hydrogen memberikan orbital molekul dengan simpul antara inti.orbital molekul ini lebih sulit menemukan electron antara inti karna sangat rendah.orbital  molekul ini kedua inti tidak dilindungi oleh sepasang electron dan intinya saling tolak menolak. Karena orbital ini saling tolakan maka energinya lebih tinggi dari pada system dua atom H yang mandiri. Orbital berenergi lebih tinggi ini adalah orbital anti ikatan (σ^*).

 

 

Untuk molekul hidrogen, 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.

·        Beberapa Hal Penting Yang  Umum Mengenai Orbital Ikatan Dan Orbital Anti Ikatan

1.      setiap orbital dapat memegang maksimum dua electron, yang harus mempunyai spin berlawanan

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

3.     Dalam pengisian orbital molekul dengan electron orbital berenergi terendah diisi dahulu. Bila orbital terdegradasi , masing-masing mendapat satu electron sebelum salah satu orbital terisi penuh.

  

   

C.ORBITAL HIBRIDA KARBON

Atom karbon memiliki dua orbital 2s dan 2p untuk membentuk ikatan. Terdapat dua elektron tak berpasangan satu dalam tiap orbital 2p artinya atom karbon hanya dapat membentuk dua ikatan dengan hidrogen dalam keadaan dasar. Walaupun spesi CH₂  memang dikenal spesi ini sangat tidak stabil. Fakta menunjukkan bahwa atom karbon membentuk ikatan C H dan menghasilkan CH₄ dengan bentuk bangun ruang tetrahedron.

Hibridisasi adalah pencampuran dua atau lebih orbital atom membentuk jumlah orbital hibrida yang sama. Dimana masing masing orbital mempunyai bentuk dan energi yang sama.

·         Hibridisasi sp³

Atom karbon memiliki konfigurasi ground state pada kulit terluar terdapat dua elektron dalam orbital 2s dan dua elektron tak berpasangan dalam orbital 2p. 

 

·         Hibridisasi sp²

Hibridisasi sp² digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap dua. Untuk membentuk orbital ikatan sp² karbon menghibridisasiorbital 2enya hanya dengan dua orbital 2pnya. Satu orbital p tetap tak terhibridisasi

 

·                      ·         Hibridisasi sp

Hibridisasi sp digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap tiga. Untuk membentuk orbital ikatan sp karbon menghibridisasi orbital 2enya hanya dengan satu orbital 2pnya. Dua orbital p tetap tak terhibridisasi.

    a.      hibridisasi 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 2p_x¹ 2p_y¹ 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 (lihat pula: karbena), 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 mengizinkan empat ikatan dan sesuai dengan teori ikatan valensi (adalah benar untuk O₂), hal ini berarti akan ada beberapa ikatan CH₄ yang memiliki energi ikat yang berbeda oleh karena perbedaan aras 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.s (orbital inti hampir tidak pernah terlibat dalam ikatan) "bergabung" dengan tiga orbital 2p membentuk hibrid sp³ (dibaca s-p-tiga) menjadi 

           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 2

 

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

 

Sebuah pandangan alternatifnya adalah dengan memandang karbon sebagai anion C⁴⁻. Dalam kasus ini, semua orbital karbon terisi:

Sebuah pandangan alternatifnya adalah dengan memandang karbon sebagai anion C⁴⁻. Dalam kasus ini, semua orbital karbon terisi:

${\displaystyle }$

 

Jika kita menrekombinasi orbital-orbital ini dengan orbital-s 4 hidrogen (4 proton, H⁺) dan mengijinkan pemisahan maksimum antara 4 hidrogen (yakni tetrahedal), maka kita bisa melihat bahwa pada setiap orientasi orbital-orbital p, sebuah hidrogen tunggal akan bertumpang tindih sebesar 25% dengan orbital-s C dan 75% dengan tiga orbital-p C. HaL ini sama dengan persentase relatif antara s dan p dari orbital hibrid sp³ (25% s dan 75% p)

    a.     hibridisasi sp²

atom karbon ada dalam keadaan hibridisasi sp²

contoh-contoh senyawa dengan karbon sp²

Untuk membentuk orbital ikatan sp², karbon menghibridisasi orbital 2s nya hanya dengan dua orbital 2pnya . satu orbital p pada atom karbon tetap tak terhibridisasi karena dua orbial atom digunakan untuk membentuk orbital sp^2.masing-masing orbital sp² mrmpunyai bentuk yang sama seperti orbital sp³ dan mengandung satu elektron yang dapat digunakan untuk ikatan.

 

Tiga orbital sp² sekeliling inti karbon terletak sejauh mungkin yang satu dari yang lain –taitu. Orbital sp² terletak dalam bidang sudut 120^◦ ( secara ideal ) di antaranya. Suatu atom karbon terhibridisasi sp²  dikatakan karbon trigonal (tri sudut)

 

Dalam etina (CH₂ = CH₂), dua Karbon sp² dapat digabung oleh ikatan sigma yang terbentuk karena tumpang tindih atau orbital sp²dari masing masing atom karbon. 

( ikatan sigma ini adalah salah satu ikatan dari ikatan rangkap dua )  setiap atom kararbon masih memiliki dua orbital sp² tersisa untuk atom hydrogen.( setiap atom karbon juga mempunyai orbital p ).

kedua orbital pini kemudian tumpang tindih  lewat kedua sisinya , hasil dari tumpang tindih sisi terhadap sisi ini iyalah ikatan pi (П)  suatu orbital molekul ikatan yang menggabungkan dua karbon dan terlokasi diatas dan dibawah bidang dari ikatan sigma . ikatan pi adalah ikatan kedua dari ikatan rangkap dua.