ORBITAL DAN PERANANYA DALAM IKATAN KOVALEN PERTEMUAN KE 3

     A.    ORBITAL HIBRIDISASI NITROGEN DAN OKSIGEN

•  Orbital Hibrida Nitrogen

Secara elektronika nitrogen sama dengan karbon, dan orbital atom dari nitrogen berhibridisasi menurut cara yang sangat bersamaan dengan karbon.

 

Seperti ditunjukkan dalam diagram orbital di atas, perbedaan antara nitrogen dan karbon adalah satu orbital sp³ dari nitrogen sudah terisi dengan sepasang elektron, sehingga nitrogen hanya dapat membentuk tiga ikatan kovalen dengan atom lain. Amonia (NH₃) mengandung atom nitrogen sp³ yang terkat pada 3 tom hidrogen

 

Seperti halnya karbon, nitrogen juga dapat berhibridisasi sp² dan sp. Perbedaan penting antara nitrogen dan karbon adalah satu orbital dari nitrogen terisi penuh sepasang elektron bebas.

 

• Orbital Hibrida Oksigen

Oksigen berhibridisasi menurut cara yang sama dengan karbon dan nitrogen. Dua dari empat orbital hibrida sp³ dari oksigen sudah terisi sepasang elektron. Hibridisasi atom aksigen ditampilkan pada Gambar berikut.

 

Alkohol dan eter yang analog dengan air, mengandung atom oksigen terhibridisasi sp3 dan mempunyai 2 pasang elektron valensi menyendiri, sperti ditunjukkan pada Gambar 1.15.

 

B.IKATAN RANGKAP TERKONJUGASI

Molekul organic dapat mengandung lebih dari satu gugus fungsi. Dalam kebanyakan senyawa polifungsional, setiap gugus fungsi tak bergantung dari yang lain , mrski pundemikian tak selal demikian halnya

Ada dua pokok untuk menempatkan ikatan rangkap dalam senyawa organic. Dua ikatan rangkap yang bersumber pada atom yang berdampingan  disebut ikatan rangkap terkunjugasi. Ikatan  rangkap  yang menggabungkan atom tak berdampingan disebut ikatan rangkap terisolasi (terpencil) atau tak terkonjugasi.

ikatan rangkap terisolasi berkelakuan mandiri , masing-masing ikatan rangkap mengalami reaksi seakan –akan yang lain taka da . ikatan rangkap terkonjugasi , sebaliknya tak saling mandiri terhadap satu dengan yang lain , ada antaraksi  elekton yang terdapat antaranya . pilihlah system terkonjugasi yang paling sederhana ,CH=CH-CH=CH₂ Yang disebut 1,3-butaniena.  Gambar 2.22 mengambarkan tumpang tindih orbital p dalam 1,3-butadiena.

 

 

 

 

 

Sejumlah istilah digunakan  untuk menggambarkan ikatan pi ini dalam system terkonjugasi . dapat dikatakan bahwa ada tumpang tindih sebagian dari orbital p antara karbon pusat . dapat juga dikatakan bahwa ikatan antara karbon 2 dan 3 dalam 1,3 butadiena  mempunyai karakter ikatan rangkap sebagian . suatu cara lain untuk menggambarkan system adalah mengatakan bahwa electron pi terdelokasi , yang berarti bahwa  rapat electron pi terdistribusi lewat daerah yang agaak besar dalam molekull.ikatan rangkap yang tak terdelokasi  mengandung electron pi terlokalisasi.

      C.    BENZENA DAN RESONANSI

•   Benzena

Senyawa benzena mempunyai rumus molekul C₆H₆, dan termasuk dalam golongan senyawa hidrokarbon aromatik. Nama aromatik digunakan karena senyawa tersebut berbau harum.dari rumus molekulnya dapat diketahui bahwa benzena merupakan senyawa tidak jenuh karena tidak memenuhi rumus CnH2n+2.Bila dibandingkan dengan senyawa hidrokarbon lain yang mengandung 6 buah atom karbon, misalnya heksana (C₆H₁₄) dan sikloheksana (C₆H₁₂), maka dapat diduga bahwa benzena mempunyai derajat ketidakjenuhan yang tinggi. Dengan dasar dugaan tersebut maka dapat diperkirakan bahwa benzena memiliki ciri-ciri khas seperti yang dimiliki oleh alkena.Perkiraan tersebut ternyata jauh berbeda dengan kenyataannya, karena benzena tidak dapat bereaksi seperti alkena (adisi, oksidasi, dan reduksi).Lebih khusus lagi benzena tidak dapat bereaksi dengan HBr, dan pereaksi-pereaksi lain yang lazimnya dapat bereaksi dengan alkena.Sifat-sifat kimia yang diperlihatkan oleh benzena memberi petunjuk bahwa senyawa tersebut memang tidak segolongan dengan alkena ataupun sikloalkena.

Senyawa benzena dan sejumlah turunannya digolongkan dalam senyawa aromatik, Penggolongan ini dahulu semata-mata dilandasi oleh aroma yang dimiliki sebagian dari senyawa-senyawa tersebut.Perkembangan kimia pada tahap berikutnya menyadarkan para kimiawan bahwa klasifikasi senyawa kimia haruslah berdasarkan struktur dan kereaktifannya, dan bukan atas dasar sifat fisikanya.Saat ini istilah aromatik masih dipertahankan, tetapi mengacu pada fakta bahwa semua senyawa aromatik derajat ketidakjenuhannya tinggi dan stabil bila berhadapan dengan pereaksi yang menyerang ikatan pi (π).

Benzena merupakan termasuk dari golongan senyawa aromatis yang paling sederhana. Benzena mempunyai rumus (C₆H₆) di mana merupakan dari hidrokarbon tidak jenuh sehingga mudah bereaksi dengan senyawa atau unsur lain membentuk senyawa baru. Rumus molekul benzena telah ditemukan sejak tahun 1834 yaitu C₆H₆. Rumus molekul ini memperlihatkan ketidakjenuhan karena tidak memenuhi rumus CnH_2n+2. Akan tetapi benzena tidak memperlihatkan ketidakjenuhan, benzena tidak melunturkan warna air bromin (tidak diadisi oleh bromin). Hasil percobaan menunjukkan bahwa monosubstitusi benzena, C₆H_5X, tidak mempunyai isomer. Hal ini mengisyaratkan bahwa keenam atom H pada benzena mempunyai kedudukan yang ekivalen.

Sementara itu, disubstitusi benzena, C₆H₄X₂, mempunyai tiga isomer. Rumus struktur benzena menjadi persoalan bertahun-tahun yang kemudian terselesaikan atas usul Kekule tahun 1865 yang mengusulkan agar enam atom hidrogen yang terikat pada atom-atom karbon pada molekul C₆H₆ dibuat setara. Menurut Kekule, struktur yang paling mungkin dari C₆H₆ adalah struktur cincin yaitu struktur lingkar enam dengan tiga ikatan rangkap yang berkonjugasi dan berpindah-pindah ( beresonansi ) sebagai struktur benzena yang beresonansi

Ikatan rangkap dalam benzena selalu berpindah-pindah, maka semua ikatan karbon-karbonnya sama panjang, yaitu antara ikatan tunggal dan ikatan rangkap. Dari percobaan diketahui panjang ikatan C – C dalam benzena adalah 140 pm. Dilihat dari struktur resonansi benzena, ikatan tunggal dan ikatan rangkap antara dua atom C bergerak dinamis ( berputar ) berganti-ganti

           Rumus Kekule juga dapat menjelaskan tiga jenis isomer benzena disubstitusi, C₆H₄X₂. Ketiga isomer itu ditandai dengan ortho ( o ), meta ( m ), dan para ( p ). Adapun struktur posisi orto, para, dan meta seperti  Tipe hibridisasi pada suatu atom pusat tergantung pada jumlah domain elektron pada  kulit luar atom pusat itu. Untuk senyawa karbon, jumlah domain elektron sama dengan jumlah ikatan sigma yang dibentuk. Setiap ikatan sigma memerlukan satu orbital hibrida. Sesuai dengan struktur Kekule, setiap atom karbon dalam benzena membentuk 3 ikatan sigma dan 1 ikatan phi. Jadi atom karbon dalam benzena mengalami hibridisasi sp².

 

 

 

 

 

Pembentukan cincin benzena dapat digambarkan sebagai berikut: setiap atom karbon menggunakan dua orbital hibrida sp²untuk membentuk ikatan dengan sesama atom karbon, sedangkan satu orbital sp²digunakan untuk mengikat atom hidrogen. Keberadaan elektron-elektron yang terdelokalisasi seputar lingkaran menjadi cirri dari senyawa aromatik. Hal itu pula yang menyebabkan mengapa benzena sangat stabil dan sukar mengalami adisi. Untuk mempermudah penulisan, rumus bangun benzena dapat digambarkan berupa segienam beraturan dengan lingkaran di tengahnya. Lingkaran itu menggambarkan elektron-elektron p yang mengalami delokalisasi.

•  Resonansi

Benzena adalah senyawa silkik dengan 6 atom karbon yang tergabung dalam cincin. Setiap atom karbon terhibridisasi sp² dan cincinnya planar. Setiap atom karbon mengikat satu atom hidrogen dan setiap atom karbon juga mempunyai orbital p yang tidak terhibridisasi tegak lurus terhadap bidang ikatan σ dari cincin tersebut

 

Dengan 6 elektron p, benzena mengandung 3 ikatan π yang dapat digambarkan menurut rumus A atau B, dimana ikatannya bergantian antara ikatan tunggal dan ikatan rangkap. Telah diketahui bahwa ikatan karbon-karbon dalam cincin benzena mempunyai panjang ikatan yang sama, berarti tidak mengandung ikatan tunggal dan rangkap yang saling bergantian. Disimpulkan bahwa keenam elektron pi terdelokalisasi sempurna dalam awan muatan elektron yang berbentuk seperti kue donat yang disebut awan pi aromatik.

Untuk menggambarkan distribusi elektron pi dalam benzena, digunakan rumus Kekule (1972) dimana kedua struktur dalam resonansi yang satu dengan yang lain. Struktur Kekule dusebut juga sebagai lambang resonansi atau struktur resonansi untuk benzena.

 

 

 Struktur nyata benzena tidak bergeser antara 2 struktur yang berbeda tetapi merupakan hibrida resonansi dari dua struktur resonansi. Untuk menyatakan benzena juga digunakan segienam dengan lingkaran di dalamnya yang menyatakan awan pi aromatik.

Pergeseran Elektron

Benzena bukan satu-satunya yang rumus ikatan valensi tunggalnya kurang cocok. Gugus nitro (-NO₂) adalah salah satu contoh yang baik untuk diterangkan struktur resonansinya.