Orbital dan Peranannya Dalam Ikatan Kovalen

Orbital dan Peranannya Dalam Ikatan Kovalen

Elektron merupakan partikel yang bermuatan negative yang berada disekitar inti atom. Seperti yang telah dijelaskan dalam teori atom Bhor bahwa “Elektron mempunyai lintasan orbit tertentu dan elektron dapat tereksitasi kelintasan luar dengan menyerap energy atau tereksitasi ke lintasan dalam mendekati inti atom dengan memancarkan energy “.  Dari pernyataan itu dpat dibayangkan bahwa pada model atom Bohr elektron bergerak mengelilini inti atom sepertiperedaran planet-planet yang mengitari matahari. 

 

Elektron bersifat dualisme yang artinya elektron memiliki sifat sebagai partikel dan gelombang. Pernyataan ini didasarkan pada eksperimen difraksi berkas elektron yang dikemukakan oleh Louis de Broglie.  Sifat partikel dan gelombang suatu materi ini tidak tampak sekaligus,sifat yang tampak  jelas  hal ini bergantung pada perbandingan panjang  gelombang  de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Dalam kehidupan nyata asas de Broglie ini bisa di lihat pada momentum petir dan kilat. Dimana kilat akan terjadi terlebih dahulu kemudian akan terdengar sura petir. Dari  peristiwa tersebut dapat diketahui bahwa kilat merupak sifat  gelombang berwujud cahaya sedang kan petir merupakan sifat partikel yang berupa suara.

Peristiwa tersebut menjadi salah satu fakta  yang mendukung  konsep De Broghlie. Hal inilah yang menjadi dasar dari teori mekanika kuantum yang merupakan teori atom modern yang saat ini digunakan. Teori mekanika kuantum ini dikemukakan oleh Heseinberg , dimana dia menyatakan bahwa “elektron tidak dapat ditentukan keberadaannya secara pasti “. Keberadaan elektron hanya merupakan kebolehjadian  menemukan elektron pada suatu area tertentu. Bisa saja aelektron bergerak dari klit satu ke kelit terakhir.  Hal ini disebabkan tidak mungkin dapat ditentukan posisi sekaligus momentum dari suatu benda bergerak.  Dari pernyataan yang diungkapkan oleh Heseinberg ini muncul prinsip ketidakpastian , dimana prinsip tersebut menunjukkan keterbatasan pengetahuan manusia.

Berdasarkan hipotesis De Broghlie dan Heseinberg sifat atom dalam hal ini dapat dijelaskan dengan lebih baik berdasarkan sifat gelombangnya. Scrodinger mengungkapkan melalui persamaan fungsi gelombang bahwa kebolehjadian menemukan elektron pada area tertentu dikenal dengan konsep orbital yaitu area dimana elektron berpeluang besar ditemukan. Elektron dalam orbital yang bergerak cepat akan membentuk suatu awan elektron . 

  

  

Awan elektron ini memberikan deskripsi peluang terbesar tempat elektron berada. Gerakan elektron pada tiap orbital membentuk awan dengan pola tertentu misanya menyerupai bola, bola terpilin atau bentuk lainnya. Geraka elektron yang sangat cepat ini membentuk ketebalan yang berbeda ditiap ruang orbital. Semakin tebal awan elektron semakin besar peluang elektron untuk ditemukan begitupun sebaliknya. Menurut persamaan fungsi gelombang , distribusi elektron dala orbital dapat ditentukan melalui 3 bilangan kuantum yaitu :

a.       Bilangan kuantum utama (n = nomor lintasan elektron/kulit )

b.      Bilangan kuantum azimuth (l = menunjukkan sub-lintasan/ sub- kulit)

c.       Bilangan kuantum magnetic (m = harga orbital).

I.                  Sifat Gelombang

          Pada tahun 1923, Louis de Broglie, seorang mahasiswa Perancis tingkat pascasarjana,

mengemukakan pendapat yang revolusioner bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sekaligus juga sifat partikel. Pendapat de Broglie mula-mula kurang dapat diterima, tetapi pendapatnya merupakan benih yang kini tumbuh menjadi konsep mekanika kuantum.

            Mekanika kuantum adalah subjek matematika. Untuk dapat mengenai ikatan kovalen, maka hanya diperlukan hasil dari studi mekanika kuantum, daripada persamaan matematikanya sendiri.Mula-mula akan dimulai dengan beberapa gelombang diam sederhana, yaitu jenis gelombang yang dihasilkan bila orang memetik senar, seperti senar gitar yang kedua ujungnya mati. Jenis gelombang ini menunjukkan gerak hanya dalam satu dimensi.

Gelombang merupakan gejala rambat dari suatu getaran / usikan. Gelombang akan terus terjadi apabila sumber getaran ini terus bergetar terus menerus. Gelombang membawa energy dari satu tempat ketempat yang lain. Gelombang diam merupakan jenis gelombang yang dihasilkan bila orang memetik senar , contohnya seperti senar gitar yang kedua ujungnya mati. Pada saat memetik gitar , ketika gitar di petik kebawah maka gelombang bunyi akan kebawah dan jika senar gitar dipetik keatas maka gelombang bunyi akan keatas. 

Dari situasi tersebut diketahui bahwa gelombang diam ini  bergerak hanya dalam satu dimensi. Sedangkan pada gelombang dimensi dua itu dapat dilihat pada pemukulan kepala drum , selain dimensi dua gelombang juga ada yang berdimensi tiga contonya adalah sistem gelombang elektron. Tinggi gelombng diam adalah amplitudonya yang dapat mengarah keatas (nilai positif) atau mengarah kebawah (nilai negativ) terhadap kedudukan istirahat dari senar. Kedudukan pada gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul , dan sesuai dengan kedudukan pada senar gitar yang tak bergerak bila senar bergetar.

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu terhadap yang lain. Bila amplitude positif dan negative dari dua gelombang suling sesuai , kedua gelombang tersebut sefase. Bila tanda matematik dari amplitude saling berlawanan, gelombang keluar fase.

Bila dua gelombang yang sefase pada senar yang sama saling tumpang tindih ,mereka saling memperkuat. Perkuatan dinyatakan oleh penambahan fungsi matematik yang sama tanda  yang menggambarkan gelombang. Sebaliknya , sepasang gelombang yang tumpang tindih yang keluar fase, saling mengganggu atau berinterferensi. Proses interferensi dinyatakan oleh penambahan dua fungsi mg batematik yanerlawanan tanda. Interferensi sempurna menghasilkan penghapusan satu gelomban.oleh yang lain. Tumpang tindih sebagian dari dua gelombang yang keluar fase menghasilkan simpul.

       II.          Orbital ikatan dan anti ikatan

 

Bila sepasang gelombang saling tumpang tindih , maka mereka dapat saling memperkuat atau saling berinterferensi. Penambahan dari dua orbital atom 1s dari dua atom H yang sefase menghasilkan orbital molekul ikatan o dengan rapat elektron yang tinggi antara inti yang berikatan. Contohnya dalam molekul hidrogen (H2). Orbital 1s dari satu atom hidrogen mendekati orbital 1s dari atom hidrogen kedua, kemudian keduanya melakukan overlap orbital. Ikatan kovalen terbentuk ketika dua orbital s mengalami overlap, disebut dengan ikatan sigma (σ). Ikatan sigma berbentuk silindris simetris , elektron dalam ikatan ini terdistribusi secara simetris/ berada di tengah antara dua atom yang berikatan.

Bila dua gelombang berlawanan fase mereka slaing mengganggu. Interferensi dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom hydrogen meberikan orbital molekul dengan simpul antar inti. Dalam orbital molekul ini kebolehjadian menemukan elektron antara inti sangat rendah. Karena itu orbital molekul khas ini menimbulkan system dimana kedua inti tak dilindungi oleh sepasang elektron dan intinya saling tolak menolak. Karena tolakan inti , system ini energinya lebih tinggi daripada system dua tom H yang mandiri. Orbital berenergi lebih tinggi ini adalah orbital “sigma bintang “ atau o*(*artinya “anti-ikatan”)

Membandingkan orbital ikatan dengan  orbital anti-ikatan

III.                   Orbital Hibrida Karbon

Bila atom hydrogen menjadi bagian dari suatu molekul , maka digunakan orbital atom 1s untuk ikatan. Keadaan dengan atom karbon agak berlainan. Karbon mempunyai dua elektron dalam orbital 1s, karenanya , orbital 1s merupakan orbital terisi yang tidak digunakan untuk ikatan. Keempat elektron pada tingkat energy kedua dari karbon adalah elektron ikatan.

     Ada empat orbital atom pada tingkat energy kedua: satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. namun demikian , karbon tidak menggunakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan. Sebagai gantinya , karbon bercampur, atau berhibridasi yaitu empat orbital atom tingkat kedua menurut salah satu dari tiga cara untuk ikatan :

Sesuai Dengan nomor golongannya (IVA),Atom karbon mempunyai 4 elektron valensi.Oleh Karena itu, untuk mencapai konfigurasi oktet maka atom karbon mempunyai kemampuan membentuk 4 ikatan kovalen yang relatif kuat. Ada empat orbital atom pada tingkat energi kedua: satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. Namun demikian, karbon tidak menggunakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan. Sebagai gantinya, karbon bercampur tau berhidrasi, yaitu empat orbital atom tingkat kedua menurut sati dari tiga cara untuk ikatan:

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

Bentuk molekul etana (CH₃CH₃) mengandung dua atom karbon sp³. Kedua atom karbon membentuk Ikatan C–C dengan tumpang tindih antara orbital sp³ dan orbital sp³ dari masing-masing atom karbon. Enam ikatan C–H dibentuk melalui tumpang tindih orbital sp³ sisa dan orbital 1s dari atom H. Ikatan yang terbentuk antara karbon-karbon maupun karbon-hidrogen adalah ikatan sigma yang terlokalisasi. Sehingga, akibat dari ikatan sigma yang terlokalisasi tersebut akan membentuk struktur tetrahedral murni.

 

2  2.     Hidridisasi sp², digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap

Dalam etilena (CH2=CH2), dua karbon sp² dapat digabung oleh ikatan sigma yang terbentuk karena tumpang tindih satu orbital sp² dari masing-masing atom karbon. (ikatan sigma ini adalah salah satu ikatan dari ikatan rangkap dua). Setiap atom karbon masih mempunyai orbital sp² tersisa utnuk ikatan dengan hidrogen.  Ikatan antara karbon-karbon ada dua macam. Pertama orbital sp² dari masing-masing atom karbon bertumpang tindih membentuk ikatan sigma C–C. Pada masing-masing atom karbon masih tersisa satu orbital hibrida sp² yang belum digunakan berikatan dengan orientasi tegak lurus terhadap bidang H–C–H. Kedua orbital hibrida sp² ini, kemudian bertumpang tindih lagi membentuk ikatan kedua. Ikatan ini dinamakan ikatan pi (π ). Jadi, ikatan rangkap dalam etilen dibangun oleh ikatan sigma dan ikatan pi.

33.     Hidridisasi sp, digunakan bila karbon membentuk ikatan ganda tiga atau ikatan Rangkap terkumulasi (dua ikatan rangkap terhadap suatu atom karbon tunggal)

Dalam CH≡CH, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan sigma sp-sp. Masing-masing karbon juga terikat terhadap atom hidrogen oleh ikatan sigma sp-s. Kedua orbital p dari satu karbon kemudian bertumpang tindih dengan kedua orbital p dari karbon lain untuk membentuk dua ikatan pi satu ikatan pi ada diatas dan dibawah ikatan sigma.ikatan pi lainya terletak dimuka dan dibelakang.

Konsep hibridisasi berhasil meramal struktur molekul senyawa kovalen bila atom pusat berikatan tunggal dengan substituent (atom) yang sama. Jika tidak demikian, akan terjadi penyimpangan yaitu bila :
a. Atom pusat mempunyai pasangan electron bebas seperti NH3
b. Terdapat ikatan rangkap antara ion pusat dengan atom lain seperti HCN
c. Atom-atom yang terikat pada atom pusat berbeda keelektronegatifannya seperti H2CClF
d. Atom-atom yang terikat pada atom pusat berbeda ukurannya seperti H3CCl dan H2CClF

Atom karbon lebih membentuk senyawa dengan orbital hibrida dari pada dengan orbital atom yang  tak berhibridisasi karena hibridisasi memberikan ikatan lebih kuat karena tumpang tindihnya lebih besar , dank arena itu menghasilkan molekul berenergi lebih rendah yang lebih stabil.