Orbital dan peranannya dalam ikatan kovalen:

HIBRIDASASI NITROGEN DAN OKSIGEN

Hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya orbital-orbital atom membentuk orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom. Konsep orbital-orbital yang terhibridisasi sangatlah berguna dalam menjelaskan bentuk orbital molekul dari sebuah molekul. Konsep ini adalah bagian tak terpisahkan dari teori ikatan valensi.

hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O (kadang kala juga P dan S). Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan dalam metana.
Pembentukan ikatan dalam senyawa harus sesuai dengan aturan hibridisasi yaitu :
1. Orbital yang bergabung harus mempunyai tingkat energi sama atau hampir sama
2. Orbital hybrid yang terbentuk sama banyaknya dengan orbital yang bergabung.
3. Dalam hibridisasi yang bergabung adalah orbital bukan electron

Pembentukan orbital hybrid melalui proses ibridisasi adalah sebagai berikut :
1. Salah satu electron yang berpasangan berpromosi ke orbital yang lebih tinggi tingkat energinya sehingga jumlah electron yang tidak berpasangan sama dengan jumlah ikatan yang akan terbentuk. Atom yang sedemikian disebut dalam keadaan tereksitasi. Promosi yang mungkin adalah dari ns ken p dan ns ke ns ke nd atau (n-1)d
2. Penggabungan orbital mengakibatkan kerapatan electron lebih besar di daera orbital hybrid.
3. Terjadi tumpang tindih orbital hybrid dengan orbital atom lain sehingga membentuk ikatan kovalen atau kovalen koordinasi.



Pada pembentukan ikatan kovalen, dua orbital atom overlap satu dengan yang lain membentuk orbital molekul. Tiap-tiap orbital atom harus berisi satu elektron, karena orbital molekul hanya dapat diisi oleh dua elektron yang spinnya berlawanan. Ini berarti, ikatan yang terbentuk oleh suatu atom, tergantung elektron yang tidak berpasangan. Kovalensi atom-atom biasanya sama dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan. Sebelum membentuk ikatan, orbital 2s dan orbital 2p yang dalam keadaan valensi tereksitasi di atas berubah menjadi orbital baru dengan energi sama. Orbital baru ini disebut orbital hibrida sp3.

Perubahan beberapa jenis orbital menjadi orbital baru yang energinya sama disebut hibridisasi. Dapat juga dikatakan, hibridisasi ialah penggabungan orbital-orbital s, p, dan d dengan jalan menambah atau mengurangi fungsi gelombangnya membentuk fungsi gelombang baru yang menyatakan orbital hibrida.

NITROGEN

Nitrogen memiliki lima elektron valensi di lapisan kedua. Setelah hibridisasi, akan memiliki tiga setengah penuh orbital sp3 dan dapat membentuk tigaikatan.


hibridisasi sp3 nitrogen




 hibridisasi sp2 nitrogen

  hibridisasi sp nitrogen
 
OKSIGEN

Oksigen memiliki enam elektron valensi. Setelah hibridisasi, akan memiliki dua setengah penuh orbital sp3 dan akan membentuk dua ikatan
mencerminkan pencampuran masing orbital atom. Energi dari setiap orbital hibrida lebih besar dari orbital awalnya tetapi kurang dari orbital p

hibridisasi sp3 Oksigen

hibridisasi sp2 Oksigen

 hibridisasi sp Oksigen

   D.  IKATAN RANGKAP TERKONJUGASI

Sistem konjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan mempengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, tetapi milik keseluruhan sistem konjugasi ini. Contohnya fenol (C₆H₅OH) memiliki sistem 6 elektron di atas dan di bawah ciccin planarnya sekaligus di sekitar gugus hidroksil.

Molekul organik dapat mengandung lebih dari satu gugus fungsi. Dalam kebanyakan senyawa polifungsional, setiap gugus fungsi tak bergantung dari yang lain. Walaupun demikian, tidak selalu demikian keadaannya.

Ada dua cara pokok untuk menempatkan ikatan rangkap dalam senyawa organik. Dua ikatan rangkap yang bersumber pada atom berdampingan disebut ikatan rangkap terkonjugasi. Ikatan rangkap yang menggabungkan atom yang tak berdampingan disebut ikatan rangkap terisolasi atau taj terkonjugasi.

 

Ikatan rangkap terisolasi berkelakuan mandiri, masing-masing ikatan rangkap mengalami reaksi seakan-akan yang lain tak ada. Sedangkan ikatan rangkap terkonjugasi tak saling madiri terhadap satu sama lain, ada antaraksi elektronik yang terdapat antaranya.

   E. BENZENA 

Benzena (C₆H₆) merupakan senyawa siklik dengan enam atom karbon yang tergabung dalam cincin. Setiap karbon terhibridasi sp² dan cincinnya merupakan planar. Setiap atom karbon memiliki satu atom hidrogen yang terikat padanya, da pada setiap atom karbon memiliki satu atom hidrogen yang terikat padanya, dan tiap-tiap atom karbon memiliki orbital p tak terhibridisasi tegak lurus terhadap bidang ikatan sigma dari cincin. Masing-masing dari keenam orbital p ini dapat menyumbangkan satu elektron untuk ikatan pi. (Gambar 1.5)

 Gambar 1.5

Dengan enam elektron p, benzena dapat mengandung tiga ikatan pi. Ketiga ikatan pi dalam cincin ini dapat digambarkan dengan beberapa rumus.

Semua panjang ikatan karbon-karbon dalam benzena adalah sama, 1,40 Å. Keenam ikatan lebih panjang daripada ikatan rangkap C-C, tetapi lebih pendek dari ikatan tunggal C-C. Bila cincin benzena mengandung tiga ikatan rangkap terlokalisasi oleh tiga ikatan tungga, ikatannya akan berbeda panjangnya. Fakta bahwa semua ikatan karbon-karbon dalam cincin benzena mempunyai panjang yang sama menyarankan bahwa cincin benzena tidak mengandung ikatan tunggal dan rangkap yang saling bergantian. Para ahli kimia berkesimpulan bahwa benzena merupakan molekul simetrik dan bahwa masing-masing dari enam ikatan cincin adalah sama dengan ikatan cincin lainnya. Daripada ikatan rangkap dan tunggal yang saling bergantian, keenam elektro pi terdelokalisasi sempurna dalam awan muatan elektron yang berbentuk seperti kue donat. Awan elektron pi ini disebut awan pi aromatik dari pi. Benzena merupakan salah satu dari golongan senyawa aromatik yaitu senywa yang mengandung awan pi aromatik (memiliki bau yang khas).
Pada 1845, ilmuwan Inggris, Charles Mansfield yang bekerja sama dengan August Wilhelm von Hofmann, mengisolasi benzena dari tar batubara. Empat tahun kemudian, Mansfield memulai produksi benzena dari tar batubara dalam skala industri. Berdasarkan hasil penelitian, benzena memiliki rumus kimia C₆H₆.
Rumus kimia ini memberikan misteri mengenai struktur yang tepat untuk benzena selama beberapa waktu setelah benzena ditemukan. Hal tersebut dikarenakan rumus kimia C6H6 tidak sesuai dengan kesepakatan ilmuwan bahwa atom C dapat mengikat 4 atom dan atom H mengikat 1 atom. Masalah ini akhirnya sedikit terpecahkan setelah menunggu selama 40 tahun. Ilmuwan Jerman, Friedrich August Kekule mengusulkan agar struktur benzena berupa cincin heksagonal. Perhatikanlah gambar berikut.

   F.  RESONANSI

Resonansi adalah delokalisasi elektron pada molekul atau ion poliatomik tertentu dimana ikatannya tidak dapat dituliskan dalam satu struktur lewis. Struktur molekul atau ion yang mempunyai delokalisasi elektron disebut dengan struktur resonan. Resonansi dalam kimia diberi simbol garis dengan dua arah panah.

Metana dan etilena merupakan contoh senyawa organik dengan struktur yang dapat digambarkan menggunakan rumus ikatan valensi tunggal (menggunakan garis untuk pasangan elektron ikatan).

Sedangkan benzena merupakan senyawa organik yang tidak dapat digambarkan secara teliti oleh rumus ikatan valensi tunggal. Delokalisasi dari elektron pi menghasilkan sistem dalam elektron pi mencakup lebih dari dua atom. Notasi ikatan valensi secara klasik tidak mencakup keadaan ini. Untuk dapat menggambarkan distribusi elektron pi dalam benzena dengan menggunakan rumus ikatan valensi klasik.

Kedua rumus ikatan valensi untuk benzena ini disebut rumus Kekule (Friedrich August Kekule, 1972). Pendapat Kekule adalah bahwa kedua struktur dari benzena bergeser maju balek sangat cepat, sehingga tak ada yang dapat diisolasi secara mandiri satu dari yang lainnya. Kedua struktur Kekule dikatakan ada dalam resonansi yang satu dengan yang lainnya. Dengan alasan ini, struktur Kekule disebut juga sebagai lambang resonansi atau struktur resonansi untuk benzena.

Hal penting yang perlu diperhatikan adalah bahwa lambang resonansi bukan struktur nyata, struktur nyata adalah gabungan dari semua lambang resonansi.

Gugus nitro (-NO₂) adalah gugus atom yang paling baik untuk diterangkan dengan menggunakan struktur resonansi.Suatu struktur ikatan valensi tunggal untuk gugus nitro menunjukkan dua jenis ikatan N-O. Namun demikian, telah diketahui bahwa dua ikatan N-O panjangnya sama. Dua struktur ikatan valensi yang diperlukan struktur nyata dari gugus NO₂ adalah diantara kedua struktur tersebut.