TINJAUAN ULANG TENTANG ATOM DAN MOLEKUL DALAM KIMIA ORGANIK

  

A.Struktur elektron dari atom

            Struktur elektron yaitu cara elektron terdistribusi diantara orbital dari suatu atom. Hal ini ditunjukkan oleh ketentuan terjadinya subkulit berdasarkan adanya kenaikan energy. Alasannya adalah bahwa dlam keadaan dasar suatu elektron, elektron di jumpai dalam keadaan tingkat energi yang paling rendah. Misalnya dalam hidrogen, elektron tunggal akan terletak dalam subkulit 1s karena dalam tingkat ini elektron memiliki energi yang paling rendah. Konfigurasi elektron ini sering disingkat terutama untuk atom-atom yang elektronnya banyak. Struktur elektron yang dari kulit yang terluar (kulit dengan n paling tinggi) yang bertanggung jawab untuk perubahan kimia dalam reaksi kimia. Elektron yang berada dikulit terluar disebut dengan elektron inti. Contohnya: helium kulit yang lebih dalamnya diisi subkulit 1s yang disebut inti helium. Oleh karena itu, untuk menulis singkatan konfigurasi, selalu memilih konfigurasi yang sama dengan bentuk konfigurasi gas mulia yang digantikan dengan simbolkimia didalam tanda kurung sebagai singkatan struktur elektron.

            Seperti halnya dengan atom hidrogen, pada atom polielektron, tiap orbital dicirikan dengan seperangkat bilangan kuantum n,l,m, dan s. bilangan kuantum ini punya makna fisik sama dengan atom hidrogen. Perbedaannya sama dengan distribusi radial atau jarak orbital dari inti. Akibatnya tingkat energi pada atom polielektron berbeda dengan atom hidrogen (tunggal). Pada atom hidrogen , setiap orbital dengan bilangan kuantum utama sama, mempunyai tingkat-tingkat energi sama. Contohnya orital 2s dan 2p memiliki tingkat energi yang sama. Demikian pula orbital 3s, 3p dan 3d.

B. Jari-Jari Atom Dan Keeloktronegatifan

• Jari-jari atom

      Jari-jari atom merupakan jarak dari pusat inti ke elektron paling luar. Jari-jari atom ditemukan dengan mengukur panjang ikatan atau jarak antar inti dalam senyawa karbon, Jari –jari atom sering disebut jari-jari kovalen. Jari-jari atom berubah – ubah bergantung pada besarnya tarikan antara inti dan elektronnya. Makin besar tarikan  maka akan makin kecil jari-jari atomnya. Hal ini dipengaruhi oleh jumlah proton dalam inti dan jumlah kulit yang mengandung elektron. Dalam kimia organik, atom saling berikatan satu dengan yang lain dalam kedekatan yang dekat oleh ikatan kovalen. Konsep jari-jari atom akan berguna dalam memperkirakan tarikan dan tolakan antara atom dan dalam membahas kekuatan ikatan kovalen. 

•  Keelektronegatifan

     Kelektronegatifan adalah kemampuan suatu atom untuk menarik elektron dari atom lain. Faktor yang mempengaruhi keelektronegatifan adalahgaya tarik dari inti terhadap elektron dan jari-jari atom. Unsur-unsur yang segolongan : keelektronegatifan makin ke bawah makin kecil, karena gaya taik-menarik inti makin lemah. Unsur-unsur bagian bawah dalam sistem periodik cenderung melepaskan elektron. Unsur-unsur yang seperiode : keelektronegatifan makin kekanan makin besar.keelektronegatifan terbesar pada setiap periode dimiliki oleh golongan VII A (unsur-unsur halogen). Harga kelektronegatifan terbesar terdapat pada flour (F) yakni 4,0, dan harga terkecil terdapat pada fransium (Fr) yakni 0,7. Harga keelektronegatifan penting untuk menentukan bilangan oksidasi ( biloks) unsur dalam sutu senyawa. Jika harga kelektronegatifan besar, berati unsur yang bersangkutan cenderung menerim elektron dan membentuk bilangan oksidasi negatif. Jika harga keelektronegatifan kecil, unsur cenderung melepaskan elektron dan membentuk bilangan oksidasi positif. Jumlah atom yang diikat bergantung pada elektron valensinya.

            Dalam satu periode dari kiri ke kanan, jari-jari semkain kecil dangaya tarik inti terhadap elektron semakin besar, maka atom semakin mudah menarik elektron dari luar sehingga afinitas elektron semakin besar. Pada satu golongan dari atas ke bawah, jari-jari atom makin besar, sehingga gaya tarik inti terhadap elektron makin kecil, maka atom semakin sulit menarik elektron dari luar, sehingga afinitas elektron semakin kecil.

 C. Panjang ikatan dan sudut ikatan

            Dari data panjang ikatan diatas, dapat disimpulkan panjang ikatan rangkap tiga lebih pendek bila dibandingkan dengan ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal, ikatan rangkap dua lebih pendek dari ikatan tunggal. Dan ikatan C dengan H lebih pendek dari ikatan tunggal antara C dengan C. Panjang dan kekuatan suatu ikatan tergantung dari hibridisasi dari atom yang saling berikatan. Semakin besar karakter s dalam orbital yang digunakan atom-atom untuk membentuk ikatan, semakin pendek dan kuat ikatan tersebut.

            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 2px1 2py1 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 mengijinkan 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. 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 2s (orbital inti hampir tidak pernah terlibat dalam ikatan) "bergabung" dengan tiga orbital 2p membentuk hibrid sp3 (dibaca s-p-tiga) menjadi

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

            Karbon akan melakukan hibridisasi sp2 karena orbtial-orbital hibrid hanya akan membentuk ikatan sigma dan satu ikatan pi seperti yang disyaratkan untuk ikatan rangkap dua di antara karbon-karbon. Ikatan hidrogen-karbon memiliki panjang dan kuat ikat yang sama. Hal ini sesuai dengan data percobaan. Dalam hibridisasi sp2, orbital 2s hanya bergabung dengan dua orbital 2p: membentuk 3 orbital sp2 dengan satu orbital p tersisa. Dalam etilena, dua atom karbon membentuk sebuah ikatan sigma dengan bertumpang tindih dengan dua orbital sp2 karbon lainnya dan setiap karbon membentuk dua ikatan kovalen dengan hidrogen dengan tumpang tindih s-sp2 yang bersudut 120°. Ikatan pi antara atom karbon tegak lurus dengan bidang molekul dan dibentuk oleh tumpang tindih 2p-2p (namun, ikatan pi boleh terjadi maupun tidak).

D. Energy disosiasi.

      Energi disosiasi ikatan adalah energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas menjadi gugus – gugus molekul gas.

Contoh

CH₄(g) → CH₃(g) + H(g)       ∆H = +425 kJ/mol

CH₃(g) → CH₂(g) + H(g)       ∆H = +480 kJ/mol

Reaksi tersebut menunjukan bahwa untuk memutuskan sebuah ikatan C – H dari molekul CH₄ menjadi gugus CH₃ dan atom gas H diperlukan energi sebesar 425 kJ/mol, tetapi pada pemutusan C – H pada gugus CH₃ menjadi gugus CH₂ dan sebuah atom gas H diperlukan energi yang lebih besar, yaitu 480 kJ/mol. Jadi meskipun jenis ikatannya sama tetapi dari gugus yang berbeda diperlukan energi yang berbeda pula. Selain dapat digunakan sebagai informasi kestabilan suatu molekul, harga energi disosiasi ikatan dapat digunakan untuk memperkirakan harga perubahan entalpi suatu reaksi. Perubahan entalpi merupakan selisih dari energi yang digunakan untuk memutuskan ikatan dengan energi yang terjadi dari penggabungan ikatan.

ΣH = Σ Energi ikatan pereaksi – Σ Energi ikatan hasil reaksi

Berdasarkan banyaknya atom yang ada pada molekul, energi disosiasi ikatan dibagi menjadi energi disosiasi ikatan molekul diatom dan energi disosiasi ikatan molekul poliatom.

 E. Konsep asam basa dalam kimia organik

            Asam adalah zat-zat molekuler yang apabila direaksikan dengan air akan menghasilkan ion hidronium. Misalnya hydrogen klorida adalah suatu asam dan jika dilarutkan didalam air maka akan menghasilkan H₃O^+. Apabila kita gunakan H+n sebagai kependekan dari ion hidronium dan molekul air yang membawa ion H+ kita hilangkan, reaksi dapat ditulis :  HCL(aq) + H2O ==> H3O+(aq) + CL-(aq)

HCL adalah elektrolit kuat berarti asam ini akan terionisasi sempurna. Maka hcl dikatakan adalah asam kuat. Selain itu ada juga asam dengan elektrolit yang lemah seperti asam asetat. Basa secara prinsip, ada dua macam asam basa yaitu hidroksida ion dan zat molekuler yang apabila bereaksi dengan air akan menghasilkan ion OH^-. Natrium hidroksida dan kalsium hidroksida adalah contoh dari hidroksida ion. Pada keadaan padat, zat-zat ini terdiri dari ion logam dan ion hidroksida yang apabila dilarutkan dalam air maka akan terdiosiasi

            NaOH(s) ===> Na⁺(aq) + OH^-(aq)

            Ca(OH)₂(s) ==> Ca²⁺ + 2OH^-

Sebagian senyawa ion yang khas apabila dilarutkan dalam air, disosiasinya akan sempurna, maka ion dari hidroksida logam adalah basa kuat. Dalam hal ini suatu proton akan dipindahkan dari molekul air ke molekul amonia. Setelah H₂O kehilangan H⁺ yang tinggal adalah ion OH^-. Reaksi NH₃ dengan air adalah setimbang, hanya sebagian kecil NH3 akan membentuk NH₄⁺ dan ion OH^-. Amonia adalah suatu elektrolit lemah dank arena hanya dalam larutannya secara relative hanya sedikit mengandung ion OH^-, maka dikatakan juga basa lemah. Pada umumnya basa molekuler adalah basa lemah.