Struktur Dan Ikatan Kimia PDF

 

BAB I STRUKTUR DAN IKATAN KIMIA A.  Tabel Periodik Semua materi terdiri dari satuan penyusun yang sama yang disebut atom, yang tersusun dari dua komponen utama, yaitu:

  Inti mengandung proton bermuatan positif dan neutron yang tidak

o

bermuatan. Sebagian besar massa atom terkandung dalam inti.

  Awan elektron terdiri dari elektron bermuatan negatif. Awan elektron

o

menyusun sebagian besar volume atom.

inti atom [proton + netron]

awan elektron

Muatan proton sama dengan muatan elektron tetapi tandanya berlawanan. Dalam atom netral, jumlah proton dalam inti sama dengan jumlah elektron. Jumlah proton atau elektron disebut nomor atom, yang khas untuk unsur tertentu. Sebagai contoh, atom karbon (C) netral memiliki nomor atom enam, yang berarti memiliki enam proton dalam inti dan enam elektron yang mengelilingi inti. Selain atom netral, juga ditemukan atom yang bermuatan yang disebut ion. Apabila jumlah proton tidak sama dengan jumlah elektron maka atom bermuatan, dapat berupa kation atau anion.

  Kation bermuatan positif, memiliki jumlah elektron lebih sedikit daripada

o

atom netral.

  Anion bermuatan negatif, memiliki jumlah elektron lebih banyak daripada

o

atom netral.  Jumlah neutron pada inti atom tertentu dapat bervariasi. Isotop adalah dua atom suatu unsur yang memiliki jumlah neutron yang berbeda. Nomor massa atom adalah jumlah proton dan neutron pada inti atom. Isotop-isotop memiliki nomor massa yang berbeda. Isotop hidrogen yang umum mempunyai satu proton dan tidak ada netron dalam inti. Jenis isotop yang lain adalah 1 

 

deuterium   (D), mempunyai satu proton dan satu netron) dan tritium   (T), mempunyai satu proton dan dua netron) dalam intinya. Massa atom menyatakan massa isotop rata-rata seluruh isotop yang ada di alam yang dinyatakan dalam satuan massa atom (sma). Setiap atom dilambangkan dengan satu atau dua huruf yang diambil dari nama unsurnya. Karbon dilambangkan dengan huruf C (dari kata Carbon). Nomor atom dituliskan sebagai subskrip dan nomor massa sebagai superskrip di sebelah kiri lambang atom, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1.

6 proton + 6 netron nomor massa 12

Nomor atom sama

Nomor massa berbeda

6 proton + 7 netron nomor massa 13

Gambar 1.1 Perbandingan dua isotop unsur karbon

Nomor Golongan Periode pertama Periode kedua

Golongan Gambar 1.2. Tabel periodik unsur-unsur yang dapat dijumpai dalam senyawa organik Sejak lama diketahui bahwa sekelompok unsur memiliki sifat yang mirip, dan unsur-unsur tersebut disusun secara sistematik dalam bagan yang disebut tabel periodik. Ada lebih dari 100 unsur-unsur yang dikenal, disusun dalam

2 

 

tabel periodik dalam urutan berdasarkan meningkatnya nomor atom. Tabel periodik terdiri dari sejumlah sejumlah baris (periode) dan sejumlah kolom (golongan). (golongan).

  Unsur-unsur dalam periode yang sama memiliki ukuran yang hampir

o

sama.

  Unsur-unsur dalam golongan yang sama memiliki susunan elektronik elektroni k dan

o

sifat kimia yang sama. Perhatikan deskripsi untuk unsur karbon berikut ini.

Nomor golongan Nomor atom Lambang unsur Nama unsur Berat atom

Setiap kolom dalam tabel periodik menunjukkan satu golongan, yang ditandai dengan angka Arab (1 sampai 8) atau Romawi (I - VIII) yang diikuti huruf A atau B. Sebagai contoh, karbon terletak di golongan 4A atau IVA dalam tabel periodik. Meskipun ada lebih dari 100 unsur, sebagian besar tidak terdapat dalam senyawa organik. Gambar 1.2 berisi potongan tabel periodik, yang menunjukkan beberapa unsur yang mungkin terdapat dalam senyawa organik. Sebagian besar unsur-unsur tersebut terletak dalam periode pertama dan kedua tabel periodik. Setiap kulit atom tersusun atas sub kulit yang disebut orbital. Orbital adalah sebuah ruang yang mempunyai rapatan elektron tinggi. Ada empat jenis orbital, masing-masing disebut s, p, d , dan  f . Kulit pertama hanya mempunyai satu orbital, disebut orbital s . Kulit kedua memiliki dua jenis orbital, s   dan  p , dan seterusnya. Setiap jenis orbital menempati ruang tertentu dan memiliki bentuk tertentu. Untuk unsur-unsur periode pertama dan kedua hanya memiliki orbital s   dan orbital p  orbital p .

  Orbital s   memiliki bentuk rapatan elektron seperti bola. Orbital ini

o

memiliki energi yang lebih rendah daripada orbital lain dalam kulit yang sama, karena elektron lebih dekat dengan inti yang bermuatan positif. Orbital s  terisi  terisi elektron sebelum mengisi orbital orbital p   p  pada  pada kulit yang sama. 3 

 

  Orbital  p   memiliki bentuk balon terpilin, yang memiliki node   di bagian

o

tengah. Node   menggambarkan adanya rapatan elektron yang rendah. Orbital p  Orbital  p  memiliki   memiliki tingkat energi yang lebih tinggi daripada orbital s   pada kulit yang sama, sama, karena rapatan rapatan elektron yang yang lebih jauh dari int inti. i. Orbital  p  terisi  terisi elektron setelah orbital s  pada  pada kulit yang sama terisi penuh.

orbital p 

orbital s 

Kerapatan elektron inti

inti

nol pada Node 

Marilah kita perhatikan kekhususan pada periode pertama dan kedua berikut ini. Periode Pertama Periode pertama dalam tabel periodik dibentuk dengan menambahkan elektron pada orbital kulit pertama. Hanya ada satu orbital pada kulit pertama, dan disebut orbital 1s  1s .

  Ingat: Setiap orbital dapat menampung maksimum dua elektron.

o

Akibatnya, ada dua unsur dalam periode pertama, unsur yang satu memiliki satu elektron pada orbital 1s  1s , dan yang satu lagi memiliki dua elektron. Unsur 1

hidrogen (H) memiliki konfigurasi 1s  1 s   yang mempunyai 1 elektron pada orbital 1s , dan helium (He) mempunyai konfigurasi elektron 1s  1 s 2  yang mempunyai 2 elektron dalam orbital 1s  1s .

Periode pertama konfigurasi elektron

Periode Kedua Semua unsur pada periode kedua mempunyai kulit elektron yang terisi penuh 2 elektron. Jadi semua unsur pada periode kedua mempunyai konfigurasi elektron 1 1s  s 2. Elektron-elektron tersebut ada dalam orbital kulit dalam, disebut 4 

 

elektron inti, dan biasanya tidak terlibat dalam reaksi kimia. Setiap unsur pada baris kedua tabel periodik memiliki empat orbital tersedia untuk menerima tambahan elektron. 2s , yang ada di kulit kedua.   Satu orbital 2s 

o

   Tiga orbital 2 p , berbentuk balon terpilin yang tegak lurus satu dengan

o

 yang lain, yang terarah terarah pada sumbu sumbu X, Y, dan dan Z.

orbital 2s  2s  

orbital 2 px  

orbital 2 py  

orbital 2 pz  

3 orbital 2p  

Setiap orbital maksimum terisi 2 elektron, sehingga 4 orbital pada unsur-unsur periode kedua terisi maksimum 8 elektron. Unsur-unsur periode kedua terdiri dari 8 unsur yang memiliki elektron yang mengisi orbital-orbital 2 2s  s  dan  dan 2 p .

nomor golongan periode kedua  jumlah elektron valensi

Elektron terluar tersebut disebut elektron valensi. Elektron valensi tertarik oleh inti lebih lemah daripada elektron yang lebih dekat pada inti, dan terlibat dalam reaksi kimia. Nomor golongan unsur-unsur periode kedua sama dengan jumlah elektron valensinya. Sebagai contoh, karbon yang termasuk golongan 4A memiliki empat elektron valensi dan oksigen golongan 6A memiliki enam elektron valensi. Soal latihan: 1.  Isotop nitrogen yang paling umum mempunyai massa 14 (Nitrogen-14), isotop nitrogen yang bersifat radioaktif memiliki massa 13 (Nitrogen-13). Nitrogen-13 digunakan dalam scan PET   ( positron  positron emissi emission on tomograp tomography  hy ) oleh fisikawan digunakan untuk memonitor aktivitas otak dan diagnosis demensia (kerusakan pada otak). Untuk kedua isotop tersebut memberikan 5 

 

informasi tentang: a) jumlah proton, b) jumlah netron, c) jumlah elektron dalam atom netral, dan d) nomor golongan. 2.  Perhatikan tiga atom: [1]

31

 P ,

15

[2]

19 9

 F  ,

dan [3]

2

 H  .

1

Untuk ketiga atom

tersebut berikan informasi tentang: a) nomor atom, b) jumlah elektron ele ktron dalam atom netral, c) jumlah elektron valensi, dan d) nomor golongan.

B.  Pembentukan Ikatan Pembentukan ikatan adalah penggabungan dua atom dalam susunan  yang stabil. Ikatan dapat terjadi antara dua atom yang sama atau berbeda. Pembentukan ikatan adalah proses yang menguntungkan karena diperoleh energi yang lebih rendah dan meningkatnya kestabilan. Penggabungan dua atau lebih unsur-unsur membentuk senyawa. Meskipun di alam hanya ada 100 unsur, tetapi telah dikenal lebih dari 30 juta senyawa. Contohnya gas hidrogen (H2) terbentuk dari penggabungan dua atom hidrogen dan metana (CH 4), terbentuk dari penggabungan atom karbon dengan empat atom hidrogen. Aturan umum dalam pembentukan ikatan: 1.  Melalui pembentukan ikatan, unsur-unsur memperoleh susunan elektron valensi yang terisi penuh. 2.  Unsur-unsur gas mulia yang terdapat pada golongan VIIIA mempunyai susunan elektron valensi yang terisi penuh, sehingga dapat dikatakan bahwa melalui pembentukan ikatan, atom-atom memperoleh susunan elektron seperti gas mulia.

Bagaimana dengan unsur-unsur periode pertama dan kedua? Unsur periode pertama seperti hidrogen dapat menampung dua elektron seperti gas helium. Unsur-unsur periode kedua stabil dengan 8 elektron pada kulit terluar seperti neon. Unsur-unsur yang memiliki 8 elektron valensi dikatakan memenuhi kaidah oktet. Ada dua jenis ikatan, yaitu ikatan ion dan ikatan kovalen.

  Ikatan ion terbentuk melalui transfer elektron dari unsur satu ke unsur

o

 yang lain.

  Ikatan kovalen terbentuk melalui penggunaan bersama elektron-elektron

o

dua unsur yang berikatan.

6 

 

 Jenis ikatan yang dibentuk dibentuk oleh dua unsur ditentukan oleh pos posisi isi unsurunsur tersebut pada tabel periodik. Ikatan ionik umumnya terjadi antara unsurunsur di sebelah kiri dengan unsur-unsur di sebelah kanan tabel periodik, kecuali unsur-unsur gas mulia yang jarang membentuk ikatan dengan unsur lain. Ikatan yang terjadi antara ion positif dan ion negatif yang terikat sangat kuat melalui gaya elektrostatik. Kation yang bermuatan positif terbentuk dari unsur di sebelah kiri tabel periodik berikatan dengan anion yang bermuatan negatif yang terbentuk dari unsur di sebelah kanan tabel periodik. Senyawa  yang

dihasilkan berupa garam seperti

kebanyakan senyawa anorganik.

Contohnya adalah garam dapur (NaCl). Senyawa-senyawa Senyawasenyawa ionik membentuk kisi kristal dimana interaksi elektrostatik ion positif dan negatif maksimal. Dalam NaCl, masing-masing ion Na +   yang bermuatan positif dikelilingi oleh enam ion Cl –   yang bermuatan negatif, dan masing-masing ion Cl –  dikelilingi oleh enam ion Na+.

Struktur Kristal NaCl

Litium fluorida, LiF, merupakan contoh senyawa ionik. Unsur litium terletak pada golongan 1A dalam tabel periodik, hanya memiliki satu elektron valensi pada kulit kedua. Jika elektron tersebut dilepaskan, akan terbentuk ion litium, Li+  yang tidak memiliki elektron pada kulit kedua. Ion Li +  memiliki kestabilan yang lebih tinggi karena memiliki susunan elektron yang sama dengan helium. Unsur fluorin terletak pada golongan 7A dalam tabel priodik, memiliki tujuh elektron valensi. Dengan menerima satu elektron membentuk anion F-. Ion F- memiliki kulit terluar yang terisi penuh delapan elektron seperti Ne. Jadi litium fluorida stabil sebagai senyawa ionik.

7 

 

Elektron valensi 2 (mirip He)

Satu elektron valensi Senyawa ionik Tujuh elektron valensi

Elektron valensi 8 (mirip Ne)

 Jenis ikatan yang yang kedua adalah adalah ikatan kovalen, kovalen, terjadi pada unsur-unsur seperti karbon yang terletak di bagian tengah tabel periodik yang tidak memungkinkan melepaskan atau menerima elektron membentuk ion. Ikatan kovalen pada dasarnya adalah dua elektron (sepasang elektron). Senyawasenyawa yang berikatan kovalen disebut molekul. Ikatan kovalen juga dapat terbentuk antara antara dua unsur sejenis, seperti dalam molekul molekul H2 dan Cl2. Soal latihan: 1.   Tentukan setiap setiap ikatan dalam dalam senyawa-senya senyawa-senyawa wa berikut sebagai sebagai ikatan ikatan ion atau kovalen. a. F2 

b. LiBr

c. CH3CH3 

d. NaNH2 

2.  Suatu unsur seperti fluorin membentuk ikatan ionik atau kovalen tergantung pada jenis unsur yang diikatnya. Jenis ikatan apa yang terdapat pada masing-masing senyawa berikut: (a) NaF, suatu komponen dalam pasta gigi  yang

ditambahkan ditambahkan

klorofuorokarbon

untuk

yang

memperkuat memperkuat

digunakan

secara

enamel; luas

(b)

sebagai

CFCl3, repelan

suatu (gas

penghalau serangga). Jelaskan mengapa terjadi perbedaan.  Jumlah ikatan yang dapat dibentuk oleh suatu atom tergantung tergantung pada letaknya dalam tabel periodik. Unsur-unsur periode pertama, misalnya hidrogen, membentuk satu ikatan kovalen dengan menggunakan satu elektron valensinya. Jika dua atom hidrogen bergabung membentuk ikatan, masingmasing atom hidrogen tersebut memiliki kulit terluar yang penuh terisi dua elektron. 8 

 

Unsur-unsur Unsur-uns ur periode kedua tidak dapat menampung lebih dari 8 elektron di kulit terluarnya. terluarnya. Untuk molekul netral memberikan dua konsekuensi: konsekuensi: 1)  Atom yang mempunyai satu, dua, tiga, atau empat elektron valensi membentuk satu, dua, tiga, atau empat ikatan dalam molekul. 2)  Atom yang mempunyai lima atau lebih elektron valensi membentuk ikatan untuk memperoleh delapan elektron. Secara umum dinyatakan dengan persamaan:  Jumlah ikatan ikatan yang dibentuk dibentuk = 8 –  jumlah  jumlah elektron valensi Contohnya, B (boron) mempunyai tiga elektron valensi, sehingga dapat membentuk tiga ikatan, seperti dalam BF 3. N memiliki lima elektron valensi, sehingga dapat membentuk ikatan sebanyak (8  –   5 = 3 ikatan), seperti dalam NH3. Gambar 1.3 memberikan panduan untuk menentukan jumlah ikatan  yang dibentuk oleh atom-atom dalam senyawa organik. Untuk unsur-unsur periode kedua yang membentuk ikatan kurang dari empat maka untuk memperoleh elektron oktet dipenuhi dari jumlah elektron ikatan dan elektron tidak berikatan (non (non bonding elektron ) yang disebut juga pasangan elektron bebas (lone (lone pairs ))..

Pasangan elektron bebas

 jumlah ikatan Jumlah pasangan elektron bebas

Gambar 1.3 Jumlah ikatan yang biasanya ada pada atom netral C.  Struktur Lewis Struktur dituliskan dengan menggunakan titik-titik elektron dalam suatu molekul. Untuk menuliskan struktur Lewis, digunakan dengan aturan berikut: 1)  Yang digambarkan hanya elektron-elektron valensi. 2)  Unsur-uns Unsur-unsur ur periode kedua tidak boleh lebih dari delapan elektron valensi. 9 

 

3)  Unsur hidrogen hanya dua elektron. Untuk menggambarkan struktur Lewis molekul diatomik HF, harus diingat

bahwa

hidrogen

mempunyai

satu

elektron

valensi

dan

fluorin

mempunyai tujuh elektron valensi. Atom H dan F masing-masing masing-masing menyumbangkan satu elektron untuk membentuk satu ikatan (dua elektron), sehingga membentuk molekul yang masing-masing atomnya memiliki kulit terluar yang penuh.

2 elektron

8 elektron

tiga pasang elektron

mengelilingi H

mengelilingi F

bebas

atau

dua elektron ikatan

Dalam struktur Lewis, sebuah garis menggambarkan dua elektron yang membentuk ikatan kovalen. Langkah-langkah Penulisan Struktur Lewis a.  Langkah 1 Susunlah atom-atom dengan tatanan bagaimana atom-atom tersebut terikat.  Tempatkan atom hidrogen dan atom halogen di bagian pinggir karena H dan X (X = F, Cl, Br dan I) hanya membentuk satu ikatan.

Untuk CH4  bukan

Atom H tidak dapat membentuk 2 ikatan Penempatan atom di sekitar suatu atom tidak boleh melebihi jumlah ikatan  yang dapat dapat dibentuk atom atom tersebut.

10 

 

4 Atom mengelilingi C

3 Atom mengelilingi N

Untuk CH5N

bukan

Penempatan atom-atom tersebut dimungkinkan lebih dari satu macam cara. Bahkan dalam banyak molekul sederhana, ikatan antara atom harus ditentukan secara eksperimenta eksperimental. l. b. Langkah 2 Hitunglah jumlah elektron. 1)  Hitunglah jumlah elektron valensi semua atom. 2)   Tambahkan satu elektron untuk setiap muatan negatif. negatif. 3)  Kurangi satu elektron untuk setiap muatan positif. 4)   Jumlah tersebut menyatakan menyatakan kese keseluruhan luruhan elektron yang yang harus digunakan digunakan untuk menggambar struktur Lewis. c.  Langkah 3 Susunlah elektron-elektron mengelilingi atom. 1)   Tempatkan ikatan pada setiap dua atom, berikan dua elektron untuk atom hidrogen dan atom lain periode kedua tidak lebih dari delapan elektron. 2)  Gunakan semua elektron untuk memenuhi kaidah oktet, termasuk pasangan elektron bebas. 3)   Jika semua elektron telah digunakan tetapi masih ada atom yang belum memenuhi kaidah oktet maka gunakan ikatan rangkap atau ganda tiga. Contoh 1: Gambarkan struktur Lewis metana, CH 4! Penyelesaian: Langkah 1: Susunlah atom-atom.

  Tempatkan atom C di tengah dan 4 atom H mengelilingi C o  Biasanya atom C dikelilingi 4 atom

o

11 

 

Langkah 2: Hitunglah jumlah elektron.

Langkah 3: Tempatkan ikatan dan pasangan elektron bebas.

8 elektron mengelilingi C

Tempatkan 1 ikatan setiap

2 elektron mengelilingi H

C dan H

Dengan menempatkan 4 pasang elektron ikatan mengelilingi karbon, maka kedelapan elektron valensi telah digunakan sehingga tidak ada pasangan elektron bebas. Untuk mengecek apakah struktur Lewis benar, maka ketiga pertanyaan berikut harus dijawab YA.

  Apakah semua elektron telah digunakan? digunakan?

o

  Apakah setiap atom H dikelilingi 2 elektron?

o

  Apakah unsur periode kedua dikelilingi tidak lebih dari 8 elektron?

o

 Jika jawaban dari ketiga pertanyaa pertanyaan n tersebut adalah YA, maka struktur Lewis  yang dituliskan dituliskan sudah benar. Contoh 2: Gambarkan struktur Lewis metanol, yang mempunyai mempunyai rumus molekul CH4O! Penyelesaian: Langkah 1: Susunlah atom-atom.

  4 atom H mengelilingi C o  2 atom mengelilingi O

o

Langkah 2: Hitunglah jumlah elektron. 1C x 4 e ‒  = 4 e ‒   1O x 6 e ‒  = 6 e ‒   4H x 1 e ‒  = 4 e ‒   14 e ‒  total 

12 

 

Langkah 3: Tempatkan ikatan dan pasangan elektron bebas.

tempatkan pasangan elektron bebas

tempatkan ikatan

belum oktet

struktur benar

hanya 10 elektron terpakai Pada langkah 3, penempatan ikatan di antara semua atom hanya menggunakan 10 elektron dan atom O belum memenuhi elektron oktet. Untuk memperoleh struktur yang benar maka pada atom O diberikan dua pasang elektron bebas. Dengan demikian semua elektron (14 elektron) telah digunakan, yaitu setiap atom H dikelilingi 2 elektron dan unsur-unsur periode kedua dikelilingi 8 elektron. Soal latihan: Gambarkan struktur Lewis untuk setiap spesies berikut: a. CH3CH3 

b. CH5N

c. CH3 –  

d. CH3Cl

Contoh 3: Gambarlah struktur Lewis etilena, C2H4 dan dan asetilena, C 2H2 dengan asumsi bahwa kedua senyawa mempunyai susunan atom sebagai berikut: a.  etilena

b. asetilena

Penyelesaian: a.  Etilena Langkah 1: Susunlah atom-atom (susunan atom sudah ditunjukkan dalam soal).

13 

 

Langkah 2: Hitunglah jumlah elektron. 2C x 4 e ‒  = 8 e ‒   4H x 1 e ‒  = 4 e ‒   12 e ‒  total  Langkah 3: Tempatkan ikatan dan pasangan elektron bebas.

penempatan elektron

penempatan elektron bebas

belum oktet Agar atom-atom karbonnya mengikuti kaidah oktet, pasangan elektron bebas dipindahkan menjadi elektron ikatan di antara dua atom C membentuk ikatan rangkap.

memindahkan elektron bebas

tiap atom C mempunyai 4 ikatan

etilena struktur Lewis benar Dalam struktur tersebut kedua atom C memenuhi kaidah oktet dan atom H dua elektron. Struktur Lewis tersebut sudah benar (etilena memiliki sebuah ikatan rangkap). b.  Asetilena Langkah 1: susunlah atom-atom (susunan atom sudah ditunjukkan dalam soal) Langkah 2: hitunglah jumlah elektron 2C x 4 e ‒  = 8 e ‒   2H x 1 e ‒  = 2 e ‒   10 e ‒  total  Langkah 3: tempatkan ikatan dan pasangan elektron bebas

14 

 

penempatan penempatan elektron

elektron bebas atau belum oktet

belum oktet

Agar atom-atom karbonnya mengikuti kaidah oktet, pasangan elektron bebas dipindahkan menjadi elektron ikatan di antara dua atom C sehingga membentuk ikatan ganda tiga.

memindahkan elektron bebas tiap atom C mempunyai 4 ikatan asetilena

belum oktet

struktur Lewis benar Dalam struktur tersebut kedua atom C memenuhi kaikah oktet dan atom H dua elektron. Struktur Lewis tersebut sudah benar (asetilena memiliki sebuah ikatan ganda tiga).

Setelah menempatkan semua elektron dalam ikatan dan pasangan elektron bebas, gunakan pasangan elektron bebas untuk membentuk ikatan rangkap atau ikatan ganda tiga jika ada atom yang belum memenuhi kaidah oktet.

D.  Muatan Formal Untuk memeriksa kebenaran struktur Lewis, para kimiawan organik menggunakan muatan formal. Muatan formal  formal  adalah muatan yang dimiliki setiap atom dalam struktur Lewis. Dengan menghitung muatan formal, kita dapat menentukan bagaimana jumlah elektron yang mengelilingi suatu atom dibandingkan dengan jumlah elektron valensinya. Muatan formal ditentukan sebagai berikut:

Muatan formal

=

Jumlah elektron valensi

-

Jumlah elektron yang dimiliki

15 

 

 Jumlah elektron elektron yang dim dimiliki iliki suatu atom ditentukan dengan dengan jumlah ikatan dan pasangan elektron bebas yang dimiliki. Suatu atom memiliki semua pasangan elektron bebas dan setengah dari jumlah elektron ikatan. i katan.

Jumlah elektron yang dimiliki atom

=

Jumlah elektron bebas

-

½ x Jumlah elektron ikatan

Elektron yang dimiliki oleh atom-atom karbon yang berbeda ditunjukkan sebagai berikut:

-  Jumlah elektron ikatan 8

-  Jumlah elektron ikatan 8

-  Jumlah elektron ikatan 6

-  Elektron yang dimiliki 4

-  Elektron yang dimiliki 4

-  Jumlah elektron bebas 2 -  Elektron yang dimiliki 5

 Jumlah muatan formal atom-atom dalam molekul sama dengan nol. Jumlah muatan formal atom-atom dalam ion sama dengan muatannya. Contoh.  Tentukan muatan muatan formal setiap atom dalam dalam ion H3O+.

Penyelesaian: Langkah 1: Menentukan jumlah elektron yang dimiliki  setiap atom. dimiliki setiap Langkah 2: Menghitung selisih antara elektron valensi dengan dengan elektron  yang dimiliki suatu atom.

Atom O

Atom H

[1] jumlah elektron yang dimiliki atom O adalah 2 + ½ (6) = 5 [2] muatan formal atom O adalah 6 –  5  5 = 1

[1] jumlah elektron yang dimiliki atom H adalah adalah 0 + ½ (2) = 1 [2] muatan formal atom H adalah 1 –  1  1 = 0

16 

 

Soal latihan: 1.  Hitunglah muatan formal setiap atom periode kedua dalam spesies-spesies berikut:

2.  Gambarkan struktur Lewis setiap ion berikut: a. CH3O –  

b. HC2 –  

d. (CH3NH) –  

c. (CH3NH3)+ 

Muatan formal setiap atom H = 0, muatan formal atom O = +1. Jadi jumlah muatan formal seluruh atom dalam ion H 3O+ adalah 0 + 0 + 0 + (+1) = +1.

Kadang-kadang lebih mudah menghitung  jumlah ikatan daripada menghitung men ghitung jumlah elektron ikatan. ½ [jumlah elektron ikatan] = jumlah ikatan Muatan formal atom-atom C, N, dan O dalam kerangka ikatan yang umum dijumpai dalam senyawa organik ditunjukkan pada tabel berikut.

 Tabel 1.1 Muatan formal atom-atom C, N, dan O dalam kerangka ikatan i katan yang umum dijumpai dalam senyawa organik.

Atom

Jumlah elektron valensi

+1

Muatan Formal 0 -1

17 

 

Dalam menggambarkan struktur Lewis suatu molekul yang memiliki beberapa  jenis atom, kadang-kadang kadang-kadang diperoleh beberapa struktur yang mungkin. Misalnya pada senyawa yang memiliki rumus molekul C 2H6O, terdapat dua kemungkinan struktur yang bisa dituliskan.

Isomer

(1)

(2)

etanol

dimetil eter

Struktur yang pertama disebut etanol dan yang kedua disebut dimetil eter. Keduanya merupakan isomer-isomer.

Isomer-isomer adalah beberapa senyawa yang memiliki rumus molekul sama, tetapi strukturnya berbeda. Isomer-isomer adalah senyawa yang berbeda.

Etanol dan dimetil eter merupakan isomer-isomer konstitusional konstitusional,, karena memiliki rumus molekul sama tetapi cara terikatnya atom-atom dalam molekul berbeda. Soal latihan: Gambarkan struktur Lewis setiap molekul yang memiliki rumus molekul berikut: a. C2H4Cl2 (dua isomer)

b. C3H8O (tiga isomer)

c. C3H6 (dua isomer)

E.  Perkecualian terhadap Kaidah/Aturan Oktet Kebanyakan unsur-unsur yang terdapat dalam senyawa organik, seperti C, N, O, dan halogen mengikuti kaidah oktet, kecuali hidrogen karena hanya dapat menampung dua elektron. Di samping itu juga ada berilium dan boron (masing-masing (masing-mas ing termasuk glolongan 2A dan 3A periode kedua) dan unsur-unsur unsur -unsur periode ketiga (terutama fosfor dan belerang).

18 

 

Unsur-unsur Golongan 2A dan 3A Unsur-unsur golongan 2A dan 3A tabel periodik, seperti berilium dan boron, elektron valensinya tidak cukup untuk membentuk susunan elektron oktet dalam molekul netralnya. Struktur Lewis BeH 2  dan BF3  menunjukkan bahwa atom pusatnya masing-masing dikelilingi oleh empat dan enam elektron.

Molekul-molekul BeH2  dan BF3  memiliki kereaktifan yang tinggi karena atom pusatnya tidak memenuhi kaidah oktet.

Unsur-unsur Periode Ketiga Unsur-unsur periode ketiga atau lebih juga dapat memiliki elektron yang tidak memenuhi kaidah oktet. Unsur-unsur tersebut memiliki orbital d   yang kosong yang dapat menerima elektron, sehingga dapat menampung elektron lebih

dari delapan.

Misalnya

belerang

dan

fosfor,

masing-masing

dapat

menampung 10 dan 12 elektron pada kulit terluarnya.

10 elektron mengelilingi S

12 elektron mengelilingi S

Dimetilsulfoksida Dimetilsulfoksida (DMSO)

Asam sulfat

10 elektron mengelilingi P

Asam alendronat

F.  Resonansi Ada beberapa senyawa yang dapat digambarkan dengan lebih dari satu struktur

Lewis.

Contohnya

adalah

anion

formamida

(HCONH)-,

dapat

digambarkan dengan dua struktur Lewis. Struktur yang pertama memiliki muatan negatif pada atom N dan sebuah ikatan rangkap C=O, dan struktur  yang kedua memiliki muatan negatif pada atom O dan sebuah ikatan rangkap C=N. Struktur-struktur tersebut disebut struktur-struktur resonansi atau

19 

 

bentuk-bentuk resonansi. Kedua struktur resonansi dihubungkan dengan tanda panah berujung dua (↔).

tanda panah berujung dua

Struktur-struktur resonansi adalah dua struktur Lewis yang memiliki posisi atomatomnya sama tetapi berbeda dalam hal tatanan elektron-elektronnya.

Struktur yang manakah yang lebih tepat menggambarkan ion (HCONH) -?  Jawabannya  Jawabann ya adalah bukan keduanya. Struktur yang sesungguhnya sesungguhnya adalah perpaduan antara kedua bentuk/struktur resonansi, yang disebut hibrida resonansi. Hibrida resonansi menunjukkan karakteristik kedua struktur resonansi. resonansi. Dalam setiap struktur resonansi terdapat pasangan elektron yang terlokalisasi dalam sebuah ikatan atau pada suatu atom. Kenyataannya, adanya resonansi

menunjukkan

bahwa

pasangan-pasangan

elektron

tersebut

terdelokalisasi pada dua atom atau lebih. Adanya delokalisasi kerapatan elektron tersebut meningkatkan kestabilannya. Suatu molekul yang memiliki dua atau lebih struktur resonansi dikatakan terstabilkan oleh adanya resonansi.

1.  Pengantar Teori Resonansi Prinsip-prinsip Prinsip-prins ip dasar teori resoansi adalah sebagai berikut:

a.  Struktur-struktur resonansi bukanlah kenyataan. Suatu struktur resonansi tidak dapat menggambarkan dengan tepat struktur suatu molekul atau ion. Struktur yang sesunggungnya digambarkan dengan hibrida resonansi. b.  Struktur-struktur resonansi tidak berada dalam kesetimbangan satu dengan yang lain. Tidak ada pergerakan elektron antara satu bentuk ke bentuk yang lain. c.  Struktur-struktur resonansi bukanlah isomer-isomer. Dua buah isomer berbeda dalam hal tatanan atom-atom dan elektron-elektron, sedangkan struktur-struktur resonansi berbeda hanya dalam hal tatanan elektronelektronnya. 20 

 

Pada contoh berikut, ion-ion A dan B adalah struktur-struktur resonansi karena keduanya memiliki posisi atom-atom yang sama dan berbeda hanya pada posisi elektron-elektronnya, sedangkan senyawa-senyawa C dan D adalah isomerisomer karena posisi atom atomnya berbeda, C mempunyai gugus  – OH OH dan D mempunyai dua gugus –  CH  CH3.

Struktur-struktur Struktur-strukt ur resonansi

Isomer-isomer Ikatan -OH

Satu pasangan elektron berbeda dan

dan dua gugus CH3 

Soal latihan: Perhatikan struktur-struktur A-D, dan tentukan setiap pasangan senyawa berikut apakah termasuk isomer-isomer, resonansi, atau bukan keduanya: (a) A dan B;

(b) A dan C;

(c) A dan D;

(d) B dan D.

2.  Menggambarkan Struktur-struktur Resonansi Untuk

menggambarkan

struktur-struktur

resonansi

digunakan

aturan

sebagai berikut: Aturan 1: Dua struktur resonansi berbeda hanya dalam ikatan-ikatan rangkap dan elektron-elektron bebas, sedangkan posisi atomatom dan ikatan-ikatan tunggalnya sama.

21 

 

Posisi pasangan elektron bebas berbeda

Posisi ikatan rangkap berbeda Aturan 2: Dua struktur resonansi harus memiliki jumlah elektron yang tidak berpasangan yang sama.

dua elektron yang tidak berpasangan

-  A dan B tidak mempunyai elektron yang tidak berpasangan -  C bukan struktur resonansi A dan B

Aturan 3: Struktur-struktur resonansi harus menunjukkan struktur Lewis  yang tepat. Atom H maksimal mempunyai 2 elektron dan unsurunsur periode kedua maksimal mempunyai 8 elektron.

Bukan struktur Lewis yang tepat, karena atom C dikelilingi 10 elektron

Notasi tanda panah lengkung digunakan untuk menunjukkan perbedaan posisi elektron di antara dua struktur resonans resonansi. i.

Tanda panah lengkung menunjukkan perpindahan satu pasangan elektron. Ekor tanda panah menunjukkan asal dari pasangan elektron (elektron ikatan atau pasangan elektron bebas). Ujung tanda panah menunjukkan ke arah mana elektron berpindah.

22 

 

Pindahkan satu pasang elektron ke O

Elektron digunakan untuk membentuk ikatan rangkap Struktur-struktur resonansi A dan B berbeda dalam hal posisi dua pasang elektron, sehingga diperlukan dua tanda panah lengkung. Untuk mengubah A menjadi B, satu pasang elektron bebas pada atom N diubah menjadi ikatan rangkap antara C dan N. Kemudian, sepasang elektron dalam ikatan rangkap C=O diubah menjadi pasangan elektron bebas pada atom O. Tanda panah lengkung menunjukkan bagaimana reposisi elektron pada perubahan dari satu struktur resonansi resonansi menjadi struktur resonansi yang lain. Elektronelektron tersebut pada kenyataannya tidak berpindah. Elektron-elektron tersebut pada dasarnya terdistribusi di antara atom-atom yang terlibat dalam resonansi, yang tidak dapat digambarkan dengan struktur Lewis.

Dua struktur resonansi dapat memiliki jenis ikatan yang sama.

Satu pasang elektron berpindah

Atom C bermuatan formal positif

Dua struktur resonansi dapat memiliki jenis ikatan yang berbeda.

Muatan negatif pada atom C, ikatan rangkap pada C-O

Muatan negatif pada atom O, ikatan rangkap pada C-C

23 

 

Dua struktur resonansi yang berbeda dapat dituliskan dengan ketentuanketentuan sebagai berikut: a.   Jika ada pasangan elektron bebas yang terdapat pada atom yang berikatan langsung dengan atom yang berikatan rangkap.

Pasangan elektron bebas berdampingan dengan atom yang berikatan rangkap

Pasangan elektron bebas berdampingan dengan C=O b.   Jika ada atom bermuatan positif (+) yang berikatan dengan atom yang berikatan rangkap atau atom yang mempunyai pasangan pasangan elektron bebas.

Muatan (+) berdampingan dengan atom atom yang yang berikatan rangkap Muatan (+) berdampingan dengan atom yang mempunyai pasangan elektron bebas

Soal latihan: Gambarkan struktur resonansi kedua untuk setiap spesies berikut:

3.  Hibrida Resonansi Hibrida resonansi merupakan perpaduan antara semua struktur resonansi yang mungkin. Dalam hibrida resonansi pasangan-pasangan elek24 

 

tron digambarkan pada posisi yang berbeda dengan struktur-struktur resonansi. resonans i. Elektron-elektron Elektron-elektron tersebut dikatakan terdelokalisasi terdelokalisasi..

Hibrida resonansi lebih stabil daripada struktur resonansi yang manapun, karena kerapatan elektronnya terdelokalisasi pada volume yang lebih besar.

 Jika semua struktur resonansi identik, seperti pada karbokation alil maka setiap struktur resonansi memberikan sumbangan yang sama terhadap hibrida resonansi. Jika dua struktur resonansi berbeda, maka hibrida resonansi lebih menyerupai struktur resonansi yang lebih stabil. Struktur resonansi yang lebih stabil disebut penyumbang utama  utama  dan yang lain (kurang stabil) disebut struktur penyumbang tambahan. tambahan. Hibrida resonansi merupakan rata-rata dari semua struktur penyumbang resonansi. Untuk menentukan struktur resonansi mana yang lebih stabil dari struktur yang lain, digunakan ketentuan berikut:

Struktur resonansi yang lebih stabil memiliki ikatan kovalen yang lebih banyak dan muatan formal atom-atom yang lebih kecil (dengan tetap memperhatikan kaidah oktet).

ikatan lebih banyak muatan lebih kecil (penyumbang utama)

ikatan lebih sedikit muatan lebih besar (penyumbang tambahan)

Struktur resonansi X lebih stabil (penyumbang utama) daripada struktur resonansi Y, karena mempunyai ikatan yang lebih banyak dan muatan yang lebih kecil. Hibrida resonansi lebih menyerupai X dan bukan Y. Perbedaan di antara dua struktur penyumbang adalah: a) posisi ikatan rangkap dan posisi muatan.

Hibrida resonansi Struktur-struktur resonansi

25 

 

Pada struktur resonansi A, muatan negatif ada pada atom N sedangkan pada struktur resonansi B muatan negatif ada pada atom O. Dalam hibrida resonansi muatan negatif terdistribusi di antara atom N dan atom O. Oleh karena itu dalam hibrida resonansi muatan negatif ditunjukkan dengan notasi δ-, yang menggambarkan bahwa muatan negatif terdelokalisasi pada atom N dan atom O.

Soal latihan: 1.   Tentukan struktur-struktur struktur-struktur resonansi resonansi dalam pasangan berikut apakah termasuk penyumbang utama, tambahan, atau memberikan sumbangan  yang sama terhadap hibrida hibrida resonansi. resonansi. Gambarkan Gambarkan hibrida resonansiny resonansinya. a.

2.  Gambarkan struktur resonansi resonansi kedua dari asam nitrit. Tentukan apakah struktur-struktur resonansi tersebut termasuk penyumbang utama, tambahan, atau memberikan sumbangan yang sama terhadap hibrida resonansi. Gambarkan hibrida resonansinya.

asam nitrit G.  Penentuan Bentuk Molekul Struktur

Lewis

dapat

digunakan

keruangan di sekitar atom dalam suatu

untuk

menentukan

struktur

molekul. Misalnya Misalnya molekul molekul H2O.

Struktur Lewis hanya memberikan gambaran bagaimana atom-atom terikat satu dengan yang lain tetapi tidak menunjukkan geometrinya. Apakah bentuk molekul H2O bengkok atau linier? Ada dua variabel yang menentukan struktur molekul, yaitu panjang ikatan dan ikatan dan sudut ikatan. ikatan. 1. Panjang Ikatan Panjang ikatan adalah jarak rata-rata antara dua inti atom yang berikatan. Panjang ikatan biasanya dinyatakan dalam satuan pikometer (pm), dimana 1 pm = 10-12m. Contohnya panjang ikatan O-H dalam H 2O adalah 95,8 pm. Panjang ikatan rata-rata yang umum dijumpai disajikan pada Tabel 1.2. Meskipun satuan SI untuk panjang ikatan adalah

26 

 

pikometer (pm), tetapi satuan Angstrom (Ā) masih digunakan secara luas dalam beberapa literatur kimia. (1 Ā = 10-10m, 1pm = 10-2 Ā) 

Panjang ikatan yang dibentuk oleh unsur-unsur dalam satu periode berkurang, karena ukuran atomnya berkurang.

Panjang ikatan bertambah

Panjang ikatan yang dibentuk oleh unsur-unsur dalam satu golongan bertambah, karena ukuran atomnya bertambah.

Panjang ikatan bertambah

 Tabel 1.2 Panjang Panjang Ikatan Ikatan Rata-rata Rata-rata

Ikatan Pan an

m

Ikatan

Pan an

m

Ikatan

Pan an

m

2.  Sudut Ikatan Sudut ikatan menentukan bentuk (struktur keruangan) di sekitar setiap atom yang mengikat dua atom lainnya. Untuk menentukan sudut ikatan dan bentuk di sekitar atom tertentu, harus ditentukan berapa banyak gugus yang mengelilingi suatu atom. Gugus adalah atom atau pasangan elektron bebas. Kemudian digunakan teori tolakan pasangan elektron valensi (Valence Shell Electron Pair Repulsion   =

VSEPR)

untuk

menentukan

bentuknya. VSEPR didasarkan pada kenyataan bahwa di antara pasangan elektron terjadi tolak menolak satu sama lain.

27 

 

  Susunan paling stabil adalah apabila gugus-gugus tersebut berjauhan

o

satu dengan yang lain.

Unsur periode kedua hanya dapat memiliki tiga susunan yang mungkin, tergantung pada jumlah gugus yang mengelilinginya.

 Jumlah gugus gugus Dua  Tiga Empat

Geometri

Sudut ikatan (o)

Linier

180

Segitiga planer planer

120

Tetrahedral

109,5

Untuk meramalkan geometri di sekitar atom, maka harus dituliskan struktur Lewisnya dengan tepat dan berapa jumlah gugus yang mengelilingi atom tersebut. a.  Dua Gugus di Sekitar Atom Setiap atom yang dikelilingi oleh dua gugus maka geometrinya linier dan sudut ikatannya 180o. Contohnya adalah BeH 2  (berilium hidrida) dan

HC≡CH (asetilena). Dalam asetilena, setiap atom C dikelilingi oleh dua atom lain dan tidak ada pasangan elektron bebas, sudut ikatan H-C-C adalah 180o, sehingga keempat atom linier. Dua molekul linier

Dua atom mengelilingi Be

Dua atom mengelilingi C

(dua gugus)

(dua gugus)

Model bola-pasak

Dalam meramalkan bentuk geometri, yang diperhatikan hanya jumlah pasangan elektron bebas, sedangkan ikatan rangkap dan ikatan ganda tiga tidak berpengaruh terhadap bentuk geometri. Untuk menggambarkan molekul dengan bola dan pasak, seperti pada penggambaran asetilena dilakukan seperti menyusun model molekul. Bolabola diberi warna berbeda untuk setiap jenis atom sesuai dengan

28 

 

kesepakatan: karbon (hitam), hidrogen (putih/abu-abu), oksigen (merah), dan seterusnya seperti ditunjukkan pada gambar di bawah.

b.   Tiga Gugus di Sekitar Atom Atom yang dikelilingi oleh tiga gugus memiliki geometri trigonal planer dengan sudut ikatan 120o. Contohnya BF3  (boron trifluorida) dan H 2C=CH2  (etilena). Setiap atom karbon dalam etilena dikelilingi oleh tiga atom tanpa adanya pasangan elektron bebas, sehingga sudut ikatan H-C-C adalah 120o.

Molekul-molekul trigonal planer

Tiga atom mengelilingi B

Tiga atom mengelilingi C

(tiga gugus)

(tiga gugus)

Ketiga ikatan B-F terletak dalam satu

etilena

Keenam atom terletak dalam satu bidang

bidang

c.  Empat Gugus di Sekitar Atom Atom yang dikelilingi oleh empat gugus memiliki geometri tetrahedral o

dan sudut ikatannya mendekati 109,5 . Contohnya metana memiliki atom karbon yang mengikat empat atom hidrogen, setiap atom hidrogen menempati sudut-sudut tetrahedral. Susunan tersebut memungkinkan keempat atom hidrogen berjauhan satu dengan yang lain, dan bukan segi empat planer dengan sudut ikatan 90 o.

29 

 

Geometri tetrahedral

Geometri segiempat planer

Geometri yang tidak stabil

Geometri yang lebih stabil

sudut ikata ikatan n H-C-H lebih lebih kecil kecil

sudut ikatan ikatan H-C-H H-C-H lebih besar besar

Bagaimana menampilkan menampilkan geometri tiga dimensi d imensi tetrahedral ke dalam bentuk dua dimensi pada kertas? Tempatkan dua ikatan pada bidang kertas, satu ikatan di depan dan satu ikatan di belakang.

Ikatan pada bidang Ikatan di belakang Ikatan di depan

Model bola dan pasak CH4 

  Garis digunakan untuk menunjukkan ikatan pada bidang

o

  Garis tebal tipis ( tipis (wedge  wedge )) )) digunakan untuk menunjukkan ikatan di depan

o

bidang

  Garis putus-putus putus-putus   (dashed ) digunakan untuk menunjukkan ikatan di

o

belakang bidang

Gambar tersebut hanya merupakan salah satu cara penggambaran struktur tetrtahedral molekul CH4. Kita dapat memutar molekul dengan berbagai cara sehingga diperoleh beberapa penggambaran molekul CH 4 yang berbeda.

Setiap gambar terdapat dua garis, satu garis tebal tipis ( wedge), dan satu garis putus-putus (dashed ) Wedge   dan dashed   digunakan untuk gugus-gugus yang berjauhan (satu di depan dan yang lain di belakang). Tidak mempedulikan apakah wedge   atau 30 

 

dashed   miring ke kiri atau kanan, karena kedua atom H diselaraskan seperti  yang ditunjukkan ditunjukkan dalam model tiga dimensi. dimensi.

Posisi wedge dan dashed dapat dipertukarkan

Kedua atom H terletak segaris

Amonia (NH3) dan air (H 2O) dikelilingi oleh empat gugus, beberapa di antara gugus-gugus gugus-gug us tersebut adalah pasangan elektron bebas. Dalam molekul NH3, tiga atom H dan satu pasangan elektron bebas menempati sudut-sudut tetrahedral dengan pusat atom N. Sudut ikatan H-N-H adalah 107o, mendekati sudut ikatan i katan teoritis tetrahedral sebesar 109,5o. Bentuk molekulnya adalah piramida trigonal, karena satu gugus yang mengelilingi atom N adalah pasangan elektron bebas.

Satu sudut tetrahedral ditempati Struktur Lewis

pasangan elektron bebas, bukan ikatan

Empat gugus di sekitar N

Piramida trigonal

Dalam molekul H2O, dua atom H dan dua pasang elektron bebas menempati sudut-sudut tetrahedral dengan pusat atom O. Sudut ikatan H-O-H sebesar 105o, mendekati sudut tetrahedral 109,5o. Molekul air memiliki bentuk bengkok (bentuk V) karena dua gugus yang mengelilingi atom O adalah pasangan elektron bebas.

Dua sudut tetrahedral adalah pasangan Struktur Lewis

Empat gugus di sekitar O

elektron, bukan ikatan

Bentuk V

Sudut ikatan dalam molekul NH 3  dan H2O, lebih kecil daripada sudut ikatan tetrahedral teoritis karena adanya tolakan pasangan elektron bebas. Atom-atom 31 

 

 yang terikat terdesak pada ruang yang lebih sempit dengan sudut yang lebih kecil.

Contoh soal:  Tentukan geometri di sekitar atom yang diberi tanda →  untuk masing-masing spesies berikut:

Penyelesaian:

-  Dua atom di sekitar C

-  Empat atom di sekitar N

-  Tidak ada pasangan elektron bebas -  Dua gugus -  Bentuk linier

-  Tidak ada pasangan elektron bebas -  Empat gugus -  Bentuk tetrahedral

Soal latihan: 1.   Tentukan geometri di sekitar unsur-unsur periode kedua dalam setiap senyawa berikut:

2.  Berapakah sudut ikatan yang ditandai dengan panah lengkung berujung dua dalam setiap senyawa berikut:

H.  Penggambaran Struktur Organik Ada dua cara yang biasanya digunakan untuk menggambarkan struktur senyawa organik, yaitu: struktur termampatkan (condensed ( condensed structure ) dan struktur kerangka (skeletal (skeletal structure ))..

32 

 

1.  Struktur Termampatkan Struktur termampatkan umumnya dipakai untuk menggambarkan senyawasenyawa rantai terbuka (senyawa asiklik). Dalam penggambaran struktur termampatkan termampatka n digunakan ketentuan sebagai berikut:

  Semua atom dituliskan, tetapi garis ikatannya tidak dituliskan. Atom-atom biasanya dituliskan di belakang atom yang mengikatnya. o 

o

   Tanda kurung digunakan digunakan untuk gugus-gugus yang terikat pada atom

o

 yang sama. sama.

  Pasangan elektron bebas tidak dituliskan.

o

Untuk membaca struktur termampatkan, biasanya dimulai dari bagian kiri molekul dan setiap atom karbon adalah tetravalen. Atom karbon yang mengikat tiga atom hidrogen dituliskan CH3, atom karbon yang mengikat dua atom hidrogen dituliskan CH 2, dan seterusnya. Contoh.

atau

dua gugus CH2 berdampingan

33 

 

atau

Tanda kurung menunjukkan gugus CH3 terikat ada rantai karbon

Ikatan rangkap dituliskan

Atom lain (hetero) dituliskan tanpa pasangan elektron bebas atau

Contoh soal: Ubahlah rumus struktur termampatkan berikut menjadi struktur Lewis!

Penyelesaian:

Dua gugus CH3 terikat pada satu atom C

3 gugus CH3 terikat pada satu atom C Kedua atom O terikat pada atom C yang sama

  Untuk struktur terkondensasi yang memiliki ikatan C-O dituliskan seperti   contoh berikut.

34 

 

Kedua atom O terikat pada atom C yang sama

Soal latihan: Ubahlah rumus terkondensasi berikut menjadi struktur Lewis: a. CH3(CH2)4CH(CH3)2 

c. (CH3)3CCH(OH)CH2CH3 

b. (CH3)2CHCH(CH2CH3)2 

d. (CH3)2CHCHO

2.  Struktur Kerangka Struktur kerangka digunakan untuk menggambarkan senyawa organik  yang mengandung mengandung cincin dan rantai. Dalam penulisan struktur kerangka digunakan aturan sebagai berikut:

  Atom karbon dituliskan sebagai pertemuan dua garis (sudut) atau sebagai

o

ujung garis.

  Setiap atom karbon mengikat atom hidrogen dengan jumlah tertentu

o

sehingga tetravalen.

  Semua

o

atom

lain

(hetero)

harus

dituliskan

sesuai

dengan

huruf

lambangnya termasuk atom hidrogen yang terikat pada atom hetero. Rantai karbon digambarkan dalam bentuk zig-zag, dan cincin digambarkan sebagai poligon (segi banyak), seperti ditunjukkan sikloheksana dan beberapa contoh berikut.

Heksana

pada

heksana

dan

Sikloheksana Setiap atom C mengikat 2 atom H

Struktur kerangka

Struktur termampatkan

Struktur kerangka

35 

 

C ini mengikat 1H

C ini mengikat 1H C ini mengikat 3H C ini mengikat 1H

Tiap C ini mengikat 3H

2 C berikatan ganda tiga

Contoh soal: Gambarkan struktur lengkap dari vanilin dengan menunjukkan semua atom H dan pasangan elektron bebas (vanilin adalah komponen utama yang terdapat pada ekstrak biji vanila).

vanilin Penyelesaian: Dalam struktur kerangka, terdapat atom C yang merupakan pertemuan dua garis. Setiap atom C mengikat atom H sehingga tetravalen. Dalam struktur terdapat gugus  – CHO, CHO, dimana terdapat atom C yang berikatan rangkap dengan O dan berikatan tunggal dengan atom H. Setiap atom O memerlukan dua pasang elektron bebas sehingga memenuhi kaidah oktet.  Jika atom hetero terikat pada kerangka karbon, atom hetero tersebut terikat langsung dengan

atom karbon yang mengikatnya tanpa atom H di

antaranya. Jadi gugus  – OH OH digambarkan sebagai OH atau HO tergantung pada dimana gugus OH ditempatkan. Sebaliknya, jika atom karbon terikat pada kerangka karbon, maka atom hidrogen ditempatkan di sebelah kanan atom C  yang mengikatnya. mengikatnya.

36 

 

C mengikat 3H Atom C bagian dari C=O

Atom C sudah memiliki 4 ikatan, sehingga tidak mengikat H

Atom N dan O terikat

Atom C terikat pada C=O

Atom C terikat pada cincin

langsung pada cincin Untuk menginterpretasi struktur skeletal (kerangka) yang mempunyai muatan harus hati-hati karena atom hidrogen dan pasangan elektron bebas tidak dituliskan. Untuk itu digunakan ketentuan: ketentuan:

  Muatan pada atom karbon menggantikan satu atom hidrogen.

o

  Muatan menentukan jumlah pasangan elektron bebas. Atom karbon yang

o

bermuatan negatif memiliki satu pasangan elektron bebas dan atom karbon bermuatan positif tidak mempunyai pasangan pasangan elektron bebas.

Muatan (+) menggantikan 1H

Hanya mengikat 1H

C tidak punya pasangan elektron bebas C punya satu pasang elektron bebas Muatan (-) menggantikan 1H

hanya satu H terikat di sini

37 

 

Pada struktur kerangka, sering mengabaikan pasangan elektron bebas pada atom hetero, tetapi tidak boleh dilupakan. Untuk menentukan jumlah pasangan elektron bebas digunakan muatan formal. Contohnya, atom O netral (tidak bermuatan) mempunyai dua buah ikatan dan dua pasang elektron bebas, dan atom O yang bermuatan positif memiliki tiga buah ikatan dan satu pasang elektron bebas.

Atom O netral, mempunyai 6 elektron:

 2 ikatan (4 elektron ikatan)  2 pasang elektron bebas (4 elektron)

Atom O bermuatan (+), mempunyai 5



elektron:





 3 ikatan (6 elektron ikatan)  1 pasang elektron bebas (2 elektron)



Soal latihan: 1.  Gambarkan semua atom hidrogen dan pasangan elektron bebas pada atom karbon bermuatan dalam setiap ion berikut:

2.  Gambarkan struktur kerangka untuk molekul-molekul pada a dan b, serta struktur termampatkan termampatkan untuk molekul-molekul molekul-molekul pada c dan d!

I.  Hibridisasi Orbital-orbital apa yang digunakan atom-atom unsur periode pertama dan kedua untuk membentuk ikatan? Untuk memperoleh jawaban atas pertanyaan tersebut, kita pelajari atom hidrogen dan kemudian atom-atom unsur perode kedua.

38 

 

1.  Hidrogen Dua atom hidrogen dapat membentuk molekul hidrogen (H 2) dengan menggunakan pasangan elektron bersama. Pada pembentukan molekul H 2, orbital 1s  1s  satu  satu atom H tumpang tindih (overlap  (overlap ) dengan orbital 1s  1 s  atom  atom hidrogen  yang lain membentuk ikatan dimana kerapatan elektron terpusat di antara dua inti atom H. Ikatan yang dibentuk dibentuk disebut disebut ikatan σ (  (sigma  sigma ), ), yang bersifat simetris silindris karena elektron-elektron yang membentuk ikatan terdistribusi secara simetris di sepanjang garis yang menghubungkan dua inti atom.

Dua orbital 1s overlap

Ikatan σ (sigma)

Pada ikatan sigma, kerapatan elektron terkonsentrasi pada garis yang menghubungkan dua inti yang berikatan. Semua ikatan tunggal adalah ikatan sigma. 2.  Ikatan dalam Metana Untuk memperoleh gambaran tentang ikatan-ikatan yang ada dalam molekul-molekul yang lebih kompleks, kita perhatikan orbital-orbital atom 2s  2 s   dan 2 p  unsur-unsur  unsur-unsur periode kedua. Misalnya metana (CH4). Atom karbon memiliki 2 elektron di kulit dalam dan 4 elektron valensi. valensi. Dalam susunan yang stabil elektron menempati orbital yang tingkat energinya lebih rendah. Untuk atom karbon ada dua elektron menempati orbital 2s  2 s   dan dua elektron menempati orbital 2 p .

C (1s2) + 4 elektron valensi

Susunan elektron dalam atom pada tingkat energi yang paling rendah disebut keadaan dasar (ground ( ground state ))..

39 

 

Dalam keadaan dasar, atom karbon hanya dapat membentuk dua ikatan karena hanya memiliki dua elektron yang tidak berpasangan. Jika ikatan dibentuk dengan atom hidrogen dihasilkan molekul CH 2  yang stabil. Dalam kenyataan, CH2 adalah zat yang sangat reaktif yang tidak dapat diisolasi pada suhu kamar. Dalam CH 2, atom karbon belum memiliki elektron oktet.

belum oktet (tidak stabil Kemungkinan kedua, satu elektron dari orbital 2s  2 s  mengalami   mengalami promosi ke orbital kosong 2 p   membentuk 4 elektron yang tidak berpasangan. Proses ini memerlukan energi karena terdapat pemindahan elektron ke tingkat energi yang lebih tinggi. Konfigurasi elektron dengan tingkat energi yang lebih tinggi disebut keadaan tereksitasi.

energi

4 elektron tidak berpasangan

Atom C keadaan dasar

Atom C keadaan tereksitasi

Penjelasan ini masih belum cukup. Jika ikatan dibentuk dari keadaan tersebut, maka atom karbon akan membentuk dua jenis ikatan yaitu tiga ikatan dengan orbital 2 p   dan satu ikatan dengan orbital 2s  2 s . Fakta eksperimen menunjukkan bahwa atom karbo membentuk 4 ikatan yang identik dalam metana. Untuk menjelaskan fakta tersebut, para kimiawan menjelaskan bahwa karbon tidak menggunakan orbital 2s  2s   dan 2 p  untuk   untuk membentuk ikatan, tetapi menggunakan orbital-orb orbital-orbital ital hibrida. hibrida. Orbital-orbital hibrida terbentuk melalui proses hibridisasi hibridisasi..

Hibridisasi adalah penggabungan dua atau lebih orbital-orbital atom membentuk orbital-orbital hibrida dalam jumlah yang sama yang memiliki bentuk dan tingkat energi yang sama.

40 

 

Hibridisasi satu orbital 2s  2 s   dan tiga orbital 2 p  atom   atom karbon membentuk empat orbital hibrida yang masing-masing terisi satu elektron. Orbital-orbital hibrida memiliki tingkat energi di antara tingkat energi orbital 2s  dan  dan tingkat energi 2 p . .

Pembentukan empat orbital hibrida atom

Empat elektron

hibridisasi

tidak berpasangan

Empat orbital hibrida Empat orbital atom

Keempat

orbital

hibrida

tersebut

disebut

hibrida

sp 3,

karena

terbentuk dari satu orbital s  dan  dan tiga orbital p  orbital p .

Bagaimana bentuk orbital hibrida? Pencampuran satu orbital 2s  2 s   yang berbentuk bola dengan tiga orbital  p  yang   yang berbentuk bola terpilin menghasilkan empat orbital hibrida yang memiliki satu cuping lebih besar dan satu cuping lebih kecil yang terarah pada sudut-sudut tetrahedral. Tiap cuping yang besar terkonsentrasi

kerapatan

elektron

ikatan

di

antara

dua

inti.

Hal

ini

menyebabkan ikatan yang dibentuk lebih kuat daripada ikatan yang dibentuk oleh orbital p  orbital p  murni.  murni.

orbital p 

orbital hibrida sp3 

Bentuk dan orientasi orbital hibrida sp3 

hibridisasi

orbital 2s 

tiga orbital 2 p 

tetrahedral

empat orbital hibrida sp3 

41 

 

Keempat orbital hibrida membentuk empat ikatan yang ekivalen. Hal ini dapat menjelaskan fakta yang terdapat dalam CH4. Setiap ikatan dalam CH4  terbentuk melalui tumpang tindih (overlap  (overlap ) satu orbital hibrida sp 3  atom karbon dengan orbital s   atom hidrogen. Keempat ikatan tersebut terarah ke sudut-sudut tetrahedron. Keempat ikatan C-H dalam CH 4  adalah ikatan σ, karena kerapatan elektron terkonsentrasi pada garis yang menghubungkan C dan H, seperti ditunjukkan pada gambar berikut.

orbital 1s 

Semua ikatan C-H adalah ikatan δ  Model bola-pasak CH4 

orbital hibrida sp3 

Soal latihan: Orbital-orbital apa yang digunakan untuk membentuk ikatan C-C dan C-H dalam CH3CH2CH3 (propana)? Berapa banyak ikatan σ yang terdapat dalam molekul tersebut? 3.  Bentuk-bentuk Hibridisasi yang Lain Pembentukan orbital-orbital hibrida sp 3  hanya merupakan salah satu  jenis hibridisasi orbital 2s   dan 2 p . Ada tiga jenis hibridisasi yang umum dijumpai dalam molekul-molekul organik.

Jumlah

orbital hibrida

yang

terbentuk sama dengan jumlah orbital atom yang mengalami hibridisasi.

  Satu orbital 2s  2s  dan  dan tiga orbital 2 p  membentuk  membentuk empat orbital hibrida.

o

  Satu orbital 2s  2s  dan  dan dua orbital 2 p  membentuk  membentuk tiga orbital hibrida.

o

2s  dan  dan satu orbital 2 p  membentuk  membentuk dua orbital hibrida.   Satu orbital 2s 

o

Proses pembentukan orbital-orbital hibrida sp   dan sp 2  mirip/sama dengan pembentukan orbital-orbital hibrida sp 3. Setiap orbital sp   dan sp 2  memiliki satu lobe   besar dan satu lobe   kecil seperti orbital hibrida sp 3.

42 

 

Dengan catatan bahwa pada hibridisasi sp   dan sp 2  masing-masing menyisakan dua dan satu orbital 2 p  yang  yang tidak terhibridisasi.  Tanda pangkat pada orbital hibrida menunjukkan jumlah orbitalorbital atom yang digunakan untuk membentuknya. Angka satu biasanya tidak dituliskan. Contohnya, sp 3  = s 1 p 3, terbentuk dari pencamuran satu orbital s  dan  dan 3 orbital p  orbital p . Untuk menentukan hibridisasi suatu atom dalam molekul, dapat dilakukan dengan menghitung jumlah gugus yang mengelilingi atom seperti  yang dilakukan pada penentuan geometri. Jumlah gugus (atom atau pasangan elektron bebas) sesuai dengan jumlah orbital atom yang harus dihibridisasi untuk membentuk orbital-orbital hibrida.

Jumlah gugus di

Jumlah orbital yang

sekitar atom

digunakan

Jenis orbital hibrida

2 3

2 3

Dua orbital hibrida sp  Tiga orbital hibrida sp2 

4

4

Empat orbital hibrida sp3 

Pembentukan orbital hibrida sp  dan  dan sp 2 ditunjukkan sebagai berikut: 1.  Pembentuka Pembentukan n orbital hibrida sp  

Dua orbital 2 p  tidak terhibridisasi

hubridisasi

dua orbital hibrida dua orbital atom

Pembentukan dua orbital hibrida sp   menggunakan satu orbital 2s   dan satu orbital 2 p , menyisakan dua orbital 2 p   yang tidak mengalami hibridisasi. 2.  Pembentuka Pembentukan n orbital hibrida sp 2 

43 

 

Satu orbital 2p hubridisasi

tidak terhibridisasi

Tiga orbital hibrida Tiga orbital atom Pembentukan 3 orbital hibrida sp 2 menggunakan satu orbital 2s  2 s  dan  dan dua orbital 2 p , menyisakan satu orbital 2 p   yang tidak mengalami hibridisasi. Untuk memberikan gambaran tentang pembentukan orbital-orbital hibrida sp , sp 2, dan sp 3, perhatikan pembentukan ikatan dalam molekul BeH2, BF3, NH3, dan H2O. Dalam BeH2, atom Be terhibridisasi sp  karena   karena atom Be hanya dikelilingi oleh dua gugus (dua atom H). Setiap ikatan Be-H terbentuk melalui overlap satu orbital hibrida sp  atom   atom Be dan satu orbital 1s  1 s  atom  atom H. Orbital-orbital hibrida sp   tearah saling menjauh membentuk sudut 180 o. Dalam BF3, atom B terhibridisasi sp 2 karena atom B dikelilingi oleh tiga gugus (tiga atom F). Setiap ikatan B-F terbentuk melalui overlap satu orbital hibrida sp 2  atom B dengan satu orbital 2 p   atom F. Orbital-orbital sp 2  membentuk bidang datar dengan membentuk sudut-sudut 120 o. Atom B juga mmempunyai satu orbital 2 p  kosong   kosong yang tidak terhibridisasi. Orbital tersebut terletak di atas dan di bawah bidang molekul BF 3.

BeH2 

BeF3  tampak atas

tampak samping

Orbital hibrida sp  Dua ikatan Be-H Ketiga ikatan B-F terletak

Orbital p yang tidak terhibri-

sebidang, sudut 120 o 

disasi tegak lurus bidang

Atom N dalam NH 3 dan atom O dalam H 2O dikelilingi oleh empat gugus, dengan hibridisasi sp 3. Setiap ikatan N-H dan ikatan O-H dalam molekul 44 

 

tersebut terbentuk melalui overlap satu orbital hibrida sp 3  dengan satu orbital 1s   atom atom H. Pasangan elektron bebas pada atom N dan atom O juga menempati orbital hibrida sp 3.

Pasangan

Pasangan

elektron bebas

elektron bebas

Contoh soal: Orbital-orbital apa yang digunakan dalam setiap ikatan dalam molekul CH 3OH?

Penyelesaian: Untuk menjawab pertanyaan tersebut, dituliskan struktur Lewis dan menghitung jumlah gugus yang mengelilingi setiap atom. Kemudian diterapkan aturan hibridisasi: dua gugus = sp , tiga gugus = sp 2, dan empat gugus = sp 3.

Empat gugus di sekitar C,

Empat gugus di sekitar O,

hibridisasi sp3 

hibridisasi sp3 

  Semua ikatan C-H terbentuk dari Csp 3-H1s .



  Ikatan C-O terbentuk dari Csp 3- Osp 33.. 



  Ikatan O-H terbentuk dari Osp 3- H1s .



Prinsip-prinsip hibridisasi tersebut dapat diterapkan untuk menentukan  jenis-jenis ikatan ikatan yang terdapat dalam molekul etana, etana, etena, dan etuna.

etuna etana

etena

45 

 

a.  Etana, CH3-CH3  Berdasarkan struktur Lewis etana, CH3-CH3, setiap ikatan atom karbon dengan empat atom lain adalah ikatan tunggal.

  Setiap atom karbon tetrahedral. tetrahedral.

o

  Setiap atom karbon terhibridisasi terhibridisasi sp 3.

o

etana

atom C tetrahedral

Semua ikatan dalam etana adalah ikatan sigma ( σ). Ikatan C-H terbentuk melalui everlap salah satu dari tiga orbital hibrida sp 3 pada masing-masing masing-ma sing atom karbon dengan satu orbital 1s  1 s  atom  atom hidrogen. Ikatan CC terbentuk dari overlap orbital-orbital sp 3 masing-masing atom karbon.

Dua orbital hibrida sp3 overlap membentuk ikatan C-C

Tiap ikatan C-H terbentuk dari overlap orbital hibrida sp3 pada atom C dengan orbital 1 s atom H

Model etana menunjukkan bahwa dapat terjadi rotasi mengelilingi ikatan sigma C-C. Posisi relatif atom-atom H yang bertetangga berubah dari satu representtasi ke representasi yang lain (akan dibahas pada kajian tentang konformasi). konformasi ).

46 

 

Rotasi ikatan

Rotasi ikatan terjadi di sini Posisi atom H yang diberi warna pada kedua struktur

b.  Etena, CH2=CH2  Berdasarkan struktur Lewis etena, CH2=CH2,

setiap atom karbon

mengikat dua atom hidrogen dan berikatan rangkap dengan sesama atom karbon, sehingga setiap atom C dikelilingi oleh tiga gugus.

  Setiap atom karbon trigonal planar.

o

terhibridisasi sp 2.   Setiap atom karbon terhibridisasi

o

etena tiga gugus sekitar C Orbital-orbital apa yang dipakai karbon membentuk ikatan rangkap? Pada bagian sebelumnya telah dibahas bahwa orbital hibrida

sp 2 

terbentuk dari satu orbital 2s  2 s  dan  dan dua orbital 2 p , menyisakan satu orbital 2 p   yang tidak terhibridisasi. Atom karbon memiliki empat elektron valensi, sehingga masing-masing orbital terisi satu elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan.

Pembentukan orbital hibrida sp2 atom C Orbital 2 p memiliki satu elektron hibridisasi

2

C terhibridisasi sp   keadaan dasar/ tidak terhibridisasi 47 

 

Setiap ikatan C-H terbentuk dari overlap orbital hibrida sp 2 atom karbon dengan orbital 1s  1s   atom hidrogen. Ikatan C-C terbentuk dari overlap orbital-orbital hibrida sp 2 masing-masing atom C. Ikatan-ikatan tersebut adalah ikatan sigma.

 Tiap C mempunyai 3 orbital hibrida sp2  Ikatan-ikatan C-H dan C-C adalah ikatan



Tampak atas



sigma Hibrida sp2 

Ikatan C-C yang kedua terbentuk dari overlap sisi dengan sisi orbital 2 p  masing  masingmasing atom karbon. Overlap sisi dengan sisi tersebut menghasilkan area kerapatan elektron di atas dan di bawah bidang yang dibentuk oleh orbitalorbital sp 2  (bidang ini terdapat enam atom yang membentuk sistem ikatan sigma).

Overlap orbital-orbital 2 p membentuk ikatan C-C yang kedua

Dalam ikatan yang kedua tersebut, kerapatan elektron tidak terpusat pada sumbu yang menghubungkan kedua inti atom C. Jenis ikatan tersebut disebut ikatan π (pi). Ikatan π lebih lemah dan lebih mudah putus dibandingkan dengan ikatan σ, karena kerapatan elektron π  lebih jauh dari kedua inti atom yang berikatan. Jadi ikatan rangkap karbon-karbon terdiri dari dua komponen.

  Sebuah ikatan σ, terbentuk dari overlap dua orbital hibrida sp 2 

o

  Sebuah ikatan π, terbentuk dari overlap sisi dengan sisi dua orbital 2 p  

o

48 

 

Ikatan π 

Orbital-orbital 2 p

Overlap dua orbital hibrida sp2 

Overlap dua orbital 2 p membentuk

membentuk ikatan δ C-C

ikatan π C-C

Berbeda dengan ikatan tunggal C-C dalam etana, ikatan rangkap C-C dalam etena bersifat terhalang (kaku). Rotasi mengelilingi ikatan karbon-karbon hanya terjadi jika didahului dengan pemutusan ikatan π. Pemutusan ikatan π tersebut memerlukan energi.

Rorasi mengelilingi ikatan C-C tidak terjadi

Atom-atom pada sisi yang sama

Atom-atom pada sisi berlawanan

dari C=C diberi warna

dari C=C diberi warna

c.  Asetilena, CH≡CH 

Berdasarkan struktur Lewis asetilena, CH≡CH,

setiap atom karbon mengikat satu atom hidrogen dan berikatan ganda tiga dengan sesama atom karbon, sehingga setiap atom C dikelilingi oleh dua gugus.

  Setiap atom karbon linier.

o

  Setiap atom karbon terhibridisasi terhibridisasi sp. sp.  

o

Dua gugus di sekitar C asetilena  49 

 

Orbital-orbital apa yang digunakan untuk membentuk ikatan ganda tiga CC? Orbital hibrida sp  terbentuk   terbentuk dari pencampuran satu orbital 2s  2s  dan   dan satu orbital 2 p , menyisakan dua orbital 2 p  yang  yang tidak terhibridisasi. terhibridisasi. Setiap orbital terisi satu elektron yang dapat digunakan untuk membentuk ikatan.

Pembentukan orbital hibrida sp atom C 2 Orbital 2 p memiliki satu elektron

hibridisasi

C terhibridisasi keadaan dasar/ tidak terhibridisasi

Setiap ikatan C-H terbentuk dari overlap orbital hibrida sp   atom karbon dengan orbital 1s  1s   atom hidrogen. Ikatan C-C terbentuk dari overlap satu orbital hibrida masing-masing atom karbon. Ikatan-ikatan tersebut adalah ikatan sigma.

  Tiap C memiliki dua orbital hibrida sp    Tiap ikatan C-H dan ikatan C-C adalah

 

ikatan δ  Hibrida sp  Setiap atom karbon memiliki dua orbital 2 p   yang tidak terhibridisasi yang tegak lurus satu dengan yang lain dan orbital-orbital hibrida sp . Overlap sisi dengan sisi antara dua orbital 2 p  pada  pada satu atom karbon dengan dua orbital 2 p   atom karbon lain menghasilkan ikatan kedua dan ketiga dari ikatan ganda tiga karbon-karbon. Kerapatan elektron dari dua ikatan tersebut adalah di atas dan di bawah sumbu yang menghubungkan kedua inti atom, dan kerapatan elektron yang kedua terletak di depan dan belakang sumbu  yang menghubungkan menghubungkan kedua inti atom. Kedua ikatan ikatan tersebut disebut ikatan ikatan

π. Ikatan π 

50 

 

Ikatan π 

Ikatan karbon-karbon pada asetilena terdiri dari tiga komponen: sp.     Satu ikatan σ, terbentuk dari overlap dua orbital hibrida sp.



  Dua ikatan π, terbentuk dari overlap sisi dengan sisi dua pasang



orbital-orbital 2 p .

Satu ikatan π 

Orbital 2 p 

Orbital 2 p 

Ikatan π kedua 

Overlap dua orbital hibrida sp  membentuk ikatan σ C-C

Jumlah gugus terikat pada C 4

Hibridisasi sp 3 

Overlap dua pasang dari dua orbital 2 p membentuk ikatan π C-C

Sudut ikatan 109,5o 

Contoh

Ikatan dalam molekul

CH3-CH3 etana

satu ikatan σ  3

sp    2

120   o

CH2=CH2 etilena satu ikatan σ + satu ikatan π  Csp 2-Csp 2 + C2 p -C -C2 p  

2

sp

180o 

HC≡CH  asetilena satu ikatan σ + dua ikatan π  Csp -C -Csp + C2 p -C -C2 p, C2 p -C -C2 p  

Contoh soal:  Jawablah pertanyaanpertanyaan-pertanyaan pertanyaan berikut tentang tentang molekul aseton. 51 

 

aseton a.   Tentukan hibridisasi hibridisasi atom-atom atom-atom yang ditandai! ditandai! b.  Orbital-orbital apa yang digunakan untuk membentuk ikatan rangkap C=O? c.  Dalam orbital apa pasangan elektron bebas berada?

Penyelesaian: a. 

Tiga gugus sekitar C hibridisasi sp2 

Tiga gugus sekitar O hibridisasi sp2 

Empat gugus sekitar C hibridisasi sp3  b.  Ikatan σ terbentuk dari overlap Csp 2-Osp 2. Ikatan π terbentuk dari overlap sisi dengan sisi dari C 2 p -O -O2 p . c.  Atom O mempunyai tiga orbital hibrida sp 2:

  Satu digunakan untuk membentuk ikatan σ dalam ikatan rangkap.  

o

  Dua orbital hibrida sp 2 yang tersisa terisi pasangan elektron elektron bebas.

o

Soal latihan: 1.   Tentukan hibridisasi atom-atom yang ditunjukkan dengan tanda panah dalam molekul-molekul berikut:

2.  Kelompokkan ikatan-ikatan dalam molekul-molekul berikut ke dalam ikatan

σ dan π.

J.  Panjang Ikatan dan Kekuatan Ikatan 52 

 

Pada sub bab ini akan dikaji panjang ikatan C-C dan C-H dalan etana, etilena, dan asetilena.

1.  Perbandingan Ikatan Karbon-karbon

Pa Pan n an ikat ikatan an bert bertam amba bah h Ikatan C-C terpendek Ikatan terkuat

Ikatan C-C terpanjang Ikatan terlemah Kekuatan ikatan bertambah

antara dua inti bertambah, ikatan men menjadi jadi lebih    Jika jumlah elektron di antara

o

pendek dan lebih kuat.

  Ikatan ganda tiga lebih pendek dan lebih kuat daripada ikatan rangkap,

o

ikatan rangkap lebih pendek dan lebih kuat daripada ikatan tunggal.

Panjang ikatan dan kekuatan ikatan untuk CH 3CH3, CH2=CH2, dan HC≡CH ditunjukkan pada Tabel 1.3.

 Tabel 1.3 Panjang Ikatan dan Kekuatan Ikatan untuk Etana, Etilena, dan Asetilena

Sen Sen aw awa a

Pa Pan n an Ikat Ikatan an C-C

m

Ke Keku kuat atan an Ik Ikat atan an kJ/m kJ/mol ol kkal kkal/m /mol ol n at a

h

ha in

bm

g

m

a

r

aj r

a

n k ta a

at e u at

n

e K b

a P

b k

e n

Senyawa

at

b ki

Panjang Ikatan C-H (pm)

Kekuatan Ikatan kJ/mol n at

n

a

h n m

h

ki

ki

b

a

at

b

a a g

m

at

aj

r

k

at

n

e

e

Pa

b

r

at

a e u

n

b K

53 

 

2.  Perbandingan Ikatan Karbon-Hidrogen Panjang ikatan dan kekuatan ikatan C-H, tergantung pada jenis hibridisasi atom karbon.

Kekuatan ikatan bertambah

Panjang ikatan bertambah Penjelasan terhadap perbedaan tersebut dapat diperoleh dengan memperhatikan orbital-orbital atom yang digunakan untuk membentuk orbital hibrida.  Jenis-jenis  Jenis-jen is orbital hibrida tersebut berbeda dalam hal jumlah orbi orbital tal 2 p  yang  yang digunakan untuk membentuk orbital hibrida. Dalam setiap pembentukan orbital hibrida selalu digunakan satu orbital 2s  2 s  tetapi   tetapi jumlah orbital 2 p- nya nya  yang berbeda. Persen karakter-s  karakter-s   menunjukkan persentase orbital 2s  2 s   yang digunakan dalam pembentukan orbital hibrida.

Mengapa persen karakter-s  karakter-s  orbital  orbital hibrida berpengaruh terhadap panjang ikatan C-H? Orbital 2s  2s   menjaga kerapatan elektron lebih dekat ke inti dibandingkan dengan orbital 2 p . Jika persen karakter-s  karakter-s  bertambah,  bertambah, orbital hibrida memegang elektron-elektronnya lebih dekat ke inti, sehingga ikatan menjadi lebih pendek dan lebih kuat.

Persen karakter-s bertambah → Kekuatan ikatan bertambah → Panjang ikatan berkurang

54 

 

Soal latihan: 1.  Urutkan ikatan-ikatan yang ditunjukkan dengan tanda panah dalam setiap senyawa berdasarkan: a) meningkatnya kekuatan ikatan, b) meningkatnya panjang ikatan!

ikatan 1

ikatan 1

ikatan 2

ikatan 3

ikatan 3

ikatan 2 2.  Manakah ikatan-ikatan yang ditunjukkan dengan tanda panah dalam setiap pasangan berikut yang lebih pendek?

K.  Keelektronegatifan dan Polaritas Ikatan Keelektronegatifan adalah ukuran kemampuan atom menarik elektron dalam suatu ikatan. Jadi keelektronegatifan menunjukkan bagaimana suatu

atom “menyukai” elektron. Kecenderungan harga keelektronegtifan unsur -unsur dalam tabel periodik adalah:

  Keelektronegatifan bertambah dalam satu periode, karena muatan

o

intinya bertambah (kecuali gas mulia).

  Keelektronegatifan berkurang dalam satu golongan, karena bertam-

o

bahnya jari-jari atom (elektron valensi lebih jauh dari inti). Dalam tabel periodik, unsur-unsur yang paling elektronegatif terletak di kanan atas dan unsur-unsur yang paling tidak elektronegatif terletak di kiri bawah. Skala keelektronegatifan antara 0 –  4,  4, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.4. Harga keelektronegatifan bersifat relatif, sehingga dapat digunakan untuk membandingkan satu unsur dengan unsur lainnya. Jika dua unsur diban55 

 

dingkan, satu unsur lebih elektronegatif daripada unsur lain jika menarik kerapatan elektron. Sebaliknya satu unsur kurang elektronegatif (lebih elektropositif) - jika memberikan kerapat kerapatan an elektron kepada unsur lain.

Keelektronegatifan betambah

fi t a

h e

b

a g n or

m k b

at t e el n e e K

a

Gambar 1.4 Harga keelektronegatifan beberapa unsur

Harga keelektronegatifan digunakan sebagai panduan untuk mengetahui apakah elektron ikatan terbagi secara merata atau tidak di antara dua inti atom. Contohnya, jika dua atom yang sama membentuk ikatan, masing-masing atom menarik elektron ikatan dengan kekuatan yang sama. Elektron ikatan terbagi secara merata di antara dua inti atom, dan ikatannya bersifat non polar. polar. Jadi ikatan karbon-karbon adalah ikatan non polar. Keadaan yang sama juga terjadi  jika dua atom berbeda yang memiliki keelektronegatifan keelektronegatifan yang hampir sama berikatan.

Ikatan

C-H

bersifat

non

polar

karena

perbedaan

keelektronegatifannya keelektroneg atifannya keci (C=2,5 dan H=2,2).

Ikatan non polar

Ikatan non polar Perbedaan keelektronegatifan C dan H yang kecil diabaikan

56 

 

Ikatan antara dua atom yang mempunyai harga keelektronegatifan yang berbeda maka elektron tidak terbagi secara merata/seimbang. Contohnya, dalam ikatan C-O, elektron bergeser dari C (2,5) ke O (3,4) yang mempunyai keelektronegatifan yang lebih tinggi. Ikatan yang terbentuk adalah ikatan polar  polar  atau ikatan kovalen polar. polar. Ikatan demikian memiliki dipol yang menunjukkan adanya pemisahan muatan.

C kekurangan elektron

O kaya elektron

Di ol ik ikat ata an Ikatan C-O adalah ikatan kovalen polar

Arah polaritas ikatan sering dinyatakan dengan tanda panah, arah tanda panah menuju ke unsur yang lebih elektronegatif. Ekor tanda panah menunjukkan

unsur

yang

kurang

elektronegatif.

Untuk

menunjukkan

pembagian elektron yang tidak merata juga digunakan simbol δ+ dan δ -.   δ+ menunjukkan atom yang kekurangan elektron (mempunyai muatan

o

parsial positif.

  δ- menunjukkan atom yang kaya elektron (mempunyai muatan parsial

o

negatif)

Ikatan termasuk ikatan kovalen polar apabila perbedaan keelektronegatifan di antara dua atom yang berikatan > 0,5. Distribusi kerapatan elektron dalam molekul dapat ditunjukkan dengan menggunakan peta

potensial

elektrostatik.. Peta tersebut diberi warna untuk menunjukkan bagian yang elektrostatik kerapatan elektronnya tinggi dan kerapan elektronnya rendah. Daerah yang kerapatan elektronnya tinggi diberi warna merah, dan bagian yang kerapatan elektronnya rendah diberi warna biru, sedangkan bagian yang kerapatan elektronnya sedang/menengah diberi warna oranye, kuning, dan hijau. Contohnya, peta potensial elektrostatik molekul CH 3Cl yang mempunyai ikatan polar C-Cl. Atom Cl lebih elektronegatif daripada C, menarik elektron lebih kuat sehingga kaya elektron. Hal ini ditunjukkan dengan warna merah di sekitar Cl. Atom karbon kekurangan elektron elektron ditunjukkan dengan warna biru. 57 

 

a.  Skema warna untuk kerapatan elektron

b.  Peta potensial elektrostatik untuk CH3Cl

Kerapatan elektron  meningkat 

Kerapatan elektron  berkurang 

L.  Polaritas Molekul Untuk menentukan dipol suatu molekul, maka dilakukan langkahlangkah berikut:

  Gunakan perbedaan keelektronegatifan untuk mengidentifikasi ikatan-

o

ikatan polar menentukan arah dipol-dipol ikatan.

   Tentukan geometri di sekitar atom dengan menghitung jumlah gugus yang

o

mengelilingi, dan indentifikasi apakah dipol-dipol tersebut saling meniadakan atau saling memperkuat satu sama lain dalam ruang. Dalam molekul H2O, setiap ikatan O-H adalah polar karena perbedaan keelektronegatifan keelektroneg atifan antara O (3,4) dan H (2,2) besar. Karena bentuk molekul H 2O bengkok (bentuk V) maka kedua dipol saling memperkuat. Jadi H2O mempunyai dipol, dan merupakan molekul polar. Dalam molekul CO 2, ikatan C-O juga merupakan ikatan polar, karena perbedaan keelektronegatifan C (2,5) dan O (3,4) besar. Bentuk molekul CO2  linier, kedua dipol saling meniadakan karena memiliki besar yang sama tetapi arahnya berlawanan. Jadi CO 2  merupakan molekul non polar tidak mempunyai dipol.

dipol Dua pipol saling memperkuat

Tidak punya dipol bersih Kedua dipol saling meniadakan

H2O adalah molekul polar

CO2 adalah molekul non polar

58 

 

Peta potensial elektrostatik H2O dan CO2 ditunjukkan pada Gambar 1.5.

Daerah yang kaya elektron (merah)

Kedua atom O kaya elektron (merah)

terpusat padat atom O. Kedua atom H

dan atom pusat (C) kekurangan

keku kekura ran n an elekt elektro ron n biru biru-h -hii au

elektron

Gambar 1.5 Peta Potensial Elektrostatik H 2O dan CO2 

59 

 

Ringkasan 1.  Aturan umum dalam pembentukan ikatan: atom-atom berusaha agar memperoleh susunan elektron terluar yang penuh. Atom H memerlukan dua elektron dan unsur-unsur periode kedua memerlukan delapan elektron. 2.  Muatan formal adalah perbedaan antara jumlah elektron valensi dengan  jumlah elektron yang dimiliki. Jumlah elektron yang dimiliki sama dengan  jumlah elektron elektron bebas dan dan ½ kali jumlah jumlah elektron ikatan. 3.   Tanda panah lengkung menggambarkan menggambarkan perpindahan sepasang elektron. Ekor tanda panah menunjukkan asal dari pasangan elektron (pasangan elektron bebas atau ikatan). Ujung tanda panah menunjukkan ke arah mana elektron berpindah. 4.  Peta potensial elektrostatik menggambarkan kerapatan elektron dalam molekul/ion. 5.  Dalam struktur Lewis digambarkan jumlah ikatan dan jumlah pasangan elektron bebas pada setiap atom dalam molekul atau ion. Pada struktur Lewis yang benar, atom H memiliki dua elektron dan atom-atom unsur periode kedua tidak lebih dari delapan elektron. Penggambaran struktur Lewis diperlukan untuk mempelajari beberapa sifat molekul.

Struktur Lewis

6.  Fenomena

resonansi

terjadi

Geometri

(linier, tigonal planer, tetrahedral)

Hibridisasi

(sp3, sp2, sp)

Jenis ikatan

(ikatan sigma, ikatan rangkap, ikatan ganda tiga)

jika

ada

senyawa

yang

tidak

dapat

digambarkan hanya dengan satu struktur Lewis. 7.  Struktur-struktur resonansi berbeda dalam hal posisi pasangan elektron bebas dan ikatan pi, tetapi posisi atom-atomnya sama. 8.  Hibrida resonansi dapat menjelaskan senyawa yang terstabilkan oleh adanya resonansi. 9.  Hibrida resonansi lebih stabil dari struktur resonansi manapun karena kerapatan elektron tersebar (terdelokalisasi). (terdelokalisasi). 10.  Dua senyawa yang berisomer berbeda dalam hal tatanan atom-atom dan elektron-elektronnya. Struktur-struktur resonansi berbeda dalam hal susunan elektron-elektronnya. elektron-elektronnya. 60 

 

isomer

struktur resonansi

11. Jumlah   gugus yang mengelilingi mengelilingi suatu atom menentukan menentukan geometri dan hibridisasinya.

 Jumlah gugus gugus

Geometri

Sudut ikatan (o)

Hibridisasi

2

Linier

180

sp

3

Trigonal

120

sp 2 

109,5

sp 3 

planar 4

Tetrahedral

12.  Ada tiga cara yang banyak dipakai untuk menggambarkan struktur senyawa organik, yaitu: struktur kerangka, struktur struktu r Kekule,

dan

struktur termampatka termampatkan. n. 13.  Atom karbon yang mengikat empat atom lain memiliki struktur

tetrahedral. Struktur tetrahedral dapat digambarkan dengan “ dash line wedge ” (dua ikatan pada bidang, satu ikatan di depan bidang, dan satu ikatan di belakang bidang). 14.  Panjang

ikatan

yang

dibentuk

atom-atom

dalam

satu

golongan

bertambah dari atas ke bawah. 15.  Ikatan makin pendek jika jumlah elektron di antara dua inti yang berikatan makin banyak. 16.  Ikatan makin pendek jika persen karakter s -nya -nya bertambah. 17.  Panjang ikatan berlawanan dengan kekuatan ikatan. Makin panjang ikatan kekuatan ikatannya makin lemah, dan sebaliknya. 18.  Ikatan sigma (σ) lebih kuat daripada ikatan pi   ((π). 19.  Keelektronegatifan bertambah dari kiri ke kanan dalam satu periode dan berkurang dari atas ke bawah dalam satu golongan. 20.  Ikatan polar terbentuk jika dua atom yang berikatan memiliki keelektronegatifan yang berbeda. Jika C atau H mengikat O, N, atau halogen maka terjadi ikatan kovalen polar. 61 

 

21.  Molekul polar jika memiliki satu ikatan polar, atau memiliki dua, atau lebih dipol yang saling memperkuat.

62