Orbital dan Peranannya Dalam Ikatan Kovalen

ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

A.    Orbital Hibridan Dari Nitrogen Dan Oksigen

Orbital merupakan lintasan berbentuk melingkar dengan jari-jari tertentu yang menyatakan suatu daerah dalam ruang dengan peluang terbesar untuk menemukan electron. Ada yang berbentuk bola, balon terpilin ataupun bentuk-bentuk lainnya. Sedangkan hibridisasi merupakan peleburan orbital-orbital dari tingkat energy yang berbeda menjadi orbital-orbital yang energinya setingkat. Orbital hibrida merupakan hasil dari hibridisasi yang telah dilakukan. Jumlah orbital hibrida sama dengan jumlah orbital yang terlibat pada hibridisasi itu, sedangkan jumlah orbital yang mengalami hibridisasi sama dengan jumlah domain elektron dalam molekul. Suatu orbital 2s mempunyai energy lebih rendah dari pada orbital 2p. Secara rata-rata elektron 2s terdapat lebih dekat ke inti daripada elektron 2p.

Dengan alasan ini , orbital hibrida dengan proporsi karakter s yang lebih besar mempunyai energi yang lebih rendah dan berada lebih dekat keinti dari pada orbital hibrida yang kurang karakter-s nya. Suatu orbital hibrida sp adalah setengah s dengan setengah p, sehingga dapat dikatakan bahwa orbital sp mempunyai 50% karakter s dan 50% karakter p. pada ekstrem yang lain adalah orbital sp³ , yang hanya mempunyai seperempat atau 25% karakter s. Karena orbital sp mengandung lebih banyak karakter s maka lebih dekat ke intinya. Ia membentuk ikatan yang lebih pendek dan lebih kuat daripada orbital sp³ . Orbital sp² adalah perantara antara sp dan sp³ dalam karakter s-nya dan dalam panjang serta kekuatan ikatan yang dibentuk.

Di bawah ini adalah contoh hibridisasi atom nitrogen dan oksigen :

HIBRIDISASI NITROGEN (₇N)      

1)      Hibridisasi bentuk  SP

             2P³ : ↑ ↑ ↑                                                   2P³ : ↑ ↑

             2S² : ↑↓                  hibridisasi                     2S² : ↑↓  ↑         

             1S² : ↑↓                                                      1S²:↑↓                         

      

Hibridisasi SP : ↑↓ ↑

                                        

2)      Hibridisasi bentuk SP²

2P³ : ↑ ↑ ↑                                                         2P³ : ↑

2S² : ↑↓                        hibridisasi                     2S² : ↑↓  ↑  ↑     

1S² : ↑↓                                                            1S²: ↑↓                              

Hibridisasi SP² : ↑↓ ↑  ↑

3)      Hibridisasi bentuk SP³

2P³ : ↑ ↑ ↑                                                        2P³ : ↑ ↑  ↑  ↑↓

2S² : ↑↓                        hibridisasi                     2S² :                   

1S² : ↑↓                                                            1S²: ↑↓                        

            Hibridisasi SP³:↑↓↑ ↑  ↑     

HIBRIDISASI OKSIGEN (₈O)

           

1)      Hibridisasi bentuk SP

           

2P⁴ : ↑↓ ↑ ↑                                                      2P⁴  : ↑↓  ↑ 

2S² : ↑↓                        hibridisasi                     2S² : ↑↓  ↑           

1S² : ↑↓                                                            1S²: ↑↓                        

            Hibridisasi SP :↑↓↑      

2)      Hibridisasi bentuk SP²

2P⁴ : ↑↓ ↑ ↑                                                      2P⁴  : ↑↓    

2S² : ↑↓                        hibridisasi                     2S² : ↑↓  ↑   ↑    

1S² : ↑↓                                                            1S²: ↑↓            

            Hibridisasi SP²:↑↓↑ ↑

  

3)      Hibridisasi bentuk  SP³

2P⁴ : ↑↓ ↑ ↑                                                       2P⁴  : ↑↓  ↑   ↑   ↑↓   

2S² : ↑↓                        hibridisasi                     2S² :                             

1S² : ↑↓                                                            1S²: ↑↓                        

            Hibridisasi SP³:↑↓ ↑↓↑ ↑     

B.     Ikatan Rangkap Terkonjugasi

Ikatan rangkap terkonjugasi merupakaan ikatan kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian dimana electronnya dapat berpindah-pindah atau terdelokalisasi. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan system konjugasi ini. Delokalisasi ini bertujuan untuk menstabilkan tingkat energy dalam setiap strukturnya.

Ikatan rangkap konjugasi ini sering diartikan sebagai pengaturan kembali electron melalui orbital π pada senyawa organic. Electron pada orbital π bisa berpindah atau bergeser jika ada ikatan sigma. Tingkat energy dalam setiap struktur pada saat delokalisasi berbeda.

Konjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron. Delokalisasi yaitu suatu keadaan dimana elektron valensi tersebut tidak tetap posisinya pada 1 atom, tetapi senantiasa berpindah-pindah dari 1 atom ke atom lain atau delokalisasi yaitu berpindah.

Pada isomerisme cis dan trans.

Ø  Cis       : Gugus subtituen yang berikatan dengan ikatan rangkap berorientasi sama atau tidak berlawanan

Ø  Trans   : Gugus subtituien yang berikatan dengan ikatan rangkap saling berlawanan

Energi ikatan sebelum ikatan π terdelokalisasi atau berpindah  lebih tinggi karena sebelum  ikatan π berpindah mengakibatkan ikatan yang tidak stabil.

Energi ikatan sesudah ikatan π berpindah  pada tempat sebelumnya akan rendah karena ketika ikatan π berpindah ikatan sebelumnya akan stabil.

Ikatan antara C-O akan lebih stabil karena kelektronegatifan O lebih tinggi sehingga afinitasnya (kemampuan berikatan) akan tinggi. Sedangkan ikatan antara C-C kurang stabil karena kelektronegatifan C lebih rendah dari atom O sehingga afinitas atom C juga akan lebih rendah dari afinitas atom O.

Antara cis dan trans yang lebih stabil adalah trans karena cis lebih banyak halangan sterit yang menyebabkannya tidak stabil.

Tetapi pada cis-2 butena:

Ø  Memiliki titik lebur kecil yang berarti akan  lebih cepat mencair karena jika halangan steritnya besar maka mempunyai energi kinetik besar dan molekul akan cepat merenggang sehingga akan cepat mencair. 

Ø  Memiliki titik didih yang lebih besar. Walaupun sebenarnya cis kurang stabil, tapi memiliki kerapatan (kebolehjadian menemukan elektron ) yang lebih besar , maka intensitas berikatan lebih besar jadi sulit untuk diputus sehingga membutuhkan titik didih yang lebih besar untuk memutuskan ikatan tersebut.

Dan pada trans-2 butena:

Ø  Memiliki titik leleh yang lebih besar yang berarti akan lama mencair karena jika halangan steritnya kecil maka mempunyai energy kinetic yang lebih kecil dan molekul akan lambat merenggang sehingga akan lama mencair.

Ø  Memiliki titik didih yang lebih kecil . walaupun trans sebenarnya stabil tapi memiliki kerapatan yang lebih kecil, maka intensitas berikatan akan lebih kecil jadi mudah untuk diputus sehingga membutuhkan titik didih yang kecil untuk memutuskan ikatan tersebut.

  

C.    Benzena Dan Resonansi

1.      Benzene

Benzena merupakan senyawa siklik dimana elektronnya berkonjugasi. Benzene pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday dan penelitian tersebut dilanjutkan oleh Eilhard Mitscherlich yang berhasil membuat benzena melalui distilasi asam benzoat dan kapur. Mitscherlich memberi nama senyawa tersebut dengan sebutan benzin. Benzene merupakan suatu senyawa aromatic dengan rumus molekul C₆H_6. Di sebut senyawa aromatic karena beberapa derivate atau turunan benzene yang banyak digunakan berbau harum. mengenai struktur yang tepat untuk benzena selama beberapa waktu setelah benzena ditemukan 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.

Struktur benzena yang diusulkan Kekule tidak mengandung ikatan rangkap karena benzena tidak bereaksi seperti halnya senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan rangkap. Namun, struktur benzena ini menimbulkan masalah karena atom C tidak taat asas. Berdasarkan kesepakatan, 1 atom C seharusnya mengikat 4 atom, sedangkan pada struktur yang diusulkan Kekule atom C hanya mengikat 3 atom.

Berdasarkan hasil penelitian, diketahui bahwa setiap atom C pada cincin benzena memiliki sifat yang sama. Hal ini ditentukan setelah para ilmuwan mengetahui bahwa semua ikatan antaratom C memiliki panjang yang sama, yakni 140 pm (pikometer). Oleh karena semua atom C memiliki fungsi yang sama, ikatan rangkap senantiasa berubah-ubah.

Tanda ↔ menyatakan bahwa senyawa benzena mengalami resonansi.

Sifat fisik dan kimia benzene :

No.	Sifat fisik	Sifat kimia
1	Benzena merupakan senyawa yang tidak berwarna.	Benzena merupakan cairan yang mudah terbakar
2	Benzena berwujud cair pada suhu ruang (270C).	Benzena lebih mudah mengalami reaksi substitusi dari pada adisi
3	Titik didih benzena : 80,10C, Titik leleh benzena : -5,50C	Halogenasi
4	Benzena tidak dapat larut air tetapi larut dalam pelarut nonpolar	Bersifat racun
5	Benzena merupakan cairan yang mudah terbakar

Reaksi pada senyawa Benzena

Reaksi benzena umumnya melalui reaksi substitusi, walaupun ada sebagian reaksi yang melalui reaksi adisi. Macam-macam substitusi benzena di antaranya halogenasi benzena, nitrasi benzena, dan  reaksi riedel-crafts.

1)      Halogenasi

Dengan adanya katalis besi (III) klorida atau alumunium klorida, benzena dapat bereaksi dengan klorin ataupun bromin membentuk senyawa halobenzena pada suhu kamar.

2)      Nitrasi Benzena

Campuran asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat dengan volume sama dikenal sebagai campuran nitrasi. Jika campuran ini ditambahkan ke dalam benzena, akan terjadi reaksi eksotermal. Jika suhu dikendalikan pada 55°C maka hasil reaksi utama adalah nitrobenzena, suatu cairan berwarna kuning pucat

3)      Alkilasi Benzena

Penambahan katalis AlCl3  anhidrat dalam reaksi benzena dan haloalkana atau asam klorida akan terjadi reaksi sangat eksotermis. Jenis reaksi ini dinamakan reaksi Friedel-crafts.

4)      Sulfonasi

Sulfonasi merupakan reaksi substitusi atom H pada benzena oleh gugus sulfonat. Reaksi ini terjadi apabila benzena dipanaskan dengan asam sulfat pekat sebagai pereaksi

2.      Resonansi

Berdasarkan hasil analisis sinar-X maka diusulkan bahwa ikatan rangkap pada molekul benzena tidak terlokalisasi pada karbon tertentu melainkan dapat berpindah-pindah (terdelokalisasi). Resonansi terjadi karena adanya delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal.

Bila suatu struktur molekul dapat digambarkan oleh dua tau lebih rumus ikatan valensi yang berbeda hanya dalam kedudukan electron (biasanya electron pi), tak ada dari rumus ini yang sesuai sempurna dengan sifat kimia dan fisik senyawanya. Bila berbagai struktur resonansi dapat ditulis untuk suatu senyawa, maka dapat diandaikan adanya delokalisasi dari rapat electron. Pernyataan ini bener tentang semua struktur aromatic, maupun untuk beberapa struktur lain yang akan disebut secara singkat.

Hal yang harus diperhatikan adalah, bahwa lambang resonasi bukan struktur nyata dari suatu senyawa, tetapi merupakan struktur khayalan. Sedangkan struktur nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansinya

Teori resonansi dapat menerangkan mengapa benzena sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzena terdelokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap serangan kimia, sehingga tidak mudah diganggu. Oleh karena itulah reaksi yang umum pada benzena adalah reaksi substitusi terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.

DAFTAR PUSTAKA

http://elsakimia.blogspot.co.id/2016/09/hibridisasi-atom-oksigen-dan-nitrogen.html

http://sriwahyuningsihd.blogspot.co.id/2016/09/orbital-dan-peranannya-dalam-ikatan_12.html