IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR MOLEKUL
Pada umumnya unsur-unsur dijumpai tidak dalam kedaan bebas (kecuali pada suhu tinggi), melainkan sebagai suatu kelompok-kelompok atom yang disebut sebagai molekul. Kelompok-kelompok atom atau molekul merupakan keadaan yang lebih stabil dibandingkan unsur-unsur dalam keadaan bebas. Ikatan kimia terbentuk karena unsur –unsur ingin memiliki struktur elektron stabil. Struktur elektron stabil yang dimaksud yaitu struktur elektron gas mulia (Golongan VIIIA). Kecendrungan atom-atom untuk memiliki struktur atau konfigurasi elektron seperti gas mulia atau 8 elektron pada kulit terluar disebut “kaidah Oktet”.
2. Ikatan Kimia
Ikatan kimia merupakan suatu gaya yang menahan atom-atom untuk tetap berada dalam bentuk senyawa. Ikatan tersebut bertanggung jawab dalam interaksi tarik menarik antar dua atom yang menyebabkan suatu senyawa berada dalam keadaan stabil. Ikatan kimia dibagi ke dalam dua jenis, yaitu ikatan ionik yang terbentuk akibat adanya proses transfer elektron antar atom dan ikatan kovalen, yang timbul karena adanya proses sharing elektron atau pemakaian bersama pasangan elektron.
Ikatan ion adalah ikatan yang terjadi akibat perpindahan elektron dari satu atom ke atom lain. Ikatan ion terbentuk antara atom yang melepaskan elektron (logam) dengan atom yang menangkap elektron (bukan logam). Atom logam, setelah melepaskan elektron berubah menjadi ion positif. Sedangkan atom bukan logam, setelah menerima elektron berubah menjadi ion negatif. Antara ion-ion yang berlawanan muatan ini terjadi tarik-menarik (gaya elektrostastis) yang disebut ikatan ion (ikatan elektrovalen). Ikatan ion merupakan ikatan yang relatif kuat. Pada suhu kamar, semua senyawa ion berupa zat padat kristal dengan struktur tertentu. Contoh ikatan ion dapat dilihat pada reaksi berikut :
Pada reaksi diatas setiap atom akan mengikuti konfigurasi elektron gas mulia agar menjadi stabil. Atom Na akan kehilangan satu elektron untuk membentuk Na+ yang hanya mengadung 10 elektron. Jumlah elektron ion Na akan sama dengan jumlah ion elektron gas mulia (Ne), sehingga ion Na akan cenderung stabil. Di lain pihak, atom Cl yang memiliki 7 elektron akan cenderung menerima 1 elektron tambahan (dari Na) agar jumlah elektron terluarnya menjadi 8 untuk menjadi stabil.
2.1.2 Ikatan Kovalen
Ikatan kovalen merupakan interaksi yang terjadi karena adanya penggunaan elektron bersama oleh dua atom. Pada ikatan kovalen, setiap elektron dalam pasangan elektron ikatan yang digunakan bersama ditarik oleh inti dari kedua atom yang berikatan. Molekul hidrogen H2 merupakan contoh pembentukan ikatan kovalen.
Masing-masing atom hidrogen mempunyai 1 elektron dan untuk mencapai konfigurasi yang stabil seperti unsur golongan gas mulia maka masing-masing atom
hidrogen memerlukan tambahan 1 elektron. Tambahan 1 elektron untuk masing-masing atom hidrogen tidak mungkin didapat dengan proses serah terima elektron karena memiliki keelekronegatifan yang sama. Sehingga konfigurasi yang stabil dapat dicapai dengan pemakaian elektron secara bersama. Proses pemakaian elektron secara bersama terjadi dengan menyumbangkan masing-masing satu elektron atom hidrogen untuk menjadi pasangan elektron milik bersama. Pasangan elektron bersama akan ditarik oleh kedua inti atom hidrogen yang berikatan. Gaya tarikan elektron ke inti inilah yang mengikat ke dua atom hidrogen dalam molekul H2 dan yang berperan dalam pembentukan ikatan kovalen dalam molekul yang lainnya.
Ikatan kovalen dalam atom-atom berektron banyak, contohnya fluorin, hanya akan melibatkan elektron valensi dalam ikatan kovalennya. Atom F yang memiliki konfigurasi 1s2
2s2 2p5, tidak melibatkan elektron orbital 1s dalam pembentukan ikatan karena tingkat
energinya rendah yang disebabkan oleh keberadaan elektron yang terlalu dekat dengan inti. Pembentukan molekul F2 hanya melibatkan dua elektron valensi dari tiap-tiap atom Fluor. Pasangan elektron valensi yang tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kovalen disebut pasangan elektron bebas (PEB), dimana masing-masing atom F dalm F2 memiliki tiga pasang elektron bebas.
Molekul F2 telah mencapai konfigurasi elektron gas mulia yang stabil dengan pemakaian elektron secara bersama. Pembentukan molekul tersebut mengikuti kaedah oktet yang dirumuskan oleh Lewis, dimana sebuah atom, kecuali hidrogen, cenderung membentuk ikatan sampai atom itu dikelilingi oleh delapan elektron valensi. Dengan kata lain, ikatan kovalen terbentuk jika elektron yang tersedia tidak cukup untuk masing-masing atom mencapai oktet yang lengkap. Masing-masing atom dapat melengkapi oktetnya dengan menggunakan elektron secara bersama dalam ikatan kovalen baik secara polar maupun nonpolar.
2.1.2.1 Ikatan Kovalen Polar
Senyawa kovalen dikatakan polar jika senyawa tersebut memiliki perbedaan keelektronegatifan. Dengan kata lain, pada senyawa yang berikatan kovalen terjadi proses pengutuban muatan sehingga dinamakan ikatan kovalen polar.
Ikatan kovalen polar adalah suatu ikatan dimana elektron yang membentuk ikatan lebih banyak menghabiskan waktunya untuk berputar dan berkeliling disekitar salah satu atom. Pada pembentukan molekul HCl elektron dalam ikatan kovalen digunakan tidak Contoh Soal :
Deret senyawa berikut ini HF, HCl, HI, BH3, BF3, CO2, H2O, NH3, CO2, LiCl, CaCl2, MgBr2, IF3, CCl4, CIF3, tergolong senyawa kovalen kecuali . . . . .
Jawaban :
seimbang oleh atom H dan atom Cl sehingga terjadi polarisasi, dimana elektron ikatan akan lebih dekat kepada atom klor daripada Hidrogen.
Ikatan kovalen polar pada molekul HCl
Polaritas ikatan ini dapat digambarkan dalam bentuk panah atau symbol parsial positif (δ+) dan parsial negatif (δ-). Parsial positif adalah tanda bahwa atom lebih bersifat
elektropositif di banding dengan atom yang menjadi pasangannya, sedangkan parsial negatif merupakan atom yang lebih bersifat elektronegatif daripada atom yang menjadi pasangan ikatannya.
2.1.2.2 Ikatan kovalen nonpolar
Ikatan kovalen nonpolar merupakan ikatan yang terbentuk dari atom-atom yang memiliki keelektronegatifan yang sama atau tidak memiliki perbedaan keelektronegatifan. Ikatan ini biasanya terbentuk dari atom nonlogam diatomik seperti H2, F2, N2 dan Br2. Pada pembentukan molekul diatomik, kedua elektron dalam ikatan kovalen digunakan secara seimbang oleh kedua inti atom. Karena itu, pada molekul diatomik tidak akan terjadi polarisasi muatan.
2.1.2.3 Ikatan Kovalen Koordinasi
Tanda panah menunjukkan pemakaian elektron dari atom N yang digunakan secara bersama oleh atom N dan O. Jadi, senyawa HNO3 memiliki satu ikatan kovalen koordinasi dan dua ikatan kovalen.
Contoh Soal :
Berikut adalah rumus struktur dari HNO2
Ikatan kovalen koordinasi ditunjukkan oleh panah nomor ...
Jawab :
Ikatan kovalen koordinasi adalah ikatan yang terbentuk dari pemakaian bersama pasangan elektron bebas dari atom nitrogen. Sehingga ikatan kovalen koordinasi ditunjukkan oleh panah nomor 3.
Latihan :
Ikatan Kovalen
Gambarkan struktur Lewis dan tunjukkan bagian mana yang merupakan ikatan kovalen Koordinasi dari ion SO3, NH4 dan H2SO4
2.1.2.4 Ikatan Logam
Ikatan logam merupakan ikatan antar atom logam, namun bukan ikatan ion maupun kovalen. Dalam suatu logam terdapat atom-atom sesamanya yang berikatan satu sama lain sehinggasuatu logam akan bersifat kuat, keras, dan dapat ditempa. Elektron-elektron valensi dari atom-atom logam bergerak dengan cepat membentuk lautan elektron mengelilingi inti atom. Ikatan yang terbentuk sangat kuat sehingga menyebabkan ikatan antaratom logam sukar dilepaskan. Unsur logam pada umumnya merupakan zat padat pada suhu kamar dan kebanyakan logam adalah penghantar listrik yang baik.
2.2 Ikatan Antar Molekul
Ikatan antar molekul adalah interaksi yang menimbulkan tarikan antar molekul dengan berbagai tingkat kekuatan. Pada suhu tertentu, kekuatan tarikan antarmolekul menetukan wujud suatu zat berupa gas, cair atau padat. Ada tiga jenis gaya antarmolekul yaitu gaya dipol-dipol, London dan ikatan hidrogen.
Gaya dipol-dipol adalah gaya yang terjadi di antara molekul-molekul yang memiliki sebaran muatan tidak homogen, yakni molekul-molekul dipol atau molekul polar. Molekul-molekul polar memiliki dua kutub muatan yang berlawanan. Oleh karena itu, diantara molekul-molekulnya akan terjadi interaksi yang disebabkan oleh kedua kutub muatan yang dimilikinya.
Gaya dipol-dipol permanen
Pada interaksi dipol-dipol, ujung-ujung parsial positif suatu molekul mengadakan tarikan dengan ujung-ujung parsial negatif dari molekul-molekul lain yang mengaibatkan orientasi molekul-molekul sejajar.
2.2.2 Gaya London
Gaya London
Gaya london terjadi melalui beberapa tahapan, dimulai dari tumbukan antar molekul yang menyebabkan terbentuknyadipol sementara akibat pergeseran awan elektron. Dipol-dipol sementara yang terbentuk akan menginduksi molekul lain membentuk dipol terinduksi. Akibat terbentuk dipol sementara pada sejumlah molekul, menimbulkan gaya tarik menarik diantara molekul tersebut yang dikenal sebagai gaya london. Gejala tersebut berlansung secara terus menerus dan berimbas kepada molekul-molekul lain sehingga terjadi gaya london diantara molekul-molekul-molekul-molekul yang ada.
Dengan demikian, gaya london adalah gaya interaksi antaratom atau molekul yang memiliki dipol sementara dengan jarak yang sangat berdekatan satu sama lain. Kekuatan gaya london dipengaruhi oleh ukuran, bentuk molekul, dan mudah tidaknya pergeseran awan elektron. Sentuhan diantara atom atau molekul dengan luas permukaan sentuhan besar menghasilkan peluang lebih besar menghasilkan dipol sementara dibandingkan bidang sentuh yang relatif kecil. Semakin besar luas permukaan sentuh molekul, semakin besar peluang terjadinya dipol sementara.
2.2.3 Ikatan Hidrogen
senyawa polar. Pada molekul polar, pasangan elektron ikatan yang digunakan bersama lebih tertarik ke arah atom dengan keelktronegatifan tinggi. Ikatan hidrogen terbentuk pada senyawa-senyawa polar yang mengandung atom H dan atom yang memiliki keelktronegatifan yang tinggi, seperti F, O, dan N.
Molekul air (H2O)
Atom-atom yang memiliki keelktronegatifan tinggi akan menarik pasangan elektron lebih kuat, sehingga kulit valensi elektron pada atom hidrogen seolah-olah terkelupas dan inti atom hidrogen yang bermuatan positif seolah-olah berada dipermukaan molekul. Semakin tinggi keelektronegatifan atom yang mengikat atomm hidrogen, semakin besar peluangnya untuk membentuk ikatan hidrogen. Dengan hadirnya ikatan hidrogen dalam suatu senyawa menimbulkan pengaruh terhadap sifat-sifat fisik senyawa tersebut
3. Struktur Molekul
dari suatu atom pusat di dalam molekul tersebut. Pasangan elektron yang terdapat pada kulit terluar dari suatu atom pusat memiliki muatan sejenis sehingga akan terjadi gaya tolak menolak. Pasangan-pasangan elektron ini akan meminimumkan tolak menolak tersebut dengan membentuk suatu susunan tertentu. Teori ini dikenal dengan teori Tolakan Pasangan Elektron Kulit Valensi atau teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion).
Berdasarkan teori VSEPR, gaya tolak menolak terbesar akan terjadi diantara PEB dan gaya tolak terkecil akan terjadi antara PEI. Sehingga, jika kekuatan gaya tolak menolak antar pasangan elektron diurutkan akan menghasilkan urutan sebagai berikut :
Hibridisasi adalah penyetaraan tingkat energi melalui penggabungan antarorbital senyawa kovalen atau kovalen koordinasi. Bentuk molekul suatu senyawa dipengaruhi oleh bentuk orbital hibridanya. Hal ini terjadi akibat adanya komposisi PEI dan PEB.
3.1 Senyawa-senyawa tanpa PEB
hibridisasinya sp3. Rumus AX
4 memiliki empat buah PEI yang berarti gaya tolak menolaknya lemah. Susunan atom-atom senyawa dengan AX4 akan membentuk struktur ruang yang simetri dengan atom pusat yang berada di tengah yang dikenal sebagai bentuk tetrahedral.
Struktur molekul CCl4
Molekul BH3, BCl3 dan BF3 memiliki rumus AX3. Atom-atom senyawanya tersusun dengan atom pusat pusat berada di tengah sehingga membentuk struktur ruang simetris yang dikenal sebagai segitiga sama sisi. Pada BH3, BCl3 dan BF3 terjadi penggabungan orbital 2s 2p dan 2p, sehingga hibridisasinya adalah sp2. Hibridisasi dan bentuk molekul beberapa senyawa dapat dilihat pada tabel 1.
Tabel 1. Struktur ruang senyawa tanpa Pasangan Elektron Bebas
3.2 Senyawa-senyawa yang memiliki PEB
Senyawa-senyawa yang memiliki PEB dirumuskan dengan dengan notasi A, X dan E, dimana A adalah atom pusat, X adalah atom terikat dan E merupakan pasangan elektron bebas. Salah satu senyawa yang meiliki PEB adalah H2O. Molekul H2O mengandung empat pasangan elektron yang terdiri atas dua PEI (X) dan dua PEB (E). Oleh karena itu, molekul H2O memiliki rumus AX2E2 dengan susunan ruang
Molekul H2O
Berbeda dengan H2O, dalam molekul NH3 terdapat empat pasangan elektron yang terdiri atas tiga PEI dan satu PEB. Dengan demikian, molekul NH3 memiliki rumus AX3E yang secara teori akan berbentuk tetrahedral. Namun faktanya NH3 merupakan molekul yang berbentuk piramida trigonal. Bentuk tersebut terjadi karena adanya gaya tolak menolak antara PEB dan PEI. Besar sudut antar ikatan H-N-H dalam molekul NH3 adalah sebesar 107o. Besar sudut ikatan ini lebih kecil
dibandingkan sudu ikatan H-C-H dalam molekul CH4 (109,5o), namun lebih besar dari sudut ikatan H-O-H pada H2O (104,5o).
Molekul NH3
Referensi
Raymond Chang and Jason Overby, 2011, General Chemitry: The Essential Concepts, Sixth Edition, Mc. Graw Hill, New York.
Latihan.
1. Bagaimana urutan gaya tolak menolak antara PEI-PEI, PEB-PEI, dan PEB-PEB ? jelaskan.
2. Tentukan hibridisasi dan bentuk molekul senyawa dengan data sebagai berikut.
3. Tentukan hibridisasi dan bentuk molekul dari CH4, NF3, dan Cl2O. Jelaskan perbedaan sudut ikatan ketiganya.
4. Gambarkan bentuk hibridisasi dan struktur ruang nolekul senyawa PCl5, PCl3
