Pertemuan ke 6 – Orbital Molekul

Orbital

Pengantar

Langkah awal dalam menguraikan orbital molekul seperti halnya orbital atom adalah dengan penyelesaian persamaan Schrödinger

Namun dalam kasus molekul, elektron akan tertarik ke semua inti yang ada di molekul tersebut selain juga harus memperhitungkan gaya tolakan dari sesama inti

Ada beberapa cara dan metode untuk mengatasi hal ini, pendekatan yang pertama dikenal sebagai Born-Oppenheimer approximation

Pendekatan ini mengasumsikan inti atom bersifat stasioner (diam) “yang tentu saja hal ini tidak benar”

Pendekatan yang kedua dengan cara menghitung fungsi gelombang molekul (atau densitas elektron) berdasarkan fungsi gelombang atom

Pendekatan Born-Oppenheimer dibahas dalam pertemuan ini

Misalkan kita memiliki molekul H2+ yang memiliki 2 inti dan 1 elektron. Karena elektron dalam hidrogen menempati orbital 1s maka orbital molekul bisa

dibuat dengan mengkombinasikan kedua orbital 1s dari masing-masing H

Jika kedua orbital (fungsi gelombang) saling overlap dan in-phase maka fungsi gelombang dan kuadrat dari fungsi gelombang akan meningkat atau

kerapatan elektron akan semakin tinggi

Orbital kombinasi ini kita namai dengan (1sA + 1sB) dimana 1sA

mewakili orbital 1s nucleus A dan 1sB mewakili orbital 1s nucleus B

Apakah elektron akan menempati orbital (1sA + 1sB) atau kah orbital

1s masing-masing atom H? Elektron akan cenderung menempati orbital molekul (1sA + 1sB)

Karena pada posisi ini, elektron ditarik oleh dua inti dan terikat lebih kuat sehingga memiliki energi lebih rendah dibanding elektron pada orbital 1s atom hidrogen

Orbital (1sA + 1sB) dinamakan sebagai orbital ikatan, elektron pada

orbital ini memiliki energi lebih rendah

Molekul H2+ memiliki 1 elektron sehingga direpresentasikan

sebagai sebuah panah mengarah ke atas

Orbital 1s pada satu atom H, kosong karena tidak ada elektron yang mengisi disana

Jika molekul H2 yang kita gambarkan, maka kita bisa

menggunakan proses building up untuk menentukan

konfigurasi elektron, dimana elektron kedua ini ditempatkan dalam kotak yang sama namun dengan arah yang

Garis dibagian atas dengan nilai nol adalah inti atom dan elektron yang tidak dalam posisi berikatan

Ketika keduanya berikatan membentuk atom H, maka energi dilepaskan sehingga menjadikan tingkat energi atom turun

Saat atom H saling berikatan maka energi kembali dilepaskan dan tingkat energi molekul kembali turun

Sehingga tingkat energi (1sA + 1sB) lebih rendah dari 1s

Orbital Bonding dan Anti

Bonding

Pada orbital H2+ yang sudah kita gambarkan sebagai kombinasi dari fungsi gelombang yang bersifat in-phase, lalu bagaimana jika kedua orbital dari atom H bersifat out of phase?

Kuadrat fungsi gelombang memang tidak memberikan info

tentang fungsi gelombang sedang berposisi in atau out of phase, namun kita pahami bahwa gelombang dapat bersifat demikian

Jika kita beri label orbital ini dengan (1sA – 1sB) maka elektron

pada posisi ini tidak akan mengalami tarikan oleh kedua inti sehingga tingkat energi pada posisi ini adalah lebih tinggi

Kita telah menamai orbital (1sA + 1sB) sebagai orbital ikatan,

maka orbital (1sA – 1sB) disebut juga sebagai orbital anti-ikatan

Diagram tingkat energi orbital molekul untuk H2 akan lebih

lengkap jika digambarkan seperti pada slide berikut, dimana orbital (1sA + 1sB) ditempatkan lebih rendah dari orbital 1s dan

Orbital Molekuler dari Orbital

Atom s

Orbital s selain 1s juga dapat membentuk orbital molekul (mis. 2s)

membentuk orbital bonding (2sA + 2sB) dan orbital anti-bonding (2sA –

2sB)

Orbital 2s tidak akan berkombinasi dengan 1s karena adanya perbedaan energi (4800 kJ mol-1)

Misalkan atom Litium yang memiliki kofigurasi 1s2 2s1 berikatan

membentuk Li2.

Pembentukan orbital molekul pada Li2 akan melibatkan 2 kombinasi

1s dan 2 kombinasi 2s yakni: (1sA + 1sB), (1sA - 1sB), (2sA + 2sB) dan

(2sA - 2sB) dengan tingkat energi seperti diilustrasikan pada slide

Dari tingkat energi yang tergambar kita memprediksi bahwa tingkat energi saat Litium berikatan leboh rendah dari atom Li

Faktanya, Litium berwujud padat pada suhu ruang namun saat

dipanaskan akan membentuk uap yang merupakan molekul dilitium (Li2)

Sebelum menapak pada orbital molekul yang lebih rumit dan tingkat energi yang lebih banyak, ilmuwan memperkenalkan pe-label-an orbital berdasarkan simetri yang dimiliki

Orbital molekul (1sA + 1sB) dan (1sA - 1sB) berbentuk speris yang

Berapa pun sudut putar yang dipilih, orbital s dan molekul diatomic dan molekul linier lainnya akan nampak serupa

Orbital diatomic dan molekul linier seperti ini disebut

dengan orbital  (huruf s dalam abjad Yunani)

Namun jika diamati, orbital (2sA – 2sB) walaupun saat

diputar serupa tetapi mengalami perubahan tanda

Orbital yang saat diputar memberikan hasil yang identic

seperti orbital (1sA + 1sB) dilabeli dengan g (gerade = even)

sementara orbital yang diputar sama namun memberikan

tanda yang berbeda dilabeli dengan _u (ungerade = odd)

Sehingga (1sA + 1sB) dan (2sA + 2sB) adalah orbital g untuk

membedakannya diberi nomor 1_g dan 2_g

Sedangkan (1sA - 1sB) dan (2sA - 2sB) adalah orbital u yang

untuk membedakannya diberi nomor 1_u dan 2_u

Perbedaan tingkat energi 1s dengan 1 relatif sangat

kecil dibandingkan dengan perbedaan tingkat energi

antara 2s dengan 2, sehingga nampak seolah-olah

sejajar

Dalam proses ikatannya, overlap orbital dari elektron

pada kulit dalam sangat kecil dibanding dengan

overlap orbital elektron kulit valensi

Orbital Molekuler dari Orbital

Atom p

Dalam membahas pembentukan orbital molekul oleh orbital atom p yang harus diingat adalah orbital

memiliki 3 jenis yaitu 2px, 2py dan 2pz

Dalam mengkombinasikan orbital-orbital ini harus

Secara konvensi sumbu z adalah sumbu yang

mengarah ke atas dan jika dua orbital pz pada sumbu

ini akan bergabung maka terbentuklah orbital anti-bonding

Kombinasi orbital ini adalah (2pzA + 2pzB) bersifat

Kombinasi orbital pz akan memberikan orbital bonding

jika salah satu orbital pz berbeda tandanya

Sehingga menjadi (2pzA – 2pzB) bersifat bonding yang

jika diputar pada sumbu memberikan hasil yang identik

Dalam kasus orbital p_y, cuping orbital ini tegak lurus dengan sumbu molekul (unlike pz)

Kombinasi orbital (2pyA + 2pyB) ini akan in phase namun

hanya pada bagian atas dan bawah sumbu tidak seperti 

dan juga saat diputar berubah tanda, hanya akan kembali ke posisi identik jika diputar penuh pada sumbu molekul

sehingga dilabeli dengan 

Jika diputar sekali maka akan memberikan tanda yang

Kombinasi orbital py untuk orbital anti-bonding (2pyA -

2pyB) memiliki pola yang serupa saat diputar pada

sumbu molekul namun tanda tidak berubah saat diputar pada pusat simetri

Orbital 2px jika dikombinasikan akan membentuk orbital molekul yang

sama dengan 2py hanya berbeda sisi sudut pandang saja (sudut

sebelah kanan)

Orbital atom yang memiliki tingkat energi sama namun berbeda arah disebut sebagai degenerate.

2 orbital bonding degenerate memiliki symbol 1_u atau 2p_u

sementara 2 orbital anti-bonding degenerate diberi symbol 1_g atau

2p_g

Molekul dinitrogen (N2) yang memiliki elektron valensi hingga

Orbital 1s: 1_g dan 1_u

Orbital 2s: 2_g dan 2_u

Orbital 3s: 3_g dan

3_u; dua buah 1_u (2

orbital bonding dari 2px

dan 2py) dan dua buah

1_g (2 orbital