Nama : Ni Komang Tria Pradnyani Dewi NIM : 2208551065
Kelas : B
Hari/tanggal : Senin/13 Maret 2023
Topik : Teori Dasar Atom, Pembentukan, dan Klasifikasi Ikatan Atom
RESUME PERKULIAHAN KIMIA ORGANIK
Perkuliahan tanggal 13 Maret 2023 merupakan pertemuan kedua kami, mahasiswa Farmasi Angkatan 2022, dalam perkuliahan Kimia Organik (teori). Perkuliahan kami hadiri secara offline. Bertempat di Gedung AS, lingkungan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana, perkuliahan diampu oleh Bapak Prof. apt. Dr. rer. nat. I Made Agus Gelgel Wirasuta, M.Si. dan berjalan selma 2 sks. Awalnya, materi online telah dibagikan koordinator mata kuliah dari YouTube pribadi profesor pada hari sebelumnya. Materi tersebut berjudul Teori Dasar Atom, Pembentukan, dan Klasifikasi Ikatan Atom. Perkuliahan offlline hari ini dipandu Prof. apt. Dr. rer. nat. I Made Agus Gelgel Wirasuta, M.Si lewat diskusi.
Teori dasar atom
1. Model Atom Dalton
John Dalton (1776-1844) adalah ilmuwan yang pertama mengembangkan model atom pada 1803 hingga 1808. Hipotesis Dalton digambarkan dengan model atom sebagai bola pejal seperti tolak peluru. Teori atom Dalton didasarkan pada anggapan:
• Semua benda tersusun atas atom
• Atom-atom tidak dapat dibagi maupun dipecah menjadi bagian lain
• Atom-atom tidak dapat dicipta maupun dihancurkan
• Atom-atom dari unsur tertentu adalah identik satu terhadap lainnya dalam ukuran, massa, dan sifat-sifat yang lain, namun mereka berbeda dari atom-atom dari unsur- unsur yang lain.
• Perubahan kimia merupakan penyatuan atau pemisahan dari atom-atom yang tak dapat dibagi, sehingga atom tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan.
Berikut merupakan model atom Dalton:
Namun sayangnya, teori Dalton tidak dapat menjelaskan bagaimana atom sebagai bola pejal dapat menghantarkan arus listrik. Padahal, listrik adalah elektron yang bergerak.
Ia tak sempat membuktikan partikel lain yang menghantarkan arus listrik. Secara garis besarnya Teori Dalton memiliki kelemahan antara lain:
• Masih ada partikel sub atomik yang menyusun atom (proton, neutron, elektron)
• Atom atom dari unsur yang sama dapat mempunyai massa yang berbeda
• Tidak mengenal muatan/ sifat listrik materi sehingga tidak bisa menjelaskan bagaimana cara atom dapat berikatan
• Beberapa unsur tidak terdiri dari atom-atom melainkan molekul, seperti molekul unsur terbentuk dari atom sejenis dengan jumlah tertentu
2. Model Atom Thomson
Model Atom Thomson Pada awal abad ke-20, JJ Thomson menggambarkan atom seperti bola pejal, yaitu bola padat yang bermuatan positif. Di permukaannya, tersebar elektron yang bermuatan negatif. Thomson membuktikan adanya partikel yang bermuatan negatif dalam atom. Berikut merupakan model atom Thomson:
Namun sayangnya teori atom Thomson juga memiliki kekurangan, yaitu
• Tidak adanya lintasan elektron dan tingkat energi
• Tidak dapat menjelaskan susunan muatan positif dan negatif dalam atom.
3. Model Atom Rutherford
Ernest Rutherford, ahli fisika kelahiran Selandia Baru adalah salah satu tokoh yang berjasa dalam pengembangan model atom. Rutherford membuat model atom seperti tata surya. Berikut merupakan teori beliau:
• Atom adalah bola berongga yang tersusun dari inti atom dan elektron yang mengelilinginya.
• Inti atom bermuatan positif. Selain itu, massa atom terpusat apda inti atom.
Model ini persis seperti bagaimana planet mengelilingi matahari. Rutherford berjasa mengenalkan konsep lintasan atau kedudukan elektron yang kelak disebut dengan kulit atom. Namun model atom Rutherford tidak dapat menjelaskan mengapa elektron tidak jatuh ke dalam inti atom. Berikut merupakan model atom Rutherford:
4. Model Atom Niels Bohr
Niels Bohr, ahli fisika dari Denmark adalah ilmuwan pertama yang mengembangkan teori struktur atom pada 1913. Teori tentang sifat atom yang didapat dari pengamatan Bohr:
• Atom terdiri dari inti yang bermuatan positif dan dikelilingi oleh elektron yang bermuatan negatif di dalam suatu lintasan.
• Elektron bisa berpindah dari satu lintasan ke lintasan yang lain dengan menyerap atau memancarkan energi sehingga energi elektron atom itu tidak akan berkurang
• Jika berpindah ke lintasan yang lebih tinggi, elektron akan menyerap energi.
• Jika berpindah ke lintasan yang lebih rendah, elektron akan memancarkan energi.
• Kedudukan elektron-elektron pada tingkat-tingkat energi tertentu yang disebut kulit-kulit elektron.
Namun model atom Bohr memiliki Kelemahan,yaitu :
• Adanya radius dan orbit. Ini tidak sesuai dengan Prinsip Ketidakpastian Heisenberg yang menyatakan radius tidak bisa ada bersamaan dengan orbit.
• Selain itu, model atom Bohr juga tidak menjelaskan Efek Zeeman. Efek Zeeman adalah ketika garis spektrum terbagi karena adanya medan magnet.
Berikut merupakan model atom Bohr:
5. Model Atom Mekanika Kuantum
Schrodinger menjelaskan partikel tak hanya gelombang, melainkan gelombang probabilitas. Kulit-kulit elektron bukan kedudukan yang pasti dari suatu elektron, namun hanya suatu probabilitas atau kebolehjadian saja. Sebelumnya, Werner Heisenberg juga mengembangkan teori mekanika kuantum dengan prinsip ketidakpastian. Prinsip tersebut kurang lebih berbunyi: "Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom." Awan elektron di sekitar inti menunjukkan tempat kebolehjadian ditemukannya elektron yang disebut orbital di mana orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau nyaris sama akan membentuk sub-kulit. Kumpulan beberapa sub-kulit akan membentuk kulit. Dengan demikian, kulit terdiri dari beberapa sub-kulit, dan sub-kulit terdiri dari beberapa orbital. Berikut merupakan model atom Mekanika Kuantum:
Kimia organik ada di sekitar kita
Kimia organik merupakan cabang ilmu Kimia yang mempelajari senyawa kimia organik, baik itu sifat, struktur, hingga kegunaannya. Kimia organik erat dengan kehidupan kita sehari-hari.
Dalam kefarmasian, kita sudah tidak asing lagi dengan senyawa obat seperti acetaminophen, celecoxib, amoxicilin, dan masih banyak lagi. Ketiga senyawa obat tersebut merupakan contoh dari senyawa organik.
Dalam bidang lain, senyawa organik juga merupakan bagian yang sangat penting, misalnya pada bidang pertanian dalam pembuatan insektisida, pupuk, dan sebagainya. Setiap hari kita juga menemui banyak golongan senyawa organik, bensin, minyak goreng, sabun, plastik atau polimer.
Apa itu senyawa organik?
Berdasarkan definisi dari berbagai sumber, dapat saya simpulkan bahwa senyawa organik merupakan senyawa hidrokarbon dan turunannya. Kimia organik, juga dapat disebut kimia senyawa karbon, hal ini karena seluruh senyawa organik mengandung atom karbon. Tetapi mengapa karbon istimewa? Mengapa dari 37 juta senyawa kimia yang diketahui saat ini, lebih dari 99%-nya mengandung karbon? Jawaban atas pertanyaan ini berasal dari struktur elektronik karbon dan posisi konsekuennya dalam tabel periodik. Sebagai unsur golongan 4A, karbon dapat berbagi empat elektron valensi dan membentuk empat ikatan kovalen yang kuat.
Struktur kimia acetaminophen
Struktur kimia celecoxib Struktur kimia amoxicilin
Selanjutnya, atom karbon dapat berikatan satu sama lain, membentuk rantai panjang dan cincin.
Karbon, satu-satunya dari semua unsur, mampu membentuk senyawa yang sangat beragam, dari metana sederhana, dengan satu atom karbon, hingga DNA yang sangat kompleks, yang dapat memiliki lebih dari 100 juta karbon (McFlurry, 2011). Menurut Prof. apt. Dr. rer. nat. I Made Agus Gelgel Wirasuta, M.Si, atom-atom yang menjadi tanda suatu senyawa dapat disebut senyawa organik adalah atom karbon, hidrogen, fosfor, nitrogen, sulfur, dan oksigen, ada pula tambahan atom halogen (fluor, klor, brom, iodin).
Apa perbedaan senyawa organik dengan senyawa anorganik?
Berikut merupakan perbedaan antara senyawa organik dan anorganik
Senyawa organik Senyawa anorganik
Mudah membentuk isomer Tidak dapat membentuk isomer Reaksi berjalan lambat Reaksi berjalan cepat
Mudah terurai karena pemanasan Lebih stabil terhadap pemanasan Larut dalam pelarut polar Larut dalam pelarut non polar Titik didih dan titik leleh rendah Titik didih dan titik leleh tinggi
Perkembangan kimia organik
• 1700-an
Sejarah kimia organik dimulai pada pertengahan tahun 1700an di mana pada awalnya kimia organik dikenal sebagai ilmu kimia yang mempelajari benda hidup. senyawa- senyawa yang diperoleh dari benda hidup tersebut (hewan, tumbuhan, dan manusia) sangat mudah terurai atau terdekomposisi dari pada senyawa yang diperoleh dari bahan mineral.
• 1770
Ahli kimia dari Swedia, Torbern Bergman, menjelaskan sebagai perbedaan antara senyawa organik dan anorganik. Senyawa organik pada saat itu diyakini mempunyai vital force atau daya vital yang merupakan ciri khas dari senyawa yang berasal dari makhluk hidup. Karena memiliki daya vital ini maka senyawa organik dipercaya tidak dapat disintesis di laboratorium seperti senyawa anorganik.
• 1816
Teori tentang daya vital yang menyebabkan senyawa organik tidak dapat disintesis atau dimanipulasi di laboratorium ini mulai berubah sejak Michel Chevreul pada tahun 1816 menemukan bahwa sabun (suatu senyawa anorganik) dapat dibuat dari hasil reaksi antara lemak hewani (senyawa organik) dengan basa. Sabun yang merupakan senyawa anorganik dapat diubah menjadi senyawa organik yaitu asam lemak.
• 1828
Wohler menemukan bahwa urea, suatu senyawa organik, yang sebelumnya ditemukan dalam urin manusia, dapat disintesis dari senyawa anorganik, ammonium sianat. Hal ini makin melemahkan teori vitalitas.
Struktur atom
Orbital diatur ke dalam lapisan-lapisan berbeda di sekitar nukleus dengan ukuran dan energi yang lebih besar secara berturut-turut. Lapisan/kulit yang berbeda mengandung jumlah dan jenis orbital yang berbeda, dan setiap orbital dapat ditempati oleh 2 elektron. Kulit pertama hanya berisi satu orbital s, dilambangkan 1s, dan dengan demikian hanya menampung 2 elektron. Kulit kedua berisi orbital s (2s) dan tiga orbital p (masing-masing disebut 2p) dan dengan demikian menampung total 8 elektron. Kulit ketiga berisi orbital s (3s), tiga orbital p (3p), dan lima orbital d (3d), dengan kapasitas total 18 elektron.
Contohnya pada orbital atom karbon, yang bernomor atom 6
Atom karbon memiliki konfigurasi 1s2, 2s2, 2p2
Berikut adalah aturan pengisian spin (elektron) pada orbital:
1. Orbital dengan energi terendah diisi terlebih dahulu, menurut urutan 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d.
2. Hanya dua elektron yang dapat menempati sebuah orbital, dan mereka harus memiliki putaran yang berlawanan. (Elektron bertindak dalam beberapa cara seolah-olah mereka berputar pada sumbu, seperti halnya bumi berputar. Putaran ini dapat memiliki dua orientasi, dilambangkan dengan h ke atas dan ke bawah g.).
3. Jika tersedia dua atau lebih orbital kosong dengan energi yang sama , satu elektron menempati masing-masing dengan spin h sampai semua orbital setengah penuh.
Dapat disimpulkan bahwa semakin luar kulit, maka energi yang dibutuhkan semakin besar, jarak orbital dari lapisan terluar menuju inti juga semakin jauh.
Representasi atom karbon Van’t Hoff
Karbon yang memiliki 4 lengan dapat mengikat 4 atom hidrogen, menghasilkan senyawa metana (CH4), dengan sudut antara atom C dengan H sebesar 109,5̊. Garis padat melambangkan ikatan pada bidang kertas, garis tebal yang terjepit melambangkan ikatan yang keluar dari bidang halaman, dan garis putus-putus melambangkan ikatan yang mengarah ke belakang bidang halaman.
Mengapa atom-atom saling berikatan, dan bagaimana ikatan dapat dijelaskan secara elektronik? Atom-atom saling berikatan karena senyawa yang dihasilkan lebih stabil dan energinya lebih rendah daripada atom-atom yang terpisah. Energi (biasanya panas) selalu dilepaskan dan mengalir keluar dari sistem kimia ketika ikatan terbentuk. Sebaliknya, energi harus dimasukkan ke dalam sistem untuk memutuskan ikatan. Membuat ikatan selalu melepaskan energi, dan memutus ikatan selalu menyerap energi.
Bagaimana pembagian elektron menyebabkan ikatan antar atom? Menurut teori ikatan valensi, ikatan kovalen terbentuk ketika dua atom berdekatan satu sama lain dan orbital terisi tunggal pada satu atom tumpang tindih dengan orbital terisi tunggal pada atom lainnya. Elektron
sekarang dipasangkan dalam orbital yang tumpang tindih dan tertarik ke inti kedua atom, sehingga mengikat atom bersama. Dalam molekul H2, misalnya, ikatan antara dua atom H dihasilkan dari tumpang tindih dua orbital hidrogen 1s yang terisi tunggal.
Struktur Lewis
Cara sederhana untuk menunjukkan ikatan kovalen dalam molekul adalah dengan menggunakan struktur Lewis, atau struktur titik-elektron, di mana kulit elektron valensi atom direpresentasikan sebagai titik.
Struktur Kekulé
Lebih sederhana lagi adalah dengan menggunakan struktur Kekulé, atau struktur ikatan garis, di mana ikatan kovalen dua elektron diindikasikan sebagai garis yang ditarik di antara atom- atom.
Orbital hibrida sp3 metana (CH4)
Konsep hibridisasi menjelaskan bagaimana karbon membentuk empat ikatan tetrahedral yang setara tetapi tidak menjelaskan mengapa demikian. Bentuk orbital hibrid menunjukkan jawabannya. Ketika sebuah orbital s berhibridisasi dengan tiga orbital p, orbital hibrid sp3 yang dihasilkan tidak simetris terhadap nukleus. Salah satu dari dua lobus jauh lebih besar dari yang lain dan karena itu dapat tumpang tindih lebih baik dengan orbital lain ketika membentuk ikatan. Akibatnya, orbital hibrid sp3 membentuk ikatan yang lebih kuat daripada orbital s atau p yang tidak terhibridisasi.
Ketika masing-masing dari empat orbital hibrid sp3 identik, atom karbon tumpang tindih dengan orbital 1s atom hidrogen, empat ikatan CH identik terbentuk dan menghasilkan metana.
Setiap ikatan CH dalam metana memiliki kekuatan 439 kJ/mol (105 kkal/mol) dan panjang 109 pm. Karena keempat ikatan memiliki geometri tertentu, kita juga dapat menentukan sifat yang disebut sudut ikatan.
Orbital hibrida sp3 etana (C2H6)
Jenis hibridisasi orbital yang sama yang menjelaskan struktur metana juga menjelaskan ikatan bersama atom karbon menjadi rantai dan cincin untuk memungkinkan jutaan senyawa organik.
Etana, C2H6, adalah molekul paling sederhana yang mengandung ikatan karbon-karbon.
Ikatan kovalen polar
Apabila elektron ikatan tertarik lebih kuat oleh satu atom daripada atom lainnya sehingga distribusi elektron antar atom tidak simetris, maka ikatan semacam itu disebut ikatan kovalen polar. Polaritas ikatan disebabkan oleh perbedaan keelektronegatifan, yakni kemampuan atom untuk menarik elektron bersama dalam ikatan kovalen. Logam di sisi kiri tabel periodik menarik elektron dengan lemah dan memiliki keelektronegatifan yang lebih rendah, sedangkan oksigen, nitrogen, dan halogen di sisi kanan tabel periodik menarik elektron dengan kuat dan memiliki keelektronegatifan yang lebih tinggi.
Ikatan ion
Suatu atom dapat mencapai kestabilan konfigurasi elektron gas mulia dengan cara melepaskan elektron, menangkap elektron, atau berbagi elektron. Ikatan ion atau elektrovalen adalah ikatan yang terbentuk karena gaya elektrostatik antara ion positif (+) dari unsur logam dengan ion negatif (-) dari unsur non logam Sifat fisis senyawa ion antara lain titik leleh dan titik didih yang tinggi, larut dalam pelarut air, bersifat konduktor listrik.
Ikatan kovalen
Ikatan kovalen terbentuk akibat kecenderungan atom-atom untuk menggunakan elektron bersama (share elektron) agar memiliki konfigurasi elektron seperti gas mulia terdekat. Atom- atom yang berikatan kovalen umumnya adalah antara atom-atom non logam. Penggunaan pasangan elektron dalam ikatan kovalen dapat digambarkan dengan struktur Lewis. Struktur Lewis menggambarkan jenis atom-atom dalam molekul dan bagaimana atom-atom tersebut terikat satu sama lain.
Ikatan logam
Atom logam mempunyai keelektronegatifan rendah, artinya mereka cenderung mudah melepaskan elektron terluarnya. Jika atom logam melepaskan elektron maka terbentuk kation atau ion positif. Elektron-elektron dari atom logam ditemukan di dalam kisi-kisi logam dan bebas bergerak diantara semua kation, membentuk lautan elektron. Gaya elektrostatik antar muatan (+) logam dan muatan (–) dari elektron akan menggabungkan kisi-kisi logam tersebut.
Tarik-menarik dari kation di dalam lautan elektron yang bertindak sebagai perekat dan menggabungkan kation-kation disebut ikatan logam.
Asam dan basa: Teori Brownsted Lowry
Asam Brønsted–Lowry adalah zat yang menyumbangkan ion hidrogen (H ), dan basa Brønsted–Lowry adalah zat yang menerima ion hidrogen. (Nama proton sering digunakan sebagai sinonim untuk H karena hilangnya elektron valensi dari atom hidrogen netral hanya menyisakan inti hidrogen—proton.) Ketika gas hidrogen klorida larut dalam air, misalnya, HCl mendonorkan proton dan sebuah molekul air menerima proton, menghasilkan ion hidronium (H3O) dan ion klorida (Cl). Ion klorida, produk yang dihasilkan ketika asam HCl kehilangan sebuah proton, disebut basa konjugasi dari asam tersebut, dan H3O, produk yang dihasilkan ketika basa H2O memperoleh sebuah proton, disebut asam konjugasi dari basa tersebut. Asam yang lebih kuat memiliki kesetimbangan ke arah kanan dan dengan demikian memiliki konstanta keasaman yang lebih besar; asam yang lebih lemah memiliki kesetimbangan ke arah kiri dan memiliki konstanta keasaman yang lebih kecil.
Diskusi offline
Diskusi pertama pada perkuliahan offline dimulai dengan pertanyaan adakah di antara kami yang tidak mempelajari buku pegangan sama sekali (selain mempelajari materi dari YouTube Prof. Gelgel. Rupanya semua mahasiswa di kelas telah mempelajari buku pegangan dan materi dari YouTube Profesor. Adapun buku pegangan tersebut ditulis oleh Wardiyah, Fessenden, dan McFlurry. Profesor mengarah pada pertanyaan “Berapakah waktu yang Anda perlukan untuk mempelajari 1 bab suatu materi?”. Beliau menanyakan pertanyaan tersebut kepada beberapa orang mahasiswa. Sebagian menjawab, bahwa mereka mempelajari video dari Prof. Gelgel, buku pegangan, dan mencoba latihan soal. Banyak mahasiswa yang memerlukan waktu tidak sedikit untuk mempelajari satu materi. Prof. Gelgel kemudian memberikan strategi agar kami bisa mempelajari satu bab materi dengan cepat. Pertama, kita harus mendengarkan materi yang ingin dipelajari terlebih dahulu. Kemudian, barulah kita membaca materi tersebut. Bacalah judul materi tidak lebih dari satu menit. Lalu, rewind your memory, dari catatan-catatan saat SMA, dan buku yang pernah dipelajari sebelumnya. Barulah kita melirik ( glancing) setiap halaman dari materi tersebut dengan masing-masing halaman kurang lebih setengah menit.
Terakhir, biarkan otak kita merekonstruksi kata-kata dari penjelasan yang ada pada materi. Hal ini bertujuan agar otak kita tidak terbebani dengan hafalan.
Prof. Gelgel kemudian memberikan pertanyaan kepada beberapa mahasiswa dengan pertanyaan yang sama, yaitu “Apa itu ikatan molekul?”. Rata-rata mahasiswa yang menjawab mengulangi frasa “ikatan molekul”. Hal ini menandakan bahwa memori muncul berdasarkan informasi yang kita bawa. Profesor menyarankan untuk menjawab pertanyaan berdasarkan logic thinking. Banyaknya hal yang kita tahu, berasal dari kecintaan kita pada suatu bidang.
Hal ini yang selalu ditekankan profesor, yakni agar kita selalu mencintai apa yang kita pelajari, dan apa yang kita kerjakan. Profesor juga menekankan agar kita tidak menjadi pribadi yang pragmatis, artinya, janganlah menjadi orang yang hanya menginginkan sesuatu yang praktis, dan berpikir sempit.
Selanjutnya, Prof. Gelgel menunjuk beberapa mahasiswa untuk menceritakan satu molekul yang kita ketahui. Profesor memberikan nasihat, agar mahasiswa dapat berpikir dan belajar yang paling efektif. Seperti dengan mendeskripsikan sebuah molekul dengan kerangka berpikir. Dalam mendefinisikan sesuatu, definisikanlah dalam empat kata (lebih baik dua kata), agar lebih mudah berpikir secara logic.
Adapun pertanyaan ditanyakan beberapa mahasiswa kepada Prof. apt. Dr. rer. nat. I Made Agus Gelgel Wirasuta, M.Si sebagai berikut:
1. Mengapa energi yang diperlukan untuk mendisosiasikan hidrogen jauh lebih besar?
Jawab: Menurut Prof. Gelgel, hal tersebut karena adanya jembatan hidrogen (ikatan H dengan H).
2. Mengapa atom P dapat mengikat lima atom Cl menjadi PCl5?
Jawab: Hal tersebut karena atom P memiliki lima tangan, maka untuk mencapai kestabilan, atom P harus mengikat lima atom Cl.
3. Apa itu sp3 pada metana?
Jawab: sp3 pada metana, artinya terdapat 4 orbital yang terdiri dari orbital s dan orbital p dengan keadaan terisi seluruhnya. Terjadi hibridisasi, sehingga metana mencapai kestabilan.
DAFTAR PUSTAKA
Fessenden, R., J. dan Fessenden, J., S. 1997. Kimia Organik. Jakarta: Erlangga.
McMurry, J., E. 2010. Fundamentals of organic chemistry. Cengage Learning.
Myranthika, F. O. 2020. Modul pembelajaran Kimia SMA kelas X: Perkembangan Model Atom.
Setiyana, S. 2020. Modul pembelajaran kimia SMA Kelas X: Ikatan Kimia.
Wardiyah. 2016. Kimia Organik. Jakarta: Kementerian Kesehatan Republik Indonesia.
