Orbital dan Peranannya Dalam Ikatan Kovalen

Orbital dan Peranannya Dalam Ikatan Kovalen

Elektron merupakan partikel yang bermuatan negative yang berada disekitar inti atom. Seperti yang telah dijelaskan dalam teori atom Bhor bahwa “Elektron mempunyai lintasan orbit tertentu dan elektron dapat tereksitasi kelintasan luar dengan menyerap energy atau tereksitasi ke lintasan dalam mendekati inti atom dengan memancarkan energy “.  Dari pernyataan itu dpat dibayangkan bahwa pada model atom Bohr elektron bergerak mengelilini inti atom sepertiperedaran planet-planet yang mengitari matahari.

Elektron bersifat dualisme yang artinya elektron memiliki sifat sebagai partikel dan gelombang. Pernyataan ini didasarkan pada eksperimen difraksi berkas elektron yang dikemukakan oleh Louis de Broglie.  Sifat partikel dan gelombang suatu materi ini tidak tampak sekaligus,sifat yang tampak  jelas  hal ini bergantung pada perbandingan panjang  gelombang  de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Dalam kehidupan nyata asas de Broglie ini bisa di lihat pada momentum petir dan kilat. Dimana kilat akan terjadi terlebih dahulu kemudian akan terdengar sura petir. Dari  peristiwa tersebut dapat diketahui bahwa kilat merupak sifat  gelombang berwujud cahaya sedang kan petir merupakan sifat partikel yang berupa suara.

Peristiwa tersebut menjadi salah satu fakta  yang mendukung  konsep De Broghlie. Hal inilah yang menjadi dasar dari teori mekanika kuantum yang merupakan teori atom modern yang saat ini digunakan. Teori mekanika kuantum ini dikemukakan oleh Heseinberg , dimana dia menyatakan bahwa “elektron tidak dapat ditentukan keberadaannya secara pasti “. Keberadaan elektron hanya merupakan kebolehjadian  menemukan elektron pada suatu area tertentu. Bisa saja aelektron bergerak dari klit satu ke kelit terakhir.  Hal ini disebabkan tidak mungkin dapat ditentukan posisi sekaligus momentum dari suatu benda bergerak.  Dari pernyataan yang diungkapkan oleh Heseinberg ini muncul prinsip ketidakpastian , dimana prinsip tersebut menunjukkan keterbatasan pengetahuan manusia.

Berdasarkan hipotesis De Broghlie dan Heseinberg sifat atom dalam hal ini dapat dijelaskan dengan lebih baik berdasarkan sifat gelombangnya. Scrodinger mengungkapkan melalui persamaan fungsi gelombang bahwa kebolehjadian menemukan elektron pada area tertentu dikenal dengan konsep orbital yaitu area dimana elektron berpeluang besar ditemukan. Elektron dalam orbital yang bergerak cepat akan membentuk suatu awan elektron

Awan elektron ini memberikan deskripsi peluang terbesar tempat elektron berada. Gerakan elektron pada tiap orbital membentuk awan dengan pola tertentu misanya menyerupai bola, bola terpilin atau bentuk lainnya. Geraka elektron yang sangat cepat ini membentuk ketebalan yang berbeda ditiap ruang orbital. Semakin tebal awan elektron semakin besar peluang elektron untuk ditemukan begitupun sebaliknya. Menurut persamaan fungsi gelombang , distribusi elektron dala orbital dapat ditentukan melalui 3 bilangan kuantum yaitu :

a)            Bilangan kuantum utama (n = nomor lintasan elektron/kulit )

b)           Bilangan kuantum azimuth (l = menunjukkan sub-lintasan/ sub- kulit)

c)      Bilangan kuantum magnetic (m = harga orbital)

A.               Sifat Gelombang

Pada tahun 1923, Louise de Broglie mengemukakan pendapat bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sekaligus juga sifat partikel. Pendapat de Broglie mula mula kurang dapat diterima, tetapi pendapatnya merupakan benih yang kini tumbuh menjadi konsep mekanika kuantum mengenai gerak elektron  dan teori orbital molekul

Mekanika kuantum adalah subjek matematik. Untuk dapat mengerti mengenai ikatan kovalen, maka hanya diperlukan hasil dari studi mekanika kuantum, daripada persamaan matematiknya sendiri. Dengan pemikiran ini, marilah meninjau beberapa konsep dasar mengenai gerak gelombang seperti yang dipertahankan dalam teori ikatan kovalen akhir-akhir ini.mula-mula akan dimulai dengan beberapa gelombang diam yang sederhana, yaitu jenis gelombang yang dihasilkan bila orang memetik senar, seperti senar gitar, yang kedua ujungnya mati. Jenis gelombang ini menunjukkan gerakan hanya dalam dimensi. Sebaliknya, gelombang diam yang disebabkan oleh pemukulan kepala drum adalah berdimensi dua, dan sistem gelombang electron adalah berdimensi tiga. Tinggi gelombang diam adalah amplitudonya, yang dapat mengarah ke atas (nilai positif) atau mengarah ke bawah (nilai negatif) terhadap kedudukan istirahat dari senar. (perhatikan bahwa tanda + atau – dari amplitude adalah tanda matematik, bukan muatan listrik). Kedudukan pada gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul, dan sesuai dengan kedudukan pada senar gitar yang tak bergerak bila senar bergetar.

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar  fase yang satu terhadap yang lain. Keadaan antara dalam mana gelombang hanya sebagian sefase juga mungkin. Istilah ini dapat digambarkan oleh sistem dua gelombang pada dua senar identik yang bergetar. Bila amplitude positif dan negatif dari dua gelombang suling sesuai, kedua gelombang tersebut sefase. Bila tanda matematik dari amplitude saling berlawanan, gelombang keluar fase.

Bila dua gelombang yang sefase pada senar yang sama saling tumpang tindih, mereka saling memperkuat. Perkuatan dinyatakan oleh penambahan fungsi matematik yang sama tandanya yang menggambarkan gelombang. Sebaliknya, sepasang gelombang yang tumpang tidih yang keluar fase, saling mengganggu atau berinterferensi. Proses interferensi dinyatakan oleh penambahan dua fungsi  matematik yang berlawanan tanda. Interferensi sempurna menghasilkan penghapusan satu gelombang oleh yang lain. Tumpang tindih sebagian dari dua gelombang yang keluar-fase menghasilkan simpul.

Gelombang merupakan gejala rambat dari suatu getaran / usikan. Gelombang akan terus terjadi apabila sumber getaran ini terus bergetar terus menerus. Gelombang membawa energy dari satu tempat ketempat yang lain. Gelombang diam merupakan jenis gelombang yang dihasilkan bila orang memetik senar , contohnya seperti senar gitar yang kedua ujungnya mati. Pada saat memetik gitar , ketika gitar di petik kebawah maka gelombang bunyi akan kebawah dan jika senar gitar dipetik keatas maka gelombang bunyi akan keatas. 

Dari situasi tersebut diketahui bahwa gelombang diam ini  bergerak hanya dalam satu dimensi. Sedangkan pada gelombang dimensi dua itu dapat dilihat pada pemukulan kepala drum , selain dimensi dua gelombang juga ada yang berdimensi tiga contonya adalah sistem gelombang elektron. Tinggi gelombng diam adalah amplitudonya yang dapat mengarah keatas (nilai positif) atau mengarah kebawah (nilai negativ) terhadap kedudukan istirahat dari senar. Kedudukan pada gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul , dan sesuai dengan kedudukan pada senar gitar yang tak bergerak bila senar bergetar.

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu terhadap yang lain. Bila amplitude positif dan negative dari dua gelombang suling sesuai , kedua gelombang tersebut sefase. Bila tanda matematik dari amplitude saling berlawanan, gelombang keluar fase.

           

Bila dua gelombang yang sefase pada senar yang sama saling tumpang tindih ,mereka saling memperkuat. Perkuatan dinyatakan oleh penambahan fungsi matematik yang sama tanda  yang menggambarkan gelombang. Sebaliknya , sepasang gelombang yang tumpang tindih yang keluar fase, saling mengganggu atau berinterferensi. Proses interferensi dinyatakan oleh penambahan dua fungsi mg batematik yanerlawanan tanda. Interferensi sempurna menghasilkan penghapusan satu gelomban.oleh yang lain. Tumpang tindih sebagian dari dua gelombang yang keluar fase menghasilkan simpul.

B.       Orbital ikatan dan anti ikatan

Bila sepasang gelombang saling tumpang tindih , maka mereka dapat saling memperkuat atau saling berinterferensi. Penambahan dari dua orbital atom 1s dari dua atom H yang sefase menghasilkan orbital molekul ikatan o dengan rapat elektron yang tinggi antara inti yang berikatan. Contohnya dalam molekul hidrogen (H2). Orbital 1s dari satu atom hidrogen mendekati orbital 1s dari atom hidrogen kedua, kemudian keduanya melakukan overlap orbital. Ikatan kovalen terbentuk ketika dua orbital s mengalami overlap, disebut dengan ikatan sigma (σ). Ikatan sigma berbentuk silindris simetris , elektron dalam ikatan ini terdistribusi secara simetris/ berada di tengah antara dua atom yang berikatan.

Bila dua gelombang berlawanan fase mereka slaing mengganggu. Interferensi dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom hydrogen meberikan orbital molekul dengan simpul antar inti. Dalam orbital molekul ini kebolehjadian menemukan elektron antara inti sangat rendah. Karena itu orbital molekul khas ini menimbulkan system dimana kedua inti tak dilindungi oleh sepasang elektron dan intinya saling tolak menolak. Karena tolakan inti , system ini energinya lebih tinggi daripada system dua tom H yang mandiri. Orbital berenergi lebih tinggi ini adalah orbital “sigma bintang “ atau o*(*artinya “anti-ikatan”)

C.            Orbital Hibrida Karbon

Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling^[2] dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH₄). Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik. Teori hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O (kadang kala juga P dan S). Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan dalam metana.

Hibridisasi menjelaskan atom-atom yang berikatan dari sudut pandang sebuah atom. Untuk sebuah karbon yang berkoordinasi secara tetrahedal (seperti metana, CH₄), maka karbon haruslah memiliki orbital-orbital yang memiliki simetri yang tepat dengan 4 atom hidrogen. Konfigurasi keadaan dasar karbon adalah 1s² 2s² 2p_x¹ 2p_y¹ atau lebih mudah dilihat. orbital-orbital keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH₄. Walaupun eksitasi elektron 2s ke orbital 2p secara teori mengizinkan empat ikatan dan sesuai dengan teori ikatan valensi (adalah benar untuk O₂), hal ini berarti akan ada beberapa ikatan CH₄ yang memiliki energi ikat yang berbeda oleh karena perbedaan aras tumpang tindih orbital. Gagasan ini telah dibuktikan salah secara eksperimen, setiap hidrogen pada CH₄ dapat dilepaskan dari karbon dengan energi yang sama. katan kimia dalam senyawa seperti alkuna dengan ikatan rangkap tiga dijelaskan dengan hibridisasi sp.

Hibridasi adalah konsep pencampuran orbital atom menjadi orbital hibrida yang sesuai dengan pasangan elekton untuk membentuk ikatan kimia. Orbital hibrida biasanya mempunyai perbedaan energi dan bentuk.

       

Berdasarkan teori ikatan valensi, karbon seharusnya membentuk ikatan kovalen, menghasilkan CH₂, karena karbon mempunyai dua elektron tak berpasangan secara konfigurasi elektron. Meskipun demikian, melalui eksperimen dapat ditunjukkan bahwa CH₂ bersifat sangat reaktif dan tidak dapat terbentuk setelah akhir reaksi (meskipun hal ini juga tidak menjelaskan bagaimana CH₄ dapat terbentuk ). Untuk membentuk empat ikatan, konfigurasi karbon harus mempunyai empat elektron tidak berpasangan.

Dengan demikian karbon telah mempunyai empat elektron tidak berpasangan, sehingga mempunyai empat energi ikatan yang sama. Hibridisasi orbital juga lebih disukai karena mempunyai energi yang lebih kecil dibandingkan dengan orbital terpisah. Hal tersebut menghasilkan senyawa yang lebih stabil ketika terjadi hibridisasi dan ikatan yang terbentuk juga lebih baik

Hibridisasi sp³

Hibridisasi sp³ dapat menjelaskan struktur molekul tetrahedral. Orbital 2s dan tiga orbital 2p melakukan hibridisasi untuk membentuk empat orbital sp, masing-masing terdiri dari 75% karakter p dan 25% karakter s. Cuping depan mensejajarkan diri dan penolakan electron bersifat lemah.

Hibridisasi satu orbital s dengan tiga orbital p (p_x, p_y, dan p_z) menghasilkan empat orbital hibrida sp³ yang mempunyai sudut sebesar 109,5˚ satu sama lain sehingga membentuk geometri tetrahedral.

Hibridisasi sp²

Hibridisasi sp² berguna untuk menjelaskan bentuk struktur molekul trigonal planar. Orbital 2s dan dua orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk tiga orbital sp, masing – masing terdiri dari 67% karakter p dan 33% karakter s. Cuping depan mensejajarkan diri membentuk trigonal (segitiga) planar, menghadap sudut segitiga untuk meminimalisasi penolakan elektron.  

Hibridisasi satu orbital s dan dua orbital p menghasilkan tiga orbital hibrida sp² yang berorientasi dengan sudut sebesar 120˚ satu sama lain sehingga membentuk geometri trigonal (segitiga).

Hibridasi sp

Hibridasi sp dapat digunakan untuk menjelaskan struktur molekul linier. Orbital 2s dan satu orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk dua orbital sp, masing – masing  terdiri dari 50% karakter p dan 50% karakter s.

Cuping depan berhadapan satu sama lain dan membentuk garis lurus 180˚ antara dua orbital.
Permasalahan:mengapa gelombang diam bergerak hanya dalam satu dimensi.??

Daftar Pustaka

 http://nitasarii.blogspot.co.id/2016/09/orbital-dan-peranannya-dalam-ikatan.html

 http://silmiauliawardah09.blogspot.co.id/2016/09/orbital-dan-peranannya-dalam-ikatan.html 

http://wahyuniandriani19.blogspot.co.id/2016/09/resume-3-orbital-dan-peranannya-dalam.html