Ikatan Kimia

IKATAN KIMIA

Pengertian Ikatan Kimia

Antara dua atom atau lebih dapat saling berinteraksi dan membentuk molekul.Interaksi ini selalu disertai dengan pelepasan energi.Adapun gaya-gaya yang menahan atom-atom dalam molekul merupakan suatu ikatan yang dinamakan ikatan kimia.Ikatan kimia terbentuk karena unsure-unsur cenderung membentuk struktur elektron stabil. Struktur elektron stbil yaitu struktur elektron gas mulia ( Golongan VIII A ) Seperti dalam tabel 3.1 berikut.

Unsur	No Atom	K	L	N	M	O	P
He Ne Ar Kr Xe Rn	2 10 18 36 54 86	2 2 2 2 2 2	8 8 8 8 8	8 18 18 18	8 18 32	8 18	8

         Walter Kossel dan Gilbert Lewis pada tahun 1916 menyatakan bahwa terdapat hubungan antara stabilnya gas mulia dengan cara atom berikatan. Mereka mengemukakan bahwa jumlah elektron terluar dari dua atom yang berikatan, akan berubah sedemikian rupa sehingga susunan kedua elektron kedua atom tersebut sama dengan susunan gas mulia. Kecenderungan atom-atom untuk memiliki struktur atau konfigurasi elektron gas mulia atau 8 elektron pada kulit terluar disebut kaidah oktet

Contoh: Br     +    Br             Br   Br          Atau                Br  -  Br

Sementara itu,atom-atom yang mempunyai nomor atom kecil dari hydrogen sampai dengan boron cenderung memiliki konvegurasi elektron gas helium atau mengikuti kaidah Duplet.

Elektron yang berperan   dalam reaksi kimia yaitu elektron pada kulit terluar atau elektron valensi. Elektron valensi menunjukan kemampuan suatu atom untuk berikan dengan atom lain. Contoh elektron valensi dari beberapa unsur dapat dilihat dalam tabel berikut.

Tabel 3.2 Elektron Valensi Beberapa Unsur

Unsur	Susunan elektron	Elektron valensi
6C 8O 12­Mg 13Al 15P 17Cl	2. 4 2.6 2.8.2 2.8.3 2.8.5 2.8.7	4 6 2 3 5 7

Unsur – unsur dari golongan alkali dan alkali tanah , untuk menyapai kestabilan cenderung melepaskan elektron terluarnya sehingga membentuk ion positif . unsnr – unsnr yang mempunyai kecendrungan membentuk ion positif termasuk unsur elektro positif . unsnr – unsur dari golongan halogen dan  khalkhogen mempunyai kecendrungan menangkap elektron untuk mencapai kestabilan sehingga membentuk ion negative.  Unsur - unsur yang demikian termasuk unsurelektronnegative .

A.      Jenis-Jenis Ikatan Kimia

Ikatan kimia merupakan sebuah proses fisika yang bertanggungung  jawab dalam gaya interaksi tarik menarik antara dua atom atau molekul yang menyebabkan suatu senyawa diatomik atau poliatomik menjadi stabil. Secara umum, ikatan kimia dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu:

1.      Ikatan antar atom

a.       Ikatan ion = heteropolar

Ikatan ionadalahikatan yang terjadiakibatperpindahanelektrondarisatu atom ke atom lain (James E. Brady, 1990).Ikatan ion terbentukantara atom yang melepaskanelektron (logam) dengan atom yang menangkapelektron (bukanlogam).Atom logam, setelahmelepaskanelektronberubahmenjadi ion positif.Sedangkan atom bukanlogam, setelahmenerimaelektronberubahmenjadi ion negatif.Antara ion-ion yang berlawananmuataniniterjaditarik-menarik (gayaelektrostastis) yang disebutikatan ion (ikatanelektrovalen).

Ikatan ion merupakanikatan yang relatifkuat.Padasuhukamar, semuasenyawa ion berupazatpadatkristaldenganstrukturtertentu. Denganmengunakanlambang Lewis, pembentukanNaCldigambarkansebagaiberikut.

NaClmempunyaistruktur yang berbentukkubus, di manatiap ion Na⁺dikelilingioleh 6 ion Cl^– dantiap ion Cl^– dikelilingioleh 6 ion Na⁺.

Senyawa ion dapatdiketahuidaribeberapasifatnya, antara lain:

1.    Merupakanzatpadatdengantitiklelehdantitikdidih yang relatiftinggi. Sebagaicontoh, NaClmelelehpada 801 °C.

2.    Rapuh, sehinggahancurjikadipukul.

3.    Lelehannyamenghantarkanlistrik.

4.    Larutannyadalam air dapatmenghantarkanlistrik.

Contohlainpembentukanikatan ion sebagaiberikut.
a. Pembentukan MgCl₂
Mg (Z = 12) danCl (Z = 17) mempunyaikonfigurasielektronsebagaiberikut.
- Mg : 2, 8, 2
- Cl : 2, 8, 7
Mg dapatmencapaikonfigurasi gas muliadenganmelepas 2 elektron,
sedangkanCldenganmenangkap 1 elektron. Atom Mg berubahmenjadi ion
Mg2+, sedangkan atom Clmenjadi ion Cl–.
- Mg (2, 8, 2) ⎯⎯→ Mg²⁺ (2,+ 2 e–
(konfigurasielektron ion Mg²⁺ samadengan neon)
- Cl (2, 8, 7) + e– ⎯⎯→Cl^– (2, 8, (konfigurasielektron ion Cl^– samadengan argon)
Ion Mg²⁺ dan ion Cl^– kemudianbergabungmembentuksenyawadenganrumus MgCl₂.
Denganmenggunakanlambang Lewis, pembentukan MgCl₂ dapatdigambarkansebagaiberikut.

b. Ikatanantara atom 12Mg dan dalamMgO
Konfigurasielektron Mg dan O adalah:
Mg : 2, 8, 2 (melepas 2 elektron)
O    : 2, 6 (menangkap 2 elektron)
Atom O akanmemasangkan 2 elektron, sedangkan atom Mg jugaakan
memasangkan 2 elektron.

c .Ikatan ion pada 19K dan dalam K2O
Konfigurasielektron:
K : 2, 8, 8, 1 (melepas 1 elektron) membentuk K⁺
O : 2, 6 (menerima 2 elektron) membentuk O2^–
2 K+ + O2– ⎯⎯→ K₂O

d. Ikatan ion pada Fe (elektronvalensi 3) denganCl (elektronvalensi 7)
membentuk FeCl3
Fe mempunyaielektronvalensi 3 akanmembentuk Fe³⁺
Clmempunyaielektronvalensi 7 akanmembentukCl^–
Fe3+ + 3 Cl– ⎯⎯→ FeCl3

Sifat-Sifat ikatan ionik adalah:

a.       Bersifat polar sehingga larut dalam pelarut polar

b.      Memiliki titik leleh yang tinggi

c.       Baik larutan maupun lelehannya bersifat elektrolit

b.      Ikatan kovalen = homopolar

Ikatankovalenadalahikatan yang terjadiakibatpemakaianpasanganelektronsecarabersama-samaolehdua atom (James E. Brady, 1990).Ikatankovalenterbentuk di antaradua atom yang sama-samainginmenangkapelektron (sesama atom bukanlogam).

Cara atom-atom salingmengikatdalamsuatumolekuldinyatakanolehrumus
bangunataurumusstruktur.Rumusstrukturdiperolehdarirumus Lewis denganmenggantisetiappasanganelektronikatandengansepotonggaris.Misalnya, rumusbangun H2 adalah H – H.
Contoh:
a. Ikatanantara atom H dan atom CldalamHCl
Konfigurasielektron H danCladalah:
H : 1 (memerlukan 1 elektron)
Cl : 2, 8, 7 (memerlukan 1 elektron)
Masing-masing atom H danClmemerlukan 1 elektron, jadi 1 atom H akan
berpasangandengan 1 atom Cl.
Lambang Lewis ikatan H denganCldalamHCl

b .Ikatanantara atom H dan atom O dalam H2O
Konfigurasielektron H dan O adalah:
H : 1 (memerlukan 1 elektron)
O : 2, 6 (memerlukan 2 elektron)
Atom O harusmemasangkan 2 elektron, sedangkan atom H hanyamemasangkan 1 elektron. Olehkarenaitu, 1 atom O berikatandengan 2 atom H. Lambang Lewis ikatanantara H dengan O dalam H2O.

Dua atom dapatmembentukikatandengansepasang, duapasang, atautiga
pasang electron bergantungpadajenisunsur yang berikatan.Ikatankovalen
yang hanyamelibatkansepasang electron disebutikatantunggal (dilambangkandengansatugaris), sedangkanikatankovalen yang melibatkanlebihdarisepasang electron disebutikatanrangkap.Ikatan yang melibatkanduapasang electron disebutikatanrangkapdua (dilambangkandenganduagaris), sedangkanikatan yang melibatkantigapasang elektron disebutikatanrangkaptiga (dilambangkandengantigagaris).

c. Ikatanrangkapduadalammolekuloksigen (O2)
Oksigen (Z =  mempunyai 6 elektronvalensi, sehinggauntukmencapaikonfigurasi octet harusmemasangkan 2 elektron. Pembentukanikatannyadapatdigambarkansebagaiberikut.
Lambang Lewis ikatan O2

d. Ikatanrangkaptigadalammolekul N2
Nitrogen mempunyai 5 elektronvalensi, jadiharusmemasangkan 3 elektron
untukmencapaikonfigurasioktet. Pembentukanikatannyadapatdigambarkansebagaiberikut.

Lambang Lewis ikatan N2

Pasanganelektron yang dipakaibersama-samadisebutpasangan electron ikatan (PEI), sedangkan yang tidakdipakaibersama-samadalamikatandisebutpasangan electron bebas (PEB).Misalnya:
• Molekul H2O mengandung 2 PEI dan 2 PEB
• Molekul NH3 mengandung 3 PEI dan 1 PEB
• Molekul CH4 mengandung 4 PEI dantidakada PEB

c.       Ikatan kovalen koordinasi = semipolar

Ikatan kovalen koordinat merupakan ikatan kimia yang terjadi apabila pasangan elektron bersama yang dipakai oleh kedua atom disumbangkan oleh sala satu atom saja. Sementara itu atom yang lain hanya berfungsi sebagai penerima elektron berpasangan saja.

Syarat-syarat terbentuknya ikatan kovalen koordinat:

-       Salah satu atom memiliki pasangan elektron bebas

-       Atom yang lainnya memiliki orbital kosong

         

Susunan ikatan kovalen koordinat sepintas mirip dengan ikatan ion, namun kedua ikatan ini berbeda oleh karena beda keelektronegatifan yang kecil pada ikatan kovalen koordinat sehingga menghasilkan ikatan yang cenderung mirip kovalen.

d.      Ikatan LogamIkatan logam merupakan salah satu ciri khusus dari logam, pada ikatan logam ini elektron tidak hanya menjadi miliki satu atau dua atom saja, melainkan menjadi milik dari semua atom yang ada dalam ikatan logam tersebut. Elektron-elektron dapat terdelokalisasi sehingga dapat bergerak bebas dalam awan elektron yang mengelilingi atom-atom logam.Akibat dari elektron yang dapat bergerak bebas ini adalah sifat logam yang dapat menghantarkan listrik dengan mudah.Ikatan logam ini hanya ditemui pada ikatan yang seluruhnya terdiri dari atom unsur-unsur logam semata.

KonfigurasiElektron Gas Mulia

Dibandingkandenganunsur-unsurlain, unsur gas muliamerupakanunsur yang paling stabil. Kestabilaninidisebabkankarenasusunanelektronnyaberjumlah 8 elektron di kulitterluar, kecuali helium (mempunyaikonfigurasi electron penuh).Hal inidikenaldengankonfigurasioktet, kecuali helium dengankonfigurasi duplet.

Unsur-unsurlaindapatmencapaikonfigurasi octet denganmembentukikatan agar dapatmenyamakankonfigurasielektronnyadengankonfigurasielektron gas muliaterdekat. Kecenderunganinidisebutaturanoktet.Konfigurasioktet (konfigurasistabil gas mulia) dapatdicapaidenganmelepas, menangkap, ataumemasangkanelektron.

Lambang Lewis adalahlambang atom disertai electron valensinya.Elektron dalam lambang Lewis dapatdinyatakandalamtitikatausilangkecil (James E. Brady, 1990).

2.      Ikatan Antara Molekul

a.       Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen merupakan gaya tarik menarik antara atom H dengan atom lain yang mempunyai keelektronegatifan besar pada satu molekul dari senyawa yang sama. Ikatan hidrogen merupakan ikatan yang paling kuat dibandingkan dengan ikatan antar molekul lain, namun ikatan ini masih lebih lemah dibandingkan dengan ikatan kovalen maupun ikatan ion.

Ikatan hidrogen ini terjadi pada ikatan antara atom H dengan atom N, O, dan F yang memiliki pasangan elektron bebas. Hidrogen dari molekul lain akan bereaksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan bervariasi. Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh beda keelektronegatifan dari atom-atom penyusunnya. Semakin besar perbedaannya semakin besar pula ikatan hidrogen yang dibentuknya.

Kekuatan ikatan hidrogen ini akan mempengaruhi titik didih dari senyawa tersebut. Semakin besar perbedaan keelektronegatifannya maka akan semakin besar titik didih dari senyawa tersebut. Namun, terdapat pengecualian untuk H2O yang memiliki dua ikatan hidrogen tiap molekulnya. Akibatnya, titik didihnya paling besar dibanding senyawa dengan ikatan hidrogen lain, bahkan lebih tinggi dari HF yang memiliki beda keelektronegatifan terbesar.

b.      Ikatan van der walls

Gaya Van Der Walls dahulu dipakai untuk menunjukan semua jenis gaya tarik menarik antar molekul. Namun kini merujuk pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul menjadi dipol seketika.Ikatan ini merupakan jenis ikatan antar molekul yang terlemah, namun sering dijumpai diantara semua zat kimia terutama gas.Pada saat tertentu, molekul-molekul dapat berada dalam fase dipol seketika ketika salah satu muatan negatif berada di sisi tertentu. Dalam keadaa dipol ini, molekul dapat menarik atau menolak elektron lain dan menyebabkan atom lain menjadi dipol. Gaya tarik menarik yang muncul sesaat ini merupakan gaya Van der Walls.

B.       Teori Orbital Molekul

Teori Ikatan Valensi mampu secara kualitatif menjelaskan kestabilan ikatan kovalen sebagai akibat tumpang-tindih orbital-orbital atom.Dengan konsep hibridisasi pun dapat .sayangnya dalam beberapa kasus, teori ikatan valensi tidak dapat menjelaskan sifat-sifat molekul yang tramati secara memuaskan.Contohnya adalah molekul oksigen, yang struktur Lewisnya sebagai berikut.

         

Menurut gambaran struktur Lewis Oksigen di atas, semua elektron pada O2 berpasangan dan molekulnya seharusnya bersifat diamagnetik, namun kenyataanya, menurut hasil percobaan diketahui bahwa Oksigen bersifat paramagnetik dengan dua elektron tidak berpasangan. Temuan ini membuktikan adanya kekurangan mendasar dalam teori ikatan valensi.

Sifat magnet dan sifat-sifat molekul yang lain dapat dijelaskan lebih baik dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantum yang lain yang disebut sebagai teori orbital molekul (OM), yang menggambarkan ikatan kovalen melalui istilah orbital molekul yang dihasilkan dari interaksi orbital-orbital atom dari atom-atom yang berikatan dan yang terkait dengan molekul secara keseluruhan.

Menurut teori OM, tumpang tindih orbital 1s dua atom hidrogen mengarah pada pembentukan dua orbital molekul, satu orbital molekul ikatan dan satu orbital molekul antiikatan.Orbital molekul ikatan memiliki energi yang lebih rendah dan kestabilan yang lebih besar dibandingkan dengan orbital atom pembentuknya.Orbital molekul antiikatan memiliki energi yang lebih besar dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan dengan orbital atom pembentuknya.Penempatan elektron dalam orbital molekul ikatan menghasilkan ikatan kovalen yang stabil, sedangkan penempatan elektron dalam orbital molekul antiikatan menghasilkan ikatan kovalen yang tidak stabil.

Dalam orbital molekul ikatan kerapatan elektron lebh besar di antara inti atom yang berikatan.Sementara, dalam orbital molekul antiikatan, kerapatan elektron mendekati nol diantara inti.Perbedaa ini dapat dipahami bila kita mengingat sifat gelombang pada elektron. Gelombang dapat berinteraksi sedemikian rupa dengan gelombang lain membentuk interferensi konstruktif yang memperbesar amplitudo, dan juga interferensi destruktif yang meniadakan amplitudo.

Pembentukan orbital molekul ikatan berkaitan dengan interferensi konstruktif, sementara pembentukan orbital molekul antiikatan berkaitan dengan interferensi destruktif.Jadi, interaksi konstruktif dan interaksi destruktif antara dua orbital 1s dalam molekul H2 mengarah pada pembentukan ikatan sigma (σ1s) dan pembentukan antiikatan sigma (σ*1s).

C.      Hibridisasi

Dalam kimia, hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya orbital-orbital atom membentuk orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom.Konsep orbital-orbital yang terhibridisasi sangatlah berguna dalam menjelaskan bentuk orbital molekul dari sebuah molekul.Konsep ini adalah bagian tak terpisahkan dari teori ikatan valensi. Walaupun kadang-kadang diajarkan bersamaan dengan teori VSEPR, teori ikatan valensi dan hibridisasi sebenarnya tidak ada hubungannya sama sekali dengan teori VSEPR.

1.      Sejarah perkembangan

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 tidaklah sepraktis teori orbital molekul dalam hal perhitungan kuantitatif.Masalah-masalah pada hibridisasi terlihat jelas pada ikatan yang melibatkan orbital d, seperti yang terdapat pada kimia koordinasi dan kimia organologam. Walaupun skema hibridisasi pada logam transisi dapat digunakan, ia umumnya tidak akurat.

Sangatlah penting untuk dicatat bahwa orbital adalah sebuah model representasi dari tingkah laku elektron-elektron dalam molekul.Dalam kasus hibridisasi yang sederhana, pendekatan ini didasarkan pada orbital-orbital atom hidrogen. Orbital-orbital yang terhibridisasikan diasumsikan sebagai gabungan dari orbital-orbital atom yang bertumpang tindih satu sama lainnya dengan proporsi yang bervariasi. Orbital-orbital hidrogen digunakan sebagai dasar skema hibridisasi karena ia adalah salah satu dari sedikit orbital yang persamaan Schrödingernya memiliki penyelesaian analitis yang diketahui. Orbital-orbital ini kemudian diasumsikan terdistorsi sedikit untuk atom-atom yang lebih berat seperti karbon, nitrogen, dan oksigen.Dengan asumsi-asumsi ini, teori hibridisasi barulah dapat diaplikasikan.Perlu dicatat bahwa kita tidak memerlukan hibridisasi untuk menjelaskan molekul, namun untuk molekul-molekul yang terdiri dari karbon, nitrogen, dan oksigen, teori hibridisasi menjadikan penjelasan strukturnya lebih mudah.

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 2px1 2py1.

2.      Teori hibridisasi vs. Teori orbital molekul

Teori hibridisasi adalah bagian yang tak terpisahkan dari kimia organik dan secara umum didiskusikan bersama dengan teori orbital molekul dalam buku pelajaran kimia organik tingkat lanjut.Walaupun teori ini masih digunakan secara luas dalam kimia organik, teori hibridisasi secara luas telah ditinggalkan pada kebanyakan cabang kimia lainnya.Masalah dengan teori hibridisasi ini adalah kegagalan teori ini dalam memprediksikan spektra fotoelektron dari kebanyakan molekul, meliputi senyawa yang paling dasar seperti air dan metana.Dari sudut pandang pedagogi, pendekatan hibridisasi ini cenderung terlalu menekankan lokalisasi elektron-elektron ikatan dan tidak secara efektif mencakup simetri molekul seperti yang ada pada teori orbital molekul.