Hibridisasi [PDF]

Citation preview

Hibridisasi orbital 1. Sejarah Pekembangan Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling 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, danoksigen, 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.



2. penegertian 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 Perhatikan konfigurasi elektron Be, B dan C Be : 1s2 2s2 B



: 1s2 2s2 2p1



C



: 1s2 2s2 2p2 Berilium dapat membentuk senyawa yang bersifat kovalen seperti BeH2 dan



BeCl2. Boron dapat membentuk senyawa dengan perbandingan 1:3 seperti BF3 dan BCl3. Pada senyawa karbon yang lebih dari sejuta banyaknya dapat dijumpai atom karbon yang terikat melalui empat pasangan elektron ikatan. Jika ditinjau dari konfigurasi elektron saja, maka dapat diduga bahwa, berilium yang orbitalnya terisi penuh tidak dapat membentuk satu ikatan kovalen, sedangkan karbon hanya dapat membentuk dua ikatan kovalen. Kontradiksi antara pengamatan eksperimen dan ramalan berdasarkan model atom, menunjukkan bahwa model orbital atom masih jauh dari sempurna untuk menjelaskan ikatan kimia.Oleh sebab itu, penyusunan elektron dalam orbital setiap bilangan kuantum utama perlu ditata kembali. Penyusunan kembali orbital dalam sebuah atom, untuk membentuk seperangkat orbital yang ekivalen dalam molekul disebut hibridisasi. Hibridisasi adalah proses pembentukan orbital-orbital hibrida dengan tingkat energi yang sama (orbital-orbital degenerat) dari orbital-orbital asli yang jenis dan tingkat energinya berbeda.



3. Proses Hibridisasi Proses hibridisasi berlangsung dalam tahap-tahap berikut : (1) Gambar Struktur Lewis molekul tersebut (2) Ramalkan susunan pasangan elektron secara keseluruhan (baik pasangan elektron ikatan maupun pasangan elektron bebas) dengan menggunakan model TPEKV



(3) Elektron mengalami promosi ke orbital yang tingkat energinya lebih tinggi. Misalnya pada Be : dari 2s ke 2p) 



Contoh 1



:



Be mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2. Satu elektron dari 2s



mengalami promosi menghasilkan konfigurasi 1s2 2s1 2p1x. Orbital 2s dan 2p1x berhibridisasi membentuk dua orbital hibrida sp yang ekivalen berbentuk garis lurus. 



Contoh 2



:



B mempunyai konfigurasi elektron terluar 2s2 2p1. Suatu elektron



dari 2s mengalami promosi menghasilkan konfigurasi elektron 2s1 2p1x 2p1y. Orbital 2s 2px dan 2py berhibridisasi membentuk tiga orbital hibrida sp2 yang ekivalen berbentuk segitiga datar. 



Contoh 3



:



C mempunyai konfigurasi elektron terluar 2s2 2p2. Satu elektron



dari 2s mengalami promosi menghasilkan konfigurasi elektron 2s1 2p1x 2p1y 2p1z. Orbital 2s. 2px. 2py dan 2pz berhibridisasi membentuk 4 orbital hibrida sp3 yang ekivalen berbentuk tetrahedral. (4) Orbital-orbital bercampur atau berhibridisasi membentuk orbital hibrida yang ekivalen.



(5) Dalam hibridisasi, yang bergabung adalah orbital bukan elektron; dan (6) Sebagian besar orbital hibrid bentuknya mirip tetapi tidak selalu identik.



4. Macam Hibridisasi Pada pembentukan ikatan kovalen, dua orbital atom overlap satu dengan yang lain membentuk orbital molekul. Tiap-tiap orbital atom harus berisi satu elektron, karena orbital molekul hanya dapat diisi oleh dua elektron yang spinnya berlawanan. Ini berarti, ikatan yang terbentuk oleh suatu atom, tergantung elektron yang tidak berpasangan. Kovalensi



atom-atom



biasanya



sama



dengan



jumlah



elektron



yang



tidak



berpasangan. Contohnya CH4 yang mempunyai struktur tetrahedral. Perubahan beberapa jenis orbital menjadi orbital baru yang energinya sama disebut hibridisasi. Dapat juga dikatakan, hibridisasi ialah penggabungan orbital-orbital s, p, dan d dengan jalan menambah atau mengurangi fungsi gelombangnya membentuk fungsi gelombang baru yang menyatakan orbital hibrida. Hibridasisasi ini dapat terjadi antara orbital s dan p atau s, p dan d. Contohnya pembentukan orbital hibrida untuk atom C 4.1 Hibridisasi sp3



Hibridisasi satu orbital s dan tiga orbital p, membentuk orbital hibrida sp3 yang strukturnya tetrahedral. Sudut ikatan dengan orbital ini mendekati 109028’. Senyawasenyawa dengan orbital hibrida sp3, seperti : CH4, SiH4, SnCl4, SnBr4, Pb(C2H5)4, SO42-, ClO4-, NH4+, BH4-, dan BF4-. 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 atau lebih mudah dilihat



(Perhatikan bahwa orbital 1s memiliki energi lebih rendah dari orbital 2s, dan orbital 2s berenergi sedikit lebih rendah dari orbital-orbital 2p) Teori ikatan valensi memprediksikan, berdasarkan pada keberadaan dua orbital p yang terisi setengah, bahwa C akan membentuk dua ikatan kovalen, yaitu CH2. Namun, metilena adalah molekul yang sangat reaktif sehingga teori ikatan valensi saja tidak cukup untuk menjelaskan keberadaan CH4. Lebih lanjut lagi, orbital-orbital keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH4. Walaupun eksitasi elektron 2s ke orbital 2p secara teori mengijinkan 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. Untuk menjelaskan keberadaan molekul CH4 ini, maka teori hibridisasi digunakan. Langkah awal hibridisasi adalah eksitasi dari satu (atau lebih) elektron:



Proton yang membentuk inti atom hidrogen akan menarik salah satu elektron valensi karbon. Hal ini menyebabkan eksitasi, memindahkan elektron 2s ke orbital 2p. Hal ini meningkatkan pengaruh inti atom terhadap elektron-elektron valensi dengan meningkatkan potensial inti efektif.



Kombinasi gaya-gaya ini membentuk fungsi-fungsi matematika yang baru yang dikenal sebagai orbital hibrid. Dalam kasus atom karbon yang berikatan dengan empat hidrogen, orbital 2s (orbital inti hampir tidak pernah terlibat dalam ikatan) "bergabung" dengan tiga orbital 2p membentuk hibrid sp3 (dibaca s-p-tiga) menjadi



Pada CH4, empat orbital hibrid sp3 bertumpang tindih dengan orbital 1s hidrogen, menghasilkan empat ikatan sigma. Empat ikatan ini memiliki panjang dan kuat ikat yang sama, sehingga sesuai dengan pengamatan.



Keempat orbital hibrida ini diarahkan menuju empat sudut tetrahedron beraturan. Gambar diatas menunjukan bentuk empat ikatan kovalen antara orbital hibrida sp3 karbon dengan orbital 1s hidrogen dalam CH4. Jadi CH4 memiliki bentuk tetrahedral dan semua sudut HCH adalah 109,5o Sebuah pandangan alternatifnya adalah dengan memandang karbon sebagai anion C4−. Dalam kasus ini, semua orbital karbon terisi:



Jika kita menrekombinasi orbital-orbital ini dengan orbital-s 4 hidrogen (4 proton, +



H ) dan mengijinkan pemisahan maksimum antara 4 hidrogen (yakni tetrahedal), maka kita bisa melihat bahwa pada setiap orientasi orbital-orbital p, sebuah hidrogen tunggal akan bertumpang tindih sebesar 25% dengan orbital-s C dan 75% dengan tiga orbital-p C. HaL ini sama dengan persentase relatif antara s dan p dari orbital hibrid sp3 (25% s dan 75% p).



4.2 Hibridisasi sp2



Kombinasi satu orbital s dan dua orbital p membentuk orbital hibrida sp2 yang bentuknya trigonal planar dengan sudut antara 120o. Ikatan dengan orbital sp2 lebih kuat daripada ikatan dengan orbital s atau orbital p. Berikut ini adalah pembentukan orbital hibrida sp2. Senyawa karbon ataupun molekul lainnya dapat dijelaskan seperti yang dijelaskan pada metana. Misalnya etilena (C2H4) yang memiliki ikatan rangkap dua di antara karbon-karbonnya. Struktur Kekule metilena akan tampak seperti:



Karbon akan melakukan hibridisasi sp2 karena orbtial-orbital hibrid hanya akan membentuk ikatan sigma dan satu ikatan pi seperti yang disyaratkan untuk ikatan rangkap dua di antara karbon-karbon. Ikatan hidrogen-karbon memiliki panjang dan kuat ikat yang sama. Hal ini sesuai dengan data percobaan. Dalam hibridisasi sp2, orbital 2s hanya bergabung dengan dua orbital 2p:



membentuk 3 orbital sp2 dengan satu orbital p tersisa. Dalam etilena, dua atom karbon membentuk sebuah ikatan sigma dengan bertumpang tindih dengan dua orbital sp2 karbon lainnya dan setiap karbon membentuk dua ikatan kovalen dengan hidrogen dengan tumpang tindih s-sp2 yang bersudut 120°. Ikatan pi antara atom karbon tegak lurus dengan bidang molekul dan dibentuk oleh tumpang tindih 2p-2p (namun, ikatan pi boleh terjadi maupun tidak). Jumlah huruf p tidaklah seperlunya terbatas pada bilangan bulat, yakni hibridisasi seperti sp2.5 juga dapat terjadi. Dalam kasus ini, geometri orbital terdistorsi dari yang seharusnya. Sebagai contoh, seperti yang dinyatakan dalam kaidah Bent, sebuah ikatan cenderung untuk memiliki huruf-p yang lebih banyak ketika ditujukan ke substituen yang lebih elektronegatif.



4.3 Hibridisasi sp Gabungan orbital s dan p, membentuk orbital baru yaitu orbital hibrida sp yang colinear. Orbital yang besar diperoleh dengan penambahan, yang kecil dengan pengurangan dari fungsi gelombangnya. Berikut ini adalah pembentukan orbital hibrida sp seperti alkuna dengan ikatan rangkap tiga dijelskan dengan hibridisasi sp.



Dalam model ini, orbital 2s hanya bergabung dengan satu orbital-p, menghasilkan dua orbital sp dan menyisakan dua orbital p. Ikatan kimia dalam asetilena (etuna) terdiri dari tumpang tindih sp-sp antara dua atom karbon membentuk ikatan sigma, dan dua ikatan pi tambahan yang dibentuk oleh tumpang tindih p-p. Setiap karbon juga berikatan dengan hidrogen dengan tumpang tindih s-sp bersudut 180° Sebagai contoh lain dari pembentukan orbital hibrida sp, yaitu : 1. berilium klorida, BeCl2 Dalam keadan padat zat ini terdapat sebagai (BeCl2)2 tetapi dalam larutan dan dalam keadaan uap terdapat sebagai molekul BeCl2. Orbital sp dari Be overlap dengan orbital 3px dari atom Cl membentuk orbital molekul. Ikatannya adalah ikatan σ. Berikut ini adalah pembentukan orbital molekul BeCl2. 2.



Molekul hidrogen halida, HX



Hidrogen halida terbentuk dari overlap orbital 1s dari atom H dengan orbital px dari halogen. Karena ikatan dari orbital sp lebih kuat daripada ikatan s dan p sendiri, ikatan dalam HX biasanya juga dijelaskan dengan mula-mula membentuk orbital hibrida sp bagi halogennya. Contoh hidrogen halida adalah molekul HF yang terbentuk seperti pada Untuka meringkas penjalasan diatas kita dapt membentuk tabel seperti berikut :



Orbital Asal s,p



Orbital Hibrida sp



Bentuk orbital Hibrida Linear



Gambar



s,p,p



sp2



Segitiga sama sisi



s,p,p,p



sp3



Tetrahedron



DAFTAR PUSTAKA



Brady, James E. .2011. KIMIA UNIVERSITAS ASAS & STRUKTUR JILID 1. Kharisma : Indonesia Chang, Raymond. 2005. KIMIA DASAR JL.1 ED.3. Erlangga : Jakarta Situs Internet : http//www.kimiadahsyat.blogspot.com/2009/06/hibridisasi-sp3.html (Diakses pada hari Kamis tanggal 23 Desember 2013) http://id.wikipedia.org/wiki/Hibridisasi_orbital (diakses pada hari sabtu tanggal 21 Desember 2013)



MAKALAH KIMIA UMUM I HIBRIDISASI ORBITAL



Disusun Oleh : Auliya Dafina (13020098) Ester Nababan (130200 ) Vanny Leany N (13020095) Wan Khadijah (13020098) Kelas : 1K3-1K4



KIMIA TEKSTIL SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI TEKSTIL 2013