Ikatan Valensi, Resonansi Dan Hibridisasi [PDF]

Citation preview

Nama : Rahmah Hidayani NIM : 160384204008 Kelas : K 07 MK : Ikatan Kimia (ikatan valensi, resonansi, dan hibridisasi)



1. Ikatan Valensi Berdasarkan teori ikatan valensi, ikatan kovalen dapat terbentuk jika terjadi tumpang tindih orbital valensi dari atom yang berikatan. Orbital valensi merupakan orbital terluar dari suatu atom dan merupakan tempat terletaknya elektron valensi. Orbital valensi inilah yang digunakan pada pembentukan ikatan kimia. Dua atom yang saling mendekati masing-masing memiliki orbital valensi dan satu elektron. Orbital valensi ini saling tumpang tindih sehingga elektron yang terletak pada masing-masing orbital valensi saling berpasangan. Sesuai larangan Pauli maka kedua elektron yang berpasangan tersebut harus memiliki spin yang berlawanan karena berada pada satu orbital. Dua buah elektron ditarik oleh inti masing-masing atom sehingga terbentuk ikatan kovalen. Untuk penjelasan selanjutnya orbital valensi disebut orbital saja. Orbital dari dua buah atom yang saling tumpah tindih harus memiliki tingkat energi yang sama atau perbedaan tingkat energinya. Pada pembentukan Ikatan Kovalen menggunakan orbital asli, dua jenis orbital yang digunakan dalam pembentukan ikatan kovalen yaitu orbital asli dan orbital hibridisasi. Jenis orbital yang digunakan dalam pembentukan ikatan kovalen dapat diramalkan berdasarkan geometri, terutama besar sudut ikatan yang ada disekitar atom pusat. Berikut contoh molekul yang terbentuk menggunakan orbital asli (H2S). Dari konfigurasi elektron atom S pada keadaan dasar dapat diketahui bahwa pada orbital 2py dan orbital 2pz masing-masing masih kekurangan satu elektron, demikian pula pada atom H masih kekurangan satu elektron pada orbital 1s. Oleh sebab itu dalam pembentukan H2S, dua elektron yang terletak pada orbital 3p berpasangan dengan dengan dua elektron pada orbital 1s dari dua atom hidrogen. Besarnya sudut ikatan dua buah orbital p adalah 90°. Berdasarkan eksperimen diperoleh besarnya sudut ikatan H-S-H sebesar 92°. Perbedaan sudut ikatan disebabkan oleh tolakan antara dua inti atom hidrogen yang berdekatan. Karena perbedaan sudut ikatan tidak begitu jauh maka pembentukan ikatan H-S, atom S dianggap menggunakan orbital-orbital asli.



2. Resonansi Resonansi terjadi apabila suatu molekul dapat dinyatakan atau digambarkan dengan lebih dari satu struktur yang satu sama lain berbeda hanya pada susunan elektronnya, sedangkan intinya sama. Resonansi merupakan suatu delokalisasi yang menyangkut elektron pi dan mempunyai tanda ↔ . Tanda ↔ berarti bahwa : a



Tidak satupun dari struktur resonansi yang dihubungkan oleh tanda tersebut yang menunjukkan sifat molekul yang sebenarnya.



b Struktur yang lebih tepat adalah hibrida dari semua struktur yang ada c



Struktur resonansi yang satu dengan yang lainnya hanya berbeda dalam posisi elektronnya. Dalam hal ini tidak ada berlangsung perobahan mekanis seperti reaksi kesetimbangan, reaksi searah, tautomeri atau perobahan lainnya. Ada beberapa petunjuk penting untuk menuliskan struktur resonansi (biasa disebut



struktur kanonik) dan untuk prakiraan secara kualitatif tentang pentingnya. a Struktur resonansi adalah perubahan bolak-balik oleh satu atau sederet pergeseran elektron. Biasanya satu senyawa dapat dituliskan dengan satu struktur yang baik untuknya, dan beberapa struktur yang lain diturunkan dari struktur pertama tersebut untuk keperluan konsistensi dengan semua sifat-sifatnya yang teramati. Sebagai ilustrasi, kovalensi unsurunsur di dalam vinil klorida, rumus molekul dan prinsip-prinsip kimia organik klasik mengarah pada struktur 10a sebagai rumus struktur yang baik untuk senyawa tersebut. Akan tetapi bila dikaitkan dengan hasil penghitungan panjang ikatan C-Cl, ikatan tersebut jauh lebih pendek daripada ikatan C-Cl dalam alkil klorida sederhana (1,78 Å), momen dipole-nya lebih kecil (1,44 D) daripada etil klorida (2,05 D), dan lebih inert terhadap nukleofil; maka bentuk struktur 10b dipandang memberi kontribusi yang penting kepada struktur hibrida resonansi vinil klorida. Struktur 10b diturunkan dari struktur 10a melalui dua pergeseran elektron yang melibatkan pasangan elektron bebas dan elektron π.



b Struktur-struktur resonansi harus mempunyai elektron tak berpasangan dalam jumlah yang sama. Apabila kedua struktur mempunyai total elektron yang berbeda maka struktur struktur tersebut menyatakan spesies molekul yang berbeda dan tidak dapat menjadi



kontributor resonansi kepada hidrida resonansi yang sama. Akan tetapi ada kemungkinan struktur-struktur mempunyai elektron yang sama tapi berbeda jumlah elektron tak berpasangannya. Jika elektron tak berpasangan dalam 12 mempunyai spin antiparalel maka elektronelektron tersebut akan bergabung membentuk ikatan dan akan ekuivalen dengan 11. Jika spin antiparalel dalam 13 kemudian bergeser lagi sampai membentuk pasangan elektron menghasilkan 11 maka pastilah 13 ekuivalen dengan 11. Akan tetapi jika elektron tak berpasngan dalam 12 dan 13 mempunyai spin yang paralel maka strukturstruktur tersebut mempunyai multiplisitas yang berbeda, maka struktur-struktur tersebut bukan kontributor kepada spesiaes molekul yang sama seperti struktur 11.



c



Struktur resonansi yang mengikuti aturan (b) adalah struktur yang paling stabil. Sistem ikatan kovalen dengan dua, empat, atau enam elektron adalah lebih stabil daripada sistem ikatan satu atau tiga elektron. Panjang ikatan C-C dan kekuatan ikatan dalam benzena semuanya sama, dan berada di antara nilai ikatan dalam etana dan etilena. Meskipun demikian, sistem ikatan tiga elektron jauh lebih lemah (±60 kkal/mol) dibanding dengan ikatan yang ada dalam benzena. Struktur di mana hidrogen mempunyai lebih dari dua elektron dalam kulit valensinya (1s) atau atom unsur-unsur periode kedua mempunyai lebih dari delapan elektron dalam kulit valensinya adalah jauh lebih tidak stabil untuk menjadi kontributor dalam resonansi suatu molekul dalam kondisi normal. Telah menjadi kenyataan bahwa unsur-unsur berusaha untuk mempunyai delapan elektron valensi, dan prinsip ini disebut aturan oktet Lewis. Unsurunsur dalam periode ketiga dapat menggunakan orbital 3s, 3p, atau 3d dan bukanlah hal yang tidak umum bagi unsur-unsur periode tersebut untuk menampun lebih dari delapan elektron dalam kulit valensinya. Sebagai contoh adalah senyawa belerang dan fosfor.



d Semakin kovalen ikatan-ikatan yang ada dalam suatu struktur ikatan kovalen, semakin tinggi kestabilannya. Ketika atom-atom saling mendekati satu sama lain di dalam jarak ikatan kovalen, masing-masing orbital valensinya akan berganbung membentuk orbital molekul ikatan atau atom-atom tersebut saling tolak-menolak dengan kuat sampai berpisah. Setiap ikatan



akan menambah sekitar 50-100 kkal/mol kepada kestabilan sistem, sedangkan perbedaan kestabilan bentuk resonansi hanyalah satu bagian dari jumlah tersebut, struktur resonansi dengan jumlah ikatan yang lebih besar biasanya akan lebih stabil.



e



Struktur ikatan kovalen dipolar umumnya lebih kurang stabil daripada struktur nonpolar. Dua struktur resonansi asam karboksilat (16a dan 16b) mempunyai jumlah ikatan yang sama tetapi 16b kurang stabil karena adanya pemisahan muatan. 35 Semakin jauh terpisah muatan yang tak sejenis, semakin tidak stabil bentuk resonansi tersebut. Oleh karena itu, bentuk resonansi ionik butadiena 17d ialah yang paling tidak stabil, dan 17b yang paling stabil. Tentu saja bentuk non polar 17a yang paling stabil di antara semuanya dan memberikan kontribusi yang paling tinggi kepada hibrida resonansi. Dapat dikatakan bahwa struktur molekul normal adalah yang paling menyerupai 17a.



f



Struktur yang melibatkan muatan formal akan lebih stabil apabila muatan negatif berada pada atom yang paling elektronegatif dan muatan positif pada atom yang paling kurang elektronegatif. Aturan ini menunjukkan bahwa bagi keton, bentuk ionik 18b lebih stabil daripada 18c, dan hal ini diperkuat secara eksperimen dengan momen dipole dan sifat-sifat kimia keton. Jadi jika pereaksi karbonil mengadisi ke ikatan rangkap dua suatu keton, bagian positif pengadisi selalu masuk kepada atom oksigen.



g Semakin berdekatan derajat kestabilan struktur-struktur resonansi semakin tinggi derajat resonansinya. Sistem yang melibatkan struktur-struktur ikatan valensi yang ekuivalen mempunyai derajat resonansi yang tinggi. Spesies-spesies tersebut boleh bermuatan atau tidak bermuatan. Contoh sebagai berikut: Muatan berpindah-pindah sehingga memberikan efek penyebaran muatan dan menghindari akumulasi muatan berlebih pada satu atom. Prinsip elektronetralitas Pauling ini diketahui mempunyai efek penstabil. Resonansi struktur-struktur yang mempunyai jumlah ikatan yang sama (disebut resonansi isovalen) memberikatn kontribusi beberapa kali lipat daripada jika struktur kontributor mempunyai jumlah ikatan yang berbeda.



h Resonansi hanya dapat terjadi antara struktur yang hubungannya sangat dekat di mana posisi semua inti atom relatif sama. Hal ini harus karena berguna untuk membatasi antara resonansi dengan isomer isomer. Isomer adalah kenyataan sedangkan struktur resonansi adalah hipotetik dan hanya pendekatan kepada struktur nyata. Kestabilan resonansi dipengaruhi oleh beberapa faktor : 1. Jumlah ikatan kovalen Makin banyak jumlah ikatan kovalen dalam strukturnya, makin stabil resonansinya. 2. Dalil Oktet Jumlah elektron yang memenuhi dalil oktet adalah unsur perioda kedua, sedangkan untuk hidrogrn dan unsur-unsur mulai perioda ketiga dan seterusnya tidak oktet 3. Pemisahan muatan 



Adanya pemisahan muatan akan mengurangi kestabilan bentuk resonansi







Muatan yang sama pada atom karbon yang sama atau yang berdekatan akan mengurangi kestabilan bentuk resonansi.







Bentuk yang mempunyai muatan negatif pada atom yang paling elektronegatif merupakan bentuk yang paling stabil.



Makin banyak struktur resonansi yang ditulis makin stabil senyawanya karena energinya makin kecil. Efek resonansi menurunkan kerapatan elektron pada satu posisi dan menaikkan kerapatan elektron pada posisi yang lain.



3. Hibridisasi Orbital Hibridisasi orbital 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. Jenis-Jenis Hibridisasi : Terdapat tiga jenis hibridisasi orbital, yaitu sp3, sp2 dan sp. 1) 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 elektron bersifat lemah. Orbital sp3 membentuk tetrahedral (a) dan metana adalah contoh senyawa dengan hibridisasi sp3 (b) Hibridisasi satu orbital s dengan tiga orbital p (px, py, dan pz) menghasilkan empat orbital hibrida sp3 yang mempunyai sudut sebesar 109,5º satu sama lain sehingga membentuk geometri tetrahedral.



2) Hibridisasi sp2 Hibridisasi sp2 berguna untuk menjelaskan bentuk struktur molekul trigonal planar. Orbital 2s dan dua orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk tiga orbital sp, masingmasing 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 120º satu sama lain sehingga membentuk geometri trigonal (segitiga).



3) Hibridisasi sp Hibridisasi 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.