kimia Organik 1

Orbital dan Peranannya dalam Ikatan Konvalen

1.     Sifat gelombang

Dalam 1923, Louis de Broglie, seorang mahasiswa prancis tingkat pasca sarjana,mengemukakan pendapat yang revolusioner bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sekaligus juga sifat partikel.

Gelombang diam yang disebabkan oleh pemukulan terhadap drum adalah berdimensi dua ,dan system gelombang elektron adalah berdimensi tiga.

Tinggi dimensi diam adalah amplitudonya, yang dapat mengarah ke atas ( nilai positifnya ) atau mengarah ke bawah (nilai negative ) terhadap kedudukan istirahat pada senar.

Kedudukan pada senar yang amlitudonya nol disebut simpul ,dan sesuai dengan kedudukan pada senar gitar yang bergerak bila senar bergetar.

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu terhadap yang lain.

Bila dua senar yang sefase pada senar yang sama saling tumpah tindih ,mereka saling memperkuat . .

Perkuatan dinyatakan oleh penambahan fungsi matematik yang sama tandanya yang menggambarkan gelombang.

Sebaliknya sepasang gelombang yang tumpang tindih yang kelur fase  saling mengganggu atau berinterferensi .

System interferensi ditandai oleh penambahan dua fungsi matematik  yang berlawanan tanda.

Secara matematik fungsi gelombang yang menggambarkan setiap orbital yang tumpang tindih dijumlahkan bersama,perhitungan ini dikenal sebagai kombinasi linear dan orbital atom.

Bila orbital yang tumpang tindih sefase hasilnya adalah perkuatan dan suatu orbital molekut ikatan .

Interferensi menuju ke orbital molekul anti ikatan.

2.     Ikatan dalam hidrogen

Hidrogen (H₂) adalah molekul paling sederhana.

a.     Ikatan sigma

Setiap orbital molekul yang simetrik sekeliling sumbu yang menghubungkan inti desebut orbital molekul sigma ikatan adalah ikatan sigma.

Ikatan H₂ hanya satu dari banyak ikatan sigma yang dijumpai.

b.     Orbital ikatan dan orbital anti ikatan

Interferensi dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom hidrogen memberikan orbital molekul dengan simpul anatara inti .

Ortbital berenergi lebih tinggi adalah orbital anti ikatan .

Karena orbitan anti ikata lebih tinggi ,elektron tak umum ditemukan di situ ,hampir semua ikatan dalam berurusan dalam molekul dalam tingkat dasar,keadaan dalam mana elektron ada dalam orbital berenergi rendah.

Suatu molekul dikatakan berada didalam keadaan berektitasi bila satu atau lebih elektron tidak ada di dalam orbital terendah.

3.     Beberapa Hal Pentinng yang Umum mengenai Orbital Ikatan dan Orbital anti ikatan

Berikut ini disimpulkan beberapa aturan umum yang dapat diterapkan terhadap semua orbital molekul ,dan tak hanya terhadap orbital molekul H₂:

1.     Setiap orbital (molekul atau atom) dapat memegang maksimum dua elektron ,yang harus mempunyai spin berlawanan.

2.     Jumlah orbital molekul sama dengan jumlah orbital atom yang digunakan dalam pembentukkannya ( untuk H₂ dua orbital atom 1_s menghasilkan dua orbital molekul : o dan o^*).

3.     Dalam pengisian orbital molekul dengan elektron  orbital berenergi terendah diisi dahulu . bila dua orbital terdegenerasi (dari energy yang sama ),masing-masing mendapat satu elektron sebelum salah satu orbital terisi penuh.

4.     Orbital hibrida karbon

Ada empat orbital atom pada tingkat energy kedua :satu orbital 2s dan tiga orbital 2p.

Namun demikian, karbon tidak menggunakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan ,sebagai gantinya karbon bercampur ,atau berhibridasi yaitu empat orbital atom tingkat kedua menurut salah satu cara dari tiga ikatan :

1.     Hibridisasi sp³ ,digunakan bila karbon memebentuk empat ikatan tunggal.

2.     Hibridisasi sp², digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap.

3.     Hibridisasi sp ,digunakan bila karbon membentuk ikatan ganda tiga atau ikatan rangkap terkumulasi ( dua ikatan rzngkap terhadap suatu atom tunggal)

a.     Hibridisasi sp³

Dalam metana (CH₄) atom karbon mempunyai empat ikatan konvalen terhadap hidrogen .

Setiap ikatan C-H mempunyai panjang ikatan 1.09 Å dan energy disosiasi ikatan 104 kkal /nol.

 Sudut antara setiap ikatan C-H Adalah 109,5⁰.

Menurut teori mutakhir, keempat ikatan ekuivalen ini timbul dari hibridisasi lengkap empat orbital atomnya (satu orbital 2s dan tiga orbital 2p ),untuk memberikan empat orbital sp³ yang equivalen.

Diagram di atas disebut diagram orbital .

Setiap kotak dalam diagram menyatakan orbital . energy relative dari berbagai orbital ditandai oleh kedudukan orbital dalam diagram ,elektron dinyatakan oleh panah dan arah dari spin elektron dinyatakan oleh arah dari panah.

Orbital sp³ yang dihasilkan dari pencampuran orbital 2s dan 2p berbentu seperti bola bowling ,yaitucuping besar dan cuping kecil.

Bila atom karbon sp³  membentuk ikatan ,hal itu dilakukan dengan tumpang tindih masing-masing dari empat orbital sp^3.

etana (CH³ CH³) mengandung dua atom sp³.

Kedua atom ini membentuk dua atom sigma C-C dengan tumpang tindih satu orbital sp³ dari masing-masing karbon.

Dalam setiap molekul atom karbon terikat pada empat atom lain ada dalam keadaan hibrida sp³,keempat ikatan dari karbon adalah ikatan sigma.

Bila karbon terikat pada empat karbon lain,hibridisasi sp³  membolehkan tumpang tindih maksimal dan menempatkan keempat atom yang menempel pada jarak maksimum yang satu dari yang lain.

Bila mungkin sudut ikatan sp³ adalah 109,5⁰ ,namun demikian factor lain seperti tolakan dipole-dipol atau geometri senyawa siklik ,dapat menyebabkan penyimpangan dari sudut ikatan ideal ini.

b.     Hibridisasi sp²

Untuk membentuk orbital ikatan sp²  ,karbon menghibridasi orbital 2snya hanya dengan dua orbital 2p nya.

Satu orbital p pada atom karbon tetap dan terhibridisasi .

Karena orbital atom digunakan untuk membentuk orbital sp² maka dihasilkan tiga orbital klorida sp2.

Masing-masing orbital sp² mempunyai bentuk sama seperti sp³ yang mengandung satu elektron yang dapat digunakan untuk ikatan .