ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

Orbital dan peranannya dalam ikatan kovalen

A.    Orbital hibrida dari nitrogen dan oksigen

1)      Amina

Molekul amina mengandung atom nitrogen sp³ yang terikat pada tiga atom hydrogen. Molekul amina mempunyai struktur yang sama: suatu atom nitrogen sp³ terikat pada satu atau lebih atom karbon. Dalam amina atau ammonia, nitrogen mempunyai satu orbital yang terisi dengan sepasang elektron valensi menyendiri.

Pasangan elektron menyendiri dalam orbital terisi pada nitrogen dari ammonia dan amina memungkinkan senyawa ini berfungsi sebagai basa. Bila amina diperlakukan dengan asam, elektron yang takterbagi digunakan untuk membentuk ikatan sigma dengan asam. Hasilnya adalah garam amina. 

Analog dengan karbon, maka dapat diharapkan bahwa sudut ikatan H-N-H dalam NH₃ adalah 109,5˚.  Percobaan menunjukan bahwa hal ini tidak demikian, sudut ikatan dalam NH₃ adalah 107,3˚. Suatu keterangan untuk ini adalah bahwa sudut ikatan ditekan oleh orbital yang terisi dengan elektron menyendiri yang besar ukurannya.(karena elektron dalam orbital terisi ditarik hanya kesatu inti saja dan buakan kedua inti, maka mereka terikat kurang kuat ; karena itu, orbital yang terisi lebih besar dari pada orbital sigma N-H). (gambar 2.2)

gambar 2.2 ikatan dalam amonia dan dalam dua amina

2)      Air, alcohol, dan eter

Seperti karbon dan nitrogen, oksigen membentuk ikatan dengan orbital hibrida sp³. Karena oksigen mempunyai enam elektron ikatan, ia membentuk dua ikatan kovalen dan mempunyai dua orbital.

Air adalah contoh seenyawa yang mengandung oksigen sp³. Sudut ikatan dalam air telah ditentukan yaitu sebesar 104,5˚ dan bukan 109,5˚ yang ideal. Diperkirakan bahwa orbital dengan elektron menyendiri menekan sudut ikatan H-N-H.

Ada sejumlah senyawa organic yang mengandung atom oksigen sp³. Untuk sekarang akan ditinjau hanya dua, yaitu alcohol dan eter: ROH dan ROR’. Ikatan terhadap oksigen dalam alcohol dan eter adalah langsung analog denga ikatan dalam air. Dalam setiap keadaan, oksigen terhibridasi sp³ dan mempunyai dua pasang elektron valensi menyendiri.

3)      Senyawa karbonil

Gugus karbonil (C=O) mengandung atom karbon sp² yang dihubungkan dengan atom oksigen oleh ikatan rangkap. Orang cenderung berpendapat bahwa oksigen karbonil berada dalam keadaan hibrida sp² seperti halnya dengan karbonil ; namun demikian ahli kimia tak terlalu yakin dengan hibridasi oksigen karbonil, karena tak ada sudut ikatan yang dapat diukur.

Geometri gugus karbonil ditentukan oleh karbon sp² trigonal. Ikatan C-O mengandung sepasang elektron pi tersingkap. Oksigen juga mempunyai dua pasang elektron menyendiri.

Gugus karbonil merupakan bagian dari macam-macam gugus fungsi. Gugus fungsi dan golongan senyawa ditentukan oleh atom lainyang terikat pada karbon karbonil. Bila salah satu dari atom terikat pada karbon karbonil adalah hydrogen, maka senyawa tersebut adalah aldehida. Bila dua karbon terikat pada karbon karbonil, maka senyawanya adalah keton. Asam karboksilat, dimana gugus OH terikat pada gugus karbonil.

B.    Ikatana Rangkap Terkonjugasi

 Molekul organik dapat mengandung lebih dari satu gugus fungsi. Dalam kebanyakan senyawa polifungsional, setiap gugus fungsi tak bergantung dari yang lain ; meskipun demikian, tak selalu demikian halnya. Pandanglah beberapa senyawa dengan ikatan rangkap karbon-karbon lebih dari satu.

Ada dua cara pokok untuk menempatkan ikatan rangkap dalam senyawa organi. Dua ikatan rangkap yang bersumber pada atom berdampingan disebut ikatan rangkap terkonjugasi.  Ikatan rangkap yang menggabungkan atom yang tak berdampingan disebut ikatan rangkap terisolasi (terpencil), atau tak terkonjugasi.

ikatan rangkap terkonjugasi 

ikatan rangkap yang menggabungkan atom yang tak berdampingan disebut ikatan rangkap terisolasi (terpencil), atau tak terkonjugasi.

ikatan rangkap terpencil

\\

Ikatan rangkap  terisolasi berkelakuan mandiri; masing-masing ikatan rangkap mengalami reaksi seakan-akan yang lain tak ada. Ikatan rangkap terkonjugasi, sebaliknya, tak saling mandiri yang satu terhadap yang lain, ada antaraksi elektronik yang terdapat antara nya. Pilihan sistem  terkonjugasi  yang paling sederhana, CH₂ =CH-CH=CH₂ yang disebut 1 ,3-butadiena, untuk membahas gejala ini.

C.     Benzena

Benzena ( C₆H₆) adalah senyawa siklik dengan enam atom karbon yang trgabung dalam cincin. Setiap atom karbon terhibridisasi sp² dan cincinnya adalan planar. Setiap atom karbon memepunyai satu atom hydrogen yang terikat padanya, dan setiap atom karbon juga mempunyai orbital p tak terhibridasi tegak lurus terhadap bidang ikatan sigma dari cincin. Masing-masing dari keenam orbital p ini dapat menyumbangkan satu elektron untuk ikatan pi.

pandangan samping yang menunjukan orbital p 

(semua sefase)

Dari panjang ikatan ditambah sekumpulan bukti lain yang disajikan dalam bab-bab berikut, para ahli kimis berkesimpulan bahwa benzena adalah molekul simetrik dan bahwa masing-masing dari enam ikatan cincin adalah sama dengan ikatan cincin lainnya. Daripada ikatan rangkap dan tunggal yang saling bergantian, keenam elektron pi terdelokalisasi sempurna dalam awan muatan elektron yang berbentuk seperti kue donat. Awan elektron pi ini disebut awan pi aromatic dari pi.

 Benzena adalah salah satu dari  golongan senyawa aromatic,  senyawa yang mengandung awan pi aromatic. Dari sejarah, istilah “aromatic” diturunkan dari fakta bahwa banyak dari senyawa ini mempunyai bau yang khas.

 D.    Resonasi

Metana (CH₄)  dan etilena (CH₂=CH₂) adalah contoh dari senyawa organic dengan struktur yang dapat digambarkan secara beralasan dengan menggunakan rumus ikatan velensi tunggal (artinya dengan menggunakan garis untuk pasanagn elektron ikatan). Dalam setiap hal, suatu garis yang menghubungkan dua lambang atom menyatakan ikatan kovalen antara dua atom.

Kedua rumus ikatan valensi untuk benzana ini disebut rumus kekule untuk menghormati friedrich august kekule, yang mengusulkannya pertama kali dalam tahun 1972. Usulan kekule yang asli adalah cemerlang, tetapi sayang sekali kurang tepat. Pendapatnya adalah bahwa kedua struktur dari benzena bergeser  maju balik dengan demikian cepatnya, sehingga tak ada yang dapat diisolasi secara mandiri satu dari yang lain. Kedua struktur kekule dikatakan ada dalam resonasi yang satu dengan yang lain.; dengan alasan ini, struktur kekule disebut juga sebgai lambang resonasi atau struktur resonasi, untuk benzene. Kita sekarang mengetahui bahwa benzene tak bergeser antara dua struktur yang berbeda; struktur nyata dari benzena merupakan komposit dari dua struktur resonasi. Dapat dikatakan bahwa benzene adalah hibrida resonasi dari dua struktur resonasi.

Hal penting yang perlu diperhatikan adalah bahwa lambang resonasi bukan struktur nyata; struktur nyata adalah gabungan dari semua lambang resonasi. Banyak ahli kimia membuang anologi bahwa badak (suatu bunatang nyata) dapat digambarkan sebagai hibrida resonasi antara unicorn ke naga, melainkan merupakan binatang dengan karakteristik unicorn dan naga kedua-duanya.

Untuk menunjukan bahwa dua atau lebih rumus dapat menggambarkan struktur resonasi (khayalan) dan bukan struktur nyata dalam kesetimbangan, digunakan pana berkepala dua ( ↔). Sebaliknya, suatu kesetimbangan dinyatakan oleh dua panah.

Sumber: Fessenden Ralp J, Joan S. Fessendden. 2005. Kimia Organik Jilid 1 Edisi Ketiga.    Terjemahan A.H Pudjaatmaka. Erlangga: Jakarta