RESUME PERTEMUAN KE-2 Peranan orbital dalam pembentukan ikatan kovalen ( kimia organik 1)

Orbital dan peranannya  dalam Ikatan Kovalen

a. Sifat gelombang

Dualisme cahaya diterapkan oleh de Broglie terhadap elektron yang bergerak mengelilingi inti. Sifat gelombang dari elektron ini kemudian mengakibatkan adanya ketaktentuan dari kedudukan elektron sekeliling inti, yang diterangkan berdasarkan Prinsip Ketaktentuan dari Heisenberg.Dengan dasar gerak gelombang dari elektron, Schrodinger kemudian menurunkan persamaan gelombang berdasarkan mekanika gelombang. Dalam penurunan persamaannya, maka koordinat Cartes yang umum digunakan untuk menggambarkan materi dalam tiga dimensi, diubah menjadi koordinat polar. Penyelesaiannya menghasilkan suatu fungsi gelombang yang terdiri dari fungsi sudut dan fungsi radial. Kedua fungsi tersebut mempunyai arti fisik.

Dengan persamaan Schrodinger dapat diturunkan pula tingkat-tingkat energi serta bilangan kuantum bagi elektron. Dengan menggunakan Prinsip Eksklusi dari Pauli, setiap elektron dalam masing-masing tingkat energi dapat diterangkan dengan menggunakan Prinsip Aufbau.Dasar teori kuantum dapat digunakan pula untuk menerangkan struktur dari Susunan Berkala dan demikian pula menerangkan keperiodikan dari sifat fisik dan kimia dari unsur-unsur.Transisi antara tingkat-tingkat energi berlangsung dalam radiasi elektromagnetik dari absorpsi maupun emisi. Aturan transisi ini akan dibahas dalam spektrum atom.

Konsep kebolehjadian dapat diterapkan pada pola difraksi elektron. cincin-cincin difraksi adalah daerah dengan kebolehjadian yang tinggi. Rapat elektron berbanding lurus dengan kuadrat faktor amplitudo yang didapat dari persamaan gelombang. Sifat khas gerak gelombang adalah kemampuannya untuk meneruskan energi dari satu titik ke titik lain tanpa perpindahan permanen dari mediumnya. Gelombang ini disebut gelombang progresif (Gb. 2.1).

Suatu persamaan gelombang dinyatakan sebagai berikut:

∂²/∂x² = 1/c² ∂²ϕ/∂r²       (2-6)

dimana ϕ = a sin 2π (x/λ – vt), v adalah frekuensi, a adalah nilai maksimum dari amplitudo, c adalah kecepatan perambatan. Persamaan (2-6) adalah linier, maka dengan Prinsip Superposisi dua persamaan dengan ϕ₁ dan ϕ₂ dapat dikombinasi linier. Untuk gelombang ϕ₁ dan ϕ₂:

∂²ϕ₁/∂x² = 1/c² ∂²ϕ₂/∂t² dan ∂²ϕ₂/∂x² = 1/c² ∂²ϕ₂/∂t²

Kombinasi linier menghasilkan:

∂²(a₁ϕ₁ + a₂ϕ₂)/ ∂x² = a₁ ∂²ϕ₁/∂x² + a₂ ∂²ϕ₂/∂x²

= 1/c² {a₁ ∂²ϕ₁/∂t² + a₂ ∂²ϕ₂/∂t²} = 1/c² ∂²(a₁ϕ₁ + a₂ϕ₂)/ ∂x²       (2-7).

Prinsip superposisi ini sekarang digunakan untuk vibrasi tali gitar antara dua titik tertentu atau dua titik mati. Untuk gelombang progresif dari kiri ke kanan persamaan gelombangnya:

ϕ₁ = a sin 2π (x/λ – vt)   (2-8)

setelah mencapai ujung, gelombang direfleksi dan berjalan kembali dari kanan ke kiri dengan persamaan gelombang:

ϕ₂ = a sin 2π (x/λ – vt)   (2-9)

Gerak gelombang total dinyatakan dengan persamaan:

ϕ = ϕ₁ + ϕ₂ = a sin 2π (x/λ – vt) + a sin 2π (x/λ + vt)     (2-10).

Untuk gelombang tegak atau gelombang stasioner, bila ϕ = 0, maka sin 2π x/λ = 0, yaitu bila:

2πx/λ = nπ dan x = nλ/2                        (2-11).

n ialah bilangan bulat (Gb. 2.1).

Gelombang stasioner dapat menggambarkan gerak gelombang dari elektron sekeliling inti dalam atom. Agar terjadi interferensi konstruktif dari gelombang de Broglie dengan elektron dalam lintasan Bohr, maka harus dipenuhi hubungan:

2πr = nλ             (2-12).

Substitusi persamaan (2-3) ke dalam persamaan (2-12) menghasilkan:

Mvr = n h/2π; n = 1, 2, 3, …     (2-13). n ialah bilangan kuantum utama

b. Orbital ikatan dan anti ikatan

Menurut teori orbital molekul, orbital molekul dihasilkan dari interaksi antara dua atau lebih orbital atom. Terjadinya tumpang tidih suatu orbital mengarah pada pembentukan dua orbital atom : satu orbital molekul ikatan dan satu orbital molekul antiikatan. Orbital molekul ikatan (bonding molecular orbital) memiliki energi yang lebih rendah dan kestabilan yang lebih besar dibandingkan dengan orbital atom pembentuknya. Orbital molekul antiikatan (antibonding molecular orbital) memiliki energi yang lebih tinggi dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan dengan orbital-orbital atom pembentuknya.

Teori orbital molekul (OM) 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 (lischer, 2009). Konstruksi orbital molekul dari orbital atom, ibagian dalam pembentukan molekul. Separuh dari orbital molekul mempunyai energi yang lebih besar daripada energi orbital atom. Orbital yang dibentuk yaitu orbital molekul pengikatan (bonding) dan orbital molekul antiikatan (anti bonding). Elektron yang tidak mengambil bagian dalam pengikatan disebut elektron tidak berikatan (nonbonding) dan mempunyai energy yang sama dengan energy yang dimiliki atom-atom yang terpisah. Energi –energi relatif dari setiap jenis orbital secara umum terlihat pada gambar 2 berikut ini (Dogra, 1990)

Orbital atom yang mengambil bagian dalam pembentukan orbital molekul harus memenuhi persyaratan sebgai berikut:

1.      Orbital atom yang membentuk orbital molekulm harus mempunyai energi yang dapat dibandingkan.

2.      Fungsi gelombang dari masing-masing orbital atom harus bertumpang tindih dalam ruangan sebanyak mungkin..

3.      Fungsi gelombang orbital atom harus mempunyai simetri yang relatif sama dengan sumbu molekul.

Yang paling umum membentuk orbital molekul adalah σ (sigma) dan orbital π (pi). Orbital sigma simetris disekitar sumbu antarnuklir. Penampang tegak lurus terhadap sumbu nuklir (biasanya sumbu x) memberikan suatu bentuk elips. Ini terbentuk dari orbital s maupun dari p dan orbital d yang mempunyai telinga sepanjang sumbu antar nuklir. Orbital π terbentuk ketika orbital p pada setiap atom mengarah tegak lurus terhadap sumbu antarnuklir. Daerah tumpang tindih ada di atas dan di bawah sumbu ikatan

c. Orbital hibrida karbon

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 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 2p_x¹ 2p_y¹ atau lebih mudah dilihat. orbital-orbital keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH₄. Walaupun eksitasi elektron 2s ke orbital 2p secara teori mengizinkan 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. katan kimia dalam senyawa seperti alkuna dengan ikatan rangkap tiga dijelaskan dengan hibridisasi sp.