ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

A.    ORBITAL HIBRIDA DARI NITROGEN DAN HIDROGEN

1.      Amina

Penggolongan amina didasarkan pada berapa atom H pada ammonia yang diganti dengan gugus alkil atau aril. Apabila satu H pada ammonia diganti  gugus alkil disebut amina primer. Sedangkan jika dua tom H pada amonia diganti gugus alkil disebut amina sekunder dan apabila ketiga atom H pada ammonia diganti gugus alkil disebut amina tersier.

Banyak gugus fungsi  yang penting dalam senyawa organic dimana yang mengandung nitrogen atau oksigen secara elektronika, orbital atom dari nitrogen berhibridisasi menurut cara yang sangat bersamaan dengan karbon, karena pada dasarnya karbon dan  nitrogen itu sama.

Pada dasarnya, sesuai yang ditunjukkan pada gambar di atas, nitrogen dapat menghibridisasi orbital atom tingkat kedua menjadi empat orbital ikatan sp³ yang ekuivalen. Karbon mempunyai empaat elktron untuk dibagian dalam empat orbital sp³. Sedangkan nitrogen mempunyai lima electron yang didistribusikan dalam empat orbital sp^3. Satu orbital sp³ dan nitrogen diisi dengan sepasang electron, dan nitrogen dapat membentuk senyawa hanya dengan tiga ikatan terhadap atom lain.

            Perlu diketahui bahwa molekul ammonia 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. Baik itu ammonia atau amina, nitrogen mempunyai satu orbital yang terisi dengan sepasang elektron valensi menyendiri.

 

Pasangan electron yang menyendiri dalam orbital terisi pada nitrogen, ammonia, dan amina memungkinkan senyawa ini berfuungsu sebagai basa. Bila amina diberlakukan dengan asam, electron yang tak terbagi digunakan untuk membentuk ikatan sigma dengan asam. Dan akan menghasilkan garam amina.

            Sudut iaktan ditekan oleh orbitl yang terisi dengan electron menyendiri yang besar ukurannya. Karena electron dalam orbital terisi ini ditarik hanya ke satu inti saja dan bukan kedua inti, maka terikat kurang kuat. Karena itu, oebital yayng terisi lebih besar daripada orbital sigma N-H. Dalam hal ini,  jika atom selain hydrogen terikat ke nitrogen sp³ , sudut ikatan yang diamati lebih dekat kesudut tetrahedral 109,5⁰, hal tersebut karena tolakan antara gugus yang lebih besar.

            Sepertihalnya karbon, nitrogen ditemukan juga dalam senyawa organic dalam keadaan hibrida sp³  dan sp. Perlu ditekankan bahwa perbedaan penting antara nitrogen dan karbon adalah bahwa satu orbital dari nitrogen terisi dengan sepasang electron menyendiri.

1.      Air, alcohol, dan eter

Oksigen membentuk ikatan dengan orbital hibrida sp³ . karena oksigen  mempunyai enam electron ikatan, oksigen membentuk dua ikatan kovalen dan mempunyai dua orbital berisi.

Air merupakan contoh senyawa yang mengandung oksigen sp³. Sudut ikatan dalam air telah ditentukan yaitu sebesar 104,5⁰ dan bukan 109,5⁰ yang ideal. Disini diperkirakan bahwa orbital dengan electron menyendiri menekan sudut ikatan H-O-H, seperti halnya orbital terisi dalam ammonia menekan sudut ikatan H-N-H.

Perlu kita ketahui jiga bahwa ada sejumlah senyawa organic yang mengandung atom oksigen sp³ . Untuk sekarang yang akan ditinjau hanya dua yaitu: alcohol dan eter:ROH dan ROR’ . iaktan terhadap oksigen dalam alcohol dan eter adalah langsung analaog denngan ikatan dalam air. Dalam setiap keadaan oksigen terhibridisasai sp³ dan mempunyai dua pasang elektron valensi seperti yang ditunjukka gambar berikut.

1.      Senyawa karbonil

Karbonil memiliki gugus C=O mengandung atom karbon sp² yang dihubungkan dengan atom oksigen oleh ikatan rangkap. Ahli kimia tidak terlalu yakin mengenai hibridisasi okssigen karbonil, karena tidak ada sudut ikatan yang dapat diukur.

Dalam hal ini geometri gugus karbonil ditentukan oleh sp² . Gugus karbonil adalah planar sekeliling karbon sp² trigonal. Ikatan karbon oksigen mengandung sepasang lektron pi tersingkat. Selain itu, oksigen juga mempunyai dua pasang electron menyendiri. Gambar dibawah ini menunjukkan gugus karbonil.

Perlu diketahui juga bahwa gugus karbonil lebih polar dari pada gugus C=O dalam alcohol atau eter. Alasan ayng menyebabkan pembesaran kepolaran ini adalah electron pi yang bergerak lebih mudah tertarik ke oksigen yang electron negative lebih dari pada electron sigma dari C=O.

Gugus karbonil merupakan bagian dari bermacam-maccam gugus fungsi, dimana gugus fungsi dan golongan senyawa ditentukan oleh atom alin yang terikat pada karbo-karbonil. Bial salah satu dari atom terikat pada karbon-karbonil adalh hydrogen, maka dapat dikatakan bahwa senyawa tersebut adalah aldehida. Bila dua karbon terikat pada karbon-karbonil, maka senyawanya adalah keton.   

A.    IKATAN RANGKAP TERKONJUGASI

Sistem terkonjugasi terjadi dalam senyawa organic yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lain membentuk daerah delokalisasi electron.

Perlu kita ketahui bahwa, ikatan rangkap terkonjugasi molekul organic dapat mengandung lebih dari satu gugus fungsi dan kebanyakan senyawa polifungsional, setiap gugus fungsi tidak bergantung kepada yang lain. Untuk itu lihatlah beberapa senyawa dengan ikatan rangkap karbon-karbon lebih dari satu.

Ada dua cara yang digunakan untuk menempatkan ikatan rangkap dalam senyawa organic. Dua iktan rangkap yang bersumber pada atom berdampingan disebut ikatan rangkap terkonjugasi.

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

Ikatan rangkap terisolasi bersifat mandiri, masing-masing ikatan rangkap mengalami reaksi seakakan-akan yang lain tak ada. Sebaliknya, ikatan rangkap terkonjugasi tidak saling mandiri satu terhadap yang lainnya, ada interaksi elektronik yang terdapat diantaranya.

A.    BENZENA DAN RESONANSI

1.      Benzena (C₆H₆)

Benzene  adalah senyawa siklik dengan 6 atom karbon yang tergabung dalam cincin. Pada dasar setiap atom karbon terhibridisasi sp² dan cincinnya adalah berbentuk planar. Setiap atom karbon mempunyai atom hydrogen yang terikat padanya, dan setiap atom karbon juga mempunyai atom p yang tak terhibridisasi tegak lurus terhadap bidang ikatan sigma dari cincin. Masing-masing dari ke enam orbital dapat menyumbangkan satu electron untuk ikatan pi.

Dengan adanya enem electron p benzene dapat mengandung tiga iktan p. ketiga ikatan dalam cincin dapat digambarkan menurut satu cara (rumus a) atau dapat digambarkan menurut cara lain (rumus b). dengan rumus c kita dapat menentukan apakah orbital p jenis ini dapat menuju kedelokalisasi sempurna atau hanya delokalisasi sebagian dari enam electron p.

Dalam hal ini telah diketahui bahwa semua panjang ikatan karbon-karbon dalam benzene adalah sama 1,4 Ǻ keenam iktan adalah lebih panjang dari pada ikatan rangkap C=C, tetapi lebih pendek dari iktan tunggal C=C. Jika cincin benzene mengandung ikatan rangkap terdelokalisasi oleh tiga ikatan tunggal C=C, maka ikatannya akan berbeda panjangnya. Hal ini, menunjukkan bahwa semua ikatan C=C dalam cincin benzene mempunyai panjang yang sama, menyimpulkan bahwa cincin benzene tak mengandung ikatan tunggal dan rangkap yang saling bergantian. Para ahli kimia menyimpulkan bahwa benzene adalah molekul simetrik bahwa masing-masing dari enam ikatan cincin adalah sama dengan ikatan cincin lainnya. Keenam electron pi yang terdelekolisasi sempurna dalam awan muatan electron yang berbentuk seperti kue donat disebut awan pi aromatic dari pi.

Benzene 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.

Benzene memiliki derajat kejenuhan yang tinggi. Benzena mempunyai struktur kekule. Struktur kekule menggambarkan penggantian sembarang atom brom pada nitrogen akan menghasilkan senyawa sama, karena keenam ataom karbon dan hydrogen ekuivalen. Kekule ini dadap menjelaskan fakta bahwa jika benzene bereaksi dengan brom menggunakan katalis FeCl₃ hanya menghasilkan  satu senyawa yang memiliki rumus molekul C₆H₅Br

2. Resonansi

resonansi terjadi karena adanya delokalisasi electron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal.

                     Hal yang perlu diperhatikan disini adalah lambang resonansi bukan merupakkan struktur nyata dari suatu senyawa, melainkan merupakkan struktur khayalan. Sedangkan struktur nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansi benzene. Sehingga benzene lebih sering digambarkan sebagai berikut:

                                                                   

Teori resonansi dapat menerangkan bahwa benzene sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzene terdelokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap serangan kimia, sehingga tidak mudah diganggu. Sehingga yang umum pada benzene adalah reaksi substitusi terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.

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

            Perlu diketahui bahwa, benzene merupakan contoh suatu senyawa organic yang tak dapat digambarkan secara teliti oleh rumus ikatan valensi tunggal. delokalisasi dari electron pi menghasilkan sistem dalam electron pi mencakup lebih dari pada dua atom. Notasi ikatan valensi secara klasik tak mencakup keadaan ini .

            Kedua rumus ikatan valensi untuk benzene ini disebut rumus kokule, yang dimaksudkan untuk menghormati Friedrich August Kekule, yang yang mengusulkan pertama kali dalam tahun 1972. Dimana, usulan Kokule yang asli adalah cemerlang , akan tetapi hanya saja kurang tepat. Pendapatnya diantaranya adalah menyatakan bahwa kedua struktur dari benzene bergeser maju balik demikian cepatnya, sehingga tak ada yang dapat diisolasi secara mandiri satu dari yang lainnya. Kedua struktur Kekule di katakana dalam resonansi yang satu dengan yang lainnya; dengan alasan ini , struktur Kekule disebut juga sebagai lambang resonansi atau struktur resonansi, untuk benzene. Dapat dikatakan bahwa benzene merupakan hibrida resonansi dari dua struktur resonansi.

            Jika suatu struktur molekul dapat digambarkan oleh dua atau lebih rumus ikatan valensi yang berbeda hanya dalam kedudukan electron. Tak ada dari rumus ini yang sesuai atau sempurna dengan sifat kimia dan fisika dari senyawanya. Jika berbagai struktur resonansi dapat ditulis untuk suatu senyawa, maka dapat diandaikan adanya delokalisasi dari rapat electron.

            Struktur nyata dari naftalena adalah gabungan dari struktur resonansi:

                                                               

Struktur nyata dari piridina adalah gabungan dari struktur resonansi: