Kenali Bahan-Bahan di Sekitar Kita Melalui Ikatan Kimia

Semua bahan yang sering dijumpai dalam kehidupan kita, misalnya plastik, urea, keramik, dan lain sebagainya tersusun oleh partikel-partikel maupun atom-atom. Plastik tersusun dari atom karbon (C) dan atom Hidrogen (H), urea tersusun dari atom Carbon (C) , Oksigen (O), Nitrogen (N), dan Hidrogen (H), serta keramik tersusun dari partikel-partikel silikon dioksida. Atom-atom tersebut saling berikatan satu sama lain secara beraturan untuk membentuk air, selembar plastik, sebutir urea, dan sebongkah keramik sehingga menghasilkan suatu materi yang dapat dimanfaatkan untuk kesejahteraan manusia.  

Untuk mengetahui bagaimana atom-atom berikatan dan molekul terbentuk sehingga menghasilkan materi yang memiliki kekhasan sifat fisik dan sifat kimia, maka kita perlu mempelajari tentang ikatan kimia. Materi ikatan kimia yang akan dibahas dalam artikel ini yaitu beberapa teori dasar kimia terkait struktur molekul antara lain teori lewis, muatan formal, teori VSEPR, hibridisasi, dan teori ikatan valensi.

a. Teori Lewis

Suatu molekul, senyawa, maupun zat memiliki struktur kimia. Struktur kimia tersebut disebut struktur Lewis. Pada abad ke-20, Teori Lewis diperkenalkan oleh Gilbert N. Lewis, seorang ahli kimia dari Amerika Serikat. Penulisan struktur Lewis sesuai dengan prinsip yaitu kecenderungan atom dalam mencapai electron valensi delapan (octet) atau electron valensi 2 (duplet) yang mengikuti kestabilan gas mulia. Struktur Lewis digambar pada setiap molekul yang berikatan kovalen maupun  senyawa koordinasi. Pada struktur Lewis, electron-elektron kulit terluar atom x, disimbolkan dengan tanda silang (x) ataupun tanda titik (.). 

Contoh struktur Lewis yaitu Struktur Lewis molekul H2O

Atom H membutuhkan satu electron valensi untuk mencapai keseimbangan duplet, sedangkan atom O membutuhkan dua electron valensi untuk mencapai keseimbangan octet.

Bagaimana cara menggambar struktur Lewis ?

1) Menentukan jumlah electron valensi dan kebutuhan electron agar stabil. 

Contohnya, kita akan menggambar struktur Lewis molekul H2O, sehingga kita menentukan jumlah electron valensi dari atom penyusunnya yaitu atom Oksigen (O) dan atom Hidrogen (H). Atom O memiliki 6 electron valesi dan atom H memiliki 1 elektron valensi.

2) Menentukan atom pusat. 

Penentuan atom pusat dengan melihat jumlah atom yang paling sedikit. Pada molekul H2O, ada 2 atom H dan 1 atom O. Berarti atom pusatnya adalah atom Oksigen (O).

3) Memasangkan electron dan memeriksa apakah sudah memenuhi kestabilan (octet atau duplet)

1 atom O diletakkan di tengah dan dikelilingi 2 atom H, kemudian pasangkan 1 elektron atom O dengan 1 elektron atom H. Karena ada 2 atom H, sehingga terdapat 2 pasang electron ikatan. Pemenuhan kaidah octet apabila atom tersebut sudah memiliki delapan electron, dan pemenuhan kaidah duplet apabila atom sudah memiliki dua electron. Atom O telah memiliki 8 elektron dan kedua atom H telah memiliki masing-masing 2 elektron. Dari hal tersebut, maka sudah dikatakan memenuhi kaidah octet maupun duplet (stabil).

b. Muatan Formal

Muatan formal yaitu muatan yang diberikan kepada atom dalam suatu molekul atau ion dengan asumsi ikatannya merupakan ikatan movalen murni. Rumus muatan formal suatu atom :

Gambar 02. Rumus Muatan Formal  (Adlim, 2009)

Contoh :

Tentukan muatan formal masing-masing atom pada struktur Lewis ion tiosianat

Gambar 03. Struktur Lewis Ion Tiosianat (Adlim, 2009)

Jumlah total muatan formal atom-atom sama dengan muatan dari ion/molekulnya. Total muatan formal masing-masing struktur ada -1 dan ini sama dengan muatan ion tiosianat.

Adapun kriteria kestabilan struktur Lewis berdasarkan konsep muatan formal.

• Yang paling sedikit jumlah atom-atom yang bermuatan
• Tidak terdapat atom yang bermuatan berdekatan
• Muatan negative terdapat pada atom yang mempunyai elektronegatifitas tinggi dan muatan positif terdapat pada atom berelektronegatifan rendah. Adapun urutan nilai elektronegativfitas beberapa atom yang sering membentuk ikatan kovalen : B
• Muatan formal dapat menentukan dimana muatan berada dalam suatu molekul. Dalam hal ini, membantu kita untuk memprediksi jenis reaktivitas yang dimiliki molekul. Contohnya, Oksigen dalam struktur NO2 memiliki muatan -1, maka ia dapat menarik molekul/atom bermuatan positif atau menyumbang electron. 

c. Konsep Hibridisasi

Atom memiliki orbital yang memiliki tingkat energi berdeba-beda. Seperti orbital s memiliki Tingkat energi yang rendah dibandingkan dengan orbital p dan orbital d. Proses terbentuknya ikatan kimia atau molekul, Sebagian orbital atom pusat bergabung menghasilkan Kumpulan orbital dengan energi yang sama dan disebut orbital terdegenerasi atau orbital hibrida. Orbital hibrida overlap dengan orbital ligand. Proses pencampuran orbital disebut dengan istilah hibridisasi. Adapun ilustrasi hibridisasi 1 orbital s dan 1 orbital p pada sumbu z untuk menghasilkan orbital hibrida sp yaitu

Gambar 04. Ilustrasi hibribidasasi (Adlim, 2009)

Adapun orbital hibrida yang terbentuk-orbital atom pusat

Gambar 05. Orbital Hibrida (Adlim, 2009)

Orbital s memiliki karakter yang lebih padat dan memiliki kecenderungan membentuk ikatan yang pendek dibandingkan dengan orbital p, orbital d, dan orbital f. Energi ikatan meningkat mengikuti urutan orbital hibrida :

Sp < sp2 < sp3 < dsp3 < d2sp3

d. Teori VSEPR

• Air, ammonia, karbon tetraklorida mempunyai hibridisasi sp3 dan terbentuk dari unsur-unsur yang berbeda elektronegatifitasnya. Molekul-molekul tersebut memiliki kepolaran dan sudut ikatan yang berbeda. Dalam memprediksi bentuk molekul dan kepolaran dapat menggunakan konsep Valence Shell Elektron Repulsion (VSEPR) atau konsep tolakan electron valensi. Kekuatan tolakan electron valensi dalam molekul diurutkan sebagai berikut : Pasangan elekron bebas vs pasangan electron bebas > pasangan electron bebas vs pasangan electron ikatan > pasangan electron ikatan vs pasangan electron ikatan.

Gambar 06. Kekuatan Tolakan Elektron (Adlim, 2009)

Contoh geometri molekul yang memiliki tolakan pasangan electron berimbang sebagai berikut :

1) Atom pusat dengan dua electron valensi (missal AB2). Contoh BeH2

Elektron valensi Be yaitu 2 dan electron valensi H yaitu 1. Struktur Lewis BeH2 adalah H-Be_H, hibridisasi atom pusat Be adalah sp. Maka, electron ikatan H-Be dan Be-H saling tolak menolak dan tolakan serimbang, sehingga sudut ikatannya 180 derajat. Geometri molekulnya yaitu linier.

2) Atom pusat yang mempunyai tiga electron valensi (misalnya AB3). Contoh BI3

Elektron valensi B yaitu 3 dan I   yaitu 7. Hibridisasi atom B adalah sp2. 

Gambar 07. Struktur Lewis BI3 (Adlim, 2009)

Pada struktur BI3, tolakan pasangan electron berimbang sehingga sudut ikatan sama yaitu 360/3 = 120 derajat. Geometri molekulnya yaitu segitiga planar.

3) Atom pusat dengan empat electron valensi (missal AB4)

Elektron valensi C yaitu 4 dan H yaitu 1, hibridisasi atom pusat C yaitu sp3.

Gambar 08. Struktur Lewis CH4 (Adlim, 2009)

 Tolakan electron berimbang, sehingga sudut ikatannya 109,5 derajat.

4) Atom pusat yang memiliki 5 elektron valensi (misal AB5)

Contohnya Pospor Pentaflorida (PF5). Electron valensi P yaitu 5 dan F yaitu 7, dengan hibridisasi dsp3

Gambar 09. Struktur Lewia PF5 (Adlim, 2009)

Tolakan electron berimbang menyebabkan sudut ikatan bidang datar adalah 120 derajat yaitu sudut trigonal planar. Pada bidang horizontal sudut ikatannya yaitu 90 derajat. Geometri ini disebut trigonal bipiramida.

5) Atom pusat memiliki enam electron valensi. Misal AB6

Contohnya Sulfur heksaflorida (SF6). Elektron valensi S yaitu 6 dan F yaitu 7, hibridisasi atom pusat S adalah d2sp3. Geometrinya yaitu octahedral dengan sudut ikatan yang seragam yaitu 90 derajat baik horizontal maupun vertical. Hal tersebut karena adanya tolakan yang berimbang dari semua pasangan electron.

Gambar 10. Struktur Lewis SF6 (Adlim, 2009)

Adapun geometri molekul sesuai dengan hibridisasinya yaitu

                                                                       Prediksi model VSEPR untuk Sistem ABxEy (untuk Atom Pusat)

Gambar 11. Prediksi model VSEPR Sistem ABxEy (Adlim, 2009)

A = simbol atom pusat

B = simbol ligand

E = simbol pasangan elektron bebas pada atom pusat

x dan y = jumlah pasangan elektron ikatan dan jumlah pasangan elektron bebas di atom pusat

Gambar 12. Geometri Molekul dan perubahan Geometri Molekul (Adlim, 2009)

Refferences

Adlim. (2009). Kimia Organik (1 ed.). Banda Aceh: Universitas Syiah Kuala

Sudarmo, Unggul. 2016. Kimia untuk SMA kelas X. Surakarta: Erlangga

https://brainly.co.id/tugas/20255583

Huheey, 1983, Inorganic Chemistry, 3 rd ed. Cambridge: Harper Int SI edition.

Syukri, S. 1999. Kimia Dasar 1. Bandung: ITB.