Penerapan Ikatan-ikatan Kimia dalam Kehidupan Sehari-hari

Pada abad 17 konsep molekul sudah diperkenalkan konsep molekul yang membahas mengenai ikatan kimia. Sebelumnya pada ribuan tahun lalu para filsuf kuno mencari tahu interaksi antar unsur. Para filsuf kuno seperti Empedocles dan Democritus di Yunani kuno, dan juga alchemist Mesir dan Tiongkok, memiliki pemikiran awal tentang unsur-unsur dasar materi dan cara mereka mungkin saling berinteraksi. 

Ada beberapa teori tentang ikatan kovalen. Kimiawan Amerika Gilbert Newton Lewis menemukan ikatan kimia yaitu ikatan kovalen. Lewis mengatakan bahwa setiap atom dapat membentuk ikatan dengan atom lain. Beberapa teori ikatan atom lainnya seperti VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) mengemukakan adanya tolakan pasangan elektron pada kulit valensi. teori ini digunakan untuk meramal bentuk molekuler lebih mudah dan cepat.

Teori Lewis tentang Ikatan Kovalen

Untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil maka atom dapat bergabung.Konfigurasi elektron dikatakan stabil jika konfigurasinnya sama dengan elektron gas mulia. Interaksi yang dilakukan elektron yaitu pada kulit valensi. Lewis menggambarkan elektron valensi dengan sistem titik. Sistem titik menggambarkan elektron valensi dari atom-atom yang berikatan.  Jumlah elektron valensi dari atom-atom unsur sama dengan nomor golongan dari unsur tersebut, kecuali Helium. Contoh: atom Li termasuk golongan IA dan memiliki 1 elektron valensi yang digambarkan dengan satu titik; atom Be unsur golongan IIA memiliki 2 elektron valensi (dua titik). 

Konsep sederhana ikatan kovalen pertama kali diperkenalkan oleh Gilbert Lewis yang menyatakan bahwa ikatan kimia dapat melibatkan penggunaan elektron secara bersama-sama oleh atom-atom yang berikatan. Lewis menggambarkan contoh pembentukan ikatan antar atom pada molekul H2 sebagai berikut. 

pasangan elektron yang digunakan bersama sering dinyatakan dengan satu garis. Jadi, ikatan kovalen dalam molekul hidrogen dapat ditulis H-H. Pada ikatan kovalen, setiap elektron dalam pasangan elektron ikatan yang digunakan bersama ditarik oleh inti dari kedua atom yang berikatan. Gaya tarikan elktron ke inti inilah yang mengikat kedua atom hidrogen dalam molekul H2.

Aturan Oktet

Menjelaskan bahwa sebuah atom (kecuali atom hidrogen) cenderung membentuk ikatan sampai atom itu dikelilingi oleh delapan elektron valensi. Ikatan kovalen dibentuk jika elektron yang ada tidak cukup untuk maisng-masing mencapai oktet lengkap. Aturan oktet terutama berlaku untuk unsur-unsur dalam periode kedua pada tabel periodik. Ada beberapa senyawa kovalen yang tidak mengikuti aturan oktet. Hal ini diistilahkan dengan pengucualian atau penyimpangan aturan oktet. Pengecualian aturan oktet dapat dibagi dalam tiga kategori yaitu: 

1. Oktet tak lengkap. Pada beberapa senyawa, jumlah elektron di sekitar atom pusat dalam suatu molekul stabil kurang dari delapan. 

2. Molekul berelktron ganjil. Beberapa molekul mempunyai jumlah elektron ganjil, misalnya senyawa nitrogen oksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2). 

3. Oktet yang diperluas. Jumlah elektron valensi yang lebih besar dari delapan di sekitar atom bisa ditemui dalam beberapa senyawa. Oktet yang diperluas hanya dapat diperlukan untuk atom-atom dari unsur-unsur dalam periode ketiga ke atas.

Struktur Lewis dan Resonansi

adalah salah satu dari dua atau lebih struktur Lewis untuk satu molekul yang tidak dapat dinyatakan secara tepat dengan hanya menggunakan satu struktur Lewis misalnya pada struktur senyawa ozon (O3).

Gambar 2. Senyawa Ozon

Berdasarkan struktur diatas, ikatan O-O dalam senyawa ozon diperkirakan akan lebih panjang dari pada ikatan O=O,  karena ikatan rangkap dua telah diketahui lebih pendek dibandingkan ikatan tunggal. Tetapi data percobaan menunjukkan bahwa panjang kedua ikatan oksigen dengan oksigen adalah sama panjang. Masalah ini diatasi dengan menggunakan kedua struktur Lewis untuk menyatakan molekul ozon (O3) sebagai berikut.

Gambar 3. Molekul ozon

Kedua struktur itu masing-masing disebut sebagai struktur resonansi. Tanda panah dua arah menyatakan bahwa struktur-struktur yang diberikan merupakan struktur resonansi. Istilah Resonansi berarti penggunaan dua atau lebih struktur Lewis untuk menggambarkan molekul tertentu.

Bentuk Molekul Menurut Teori VSEPR

Nevil's dan Herbert P memperkenalkan teori VSEPR dan dikembangkan oleh Ronald G dan R. Nyholm. Teori ini mengemukakan adanya tolakan pasangan electron pada kulit valensi pada molekul-molekul yang memiliki struktur electron seperti aturan Lewis. 

Menurut Gillespie dan Nyholm, pasangan electron valensi atom mempunyai gaya tolak menolak (Gaya Coulomb) karena electron bermuatan negatif. Karena tolakan, pasangan akan menempati ruang sesuai dengan jenisnya, apakah pasangan bebas, atau pasangan terikat dalam bentuk ikatan tunggal, rangkap dua, atau rangkap tiga. Hal ini menunjukan bahwa teori VSEPR berkaitan dengan jumlah dari pasangan electron bebas dan jumlah pasangan electron ikatan yang ada di dalam senyawa tersebut untuk menentukan bentuk molekul yang terjadi. Berdasarkan hal ini, beberapa bentuk molekul suatu senyawa dapat diramalkan dengan memenuhi beberapa aturan berikut. 

1. Pasangan elektron cenderung untuk meminimalkan gaya tolak menolak bentuk geometri ideal yaitu

• Bilangan koordinasi 2 berbentuk linier
• Bilangan koordinasi 3 berbentuk segitiga palanr
• Bilangan koordinasi 4 berbentuk tetrahedral
• Bilangan koordinasi 5 berbentuk trigonal bipyramidal
• Billangan koordinasi 6 berbentuk oktahedral

2. Gaya tolak menolak

Adanya pasangan elektron yang tidak berikatan menyebabkan terjadinya gaya tolak di antara elektronnya, sehingga menyebabkan gaya tolak yang lebih kuat antara pasangan elektron yang tidak berikatan (lone-pair) daripada pasangan elektron yang terikat (bond-pair). Selain itu, gaya tolak antara pasangan elektron yang terikat lebih rendah dibandingkan dengan pasangan elektron yang tidak berikatan. 

3. Ikatan rangkap memerlukan ruang yang lebih luas dari pada ikatan tunggal

4. Pasangan elektron yang terikat pada substituen akan menempati ruang yang lebih kecil dari pada ruang antara pasangan elektron yang terikat dengan substituen yang lebih elektropositif.

Ikatan kimia merupakan proses fisika yang berkaitan dengan interaksi gaya Tarik menarik antara dua atom atau molekul yang mengakibatkan senyawa diatomic atau poliatomik menjadi stabil. Ikatan ini tersusun ata beberapa ikatan misalnya : ikatan kovalen, ikatan ion, ikatan kovalen koordinasi, ikatan aromatic, ikatan hydrogen dan lain sebagainya. Ikatan ini terjadi suatu hubungan khsusus yang disebut momen dipol. Momen dipol merupakan senyawa dipolar yang bermuatan listrik lemah atau ikatan kimua atau sehubungan dengan molekul. Momen dipol juga merupakan suatu besaran yang digunakan untuk menyatakan kepolaran suatu ikatan kovalen. 

Menentukan polar dan non polar suatu molekul dapat dilihat berdasarkan jenis atomnya, ligan dan struktur ligan tersebut. Jenis atom didasarkan atas susunan 2 unsur melihat kepolaran molekul melalui perbedaan kelektronegatifan. Sementara untuk molekul dengan susunan atom tersusun lebih dari unsur maka dapat ditinjau dari ataom yang mengelilingi pusat atau simetris/tidaknya ligam. 

Teori ikatan valensi mendetailkan sifat-sifat ikatan kimia dalam molekul dengan mempertimbangkan konfigurasi valensi atomnya. Ada tiga prinsip utama dalam teori ini: pertama, pasangan elektron harus memiliki spin yang berlawanan; kedua, kapasitas maksimum dalam orbital ikatan tergantung pada tingkat tumpang tindih orbital; dan ketiga, hibridisasi orbital atom mengacu pada proses penggabungan orbital untuk membentuk orbital hibrida yang cocok dengan jumlah pasangan elektron.

Hibridisasi adalah konsep yang menggabungkan orbital atom untuk membentuk orbital hibrida yang sesuai dengan ikatan kimia. Ini penting dalam menjelaskan sifat ikatan atom secara kualitatif dan membentuk bentuk orbital molekul dalam molekul, terutama dalam kimia organik, terutama untuk atom C, N, dan O. 

Berikut adalah beberapa contoh ikatan kovalen dalam kehidupan sehari-hari:

• Air (H₂O): Molekul air terdiri dari satu atom oksigen dan dua atom hidrogen yang terikat melalui ikatan kovalen. Air adalah komponen penting dalam kehidupan sehari-hari dan ditemukan di mana-mana, dari air minum hingga memasak dan membersihkan.
• Karbon Dioksida (CO₂): Gas ini terdiri dari satu atom karbon yang terikat dengan dua atom oksigen melalui ikatan kovalen. Karbon dioksida dihasilkan dari pernapasan manusia dan pembakaran bahan bakar fosil.
• Gula (C₆H₁₂O₆): Gula seperti glukosa terdiri dari atom karbon, hidrogen, dan oksigen yang dihubungkan oleh ikatan kovalen. Gula digunakan sebagai pemanis dalam makanan dan minuman.

Sementara itu berikut contoh ikatan ion dalam kehidupan sehari-hari:

• Garam Dapur (NaCl): Garam dapur terdiri dari ion natrium (Na⁺) dan klorida (Cl⁻) yang terikat oleh ikatan ion. Garam digunakan dalam memasak, pengawetan makanan, dan sebagai penambah rasa.
• Soda Kue (NaHCO₃): Sodium bikarbonat terdiri dari ion natrium (Na⁺) dan bikarbonat (HCO₃⁻). Soda kue digunakan dalam pembuatan roti, sebagai bahan pembersih, dan dalam beberapa obat rumah tangga.
• Kalsium Karbonat (CaCO₃): Kalsium karbonat terdiri dari ion kalsium (Ca²⁺) dan karbonat (CO₃²⁻). Bahan ini ditemukan dalam kapur, marmer, dan digunakan sebagai suplemen kalsium dan antasida.

Ikatan kovalen dan ion memiliki peran penting dalam berbagai produk dan proses yang kita temui setiap hari. Air, gula, dan karbon dioksida adalah contoh ikatan kovalen, sementara garam dapur, soda kue, dan kalsium karbonat adalah contoh ikatan ion. Dengan memahami bagaimana atom berikatan, kita dapat lebih menghargai berbagai senyawa kimia yang membuat kehidupan sehari-hari kita mungkin.