PERTEMUAN 1 - ATOM DAN MOLEKUL DALAM KIMIA ORGANIK

ATOM DAN MOLEKUL DALAM

 KIMIA ORGANIK

Kimia organik adalah cabang kimia yang melibatkan studi tentang struktur, komposisi, dan sintesis senyawa yang mengandung karbon. Dalam memahami bentuk kimia, penting untuk dicatat bahwa semua molekul organik tidak hanya mencakup karbon, tetapi juga hidrogen.

Atom adalah satuan dasar materi yang terdiri dari inti atom yang dikelilingi oleh awan elektron yang bermuatan negatif. Inti atom mengandung campuran proton yang bermuatan positif dan neutron yang bermuatan netral (terkecuali pada Hidrogen-1 yang tidak memiliki neutron).

Banyak partikel terkecil dari suatu zat dialam yang bukan atom, melainkan gabungan dari dua atau lebih atom unsur, baik dari unsur yang sama maupun berbeda. Gabungan dua atom atau lebih yang berasal dari unsur yang sama atau berbeda disebut molekul. Jika atomnya berasal dari unsur yang sama, maka molekul tersebut disebut molekul unsur. Jika suatu molekul tersusun atas dua atau lebih atom dari unsur yang berbeda, maka molekul tersebut disebut molekul senyawa.

A.   STRUKTUR ELEKTRON DARI ATOM

Unsur yang paling penting bagi ahli kimia organik adalah karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Keempat unsur ini ada di kedua periode pertama dari susunan berkala dan elektronnya terdapat dalam dua kulit elektron yang terdekat di inti. Alhasil, pembahasan mengenai struktur elektron dari atom akan dipusatkan terutama pada unsur-unsur dengan elektron yang hanya ada dalam dua kulit elektron ini.

Setiap kulit elektron berhubungan dengan sejumlah energi tertentu. Elektron yang dekt ke inti lebih tertarik oleh proton dalam inti daripada elektron yang lebih jauh kedudukan-nya. Karena itu, semakin dekat elektron terdapat ke inti, semakin rendah energinya dan elektron ini sukar berpindah dalam reaksi kimia.

·        Orbital Atom

Posisi relatif sebuah elektron terhadap inti atom sulit ditentukan, dapat digambarkan posisi yang paling mungkin dengan teori kuantum. Tiap kulit elektron suatu atom dibagi menjadi orbital atom (atomic orbital).

Orbital atom adalah bagian dari ruang dimana kebolehjadian ditemukannya sebuah elektron dengan kadar, energi yang khas adalah tinggi (90-95%). Rapat elektron (electron density) menggambarkan kebolehjadian ditemukannya elektron pada titik tertentu. Rapat elektron dalam orbital 1s dan 2s sebagai fungsi jarak dari inti

            

·        Pengisian Orbital

Elektron mempunyai spin, yang dapat berputar menurut arah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam (+1/2 dan -1/2). Spin dari partikel bermuatan menimbulkan medan magnet kecil atau moment magnet, dan dua elekron dengan spin berlawanan  mempunyai momen magnet berlawanan. Suatu pemberian mengenai struktur elektron dari unsur disebut konfigurasi elektron. Tolakan antara muatan negatif dari dua elektrondengan spin berlawanan dikurangi oleh medan magnet yang berlawanan, yang memungkinkan dua elektron demikian untuk saling berpasangan dalam orbital. Dengan alasan ini setiap orbital dapat mempunyai maksimum dua elektron, tetapi elektron-elektron tersebut harus berlawanan spin.

B.   JARI JARI ATOM DAN KEELEKTRONEGATIFAN

Jari-jari atom adalah  jarak dari pusat inti ke elektron paling luar. Jari-jari atom ditentukan dengan mengukur panjang ikatan (jarak antara inti) dalam senyawa. Jari-jari atom berubah-ubah bergantung pada besarnya tarikan antara inti dan elektronnya. Makin besar tarikan, makin kecil jari-jari atomnya.

Faktor yang paling penting adalah jumlah proton dalam inti dan jumlah kulit yang mengandung elektron. Bila kita bergerak dari atas kebawah dalam satu golongan dari susunan berkala maka jumlah kulit elektron bertambah dan karenanya jari-jari atom bertambah juga. Inti dengan jumlah proton yang lebih besar mempunyai tarikan yang lebih besar terhadap elektron-elektronnya, termasuk elektron paling luar. Pada setiap tahap, inti mempunyai tarikan untuk elektron yang lebih besar dari jari-jari atom berkurang.

Keelektronegatifan adalah ukurn kemampuan atom untuk menarik elektron luarnya, atau elektron valensi. Karena elektron luar dari atom yang digunakan untuk ikatan, maka keelektronegatifan berguna dalam meramalkan dan menerangkan kereaktifan kimia.

Seperti jari-jari atom, keelektronegatifan dipengaruhi oleh jumlah proton dalam inti dan jumlah kuliat yang mengandung elektron. Makin besar jumlah proton berarti makn besar muatan inti positif , dan dengan demikian tarikan untuk elektron ikatan bertambah. Karena keelektronegatifan bertambah dari kiri kekanan untuk periode tertentu dari susunan berkala.

Tarikan antara partikel yang berlawanan muatan bertambah dengan berkurangnya jari-jari antara partikel.

Skala pauling adalah skala numerik dari keelektronegatifan. Skala ini diturunkan dari perhitungn energi ikatan untuk berbagai unsur yang terikat oleh ikatan kovalen. Dalam skala pauling, flour, unsur yang paling elektronegatif mempunyai nilai keelektronegatifan 4. Litium keelektronegatifannya rendah, mempunyai nilai 1. Suatu unsur dengan keelektronegatifan yang sangat rendah kadang-kadang disebut unsur elektropositif.

C.   ENERGI DISOSIASI

Bila atom saling terikat membentuk molekul ,energy dilepasakan (biasanya sebagai kalor atau cahaya) jadi untuk molekul zat terdisosiasi menjadi atom-atomnya harus diberikan energy.

Ada dua cara agar ikatan dapat terdisosiasi . satu cara adalah pemaksapisahan hetetoritik( heterilytic cleavage) (yunani ,hetero,berbeda ) dalam mana kedua elektron ikatan dipertahankan pada satu atom. Energy disosiasi ikatan memungkinkan ahli kimia untuk menghitung kesetabilan relative dari senyawa yang meramalkan (samapai taraf tertentu) sebab-sebab reaksi kimia .

Misalnya satu reaksi yang akan dibahas kemudian dalam teks ini adalah khlorinasi metana CH₄

                 CH₄ +Cl_{2      −−−−→}  CH₃Cl +HCl

                 Eksoterm ( melepaskan energy )

                  Endoterm (menyerap energy)

D.   KONSEP ASAM DAN BASA DALAM KIMIA ORGANIK

·        Asam kuat dan Basa lemah

Asam kuat adalah asam ya g pada dasarnya mengalami ionisasi sempurna dalam air. Asam kuat yang representatif adalah HCl, HNO3, dan H2SO4. Ionisasi dari asam-asam kuat ini adalah reaksi asam-basa yang khas. Asam HCl misalnya : memberikan proton kepada basa (H2O). Kesetimbangan terletak jauh kekanan (ionisasi sempurna dari HCl) karena H2O merupakan bassa lebih kuat dari Cl¯ dan HCl merupakan asam lebih kuat dari pada H3O+.

Asam lemah sebaliknya hanya terionisasi sebagian dalam air. Asam karbonat adalah asam anorganik lemah yang khas. Kesetimbangan letaknya jauh kekiri karena H3O+ adalah asam yang lebih kuat dari HCO3¯ adalah basa yang lebih kuat. Juga diingat bahwa basa digolongkan sebagai kuat (seperti OH¯) atau lemah (NH3) bergantung pada afnitasnya terhadap proton.

·        Asam dan Basa konjugat

Konsep asam dan basa konjugat berguna untuk  pembandingan keasaman dan kebasaan. Basa konjugat dari asam adalah ion atau molekul yang dihasilkan setelah kehilangan H+ dari asamnya. Misalnya, ion klorida adalah basa konjugat dari HCl.Asam konjugat dari NH3adalah NH4+.

Dilain pihak, bila asam lemah atau sangat lemah basa konjugatnya adalah sedang kuatnya atau kuat, bergantung pada afnitas basa konjugat untuk H+. Jadi, bila kekuatan asam dari deret senyawa bertambah, kekuatan basa dari konjugat nya berkurang.

·        Asam dan Basa lewis

Asam lewis adalah zat yang dapat menerima sepasang elektron. Setiap spesies dengan atom yang kekurangan elektron dapat berfungsi sebagai asam lewis , misalnya H+ adalah asam lewis. Kebanyakan asam lewis selain H+ yang dijumpai dalam buku ini adalah garam logam anhidrat (misalnya ZNCl2, FeCl3, dan AlBr3).

Basa lewis adalah zat yang dapat memberikan sepasang elektron. Contoh dari basa lewis adalah NH3 dan OH¯. Masing-masing mempunyai sepasang elektron valensi yang menyendiri yang dapat disumbangkan ke H+atau sesuatu asam lewis lainnya.

·        Tetapan keasaman

Suatu reaksi kimia mempunyai tetapan kesetimbangan K yang menggambarkan seberapa jauh reaksi berlangsung sampai berkesudahan. Untuk ionisasi dari suatu asam dalam air, tetapan ini disebut tetapan keasaman Ka. Tetapan kesetimbangan ditentukan oleh persamaan umum berikut ini, dengan nilai konsentrasi yang diberikan dalam kemolaran, M.

·        Tetapan kebasaan

Reaksi reversibel dari basa lemah dengan air, seperti reaksi dari asam lemah dengan air menghasilkan konsentrasi ion yang kecil, tetai tetap pada kesetimbangan. Tetapan kebasaan Kb adalah tetapan setimbang untuk reaksi ini. Seperti dalam hal Ka, nilai [H2O] tercakup dalam Kb dalam ungkapan kesetimbangan.