KIMIA ORGANIK 1 - ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM

 IKATAN KOVALEN

·       Sifat Gelombang

Ahli kimia mengandalkan bahwa elektron tak lain dan tak bukan adalah partikel yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom. Pada tahun 1923, seorang mahasiswa perancis tingkat pasca sarjana mengemukakan pendapat bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sekaligus juga sifat partikel.

Mekanika kuantum adalah subjek matematik. Untuk dapat mengerti mengenai ikatan kovalen, maka hanya diperlukan hasil dari studi mekanika kauntum daripada persamaan matematikanya sendiri.

Gelombang Diam, yaitu jenis gelombang yang dihasilkan bila orang memetik senar, seperti senar gitar, yang kedua ujungnya mati. Jenis gelombang ini menunjukkan gerak hanya dalam satu dimensi. Tinggi gelombang diam, adalah amplitudonya yang dapat mengarah ke atas (nilai positif) atau mengarah kebawah (nilai negatif) terhadap kedudukan istirahat dari senar. Kedudukan pada gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul, dan sesuai dengan kedudukan pada senar gitar yang tak bergerak bila senar bergetar.

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu terhadap yang lain. Keadaan antara dalam mana gelombang hanya sebagian sefase juga mungkin. Istilah ini dapat digambarkan oleh sistem dua gelombang pada dua senar identik yang bergetar. Bila amplitudo positif dan negatif dari dua gelombang saling sesuai, kedua gelombang tersebut sefase. Bila tanda matematik dari amplitudo saling berlawanan, gelombang keluar fase.

Satu orbital atom dapat bertumpang tindih dengan orbital atom dari atom lain. Secara matematik, fungsi gelombang yang menggambarkan setiap orbital yang tumpang tindih di jumlahkan bersama. Perhitungan ini dikenal sebagai kombinasi linear dari orbital atom, atau teori (LCAO). Bila orbital yang bertumpang tidih sefase, hasilnya adalah perkuatan dan suatu orbital molekul ikatan. Di lain pihak, antaraksi antara orbital antara orbital atom yang keluar fase menghasilkan interferensi, yang menimbulkan simpul antara dua inti. Interferensi menuju ke orbital melokul anti-ikatan.

·       Orbital Hibrida Karbon

Bila atom hidrogen menjadi bagian dari suatu molekul, maka digunakan orbital atom 1s untuk ikatan. Keadaan dengan atom karbon agak berlainan. Karbon mempunyai dua elektron dalam orbital 1s, karenanya orbital 1s merupakan orbital terisi yang tidak digunakan untuk ikatan.

          Ada empat orbital atom pada tingkat energi kedua, satu orbitl 2s dan tiga orbital 2p. Namun demikian, karbon tidak menggunakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan.

A.   HIBRIDISASI

Dalam metana  atom karbon mempunyai empat ikatan kovalen terhadap hidrogen. Setiap ikatan C-H mempunyai panjang ikatan 1,09 Å dan energi disosiasi ikatan 104 kkal/mol. Sudut ikatan antara setiap ikatan C-H adalah 109,5º. Dari bukti eksperimental, jelaslah bahwa karbon tidak membentuk ikatan dari orbital atom s dan tiga orbital atom p. Bila demikian halnya, keempat ikatan C-H tak akan ekuivalen.

                          

B.   HIBRIDISASI

Dalam etilena ( = ) dua karbon  dapat digabung oleh ikatan sigma yang terbentuk karena tumpang tindih satu orbital  dari masing-masing atom karbon. (ikatan sigma ini adalah salah satu ikatan dari ikatan rangkap dua). Setiap atom karbon masih mempunyai dua orbital  tersisa untuk ikatan dengan hidrogen.

                                     

Ikatan dalam etena diterangkan dengan mengandaikan bahwa masing-masing atom karbonnya mempergunakan tiga orbital hibrida sp² dan sebuah orbital p. tiga orbital sp² berasal dari penggabungan satu orbital atom 2s dan dua orbital atom 2p terletak sebidang, tegak lurus pada orbital p tak-terhibrida yang tinggal dan besudut 120^o antara sumbu-sumbunya.

                                         

·       Orbital Ikatan dan Anti Ikatan

Ikatan sigma karbon dalam etilena dihasilkan dari tumpang tindih dua orbital membentuk ikatan ini, dihasilkan dua orbital molekul. Orbital molekul lainnya timbul dari interferensi antara dua orbital  adalah orbital anti ikatan α. Orbital anti ikatan ini sama dengan orbital α dari hidrogen. Ia mempunyai simpul antara dua inti karbon dan mempunyai energi tinggi.

Seperti gelombang yang timbul pada permukaan kolam, fungsi gelombang electron dapat mengadakan antaraksi secara konstruktif atau destruktif. Kombinasi konstruktif orbital atom meningkatkan kemungkinan electron antara inti menghasilkan orbital molekul ikatan dengan energy yang menguntungkan. Sebuah orbital molekul anti-ikatan adalah hasil dari antraksi destruktif dan mempunyai daerah dengan kemungkinan electron nol (simpul)