ORBITAL DAN PENERAPANNYA PENERAPANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

ORBITAL HIBRIDASI NITROGEN DAN OKSIGEN

Ikatan kovalen tidak hanya terbentuk dalam senyawa karbon, tetapi juga dapat dibentk oleh atom-atom lain, dan Banyak gugus fungsi penting dalam senyawa organik mengandung nitrogen dan oksigen. Semua ikatan kovalen yang di bentuk oleh unsur-unsur dalam tabel periodik dapat dijelaskan dengan orbital hibrida.  Secara prinsip, pembentukan hibrida sama pada atom karbon.

1. ATOM NITROGEN

• AMINA

Pada diagram orbital nitrogen dapat menghibridasi keempat orbital atom tingkat kedua menjadi empat orbital ikatan sp³ yang ekuivalen. Namun, ada satu perbedaan penting antara nitrogen dan oksigen, yaitu karbon mempunyai empat elektron untuk dibagikan dalam empat orbital sp³, sedangkan atom nitrogen mempunyai lima elektron yang didistribusikan dalam empat orbital sp³. Satu orbital sp³ dari nitrogen diisi dengan sepang elektron, dan nitrogen dapat membentuk senyawa dengan hanya tiga ikatan kovalen terhadap atom lain.

Pada molekul amina mengandung atom nitrogen sp³  yang terikat pada tiga atom hidrogen, satu atau lebih atom karbon. Dalam amina, nitrogen mempunyai orbital yang terisi dengan pasangan  elektron valensi menyendiri. Pasangan elektron menyediri dalam orbital tersisi pada nitrogen dari amina memungkinkan senyawa ini berfungsi sebagai basa. Jika amina diperlakukan dengan asam, elektron yang terbagi diunakan untuk membentuk ikatan sigma dengan asam yang menghasilkan garam amina.

Sama dengan karbon, nitrogen juga ditemukan dalam senyawa organik dalam keadaan hibrida sp²  dan sp. Perbedaan antara nitrogen dan karbon adalah satu orbital dari nitrogen terisi dengan sepasang elektron yang menyendiri.

• AMONIA

Amonia, NH3, salah satu contoh molekul yang mengandungikatan kovalen yang melibatkan atom nitrogen. Atom nitrogen memiliki konfigurasi ground-state: 1s2 2s2 2px1 2py1 2pz1, dan memungkinkan atom nitrogen berikatan dengan tiga atom hidrogen.

Ketika terdapat tiga elektron tak berpasangan mengisi orbital 2p, ini memungkinkan orbital 1s dari hidrogen untuk overlap dengan orbital 2p tersebut membentuk ikatan sigma. Sudut ikatan yang terbentuk adalah 107.30, mendekati sudut tetrahedral (109.50). Nitrogen memiliki lima elektron pada kulit terluarnya. Pada hibridisasi sp3, satu orbital sp3 diisi oleh dua elektron dan tiga orbital sp3 diisi masing-masing satu elektron.

Ikatan sigma terbentuk dari overlap orbital hibrida sp3 yang tidak berpasangan tersebut dengan orbital 1s dari hidrogen menghasilkan molekul ammonia. Dengan demikian, ammonia

memiliki bentuk geometri tetrahedral yang mirip dengan metana. Ikatan N-H memiliki panjang 1.01 A dan kekuatan ikatan 103 kkal/mol.

Nitrogen memiliki tiga elektron tak berpasangan pada orbital hibrid sp3, ketika satu elektron dalam orbital hibrida tersebut tereksitasi ke orbital p maka terbentuk hibrida baru, yaitu sp2. Elektron

pada orbital p digunakan untuk membentuk ikatan pi. Jadi, atom nitrogen yang terhibridisasi sp2 memiliki satu ikatan pi yang digunakan untuk membentuk ikatan rangkap dua, mirip dengan

molekul etena. Apabila elektron yang tereksitasi ke orbital p ada duamaka nitrogen memiliki  kemampuan membentuk dua ikatan pi atau satu ikatan rangkap tiga (hibridisasi sp).

Analog dengan karbon, maka dapat diharapkan bahwa sudut ikatan H–N–H dalam NH₃ adalah 109,5°. Percobaan menunjukan bahwa sudut ikatan NH₃ adalah 107,3°. Karena sudut ikatan ditekan oleh orbital yang terisi dengan elektron menyendiri yang besar ukurannya, elektron dalam orbital terisi ditarik hanya ke satu inti saja dan bukan ke dua inti, maka elektron terika kurang erat. Oleh sebab itu, orbital yang terisi lebih besar dari pada orbital sigma N-H. Jika atom selain hidrogen terikat ke nitrogen sp³,sudut ikatan yang diamati lebih dekat ke sudut tetrahedral 109,5° karena tolakan antara gugus yang lebih besar ini.

      2.    ATOM OKSIGEN

Elektron pada ground-state atom oksigen memiliki konfigurasi: 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1, dan oksigen merupakan atom divalen.

konfiurasi air di atas, dapat di prediksikan bahwa oksigen mampu membentuk dua ikatan sigma karena pada kulit terluarnya terdapat dua elektron tak berpasangan (2p_y dan 2p_z).

Air adalah contoh senyawa yang mengandung oksigen sp³. Sudut ikatan yang terbentuk sebesar 104,5°, diperkirakan bahwa orbital dengan pasangan elektron bebas menekan sudut ikatan H–O–H, sehingga sudut yang terbentuk lebih kecil dari sudut ideal (109,5°), seperti halnya pasangan elektron bebas dalam amonia menekan sudut H-N-H.

Oksigen juga dapat terhibridisasi sp2, yaitu dengan mempromosikan satu elektronnya ke orbital p.

Dalam kondisi ini, oksigen hanya memiliki satu ikatan sigma, tetapi juga memilki satu ikatan pi. Contoh molekul yang memiliki atom oksigen terhibridisasi sp2 adalah pada senyawa-senyawa karbonil.

Satu contoh terakhir dari hibridisasi orbital yang sering ditemukan adalah boron trifluorida, BF3. Boron hanya memiliki tiga elektron di kulit terluarnya (1s2 2s2 2px1), hal ini berarti bahwa boron hanya dapat membentuk paling banyak tiga ikatan. Kita dapat mempromosikan elektron pada orbital 2s ke orbital 2py, akan tetapi tidak mungkin melengkapi boron dengan elektron oktet.

Boron tidak memiliki pasangan elektron bebas, sehingga terdapat satu orbital p (2pz) yang kosong. Molekul BF3 yang terbentuk memiliki geometri planar, sehingga dapat dikatakan bahwa boron terhibridisasi sp2.

IKATAN RANGKAP TERKONJUGASI

Molekul dapat mengandung lebih dari satu gugus fungsi. Dalam kebanyakan senyawa polifungsional, ada dua cara pokok untuk menempatkan ikatan rangkap dalam senyawa organik. Dua ikatan rangkap yang bersumber pada atom berdampingan disebut ikatan rangkap terkonjugasi.

Ikatan rangkap yang menggabungkan atom yang tak berdampingan disebut ikatan rangkap terisolasi, atau tidak terkonjugasi.

Ikatan rangkap terisolasi bersifat mandiri, masing-masing ikatan rangkap memberikan reaksi seakan-akan yang lain tidak ada. Ikatan rangkap terkonjungasi, tidak saling andiri yang satu terhadap yang lain, ada interaksi elektronik yang terdapat antara 1,3-butadiena.

Atom karbon dari 1,3-butadiena ada dua pasang orbital p yang membentuk dua ikatan pi. Satu ikatan pi antara karbon 1 dan 2, dan satu ikatan pi antara karbon 3 dan 4. Namun, orbital p antara karbon 2 dan 3 juga berdampingan, dan tumpang tindih sebagian antara orbital p terjadi. Meskipun kebanyakan rapat elektron pi berkedudukan antara karbon 1-2 dan 3-4, sedikit rapat, elektron pi juga ditemukan antara karbon 2-3 .

Beberapa istilah digunakan untuk menggambarkan interaksi ikatan pi dalam sisem terkonjugasi. Dapat juga dikatakan bahwa ada tumpang tindih sebagian dari orbital p antara karbon pusat. Dapat dikatakan juga bahwa ikatan antara karbon 2 dan 3 dalam 1,3-butadienamempunyai karakter ikatan rangkap sebagian. Cara lain untuk menggambakan sistem adalah mengatakan bahwa elektron pi terdelokalisasi, yang berarti bahwa rapat elektron pi terdistribusi terbatas pada dua inti, ikatan rangkap tidak terkonjugasi mengandung elektron pi terlokalisasi.

BENZENA DAN RESONANSI

1. Benzen

Benzen (C₆H₆) adalah senyawa siklik dengan enam atom karbon yang tergabung dalam cincin. Setiap atom karbon terhibridisasi sp² dan cincinnya adalah planar. Setiap atom karbon mempunyai atom hidrogen yang terikat padanya, dan setiap atom karbon juga mempunyai orbital p tidak terhibridasi tegak lurus terhadap bidang iktatan sigma dari cincin. Masing-masing dari keenam orbital p ini dapat menyumbang satu elektron untuk ikatan pi.

Dengan enam elektron p, benzen dapat mengandung tiga ikatan pi. Ketiga ikatan pi dalam cincin dapat dapat digambarkan menurut satu cara (rumus A), atau dapat digambarkan menurut cara lain(rumus B).

Fakta-fakta dari struktur untuk benzena harus berikut:

berisi cincin beranggota enam dan  tiga derajat tambahan jenuh .


Planar.


Semua panjang C - C ikatan adalah sama.

Struktur kekule memenuhi dua kriteria pertama, tetapi tidak ketiga , karena memiliki tiga bolak π Obligasi berarti bahwa benzena harus memiliki tiga ikatan ganda pendek bergantian dengan tiga lagi ikatan tunggal.





      2. Resonansi

Resonansi adalah delokalisasi elektron pada molekul atau ion poliatomil tertentu dimana ikatanya tidak dapat dituliskan dalam satu struktur lewis. Struktur molekul atau ion yang mempunyai delokalisasi elektron disebut dengan struktur resonansi.

struktur lewis digunakan bersama-sama untuk menjelasankan struktur molekul, sedangkan struktur resonansi dapat melambangkan struktur lewis, dengan hanya satu ikatan kovalen antara masing-masing pasangan atom. Namun struktur tersebut tidak tepat, melainkan ada osilasi antara ikatan rangkapa dengan elektron, saling berbolak-balik. Maka dari itu disebut dengan resonansi. Struktur yang sebenarnya mungkin saja adalah peralihan dari struktur resonan. Bentuk peralihan (intermediet) dari struk resonan disebut dengan hibrida resonan.



Sifat Umum Resonansi

Molekul atau ion yang dapat beresonansi mempunyai sifat-sifat berikut :

1. Dapat ditulis dalam beberapa struktur lewis yang disebut dengan struktur resonan. Tetapi tidak satupun struktur tersebut melambangkan bentuk asli molekul yang bersangkutan.

2. diantara struktur yang saling beresonansi bukanlah isomer. perbedaan antar struktur hanyalah pada posisi elektron, bukan posisi inti.

3. masing-masing struktur  lewis harus mempunyai jumlah elektron valensi dan elektron tak berpasangan yang sama.

4. ikatan yang mempunyai orde ikatan yang berbeda pada masing-masing struktur tidak mempunyai panjang ikakatan yang khas.

5. Struktur yang sebenernya mempunyai energi yang lebih rendah dibandingkan energi masing-masing struktur resonan.