Tugas Tersetruktur

1. Bagaimana terjadinya mekanisme masuknya substituen dalam gugus fungsi aromatik?
Jawab :

mekanisme dan reaksi subtitusi aromatik dimulai dengan serangan oleh elektrofil pada elektron pidan cincin benzen, karena itu reaksi ini disebut reaksi substitusi elektrofil. Reaksi elektrofil adalah reaksi organik dimana sebuah atom, biasanya hidrogen, yang terikat pada sistem aromatis diganti dengan elektrofil. reaksi elektrofil tergantung dari jenis reaksi. Macam-macam benzen tersubtitusi yaitu :
a. benzena monosubstitusi, benzena yang memiliki 1 substitusi, contohnya Toluena, Fenol dan anilina
b. Benzen disubstitusi, yaitu benzena yang mengikat dua substitusi, contohnya p-xilena
c. Benzena polisubstitusi, yaitu benzena yang mengikat lebih dari dua substitusi. Conthnya 3-kloro-nitrotoluena.
gugus pengarah orto, para (aktivator) : Gugus pada cincin akan mengarahkan substituen yang baru masuk pada posisi orto, para atau meta sesuai dengan gugus mulanya. Gugus mula tersebut yang disebut sebagai penentu orientasi. Gugus yang merupakan activator kuat adalah gugus pengarah orto, para (adisi elektrofilik mengambil tempat pada posisi orto dan para bergantung pada activator). Orientasi ini terutama disebabkan oleh kemampuan substituen pengaktif kuat untuk melepaskan elektron (gugus amino dan gugus hidoksil merupakan gugus activator yang baik).Baik dalam serangan orto atau para, salah satu penyumbang pada ion benzenonium intermediet menempatkan muatan positif pada karbon hidroksil. Pergeseran pasangan elektron bebas dari oksigen ke karbon positif menyebabkan muatan positif terdelokalisasi lebih jauh, yaitu ke oksigen. Tidak mungkin ada struktur seperti ini pada serangan meta. Dengan demikian hidroksil adalah pengarah orto, para.Gugus pangarah meta.Suatu pengarah meta mempunyai atom bermuatan positif atau sebagian positif yang terikat pada cincin benzena. Dalam reaksi nitrobenzena, gugus nitronya tidak menambah kesetabilan intermedietnya. Malahan intermediet substitusi orto, atau para dan keadaan transisinya kurang stabil (karena energy yang tinggi), karena sebuah struktur resonansi mengandung muatan positif pada atom berdekatan. Oleh karena itu, substitusi terjadi lebih banyak pada tempat meta, sebab keadaan transisi dan intermediatnya pada tempat yang berdekatan mengandung muatan positif.

2. Menurut Louis de Broglie bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga partikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum dan teori orbital molekul?
jawab :

Louis de Broglieberpendapat bervolusioner bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sifat partikel. Pada awalnya pendapat Louis kurang diterima, tetapi pendapatnya yang merupakan bakal dari konsep mekanika kuantum mengenai gerak elektron dan teori orbital molekul. Keterkaitannya elektron-elektron mengitari inti atom dan berada pada orbital-orbital tertentu yang berpola gelombang dan kedudukan elektron tidak pasti, seperti yang telah di kemukakan oleh Wener Heisenberg dengan asas ketidakpastian bahwa keboleh jadian ditemuka elektron pada orbital.

Menurut teori orbital molekul, orbital molekul dihasilkan dari interaksi antara dua atau lebih orbital atom. Terjadinya tumpang tidih suatu orbital mengarah pada pembentukan dua orbital atom : satu orbital molekul ikatan dan satu orbital molekul antiikatan. Orbital molekul ikatan (bonding molecular orbital) memiliki energi yang lebih rendah dan kestabilan yang lebih besar dibandingkan dengan orbital atom pembentuknya. Orbital molekul antiikatan (antibonding molecular orbital) memiliki energi yang lebih tinggi dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan dengan orbital-orbital atom pembentuknya.

3. Bila absorpsi sinar UV oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi yang lebih tinggi. Transisi elektron manakah yang memiliki energi paling kecil bila sikloheksana berpindah ketingkat tereksitasi?

jawab :

Sinar ultra violet (UV) diketahui merupakan salah satu sinar dengan daya radiasi yang dapat bersifat letal bagi mikroorganisme. Sinar UV mempunyai panjang gelombang mulai 4 nm hingga 400 nm dengan efisiensi tertinggi untuk pengendalian mikroorganisme adalah pada 365 nm.

Transisi elektronik atau perpindahan elektron dapat terjadi dari orbital ikatan ke orbital anti-ikatan atau dari orbital non-ikatan (nonbonding orbital) ke orbital anti-ikatan. Terjadinya transisi elektronik atau promosi elektron dari orbital ikatan ke orbital antiikatan tidak menyebabkan terjadinya disosiasi atau pemutusan ikatan, karena transisi elektronik terjadi dengan kecepatan yang jauh lebih tinggi dari pada vibrasi inti.

Penyerapan sinar uv dapat menyebabkan eksitasi molekul dari energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pada pengadsorpsian sinar UV oleh suatu molekul menghasilkan eksitasi elektron. Efek dari hal ini panjang gelombang absorpsi maksimum dapat berhubungan dengan jenis ikatan yang ada dalam molekul yang diteliti.

Sikloheksana adalah sikloalkana dengan rumus molekul C₆H₁₂.Dimana yang meliputi molekul atau ion organik dan sejumlah anorganik. Penyelidikan spektroskopi senyawa-senyawa organik dilakukan pada daerah UV yang paling panjang ikatan gelombang nya. Jika dua orbital bergabung maka salah satu orbital yang berenergi lemah atau orbital yang berenergi tinggi yang dapat dihasilkan. Jadi, penyerapan sinar UV dapat menyebabkan eksitasi molekul dari energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi, sikloheksana adalah sikloalkana dengan rumus molekul C₆H_12. Jika dua orbital bergabung maka salah satu orbital yang berenergi lemah atau orbital yang berenergi tinggi yang dapat dihasilkan.

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.

ORBITAL DAN PERANANYA DALAM IKATAN KOVALEN

A. Sifat gelombang

         Sebelum tahun 1923, ahli kiam mengandaikan bahwa elektron adalah partikel yang bermuatan negatif yang mengelilingi inti atom. Kemudian pada tahun 192, seorang mahasiswa Prancis Louis de Broglieberpendapat bervolusioner bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan sifat partikel. Pada awalnya pendapat Louis kurang diterima, tetapi pendapatnya yang merupakan bakal dari konsep mekanika kuantum mengenai gerak elektron dan teori orbital molekul.

       Mekanika kuantum adalah subjek matematik. Untuk mengerti mengenai ikatan kovalen, maka hanya diperlukan hasil dari studi mekamika kuantum, dari pada persamaan matematikanya sendiri. Beberapa gelombang diam yang sederhana, yaitu jenis gelombang yang di hasilkan bila seseorang memetik senar, seperti senar gitar, yang kedua ujungnya mati. Jenis gelombang ini menunjukkan gerak hanya dalam satu dimensi. Jika gelombang diam yang di hasilkan oleh permukaan kepala drum adalah berdimensi satu, dan sistem gelombang elektron adalah berdimensi tiga. Tinggi gelombang disebut amplitudo, yang dapat mengarah ke atas (positif) atau mengarah ke bawah (nilai negatif) terhadap kedudukanistirahat dari senar. Tanda positif (+) dan negatif (-) dari amplitudo adalah tanda metematik, bukan muatan muatan listrik)kedudukan gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul. 

     Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu terhadap yang lain. Bila dua gelombang yang sefasa pada senar yang sama saling tumpang tindih, maka akan saling memperkuat. Jika sepasang gelmbang yang tumpang tindih yang keluar fasa, saling mengganggu atau berinterferensi. Proses interferensi dinyatakan oleh penambahan dua fungsi matematik yang berlawanan tanda.interferensi menghasilkan penghapusan satu gelombang oleh oleh yang lain. Tumpang tindih sebagian dari dua gelombang yang keluar-fase menghasilkan simpul.

      Meskipun sistem gelombang eektron tiga dimensi lebih rumit dari pada sistem senar satu dimensi, namun prinsipnya sama. Masing-masing orbital atom dari atom berkelakuan seperti fungsi gelombang dan dapat mempunyai amplitudo positif atau negatif. Bila suatu orbital mempunyai amplitudo positif dan negatif makan orbital itu mempunyai simpul. 

      Suatu orbital dapat bertumpuh tindih dengan orbital atom dari atom lain. Secara matemaik, fungsi fungsi gelombang yang di gambarkan setiap orbital yang tumpang tindih di jumlahkan bersam. Perhitungan ini dikenal sebagai kombinasi linier dari orbital atom , atau teori (LCAO). Jika orbital bertumpang tindih sefase, hasilnya adalah perkuatan dan suatu orbital molekul ikatan. Di pihak lain, interaksi antara orbital atom di luar fasa menghasilkan interferensi, yang menimbulkan simpul  antara dua inti.interferensi menuju ke orbital molekul anti-ikatan.

B. IKATAN SIGMA (σ)

      Orbital molekul yang mengikat dua atom hidroge  n menjadi satu adalah simentrik secara silindrik yaitu, simentrik sepanjang garis, atau sumbu, yang menghubungkan kedua inti. 

Setiap molekul yang simentrik sekeliling sumbu yang menghubungkan inti disebut orbital molekul sigma(σ), ikatannya adalah ikatan sigma. Ikata H₂ salah satu dari ikatan sigma yang kita temui. 

C. ORBITAL IKATAN DAN ANTI-IKATAN

    Jika sepasang gelombang saling tumpang tindih, maka gelombang dapat memperkuat atau terinterferensi.penabahan dari dua orbital atom 1s dari dua atom H yang sefase menghasilkan perubahan dan menghasilkan orbital molekul ikatan σ dengan rapat elektron yang tinggi antara inti yang berikatan.

      Jika kedua gelombang berlawanan fase, gelombang saling menggangggu. Interferensi dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom higrogen memberikan orbital mlekul dengan simpul antara inti. Dalam orbital molekul ini, kebolehjadian menemukan elektron antara inti sangat rendah. Orbital khas ini menimbulkan sistem dimana kedua inti tak dilindungi oleh sepasang elektron, dan intinya saling tolak-menlak. Karena tolakan inti, sistem ini energinya lebih tinggi dari pada sistem dua atom H yang mandiri. Orbital yang energinya lebih tinggi adalah orbital anti ikatan (σ*).

Beberapa aturan umum untuk diterapkan terhadap semua orbital molekul, dan tidak hanya terdapat padamolekul H₂ :

• Setiap orbital (molekul atau atom) dapat memegang maksimum dua elektron, yang harus mempunyai spin berlawanan.
•  Jumlah orbital molekul sama dengan jumlah orbital atom yang digunakan dalam pembentukan. (untuk H₂ dua orbital atom 1s menghasilkan dua orbital molekul : σ dan σ*)
• Dalam pengisian orbital molekul dengan elektron, orbital berenergiterendah diisi dhulu. Jika dua orbital terdegenerasi (dari energi yang sama), masing-masing mendapat satu elekron sebelum salah satuorbital terisi penuh.

D. ORBITAL HIBRIDA KARBON

           Jika atom hidrogen menjadi bagian dari suatu molekul, maka digunakan atom1s untuk ikatan, dengan atom karbon agak berlebihan.karbon mempunyai dua elektron dalam orbital 1s, karena orbital 1s merupakan orbital terisi yang tidak digunakan untuk ikatan. Ada empat orbital atom pada tinggkt energi kedua, satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. Namun, karbon tidak menggunakan ke empat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan. Sebagai gantinya, karbon bercampur, atau berhibridasi, yaitu empat orbital atom tingkat kedua menurut salah satu dari tiga cara untuk ikatan.

1.   .   Hibridasi sp³

            Hibridasi sp³ digunakan bila karbon membentuk empat ikatan tunggal. Dalam metana (CH₄), atom karbon mempunyai panjang ikatan kovalen terhadap hidrogen. Setiap ikatan C – H mempunyai panjang ikatan 1,09 Å dan energi disosiasi ikatan 104kkal/mol. Sudut ikatan antara setiap ikatan C –H adalah 109,5°. Dari eksperimental ini jelas bahwa karbon tidak membentuk ikatan dari orbital atom s dan tiga orbital atom p. Jadi, keempat ikatan C – H tidak akan ekuivalen.

            Menurut teori mutakhi, keempat ikatan ekuivalen ini timbul dari hibridasi lengkap keempat orbital atomnya, untuk memberikan empat orbital sp³yang ekuivalen. Agar hal ini dapat terjadi, satu dari elektron 2s harus di tinggalkan ke orbital 2p yang kosong. Peningkatan ini memerlukan energi (kira-kira 96 kkal/mol), tetapi energi lebih dari pada yang di dapat kembali pada pembentukan ikatan kimia secara serentak. Keempat orbital sp³ mempunyai energi sama agak lebih tinggi dari pada energi orbital 2s, tetapi agak lebih rendah dari pada yang orbital 2p. Masaing-masing orbital sp³mengandung satu elektron untuk ikatan.

        Diagram di atas adalah diagram orbital. Setiap kotak dalam diagram menyatakan orbital. Energi relatif dari berbagai orbital ditandai oleh kedudukan vertikal dari kotak dalam diagram. Elektron dinyatakan oleh panah, dan arah dari spin elektron dinyatakan oleh arah dari panah.Empat orbital hibrida sp³ mengelilingi inti karbon. Karena tolakan antara elektron dalam berbagai orbital, orbital sp³ ini terletak sejauh mungkin yang satu dari yang lain sambil meluas karena dari inti karbon yang sama, artinya keempat orbital menghada pada ujung suatu tetrahedron biasa. Geometri ini memberika sudut ikatan teridealisasi sebesar 109,5°. Suatu atom karbon sp³ sering di sebut sebagai atom karbon tetrahedal, karena geometri dari ikatanya.

       Jika atom karbon sp³ membentuk ikatan, hal itu dilakukan dengan tumpang tindih masing-masng dari empat orbital sp³ masing-masing dengan satu elektron dengan orbital dari empat atom lain masing-masing orbital mengandung satu elektron secara bergantian.

 2.    Hibridisasi sp²

      Hibridisasi sp² digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap. Jika karbon terikat ke atom lain oleh ikatan rangkap dua, atom karbon ada dalam keadaan hibrida sp². Untuk membentuk orbital ikatan sp², karbon mengibridisasi orbital 2s-nya hanya dengan dua orbital 2p-nya. Satu orbital p pada atom karbon tetap tidak terhibridisasi. Karena tiga orbital atom digunakan untuk membentuk orbital sp², maka dihasilkan tiga orbital  hibrida sp². Masing-masing orbital sp² mempunyai benuk yang sama seperti orbital sp³ dan mengandung satu elektron yang dapat digunakan untuk ikatan.

Tiga orbital sp² sekeliling inti karbon terletak sejauh mungkin yang satu dari yang lain, orbital sp² terletak dalam bidang sudut 120°. Suatu atom karbon terhibridisasi sp² dikatakan karbon trigonal. Menunjukan atom karbondengan tiga orbital sp² dan satu orbital p tidak terhibridisasi, yang tegak lurus pada bidang sp².

Dalam etilena (CH₂ = CH₂ ), dua karbon sp² dapat digabung oleh ikatan sigma yang terbentuk karena tumpan tindih satu orbital sp² darimasing-masing atom karbon. Setiap sisa orbital atom p mempunyai dua cuping,satu diatas bidang ikatan sigma dan yang lain dengan amplitudo yang berlawanan dibawah bidang. Setiap orbital p mengandung satu elektron. Jika elektron p menjadi berpasangan dalam orbital molekul eilena, ujung orbital tidak dapat saling tumpang tindih, seperti halnya dalam pembentukan ikatan sigma. Kedua orbital p kemudian tumpang tindih lewat sisinya. Hasil dari tumpang tindih sisi terhadap sisi ini adalah ikatan pi (π). Suatu orbital molekul ikatan yang menggabungkan dua karbon dan terlokasi diatas dan di bawah bidang dari ikatan sigma. Ikatan pi adalah ikatan kedua dari ikatan rangkap dua.

Setiap atom karbon yang terikat pada tiga atom lain adalah dalam  keadaan hibrida sp². Dalam senyawa stabil orbital p pada karbon sp² harus tumpang tindih dengan orbital p dari atom yang berdekatan, yang dapat berupa atom karbon lain atau suatu atom dari unsur lain.

E.  BEBERAPA HAL YANG MENARIK DARI IKATAN PI (π)

          Setiap orbital p yang yang berkontribusi pada ikatan pi mempunyai dua cuping dan mempunyai dua simpul pada inti. Tidak mengherankan jika orbital pi juga bercuping dua dan mempunyai simpul. Tidak seperti ikatan sigma, orbital pi tidak simentri silindrik. Namun, setiap orbital molekul lain, orbital pi dapat memegang maksimum dua pasang elektron.

Elektron pi lebih mudah dipengaruhi efekluar dari pada elektron dalam ikatan sigma. Ikatan pi mudah terpolarisasi atau dapat dikatakan elektron pi lebih stabil. Elektron pi lebih mudah diserang oleh atom atau molekul luar. Artinya sifat mudah di serang ini dari segi kimia ikatan pi merupakan kedudukan kereaktifan kimia.

Sifat lain dari ikatan pi adalah geometrinya menyebabkan molekul mempunyai bentuk yang kaku. Untuk atom karbon agar dapat berotasi sekeliling ikatannya. Dalam reaksi kimia, molekul dapat mempunyai cukup energi (kira-kira 68 kka/mol energi maksimum yang tersedia bagi molekul pada suhu kamar).   

Tinjauan Ulang Tentang Atom dan Molekul dalam Kimia Organik

      Sejarah kimia organik di awali pada abad 17 dimana perbedaan atara senyawa yang diperoleh dari organisme hidup (hewan dan tumbuhan) dengan senyawa yang diperoleh dari tumbuhan dan hewan sangat sulit diisolasi. Ketika dapat dimurnikan, senyawa yang diperoleh tersebut sangat mudah terdekomposisi dari pada senyawa yang diperoleh dari bahan-bahan mineral. Seorang ahli kimia Swedia, Torbern Bergman, pada tahun 1770 mengeksperimenkan penjelasan di atas sebagai perbedaan senyawa organik dan anorganik. Selanjutnya, senyawa organik diartikan sebagai senyawa kimia yang diperolah dari makhluk hidup dan harus mempunyai energi vital sebagai hasil dari keaslian dalam tubuh makhlukhidup.

            Pada abad 1816 Teori vitalitas ini kemudian mengalami perubahan ketika Michael Chevreul (1816) menemukan sabun sebagai hasil reaksi antara basa dengan lemak hewani. Lemak hewani dapat dipisahkan dalam beberapa senyawa organik murni yang disebut dengan asam lemak. Untuk pertama kalinya satu senyawa organik (lemak) diubah menjadi senyawa lain (asam lemak dan gliserin) tanpa intervensi dari energi vital.

Beberapa tahun kemudian, teori vitalitas semakin melemah ketika Friedrich Wohler (1828) mampu mengubah garam anorganik, ammonium sianat, menjadi senyawa organik yaitu urea yang sebelumnya telah ditemukan dalam urin manusia. Atom terpenting yang dipelajari dalam kimia organik adalah atom karbon. Meskipun demikian, atom lainnya juga dipelajari seperti hidrogen, nitrogen, oksigen, fosfor, sulfur, dan atom lainnya. Akan tetapi mengapa atom karbon sangat spesial? Atom karbon merupakan termasuk dalam golongan 4A, karbon memiliki empat elektron valensi yang dapat digunakan untuk membentuk empat ikatan kovalen. Di dalam tabel periodik, atom karbon menduduki posisi tengah dalam kolom periodenya. Atom di sebelah kiri karbon memiliki kecenderungan memberikan elektron sedangkan di sebelah kanannya memiliki kecenderungan menarik elektron.

Senyawa karbon tidak hanya diperoleh dari organisme hidup saja. Kimiawan modern saat ini sudah mampu menyintesis senyawa karbon di dalam laboratorium. Contohnya: obat, pewarna, polimer, pengawet makanan, pestisida, dan lain-lain. Saat ini, kimia organik didefinisikan sebagai senyawa yang mengandung atomkarbon.

A.    STRUKTUR ELEKTRON DARI ATOM

Dalam Kimia Organik ada 4 unsur yang harus dimengerti atau dipahami diantaranaya adalah C (carbon), H (Hidrogen), O (Oksigen) dan N (Nitrogen). Keempat unsur ini ada di kedua periode pertama dari susunan dan elektronnya terdapat dalam dua kulit elektron yang paling dekat dengan inti.

Setiap kulit elektron berhubungan dengan sejumlah energi tertentu. Elektron yang paling dekat dengan inti lebih tertarik oleh proton dalam inti daripada elektron yang lebih jauh kedudukannya. Karena itu, semakin dekat elektron terdapat ke inti, semakin rendah energinya, dan elektron ini sukar berpindah dalam reaksi kimia. Kulit elektron yang terdekat ke inti adalah kulit yang terendah energinya, dan elektron dalam kulit ini dikatakan berada pada tingkatan energi pertama. Elektron dalam kulit kedua, yaitu pada tingkat energi kedua mempunyai energi yang lebih tinggi dari pada elektron dalam tingkat pertama, dan elektron dalam tingkat ketiga atau pada tingkat energi ketiga, mempunyai energi yang lebih tinggi lagi.

Orbital Atom

Orbital atom merupakan bagian dari ruang di mana keboleh jadian ditemukannya sebuah elektron dengan kadar energi yang khas (90% - 95%). Rapat elektron adalah istilah lain yang digunakan untuk menggambarkan keboleh jadian ditemukannya sebuah elektron pada titik tertentu; rapat elektron yang lebih tinggi, berarti keboleh jadiannya lebih tinggi,  sedangkan rapat elektron yang lebih rendah berarti keboleh jadiannya juga rendah.

Kulit elektron pertama hanya mengandung orbital bulat 1s. Keboleh jadian untuk menemukan elektron 1s adalah tertinggi dalam bulatan ini. Kulit kedua, yang agak berjauhan dari inti daripadakulit pertama, mengandung satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. Orbital 2s seperti orbital 1s, adalah bulat.

B.     JARI-JARI ATOM DAN KEELEKTRONEGATIFAN

a.      Jari-jari Atom

Jari-jari atom adalah jarak elektron di kulit terluar dari inti atom. Jari-jari atom sulit untuk ditentukan apabila unsur bediri sendiritanpa bersenyawa dengan unsur lain. Jari-jari atom secara lazim ditentukan dengan mengukur jarak dua atom yang identik yang terikat secara kovalen. Pada penentuan jari-jari atom ini, jari-jari ovalen adalah setengah jarak antara ini dua atom identik yang terikat secara kovalen.

Dalam segolongan, jari-jari atom akan semakin besar dari atas kebawah. Hal ini terjadi karena dari atas ke bawahjumlah kulit bertambah sehingga jari-jari atom juga bertambah. Dalam seperiode (dari kiri ke kanan) jumlah kulit sama tetapi jumlah poton bertambah sehingga jari-jari atom juga berubah. Karena jumlah proton bertambah maka muatan inti juga bertambah yang mengakibatkan gaya tarik menarik antara inti dengan elektron pada kulit terluar  semakin kuat. Kekuatan gaya tarik yang semakin meningkat menyebabkan jari-jari atom semakin kecil. Sehingga untuk unsur dalam satu periode, jari-jari atom semakain kecil dari kiri ke kanan.

b.      Keelektronegatifan

Keelektronegatifan adalah kemampuan suatu atom untuk untuk menarik elektron dari atom lain. Faktor yang mempengaruhi keelektronegatifan adalah gaya tarik dari inti terhadap elektron dan jari-jari atom.

Harga keelektronegatifan penting untuk menentukan bilangan oksidasi (biloks) unsur dalam suatu senyawa. Jika harga keelektronegatifan besar, berarti unsur yang bersangkutan cenderung menerima elektron dan keelekronegatifan kecil, unsur ini cenderung melepaskan elektron dan membentuk bilangan oksidasi positif. Jumlah atom yang diikat bergatung pada elektron valensinya.

Unsur-unsur yang berada pada bagian kiri dalam tabel periodik bersifat kurang elektronegatif dibandingkan karbon. Dengan demikian, ketika karbon berikatan dengan mereka, elektron akan cenderung tertarik ke karbon dan mengakibatkan atom karbon bermuatan parsial negatif.

C.     PANJANG IKATAN DAN SUDUT IKATAN

Ikatan kimia adalah gaya tarik-menarik antara atom yang menyebabkan suatu senyawa kimia dapat besatu. Kekuatan gaya tarik-menarik ini menentukan sifat-sifat kimia dari suatu zat. Cara ikatan kimia berubah jika suatu zat bereaksi digunakan untuk mengetahui jumlah energi yang dilepas atau diserap selama terjadinya reaksi.

Macam-macam ikatan kimia yang dibentuk oleh atom tergantung dari struktur elektron atom.misalnya, energi ionisasi dan afinitas elektron mengendalikan sukar atau mudahnya suatu atom menerima atau melepaskan elektron. Ikatan kimia dapat dibagi menjadi dua kategori besar, yaitu :

Ø  Ikatan Kovalen

Ikantan kovalen merupakan hasil pemakaian bersama pasangan elektron antar atom. Kekuatan ikatan merupakan hasil tarik-menarik antara elektron yang dipakai bersama dan inti yang positif dari atom yang membentuk ikatan. Dalam keadaan ini elektron berfungsi sebagai perekat yang mengikat atom-atom itu menjadi satu. Misalnya pembentukan molekul H₂ dari atom hidrogen.

Banyaknya ikatan kovalen yang dibentuk oleh suatu atom sering kali mudah dihitung dengan menjumlah elektron yang di butuhkan untuk mencapai konfigurasi elektron gas mulia. Misalnya, atom karbon mempunyai empat elektron dalam kulit valensinya. Untuk mencapai konfigurasi gas mulia, biasanya melalui pemakaian bersama empat elektron tambahan. Oleh sebab itu, atom karbon biasanya membentuk empat ikantan kovalen dengan hidrogen untuk membentuk molekul CH₄, yang disebut metana.

Ø  Ikatan Ion

Senyawa ion dibentuk oleh perpindahan elektron di antara atom untuk membentuk partikel yang bermuatan listrik dan mempunyai gaya tarik-menarik. Gaya tarik-menarik di antara ion-ion yang bermuatan berlawanan merupakan suatu ikatan ion.

a.      Panjang ikatan

Panjang ikatan adalah jarak antara dua buah atom yang saling berikatan atau jarak rata-rata antara dua buah inti yang berikatan kovalen. Faktor-faktor yang menentukan panjang ikatan salah satunya adalah jari-jari kovalen dan keelektronegatifan.

            Panjang ikatan dinyatakan dalam picometer (pm) atau bisa dinyatakan dalam Å. Panjang ikatan dapat ditentukan secara eksperimental, mempunyai selang harga dari 0,74 Å sampai 2 Å. panjang ikatan berkurang pada unsur-unsur seperiode dari kanan ke kiri sesuai dengan berkurangnya nomor atom.

Panjang ikatan bertambah pada unsur-unsur segolongan dari atas ke bawah sesuai dengan bertambahnya nomor atom.

Dibawah ini adalah tabel dari beberapa panjang ikatan berbagai ikatan, yaitu :

Ikatan	Panjang Iatan (pm)	Ikatan	Panjang Ikatan (pm)	Ikatan	Penjang Ikatan (pm)
H – H	74	H – F	92	C – F	133
C – H	109	H – Cl	127	C – Cl	177
N – H	101	H – Br	141	C – Br	194
O – H	96	H – I	161	C –I	213

 b.  Sudut Ikatan

Bila ada lebih dari duaatom dalam molekul, ikatan membentuk sudut, yang disebut sudut ikatan. Sudut ikatan bervriasi antara 60° sampai 180°.

Sudut ikatan dari berbagai susunan ruang molekul-molekul :

Jumlah dominan elektron	Susunan Ruang (Geometri)	Sudut Ikatan
2	Linier	180°
3	Segitida sama sisi	120°
4	Tetrahedron	109,5°
5	Bipiramida trigonal	Ekuatorial 120° Aksial 90°

Kebanyakan struktur organik mengandung lebih dari tiga atom, dan lebih bersifat berdimensi-tiga dari pada berdimensi dua. Rumus struktur yang terdahulu untuk amoniak (NH₃) menggambarkan suatu teknik untuk menyatakan suatu struktur dimensi tiga.

D.     ENERGI DISIOSASI

            Energi disosiasi ikatan merupakan energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas menjadi gugus-gugus molekul gas. Energi disosiasi ikatan sisimbolkan dengan huruf D.

Contoh :

Dari reaksi tersebut tampakbahwa untuk memutuskan sebuah ikatan C –H dari molekul Ch₄ menjadi gugus CH₃ dan atom gas H diperlukan energi sebesar 425 kJ/mol, tetapi pada pemutusan ikatan C – H pada gugus CH₃ menjadi gugus CH₂ dan sebuah atom gas H diperlukan energi yang lebih besar, yaitu 480 kJ/mol. Jadi, meskipun jenis ikatannya sama tetapi dari gugus yang berbeda diperlukan energi yang berbeda pula.

            Selain dapat digunakan sebaga informasi kestabilan suatu m olekul, harga energi disosiasi ikatan dapat digunakan untuk memperkirakan harga perubahan entalpi suatu reaksi. Perubahan entalpi merupakan selisih dari energi yang digunakan untuk memutuskan ikatan dengan energi yang terjadi dari penggabungan ikatan.

∑H = ∑ Energi ikatan pereaksi - ∑ Energi ikatan hasil reaksi

Berdasarkan banyaknya atom yang ada pada molekul, energi disosiasi ikatan di bagi menjadi energi disosiasi ikatan molekul diatom, dan energi disosiasi ikatan molekul poliatom.

Ø  Energi Disosiasi Ikatan Molekul Diatom

energi disosiasi ikatan molekul diatom merupakan eneri yang di perlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas diatom menjadi gugus-gugus molekul gas.

Ø  energi disosiasi ikatan molekul poliatom

energi disosiasi ikatan molekul poliatommerupakan energi yang diperlukan untuk memutuskan salah satu ikatan 1 mol suatu molekul gas poliatom menjadi gugus-gugus molekul gas.

E.     ASAM BASA DALAM KIMIA ORGANIK

1. a.      Asam Organik

Asam organik biasanya dicirikan oleh adanya atom hidrogen yang terpolarisasi positif. Terhadap dua macam asam organik, yang pertama adanya atom hidrogen yang terikat dengan atom oksigen, seperti pada metil alkohol dan asam asetat. Kedua, adanya atom hidrogen yang terikat pada atom karbon dimana atom karbon tersebut terikat langsung dengan gugus karbonil ( C = O ), seperti pada aseton. Metil alkohol mengandung ikatan O – H dan karenanya bersifat  asam lemah, asam asetat juga memiliki ikatan O – H yang bersifat asam lebih kuat. Asam asetat bersifat asam lebih kuat dari metil alkohol karena basa konjugat yang terbentuk dapat distabilkan melalui resonansi, sedangkan basa konjugat dari metil alkohol hanya distabilkan oleh keelektronegativitasan dari atom oksigen.

1. b.      Basa Organik

Basa organik dicirikan dengan adanya atom dengan pasangan elektron bebas yang dapat mengikat proton. Senyawa-senyawa yang mengandung atom nitrogenadalah salah satu contoh basa organik, tetapi senyawa yang mengandung oksigen dapat pula bertindak sebagai basa ketika direaksikan dengan asam yang cukup kuat. Perlu dicatat bahwa senyawa yang mengandung atom oksigen dapatbertindak sebagai asam maupun basa, tergantung lingkungannya. Minyalnya aseton dan metil alkohol dapat bertindak sebagai asam ketika menyumbangkan proton, tetapi sebagai basa ketika atom oksigennya menerima proton.