HIBRIDISASI OKSIGEN DAN NITROGEN

hibridisasi sp  sp2  sp3 oksigen

hibridisasi sp   sp2   sp3  nitrogen

TUGAS TERSTUKTUR

SOAL :

Menurut Louis de Broglle bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga pertikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum dan Teori Orbital Molekul?

JAWAB :

Keterkaitan teori Louis de Broglie dengan mekanika kuantum:

Louis de Broglie meneliti keberadaan gelombang melalui eksperimen difraksi berkas elektron. Dari hasil penelitiannya inilah diusulkan “materi mempunyai sifat gelombang di samping partikel”, yang dikenal dengan prinsip dualitas. Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Model atom mekanika kuantum merupakan model atom modern yang berkembang dan melengkapi kekurangan dari model atom bohr. Menurut “Louis de Broglie”, elektron bersifat gelombang dan partikel. Pada tahun 1924, Louis de Broglie, menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu, yang memperlihatkan sifat-sifat seperti gelombang. Pendapat Louis de Broglie menghasilkan hal sebagai berikut. Einstein : E = mc2   Max Planck : E = h · ʋ sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel diperoleh : λ = h / (m . ʋ) dengan:  λ = panjang gelombang (m) m = massa partikel (kg) ʋ = kecepatan partikel (m/s) h = tetapan Planck (6,626 × 10–34 Joule s) Hipotesis de Broglie terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi seperti halnya sinar–X. Sebagai akibat dari dualisme sifat elektron sebagai materi dan sebagai gelombang, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dapat dibenarkan. Gelombang tidak bergerak menurut suatu garis, melainkan menyebar pada suatu daerah tertentu. Prinsip dualitas inilah menjadi titik pangkal berkembangnya mekanika kuantum oleh Erwin Schrodinger. Sebelum Erwin Schrodinger, seorang ahli dari Jerman Werner Heisenberg mengembangkan teori mekanika kuantum yang dikenal dengan prinsip ketidakpastian yaitu “Tidak mungkin dapat ditentukan kedudukan dan momentum suatu benda secara seksama pada saat bersamaan, yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti atom”. Daerah ruang di sekitar inti dengan kebolehjadian untuk mendapatkan elektron disebut orbital. Bentuk dan tingkat energi orbital dirumuskan oleh Erwin Schrodinger.

Keterkaitan teori Louis de Broglie dengan Teori Orbital Molekul:

Sifat partikel dan gelombang suatu materi tidak tampak sekaligus, sifat yang tampak jelas tergantung pada perbandingan panjang gelombang de Broglie dengan dimensinya serta dimensi sesuatu yang berinteraksi dengannya. Pertikel yang bergerak memiliki sifat gelombang. Louis Victor de Broglie : menyatakan bahwa materi mempunyai dualisme sifat yaitu sebagai materi dan sebagaigelombang.

Teori orbital molekul adalah teori yang menjelaskan ikatan kimia melalui diagram orbital molekul. Sifat magnet dan sifat-sifat molekul dapat dengan mudah dijelaskan dengan menggunakan pendekatan mekanika kuantum lain yang disebut dengan teori orbital molekul. Salah satu contohnya teori orbital molekul dapat menjelaskan sifat paramagnetisme dari molekul O₂ sesuai hasil percobaan, bahwa oksigen bersifat paramagnetik dengan dua elektron tidak berpasangan dan bukan diamagnetik seperti yang dijelaskan dengan menggunakan teori ikatan valensi. Temuan ini membuktikan adanya kekurangan mendasar dalam teori ikatan valensi. Teori orbital molekul menggambarkan ikatan kovalen melalui istilah orbital molekul yang dihasilkan dari interaksi orbital orbital atom dari atom yang berikatan dengan molekul secara keseluruhan.

Orbital molekul ikatan memiliki energi yang lebih rendah dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan orbital-orbital atom pembentuknya.

Orbital molekul antiikatan memiliki energi yg lebih tinggi dan kestabilan yang lebih rendah dibandingkan orbital-orbital atom pembentuknya.

Di dalam OM menunjukkan permukaan dengan kerapatan elektron tetap/konstan sehingga elektron memiliki kemungkinan untuk berada didalamnya. Sehingga sebuah elektron dalam sebuah OM seperti dalam gambar akan berada dalam dalam daerah ikatan. Sebuah  elektron dalam orbital ikatan cenderung untuk bersama dalam inti positif, sehingga mengikatnya bersama secara elektrostatik dan meningkatkan kestabilan molekul. Meningkatnya kestabilan berhubungan dengan rendahnya energi, sehingga energi ikatan lebih rendah dibanding energi orbital atom awal (Gambar b). Sebuah elektron pada antiikatan sebagian besar waktunya diluar inti.

Elektron di antiikatan cenderung mengurangi kestabilan molekul dengan menarik inti menjauh. Sebuah elektron antiikatan memiliki energi lebih tinggi dibandingkan elektron pada orbital awal. Sehingga Elektron ikatan memiliki energi lebih rendah, sedangkan orbital antiikatan memiliki energi lebih tinggi dibandingkan orbital awal.

 SOAL:   

Bila absorpsi  sinar UV  oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi. Transisi elektron manakah memerlukan energi terkecil bila sikloheksena berpindah ke tingkat tereksitasi?

JAWAB : 
 perpindahan elektron dari orbit yang satu ke orbit yang lain dapat memancarkan gelombang elektromagnetik. Ketika berpindah dari orbit yang luar ke orbit yang dalam, elektron akan memancarkan energy sebesar E=hf, dengan f adalah frekuensi gelombang yang dipancarkan

Energi yang dimiliki sinar UV mampu menyebabkan perpindahan elektron (promosi elektron) atau yang disebut transisi elektronik. Transisi elektronik dapat diartikan sebagai perpindahan elektron dari satu orbital ke orbital yang lain. Disebut transisi elektronik karena elektron yang menempati satu orbital dengan energi terendah dapat berpindah ke orbital lain yang memiliki energi lebih tinggi jika menyerap energi, begitupun sebaliknya elektron dapatberpindah dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energi. Energi yang diterima atau diserap berupa radiasi elektromagnetik. Transisi elektronik menimbulkan spektra serapan pada daerah sinar tampak dan ultra violet pada senyawa-senyawa organik. Umumnya dalam molekul poliatomis terutama dalam molekul organik, orbital pengikatan atom bukan pengikatan di isi sehingga transisi elektron dengan panjang gelombang terpanjang melibatkan pengikatan elektron dari orbital molekul tidak terisi yang tertinggi ke orbital molekul tidak terisi yang terendah.

Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Disamping itu dalam proses transisi ini tidak semua elektron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan.

Berdasarkan jenis orbital tersebut maka, jenis-jenis transisi elektronik dibedakan menjadi empat macam, yakni:

1) Transisi σ → σ*

2) Transisi π → π*

3) Transisi n → π*

4) Transisi n → σ*

Keterangan

· σ : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan tunggal

· π : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap

· n menyatakan orbital non-ikatan: untuk senyawa-senyawa yang memiliki elektron bebas.

· σ* dan π* merupakan orbital yang kosong (tanpa elektron), orbital ini akan terisi elektron ketika telah atau bila terjadi eksitasi elektron atau perpindahan elektron atau promosi elektron dari orbital ikatan.

Daerah sinar tampak pada spektrum (sinar yang tampak oleh mata manusia) berada pada panjang gelombang 400-800 nm sedangkan daerah sinar UV berada pada panjang gelombang yang lebih pendek yaitu sekitar 200-400 nm. Prinsip dasar dari spektrofotometer UV adalah penyerapan sinar tampak atau ultra violet oleh suatu molekul yang dapat menyebabkan terjadinya eksitasi molekul tersebut dari tingkat energi dasar ke tingkat yang lebih tinggi. Absorbsi radiasi oleh sampel diukur detektor pada berbagai panjang gelombang dan diinformasikan ke perekam untuk menghasilkan spektrum. Spektrum ini akan memberikan informasi penting untuk identifikasi adanya gugus kromofor

Peranan Orbital dalam ikatan

Molekul terdiri dari sejumlah atom yang bergabung melalui ikatan kovalen, dan atom tersebut berkisar dari jumlah yang sangat sedikit(dari atom tunggal, seperti gas mulia) sampai jumlah yang sangat banyak (seperti pada polimer, protein atau bahkan DNA). Bentuk molekul, yang berarti cara atom tersusun di dalam ruang, mempengaruhi banyak sifat-sifat fisika dan kimia molekul tersebut. Kebanyakan molekul mempunyai bentuk yang didasarkan kepada lima bentuk geometri yang berbeda.

Molekul-molekul di dalam berikatan, mengacu pada beberapa aturan dan bentuk-bentuk ikatan kimia. Apabila molekul ingin berikatan harus sesuai dengan aturan-aturan atau syarat-syarat unsur-unsur tersebut dalam membentuk sebuah molekul. Karena tidak sembarang suatu unsure membentuk molekul.

Ikatan kimia adalah ikatan yang terjadi antar atom atau antar molekul. Ikatan kimia itu sendiri bertujuan agar mencapai kestabilan dalam suatu unsur. Ketika atom berinteraksi untuk membentuk ikatan kimia, hanya bagian terluarnya saja yang bersinggungan dengan atom lain. Oleh karena itu, untuk mempelajari ikatan kimia kita hanya perlu membahas elektron valensi dari atom-atom yang terlibat dalam ikatan kimia tersebut.

Struktur molekul adalah penggambaran ikatan-ikatan unsur atau atom yang membentuk molekul. Molekul terdiri dari sejumlah atom yang bergabung melalui ikatan kimia, baik itu ikatan kovalen, ikatan hidrogen dan ikatan ion, serta ikatan-iktan kimia lainnya. Dan atom tersebut berkisar dari jumlah yang sangat sedikit(dari atom tunggal, seperti gas mulia) sampai jumlah yang sangat banyak (seperti pada polimer, protein atau bahkan DNA). Bentuk molekul, yang berarti cara atom tersusun di dalam ruang, mempengaruhi banyak sifat-sifat fisika dan kimia molekul tersebut. Kebanyakan molekul mempunyai bentuk yang didasarkan kepada lima bentuk geometri yang berbeda.

Molekul-molekul di dalam berikatan, mengacu pada beberapa aturan dan bentuk-bentuk ikatan kimia. Apabila molekul ingin berikatan harus sesuai dengan aturan-aturan atau syarat-syarat unsur-unsur tersebut dalam membentuk sebuah molekul. Karena tidak sembarang suatu unsure membentuk molekul.

Molekul didefinisikan sebagai sekelompok atom (paling sedikit dua) yang saling berikatan dengan sangat kuat (kovalen) dalam susunan tertentu dan bermuatan netral serta cukup stabil. Menurut definisi ini, molekul berbeda dengan ion poliatomik. Dalam kimia organik dan biokimia, istilah molekul digunakan secara kurang kaku, sehingga molekul organik dan biomolekul bermuatan pun dianggap termasuk molekul.

Dalam teori kinetika gas, istilah molekul sering digunakan untuk merujuk pada partikel gas apapun tanpa bergantung pada komposisinya. Menurut definisi ini, atom-atom gas mulia dianggap sebagai molekul walaupun gas-gas tersebut terdiri dari atom tunggal yang tak berikatan.

Sebuah molekul dapat terdiri atom-atom yang berunsur sama (misalnya oksigen O₂), ataupun terdiri dari unsur-unsur berbeda (misalnya air H₂O). Atom-atom dan kompleks yang berhubungan secara non-kovalen (misalnya terikat oleh ikatan hidrogen dan ikatan ion) secara umum tidak dianggap sebagai satu molekul tunggal.

Rumus Struktur

Rumus empiris sebuah senyawa menunjukkan nilai perbandingan paling sederhana unsur-unsur penyusun senyawa tersebut. Sebagai contohnya, air selalu memiliki nilai perbandingan atom hidrogen berbanding oksigen 2:1. Etanol pula selalu memiliki nilai perbandingan antara karbon, hidrogen, dan oksigen 2:6:1. Namun, rumus ini tidak menunjukkan bentuk ataupun susunan atom dalam molekul tersebut. Contohnya, dimetil eter juga memiliki nilai perbandingan yang sama dengan etanol. Molekul dengan jumlah atom penyusun yang sama namun berbeda susunannya disebut sebagai isomer.

Perlu diperhatikan bahwa rumus empiris hanya memberikan nilai perbandingan atom-atom penyusun suatu molekul dan tidak memberikan nilai jumlah atom yang sebenarnya. Rumus molekul menggambarkan jumlah atom penyusun molekul secara tepat. Contohnya, asetilena memiliki rumus molekuler C₂H₂, namun rumus empirisnya adalah CH.

Lambang Lewis merupakan lambang atom yang dikelilingi oleh sejumlah titik yang menyatakan elektron. Lambang Lewis untuk unsur golongan utama dapat disusun dengan mengikuti tahapan berikut:

a). Banyaknya titik sesuai dengan golongan unsur

b). Satu titik ditempatkan untuk tiap atom dengan jumlah maksimum empat titik. Titik kedua dan selanjutnya berpasangan hingga mencapai aturan oktet.

Penyusunan tabel periodik dan konsep konfigurasi elektron telah membantu para ahli kimia menjelaskan proses pembentukan molekul dan ikatan yang terdapat dalam suatu molekul.

Gilbert Lewis, seorang kimiawan berkebangsaan Amerika, mengajukan teori bahwa atom  akan bergabung dengan sesama atom lainnya membentuk molekul dengan tujuan untuk mencapai konfigurasi elektron yang lebih stabil.

Kestabilan dicapai saat atom-atom memiliki konfigurasi elektron seperti gas mulia (semua kulit dan subkulit terisi penuh oleh elektron serta memiliki 8 elektron valensi).Saat atom-atom berinteraksi, hanya elektron valensi yang terlibat dalam proses pembentukan ikatan kimia.

Untuk menunjukkan elektron valensi yang terlibat dalam pembentukan ikatan, para ahli kimia menggunakan simbol Lewis dot, yaitu simbol suatu unsur dan satu dot untuk mewakili tiap elektron valensi unsur bersangkutan.

Jumlah elektron valensi suatu unsur sama dengan golongan unsur bersangkutan. Sebagai contoh, unsur Mg terletak pada golongan IIA, sehingga memiliki 2 elektron valensi (2 dot). Sementara, unsur S yang terletak pada golongan VIA, akan memiliki 6 elektron valensi (6 dot). Unsur yang terletak pada golongan yang sama akan memiliki struktur Lewis dot yang serupa. Semua elektron valensi gas mulia telah berpasangan.

Teori ini mendapat beberapa kesulitan, yakni:

1.   Pada senyawa BCl₃ dan PCl₅, atom boron dikelilingi 6 elektron, sedangkan atom fosfor dikelilingi 10 elektron.

2.   Menurut teori ini, jumlah ikatan kovalen yang dapat dibentuk suatu unsur tergantug jumlah elektron tak berpasangan dalam unsur tersebut.

Contoh : ₈O : 1s² 2s² 2p² 2p_x² 2p_y¹ 2p_z¹

Ada 2 elektron tunggal. sehingga oksigen dapat membentuk 2 ikatan (H-O-H; O=O). akan tetapi:

₅B : 1s² 2s² 2p_x¹

Sebenarnya hal ini dapat diterangkan bila kita ingat pada prinsip Hund, dimana cara pengisian elektron dalam orbital suatu sub kulit ialah bahwa elektron-elektron tidak membentuk pasangan elektron sebelum masing-masing orbital terisi dengan sebuah elektron.

Contoh : ₅B : 1s² 2s² 2p_x¹    (hibridisasi) 1s² 2s¹ 2p_x¹ 2p_y¹

Tampak setelah terjadi hibridisasi untuk berikatan dengan atom B memerlukan tiga buah elektron, seperti BCl₃

3.   Menurut teori di atas, unsur gas mulia tidak dapat membentuk ikatan karena di sekelilingnya telah terdapat
8 elektron. Tetapi saat ini sudah diketahui bahwa Xe dapat membentuk senyawa, misalnya XeF₂ den XeO₂.

Bentuk Molekul
Adalah bentuk geometris yang terjadi inti atom unsur yang saling berkaitan dalam
Suatu molekul dihubungkan dengan suatu garis lurus.Bentuk molekul senyawa kovalen ditentukan oleh orbital-orbital atom yang digunakan oleh elektron-elektron ikatan

Teori Domain Elektron

Teori ini menyatakan bahwa pasangan electron ikatan dan pasangan electron bebas tolak menolak sehingga tiap-tiap pasangan electron cenderung berjauhan satu sama lain untuk meminimalkan gaya tolakan tersebut . Jadi bentuk molekul dipengaruhi oleh susunan ruang pasangan electron ikatan (PEI) dan pasangan bebas (PEB)pada atom pusat suatu molekul .Pasangan electron pada atom pusat disebut Domain .
Berdasarkan teori domain electron terdapat 5 bentuk dasar molekul kovalen sebagai berikut.

a.) Linear: bentuk molekul yang disusun oleh tiga ayom yang berikatan dalam satu garis lurus dan sebuah atom merupakan pusatnya .Sudut ikat pada dua psang electron ikatan sebesar 180 .
contoh : HgBr2, CdCL2, dan BeH2

b.) Segitiga Datar : bentuk molekul segitiga sama sisi yang disusun oleh empat buah atom . Sebuah atom sebagai pusatnya brikatan dengan tiga lainnya dengan sudut ikat 120.
Contoh : BCI3 , BF3 , dan GaI3

c.) Tetrahedral : bentuk molekul yang tersusun dari lima atom berikatan . Sebuah atom sebagai pusat yang berikatan dengan empat atom lainnya dengan sudut ikat 109,5.
Contoh :CCI4 , CH4 , dan SnCI5

d.) Trigonal bipirada : bentuk molekul terdiri atas dua bentuk piramida yang bergabung dalam salah satu bidang .Atom pusatnya dikelilingi oleh lima atom dengan sudut ikat 120
contoh :PF5 , CH4 , danm PCI5

e.) Oktahedral : bentuk molekulterdiri atas delapan bidang yang merupakan segitiga sama sisi dengan sudut ikat 90.
Contoh: SF6 , TeF6 , dan SeF6
 

Kelima bentuk dasar molekul kovalen di atas merupakan bentuk geometri yang hanya mengandung PEI saja. Padahal dalam teori VSEPR , gaya tolakan yang dihasilkan PEB juga memengaruhi bentuk molekul.

ORBITAL

 

Orbital merupakan suatu kata yang tidak asing lagi dalam ilmu kimia. Pengertian orbital dalam kimia sendiri memiliki pengertian spesifik sesuai fungsinya dalam hal ini orbital atom. Secara umum, dalam ilmu kimia, orbital atom merupakan ruang ditemukannya electron di dalam atom. Ruang ini sifatnya spesifik, artinya tidak semua ruang atau space di dalam atom ini akan terisi oleh electron. Sehingga bisa dikatakan bahwa orbital ini seperti wilayah khusus kekuasaan electron. Untuk lebih memahami tentang orbital atom, kita perlu tahu mengenai bilangan kuatum. Bilangan kuantum sendiri memiliki empat buah bilangan. Bilangan-bilangan inilah yang akan menunjukkan pada kita orbit dari electron yang mengelilingi inti atom.

Bilangan kuantum yang pertama adalah bilangan kuantum utama yang dituliskan dengan simbol n. Bilangan kuantum utama ini digunakan untuk menunjukkan tingkat energy utama dari lokasi electron tersebut atau energy utama pada sebuah orbital electron. N sendiri disini mewakili jumlah kulit dari orbital electron. Jumlah n berkisar dari angka 1-7. Bilangan kuantum yang selanjutnya diberi nama bilangan azimuth yang memiliki symbol i. Bilangan ini sering disebut juga dengan bilangan sub kulit atau sub lintasan dari orbital atom dimana suatu atom bergerak pada kulit tertentu. Untuk angka dari bilangan azimuth ini nilainya dimulai dari 0 dan memiliki rumus i=(n-1). Jadi, untuk orbital atom yang memiliki 2 kulit atau n=2, nilai bilangan azimuth atau i=2-1=1.

Bilangan kuantum selanjutnya disebut dengan bilangan kuantum magnetic yang disimbolkan dengan huruf m. bilangan kuantum magnetic ini berfungsi untuk menunjukkan orientasi suatu orbit electron terhadap medan magnet. Nantinya aka nada m positif, m negative, dan juga m o untuk orbital atom dengan nomor atom tertentu. Penentuan bilangan kuantum magnetic menggunakan kotak berjumlah ganjil(1,3,5,dst) dengan mengisi bagian tengah dengan angka 0. Pada kotak sebelah kanan 0 diisi dengan angka positif seperti +1,+2, dst, sedangkan pada kotak sebelah kiri 0 diisi dengan angka positif seperti -1,-2, dst.

Selanjutnya untuk mengisi tiap electron dimulai dari yang postif kemudian yang negative. Electron terakhir lah yang menunjukkan kecenderungan orbital tersebut pada medan magnet.

Bilangan kuantum yang terakhir disebut dengan bilangan kuantum spin yang dilambangkan dengan huruf s. bilangan kuantum spin ini menunjukkan kepada kita arah putaran dari electron terhadap sumbu. Arah spin sendiri disimbolkan dengan angka setengah atau ½ dengan dua symbol positif dan negative. Sehingga kita mendapatkan +1/2 dan -1/2. Pengisiannya dimulai dari spin +1/2 atau kotak positif seperti pada kuantum magnetic baru kemudian yang negative. Electron terakhir lah yang menunjukkan spin tersebut positif atau negative. Itu tadi penjelasan singkat mengenai Pengertian orbital dalam kimia dan bilangan kuantum yang berkaitan dengan orbital atom.