IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR
Pengertian Ikatan Kimia
Antara dua atom atau lebih
dapat saling berinteraksi dan membentuk molekul. Interaksi ini selalu disertai
dengan pelepasan energi. Adapun gaya-gaya yang menahan atom-atom dalam molekul
merupakan suatu ikatan yang dinamakan ikatan kimia. Ikatan kimia terbentuk
karena unsur-unsur cenderung membentuk struktur elektron stabil. Walter
Kossel dan Gilbert Lewis pada tahun 1916 menyatakan bahwa
terdapat hubungan antara stabilnya gas mulia dengan cara atom berikatan. Mereka
mengemukakan bahwa jumlah elektron terluar dari dua atom yang berikatan, akan
berubah sedemikian rupa sehingga susunan kedua elektron kedua atom tersebut
sama dengan susunan gas mulia. Kecenderungan atom-atom untuk memiliki struktur
atau konfigurasi elektron gas mulia atau 8 elektron pada kulit terluar
disebut kaidah oktet. Elektron yang berperan dalam reaksi
kimia yaitu elektron pada kulit terluar atau elektron valensi. Elektron valensi
menunjukan kemampuan suatu atom untuk berikan dengan atom lain.
Klasifikasi Ikatan Kimia
Secara
umum, ikatan kimia dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu:
1. Ikatan Antar Atom
a. Ikatan Elektrovalen atau
Ion
Ikatan ion terbentuk akibat adanya melepas atau menerima
elektron oleh atom-atom yang berikatan. Atom-atom yang melepas elektron menjadi
ion positif (kation) sedang atom-atom yang menerima elektron menjadi ion negatif
(anion). Ikatan ion biasanya disebut ikatan elektrovalen. Senyawa yang memiliki
ikatan ion disebut senyawa ionik. Senyawa ionik biasanya terbentuk antara
atom-atom unsur logam dan nonlogam. Atom unsur logam cenderung melepas elektron
membentuk ion positif, dan atom unsur nonlogam cenderung menangkap elektron
membentuk ion negatif .
Contoh: NaCl,
MgO, dan lain-lain.
Na + Cl [Na] +
[ Cl ]-
Ca + 2 Br [Ca]++ [ Br ]2-
2 K + O [K
]2 [
O ]2+
Dalam hal
ini, kation terionisasi dan melepaskan sejumlah elektron hingga mencapai jumlah
oktet yang disyaratkan dalam aturan Lewis. Sifat-Sifat ikatan ionik adalah:
- Senyawa ion berupa elektrolit
- Biasanya zat padat yang memiliki titik leleh yang tinggi
- Tidak larut dalam pelarut organik tetapi larut dalam pelarut air
b. Ikatan Kovalen
Ikatan kovalen merupakan ikatan kimia yang
terbentuk dari pemakaian elektron bersama oleh atom-atom pembentuk ikatan.
Ikatan kovalen biasanya terbentuk dari unsur-unsur nonlogam. Dalam ikatan
kovalen, setiap elektron dalam pasangan tertarik ke dalam nukleus kedua atom.
Tarik menarik elektron inilah yang menyebabkan kedua atom terikat bersama.
Ikatan kovalen terjadi ketika masing-masing atom
dalam ikatan tidak mampu memenuhi aturan oktet, dengan pemakaian elektron
bersama dalam ikatan kovalen, masing-masing atom memenuhi jumlah oktetnya. Hal
ini mendapat pengecualian untuk atom H yang menyesuaikan diri dengan
konfigurasi atom dari yang tidak terlibat dalam ikatan kovalen disebut elektron
bebas. Elektron bebas ini berpengaruh dalam menentukan bentuk dan geometri molekul.
c. Ikatan Kovalen Koordinasi
Ikatan kovalen koordinat merupakan ikatan kimia
yang terjadi apabila pasangan elektron bersama yang dipakai oleh kedua atom
disumbangkan oleh salah satu atom saja. Sementara itu atom yang lain hanya
berfungsi sebagai penerima elektron berpasangan saja.
Syarat-syarat terbentuknya ikatan kovalen
koordinat:
- Salah satu atom memiliki pasangan elektron bebas
- Atom yang lainnya memiliki orbital kosong
- Susunan ikatan kovalen koordinat sepintas mirip
dengan ikatan ion, namun kedua ikatan ini berbeda oleh karena beda
keelektronegatifan yang kecil pada ikatan kovalen koordinat sehingga
menghasilkan ikatan yang cenderung mirip kovalen
d. Ikatan logam
Ikatan logam merupakan salah satu ciri khusus
dari logam, pada ikatan logam ini elektron tidak hanya menjadi milik satu atau
dua atom saja, melainkan menjadi milik dari semua atom yang ada dalam ikatan
logam tersebut. Elektron-elektron dapat terdelokalisasi sehingga dapat bergerak
bebas dalam awan elektron yang mengelilingi atom-atom logam. Akibat dari
elektron yang dapat bergerak bebas ini adalah sifat logam yang dapat
menghantarkan listrik dengan mudah. Ikatan logam ini hanya ditemui pada ikatan
yang seluruhnya terdiri dari atom unsur-unsur logam semata. Sifat-sifat umum sebagai berikut:
- Penghantar listrik dan panas yang baik
- Keras, mudah ditempa dan ditarik
- Titik lebur dan titik didih tinggi
- Mengkristal dengan bilangan koordinasi tinggi, yaitu 12 atau 14 Sifat-sifat diatas
tidak dapat dijelaskan dengan ikatan ion atau kovalen, hingga ikatan yang
khusus, yang disebut ikatan logam
2. Ikatan Antara Molekul
a. Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen
merupakan gaya tarik menarik antara atom H dengan atom lain yang mempunyai
keelektronegatifan besar pada satu molekul dari senyawa yang sama. Ikatan
hidrogen merupakan ikatan yang paling kuat dibandingkan dengan ikatan antar
molekul lain, namun ikatan ini masih lebih lemah dibandingkan dengan ikatan
kovalen maupun ikatan ion.
Ikatan
hidrogen ini terjadi pada ikatan antara atom H dengan atom N, O, dan F yang
memiliki pasangan elektron bebas. Hidrogen dari molekul lain akan bereaksi
dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar
ikatan bervariasi. Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh beda
keelektronegatifan dari atom-atom penyusunnya. Semakin besar perbedaannya
semakin besar pula ikatan hidrogen yang dibentuknya
Kekuatan
ikatan hidrogen ini akan mempengaruhi titik didih dari senyawa tersebut.
Semakin besar perbedaan keelektronegatifannya maka akan semakin besar titik
didih dari senyawa tersebut. Namun, terdapat pengecualian untuk H2O yang
memiliki dua ikatan hidrogen tiap molekulnya. Akibatnya, titik didihnya paling
besar dibanding senyawa dengan ikatan hidrogen lain, bahkan lebih tinggi dari
HF yang memiliki beda keelektronegatifan terbesar.
b. Ikatan Van Der Walls
Gaya Van Der
Walls dahulu dipakai untuk menunjukan semua jenis gaya tarik menarik antar
molekul. Namun kini merujuk pada gaya-gaya yang timbul dari polarisasi molekul
menjadi dipol seketika. Ikatan ini merupakan jenis ikatan antar molekul yang
terlemah, namun sering dijumpai diantara semua zat kimia terutama gas. Pada
saat tertentu, molekul-molekul dapat berada dalam fase dipol seketika ketika
salah satu muatan negatif berada di sisi tertentu. Dalam keadaan dipol ini,
molekul dapat menarik atau menolak elektron lain dan menyebabkan atom lain
menjadi dipol. Gaya tarik menarik yang muncul sesaat ini merupakan gaya Van der
Walls.
Gaya tarik
Van Der Walls, tersusun dari beberapa gaya tarik antar molekul. Gaya-gaya
tersebut ialah: gaya orientasi (dalam Kiesom, 1912), gaya induksi ( dalam
Debey, 1920), dan gaya dispersi (dalam London, 1930). Bila molekul-molekul yang
membentuuk kristal molekuler mempunyai momen dipol, seperti molekul HCl, H2O,
dan NH3, maka akan terjadi gaya tarik dipol-dipol, apabila molekul-molekul
mempunyi orientasi yang tepat. Gaya yang timbul dusebut gaya orientasi.
Gaya tarik molekul atau
atom non polar dengan molekul polar cukup besar karena adanya induksi kepada
molekul atau atom yang non polar. Gaya tarik yang terjadi disebut gaya induksi.
Faktor
Geometri
1. Jari-jari atomik dan
ionik
➯Jari-jari logam secara eksperimen
mendifinisikan separuh jarak atom logam antara dua atom yang sama terikat
secara bersama oleh ikatan kovalen
➯Jari-jari kovalen secara eksperimen merupakan
separuh jarak antar inti atom
➯Jari-jari Ionik berkaitan dengan jarak antara 2
inti yang terhubung oleh ikatan eletrostatik antara kation dan anion
masing-masing unsur
2. Entalpi kisi
Ketika ion-ion dalam keadaan gas bereaksi satu dengan yang
lainnya membentuk senyawa kemudian melepaskan entalpi atau mengubah nilai
entalpi, itulah yang disebut entalpi kisi. Sebagai contoh adalah pembentukan
NaCl yang biasanya melepaskan kalor ke lingkungan:
Na+ (g) + Cl - (g) ⇌ NaCl (s)
3. Tetapan madelung
Energi Potensial Coulomb total antar ion dalam senyawa ionik
yang terdiri atas ion A dan ion B adalah penjumlahan eneri potensial Coulomb
interaksi ion individual. Karena lokasi
ion-ion dalam kristal ditentukan oleh tipe struktur potensial Coulomb total
antar ion dihitung dengan menentukan jarak antar ion d. A adalah Tetapan Madelung
yang khas untuk tiap kristal. Interaksi elektrostatik antara ion-ion yang
bersentuhan merupakan yang terkuat dan tetapan Madelung juga akan meningkat
dengan semakin besarnya bilangan koordinasi.
4. Struktur Kristal logam dan ionik
Struktur kristal logam Kebanyakan bahan logam mempunyai tiga
struktur kristal:
➤kubus berpusat muka (face-centered cubic).
Gambar 2a menunjukkan model bola pejal sel satuan FCC,
Gbr 2b: pusat-pusat atom digambarkan dengan bola padat kecil
Sel satuan FCC yang berulang dalam padatan kristalin sama seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.
Struktur FCC mempunyai sebuah atom pada pusat semua sisi kubus dan sebuah atom pada setiap titik sudut kubus. Beberapa logam yang memiliki struktur kristal FCC yaitu tembaga, aluminium, perak, dan emas (lihat Tabel 1).
Sel satuan FCC mempunyai empat (4) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan-atom pada delapan titik sudutnya plus enam setengah-atom pada enam sisi kubusnya (8 1/8 + 6 1/2).
Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal sisi. Hubungan panjang sisi kristal FCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, ditunjukkan oleh persamaan berikut:
Tiap atom dalam sel satuan FCC ini dikelilingi oleh duabelas (12) atom tetangga, hal ini berlaku untuk setiap atom, baik yang terletak pada titk sudut maupun atom dipusat sel satuan (lihat Gambar 2a). Jumah atom tetangga yang mengelilingi setiap atom dalam struktur kristal FCC yang nilainya sama untuk setiap atom disebut dengan bilangan koordinasi (coordination number). Bilangan koordinasi struktur FCC adalah 12. Faktor tumpukan atom (atomic packing factor, APF) adalah fraksi volum dari sel satuan yang ditempati oleh bola-bola padat, seperti ditunjukkan oleh persamaan berikut:
➤kubus berpusat badan (body-centered cubic)
Struktur kristal kubus berpusat badan (BCC): (a) gambaran model bola pejal sel satuan BCC, (b) Sel satuan BCC digambarkan dengan bola padat kecil, (c) Sel satuan BCC yang berulang dalam padatan kristalin.
- Logam–logam dengan struktur BCC mempunyai sebuah atom pada pusat kubus dan sebuah atom pada setiap titik sudut kubus
- Sel satuan BCC mempunyai dua (2) buah atom, yang diperoleh dari jumlah delapan seperdelapan atom pada delapan titik sudutnya plus satu atom pada pusat kubus (8 1/8 + 1).
- Atom-atom atau inti ion bersentuhan satu sama lain sepanjang diagonal ruang. Hubungan panjang sisi kristal BCC, a, dengan jari-jari atomnya, R, diberikan sebagai berikut:
Tiap atom dalam sel satuan BCC ini dikelilingi oleh delapan (8) atom tetangga (lihat Gambar 3a), sebagai akibatnya bilangan koordinasi struktur BCC adalah 8.Karena struktur BCC mempunyai bilangan koordinasi lebih kecil dibandingkan dengan bilangan koordinasi FCC, maka faktor tumpukan atom struktur BCC, yang bernilai 0.68, adalah juga lebih kecil dibandingkan dengan faktor tumpukan atom FCC.
➤heksagonal tumpukan padat (hexagonal close-packed)
Gambar Struktur kristal heksagonal tumpukan padat (HCP): (a) sel satuan HCP digambarkan dengan bola padat kecil, (b) sel satuan HCP yang berulang dalam padatan kristalin.
- Ciri khas logam–logam dengan struktur HCP adalah setiap atom dalam lapisan tertentu terletak tepat diatas atau dibawah sela antara tiga atom pada lapisan berikutnya
- Sel satuan HCP mempunyai enam (6) buah atom, yang diperoleh dari jumlah dua-belas seperenam-atom pada dua belas titik sudut lapisan atas dan bawah plus dua setengah-atom pada pusat lapisan atas dan bawah plus tiga atom pada lapisan sela/tengah (12 1/6 + 2 1/2 + 3).
- Jika a dan c merupakan dimensi sel satuan yang panjang dan pendek (lihat Gambar 4), maka rasio c/a umumnya adalah 1.633. Akan tetapi, untuk beberapa logam HCP, nilai rasio ini berubah dari nilai idealnya.
- Bilangan koordinasi struktur HCP dan faktor tumpukannya sama dengan struktur FCC, yaitu 12 untuk bilangan koordinasi dan 0.74 untuk faktor tumpukan.
➤kristal ionik
Struktur
dasar kristal ion adalah ion yang lebih besar (biasanya anion) membentuk
susunan terjejal dan ion yang lebih kecil (biasanya kation) masuk kedalam
lubang oktahedral atau tetrahedral di antara anion. Kristal anion
diklasifikasikan kedalam beberapa tipe struktur berdasarkan jenis kation dan
anion yang terlibat dan jari-jarinya ionnya.
1. Aturan Jari-Jari
Anion membentuk koordinasi polihedra disekeliling kation.
Jari jari rX adalah separuh sisi polihedral dan jarak kation di pusat
polihedral ke sudut polihedral merupakan jumlah jarijari kation dan anion rX +
rM . Jarak dari pusat ke sudut polihedral
: √3rX , √2rX, ½ √6rX
1. Variasi Ungkapan Struktur
Padatan
Banyak padatan anorganik memliki struktur
3-dimensi yang rumit. Senyawa anorganik yang rumit menggambarkan ikatan antar
atom. Walaupun terdapat ikatan antar anion, strukturnya akan disederhanakan
bila polihedra anion menggunakan dua sudut (muka atau sisi). Struktus ionik
dianggap struktur terjejal anion.
Faktor
Elektronik
1. Muatan Inti Efektif
Karena
muatan positif inti biasanya sedikit banyak dilawan oleh muatan negatif
elektron dalam (di
bawah
elektron valensi), muatan inti yang dirasakan oleh elektron valensi suatu atom
dengan
nomor
atom Z akan lebih kecil dari muatan inti, Ze. Penurunan ini diungkapkan
dengan konstanta perisai σ, dan muatan inti netto disebut dengan muatan
inti efektif, Zff
Muatan
inti efektif bervariasi mengikuti variasi orbital dan jarak dari inti.
2. Energi
Ionisasi
Energi
ionisasi didefinisikan sebagai energi minimum yang diperlukan untuk
mengeluarkan elektron dari atom dalam fasa gas (g), sebagaimana ditunjukkan
dalam persamaan berikut.
Energi
ionisasi diungkapkan dalam satuan elektron volt (eV), 1 eV = 96.49 kJ/mol.
Energi ionisasi pertama, yang mengeluarkan elektron terluar, merupakan energi
ionisasi terendah, dan energi ionisasi ke-2 dan ke-3, yang mengionisasi lebih
lanjut kation, meningkat dengan cepat. Entalpi ionisasi, yakni perubahan
entalpi standar proses ionisasi dan digunakan dalam perhitungan termodinamika,
adalah energi ionisasi yang ditambah dengan RT (R adalah tetapan gas 8.31451
J/Kmol dan T adalah temperatur, 2.479 kJ (0.026 eV), pada suhu kamar). Perbedaan kedua parameter ini kecil. Energi ionisasi pertama bervariasi secara
periodik dengan nomor atom dalam tabel periodik, dengan unsur di kiri bawah
tabel (cesium, Cs) memiliki energi ionisasi pertama yang terkecil dan unsur
yang terkanan dan teratas (helium, He) adalah yang terbesar. Dapat dipahami bahwa unsur alkali umumnya
memiliki energi ionisasi terendah sebab unsur-unsur ini akan terstabilkan
dengan pengeluaran satu elektron terluar untuk mencapai konfigurasi gas
mulia.Unsur-unsur gas mulia memiliki struktur elektronik yang stabil, dan
dengan demikian energi ionisasinya terbesar.
Walaupun energi ionisasi meningkat hampir secara monoton dari logam
alkali sampai gas mulia, ada penurunan di beberapa tempat, seperti antara
nitrogen N dan oksigen O, serta antara fosfor p
dan belerang S.
1. Afinitas
Elektron
Afinitas elektron
adalah negatif entalpi penangkapan elektron oleh atom dalam fasa gas,
sebagaimana ditunjukkan dalam persamaan berikut dan dilambangkan dengan A(=
-∆H). Afinitas elektron dapat dianggap entalpi ionisasi anion. Karena atom halogen mencapai konfigurasi
elektron gas mulia bila satu elektron ditambahkan, afinitas elektron halogen
bernilai besar.
1. Ke-Elektronegatifan
L. Pauling
mendefinisikan ke-elektrogenativan sebagai besaran kuantitatif karakter ionik
ikatan. Awalnya persamaan berikut
diusulkan untuk mendefinisikan karakter ionik ikatan antara A dan B.
D adalah
energi ikatan kovalen. Namun, kemudian
diamati ∆ tidak selalu positif, dan Pauling
memodifikasi
definisinya dengan:
dan
meredefinisikan karakter ionik ikatan A-B.
Lebih lanjut, ke-elektronegativan χ didefinisikan
dengan cara
agar perbedaan ke-elektronegativam atom A dan B sebanding dengan akar kuadrat
karakter
ion. Di sini, koefisien 0.208 ditentukan
agar kelektronegativan H 2.1 bila energi ikatan
dinyatakan
dalam satuan kkal/mol.
Karena
ke-elektronegativan Pauling meningkat dengan kenaikan bilangan oksidasi atom,
nilai-nilai
ini
berhubungan dengan bilangan oksidasi tertinggi masing-masing unsur. Kelektronegativan yang
dihitung
dengan nilai-nilai energi ikatan yang terbaru diberikan dalam Tabel.
A. L. Allred dan
E. G. Rochow mendefinisikan ke-elektronegativan sebagai medan listrik di
permukaan atom Zeff/r^2. Mereka menambahkan konstanta untuk membuat
keelektronegativan
mereka χ sedekat
mungkin dengan nilai Pauling dengan menggunakan r adalah jari-jari ikatan
kovalen atom.
Nampak hasilnya
adalah unsur-unsur dengan jari-jari kovalen yang kecil dan muatan inti efektif
yang besar
memiliki ke-elektronegativan yang besar. R. Mulliken mendefinisikan
keelektronegatifan χM sebagai rata-rata energi ionisasi I dan afinitas elektron
A sebagai berikut.
Karena energi
ionisasi adalah energi eksitasi elektronik dari HOMO dan afinitas elektron
adalah
energi
penambahan elektron ke LUMO, dalam definisi ini
keelektronegativan dapat juga disebut rata-rata tingkat energi HOMO dan
LUMO. Unsur-unsur yang sukar diionisasi
dan mudah
menarik elektron memiliki nilai ke-elektronegativan yang besar. Walaupun
keelektronegativan didefinisikan dengan keadaan valensi dalam molekul dan
memiliki dimensi
energi, hasil yang diperoleh dianggap bilangan tak
berdimensi.
Referensi :
1. http://jirinramadhan.blogspot.com/2015/04/faktor-elektronik-yang-menentukan.html
2. http://makalahkimiaanorganikkelompok.blogspot.com/
keterangan:
