Post on 13-Jan-2017
Ikatan KimiaBagian 2
Dr, Yuni K. Krisnandi
Ikatan Kimia
Bagian 2• Teori Ikatan Valensi• Teori Orbital Molekul
Elektro-Elektro-statikstatik ⊕⊕ quantumquantum
mekanikamekanika Model ikatan Model ikatan molekulermolekuler
Orbital atom dan Orbital atom dan hibridisasinya, hibridisasinya, orbital molekulorbital molekul
Struktur Struktur resonansiresonansi
Tinjauan klasik tentang Tinjauan klasik tentang atom gagal meramalkan atom gagal meramalkan sifat-sifat atom.sifat-sifat atom.
Mekanika kuantum berhasil Mekanika kuantum berhasil meramalkan semua sifat meramalkan semua sifat dari atom hidrogendari atom hidrogen
Kunci dari teori kuantum: materi mempunyai sifat gelombang
Interferensi dalam fenomena gelombang
Fase dari interaksi 2 orbital 1s dari atom H
In-phase
Out of phase
Dampak penting dari kuantum mekanikDampak penting dari kuantum mekanik
Lokasi elektron digambarkan oleh orbital atomLokasi elektron digambarkan oleh orbital atomSetiap orbital hanya dapat menampung 2 elektronSetiap orbital hanya dapat menampung 2 elektron(Pauli exclusion principle.)(Pauli exclusion principle.)
OrbOrbitital atom pada atom yang berbeda akan al atom pada atom yang berbeda akan bergabung menjadi orbital molekul, tetapi hanya bila bergabung menjadi orbital molekul, tetapi hanya bila simetri mereka sesuai.simetri mereka sesuai.
Setiap orbital memiliki energi tertentu dan elektron Setiap orbital memiliki energi tertentu dan elektron akan menempati orbital dengan energi paling rendah akan menempati orbital dengan energi paling rendah terlebih dahulu.terlebih dahulu.
good good σσ bond bondbad – wrong symmetry bad – wrong symmetry No bonding!No bonding!
Teori Ikatan ModernDua metode pendekatan untuk
menjelaskan ikatan antar atom:– Metode ikatan Valensi: Ikatan terbentuk
karena adanya overlaping orbital atom– Metode Orbital Molekul:
Bila atom atom membentuk molekul/ senyawa, orbital-orbitalnya bergabung dan membentuk orbital baru – (orbital molekul)
Valence bond theory (VBT): pendekatan kuantum mekanik terlokalisasi untuk menjelaskan ikatan dalam molekul. VBT memberikan perhitungan matematis bagi penggambaran Lewis dari pasangan elekton membentuk ikatan antara atom-atom.VBT menyatakan bahwa ps. elektron menempati orbital yg diarahkan terlokalisasi pada atom tertentu. Arah dari orbital ditentukan oleh geometri di sekitar atom yang diperoleh dari perkiraan dengan teori VSEPRPada VBT, ikatan akan terbentuk bila terjadi tumpangsuh (overlap) dari orbital yg cocok dari dua atom, dan orbital-orbital tsb ditempati oleh 2 elektron secara maximum
Ikatan σ: simetri pada sumbu internuklir
Ikatan π : memiliki ‘node’ pada sumbu internuklir dan tanda ‘lobe’ melewati sumbu
Teori Ikatan Valensi (VBT)
Menurut teori ini, ikatan H-H terbentuk dari overlaping (tumpangsuh) orbital 1s dari masing masing atom
Metode Ikatan Valensi
HA 1s1 HB 1s1
φA (1)
Ψ1 = φA(1) φB(2)
VBT menganggap interaksi antara 2 atom yg terpisah ketika mereka disatukan untuk membentuk molekul.
φB (2)
Fungsi gelombang pada atom B
elektron
Ψ2 = φA(2) φB(1)
Ψ+ = N (Ψ1 + Ψ2) (bonding, H-H)
Ψ- = N (Ψ1 - Ψ2) (anti-bonding)
Mekanika kuantum mengharuskan elektron dapat dipertukarkan sehinga kita harus menggunakan kombinasi linier dari Ψ1 dan Ψ2.
Ψ3 = φA(1) φA(2) (ionic H- H+)
Ψ4 = φB(1) φB(2) (ionic H+ H-)
Ψmolecule = N [Ψ1 + Ψ2] + (C [Ψ3 + Ψ4])
Ψmolecule = N [Ψcovalent + (C Ψionic)]
N is a normalizing coefficientC is a coefficient related to the amount of ionic character
Penerapan teori ikatan valensi pada ikatan H2
HA 1s1 HB 1s1
φA α φB β
Ini memberikan ikatan σ 1s-1s di antara kedua atom H
Untuk ikatan valensi, kita abaikan kombinasi anti-bonding dan sumbangan dari ion-ion.
F2s 2p
F2s 2p
2pz 2pz
Z axis
Ini memberikan ikatan σ di antara 2 atom F.
Penerapan teori ikatan valensi pada ikatan dalam H2 dan F2
Diagram untuk H2
Ini memberikan ikatan σ 2p-2p di antara dua atom O.
O2s 2p
O2s 2p
2pz 2pz
Z axis
Z axis
2py 2py
Ini memberikan ikatan π 2p-2p di antara 2 atom O. Pada VBT, ikatan π diperkirakan lebih lemah daripada ikatan σ karena terjadi hanya sedikit. overlap
(the choice of 2py is arbitrary)
O OLewis structure
Double bond: σ bond + π bondTriple bond: σ bond + 2 π bond
Penerapan teori ikatan valensi pada ikatan dalam O2
Ikatan Valensi Untuk H2O• Konfigurasi elektron valensi
– O = 2s2 2px2 2py
12pz1
– H = 1s1
• 2 elektron tidak berpasangan di orbital 2p pada O dapat berpasangan dengan elektron pada orbital 1s dari H, dan setiap kombinasi membentuk ikatan σ
• Karena 2py dan 2pz saling tegak lurus (90o), ikatan σ tsb memiliki sudut 90o satu dgn lain prediksi: H2O berbentuk anguler. TAPI sudut ikatan dalam H2O sebenarnya adalah 104.5o
90oMENGAPA????
VB untuk Amoniak (NH3)• N = 2s2 2px
1 2py12pz
1
• H = 1s1
• 3 ikatan sigma• sudut antara N-H
– Teoritis = 90o
– Terukur = 107o
• MENGAPA???90o
Karbon• konfigurasi elektron terluar: 2s2 2px1 2py1
• HANYA bisa membentuk 2 ikatan sigma
• konfigurasi elektron valensinya nampak menunjukkan: bahwa karbon hanya membentuk 2 ikatan sejenis dengan sudut tegak lurus, – bukan sudut tetrahedral
• Kenyataannya, karbon membentuk 4 ikatan yang sejenis : CH4, CH2Cl2, CCl4
Problem dlm menghitung geometri sebenarnya dan arah dari orbital diatasi dengan menggunakan konsep hibridisasi orbital. Orbital hibridisasi adalah campuran dari orbital atom dan dihitung secara matematika sebagai kombinasi linier dari orbital atom s, p dan d yang tepat
Linear sp hybrid orbitals
A 2s orbital superimposed on a 2px orbital Ψ 1
12
12
= +φ φs p
Ψ 212
12
= −φ φs p
The two resultant sp hybrid orbitals that are
directed along the X-axis (in this case)
The 1/√2 are normalization coefficients.
Hibridisasi
KOMBINASI ORBITAL MEMBENTUK HYBRIDA
HIBRIDISASI :
Kombinasi dua atau lebih orbital atom “ASLI” “native” pada suatu atom menghasilkan orbital “HIBRIDA”
ATURAN: Jumlah orbital atom yang berkombinasi harus sama dengan jumlah orbital hibrida yang terbentuk.
Semua orbital hibrida yang terbentuk adalah sama.
Untuk menjelaskan mengapa karbon membentuk 4 ikatan yng identik, diasumsikan bahwa orbital aslinya akan bergabung/bercampur/ terhibridisasi
Tidak terhibridisasi Terhibridisasi
Hibridisasi sp3
Untuk kasus karbon dengan 4 ikatan tunggal, maka semua orbital terhibridisasi
membentuk orbital hibrida
Hibridisasi sp3
Ikatan-σ:dibentuk oleh setiap ujung tumpangsuh
Molekul dapat berotasi sekitar sudut ikatan
Etana, CH3CH3
Rotasi ikatan tunggal
Rotasi ikatan tunggal
Etana, CH3-CH3
Hibrididasi ini terbentuk dari kombinasi satu orbital s dan 2 orbital p. Satu orbital p tersisa
Tidak terhibridisasi Terhibridisasi
Hibridisasi orbital sp2
Orbital p yang tidak terhibridisasi dapat bertumpangsuh (overlap), menghasilkan ikatan ke dua , ikatan π
Ikatan-π: tumpangsuh kesamping, terjadi pada bidang atas dan bawah dari molekul
Sebagian molekul tidak lagi dapat berotasi.
Hibridisasi orbital sp2
ETENA
Ikatan pada Etena
Ikatan pada etena
Pembentukan ikatan rangkap 3:
membutuhkan dua buah orbital p yang tidak terhibridisasi
Tidak terhibridisasi Terhibridisasi
Hibridisasi orbital sp
Dua buah orbital p membentuk 2 ikatan-π
Hibridisasi orbital sp
ETUNA
Ikatan pada Etuna
Ikatan-π
Ikatan-σ
Ikatan pada Etuna
Model molekul NH3 dengan orbital
hibridisasi
Hibridisasi lainnya
Orbital d juga dapat terhibridiasi
Jenis Hibridisasi
Bentuk Geometri
Satu set orbital hibridisasi dsp3 pada atom fosfor
PCl5
KELEMAHAN DARI TEORI IKATAN VALENSI DAN PENDEKATAN LEWIS ?????• Ketidakmapuan menjelaskan kemampuan suatu atom
membentuk ikatan sejumlah elektron valensi– Diatasi dengan hibridisasi
• Pendekatan Lewis dan Teori ikatan valensi meramalkan bawa O2 bersifat diamagnetik –
this is wrong! • Karena pada kenyataannya O2 bersifat paramagnetik
JALAN KELUARNYA???????????
METODE ORBITAL MOLEKUL• Bila orbital atom berkombinasi membentuk
orbital molekul, maka secara matematis jumlah orbital molekul yang terbentuk harus sama dengan orbital atom yang berkombinasi
• Contoh: H2
– Dua orbital berkombinasi membentuk dua orbital molekul. Seluruh total energi orbital molekul yang baru setara dengan dua orbital 1s. Tetapi tingkat energinya berbeda.
MO yang dibentuk oleh DUA orbital 1s
Orbital Molekul
Ketika dua orbital atom bergabung, tiga tipe orbital molekul terbentuk:Orbital ikatan – σ atau πEnergi orbital ikatan lebih rendah dari orbital atom dan kerapatan elektron overlap
Orbital anti ikatan – σ* atau π*
Energi orbital anti ikatan lebih tinggi daripada orbital atom dan kerapatan elektron tidak overlap
Orbital non ikatan, nPasangan elektron tidak terlibat dalam berikatan
orbital molecular π.
Ikatan Ganda melibatkan Interaksi orbital-p, Terdapat di luar garis ikatan
p-π bondingMenyebar keseluruh molekul
p-π antibondingp-π non-bonding
Molekul diatomik homonuklir
• Molekul diatomik sederhana dimana kedua atom adalah unsur yang sama
• Diagram energi untuk molekul tipe ini mirip dengan diagram energi untuk H2
• Kita dapat membuat diagram energi untuk berbagai jenis molekul atau kemungkinan molekul bila mereka berikatan dan bagaimana bentuk ikatannya.
Diagram tingkat energiH2
+, H2, H2-
H2+
H2
H2-
Ikatan pada Orbital Molekular• Untuk membentuk molekul yang stabil maka
elektron di dalam orbital ikatan harus lebih banyak dibandingkan di dalam orbital anti-ikatan
• Ikatan yang terbentuk akan berada pada energi yang lebih rendah, sehingga menjadi lebih stabil
• Orbital ikatan dan anti-ikatan untuk ikatan-σ dan ikatan-π harus dipertimbangkan
• Perhatikan diagram MO untuk Ne2 berikut ini:
Diagram MO untuk Ne2• Setiap atom neon memiliki 8 elektron
([He]2s22p6), sehingga total elektron 16• Ke 16 elektron tersebut didistribusikan ke dalam
orbital molekul (MO)• Ingat persyaratan pengisian elektron. Elektron
berpasangan terlebih dahulu mengisi energi orbital yang lebih rendah, sebelum mengisi orbital yang energinya lebih tinggi
• Ne2 akan terbentuk bila elektron ikatan lebih banyak dari elektron anti-ikatan
• nOrde ikatan = Σ e ikatan - Σ anti ikatan2
OM dari Ne2
Orde ikatan = 8 - 8
2= 0
Tidak terjadiikatan!!
OM dari F2
Orde ikatan = 8 - 6
2= 1
TerjadiIkatan tunggal!!
OM dari O2
Orde ikatan = 8 - 4
2= 2
TerjadiIkatan rangkap 2
2 elektron tidak berpasangan O2 paramagnetik
Interaksi σs dan σp
σp
σp*
σs*
σs
Orde ikatan = 8 - 2
2= 3
TerjadiIkatan rangkap 3
MO untuk N2
MO untuk C2
Orde ikatan = 6 - 2
2= 2
TerjadiIkatan rangkap 2
tabel
kurva
2s
σ2s*
2s
σ2s
E
2p
σ2p*
2pσ2p
π2p
π2p*
2s
σ2s*
2s
σ2s
σ2p*
2pσ2p
π2p
π2p*
2p
σ2p*π2p*
σ2p ATAU π2p
π2p ATAU σ2p
σ2s*σ2s
Magnetisme
Order Ikatan
Energi Ikatan. (kJ/mol)
Panjang Ikatan (pm)
Molekul Diatomik Baris ke 2
B2
Para-
1
290
159
C2
Dia-
2
620
131
N2
Dia-
3
942
110
O2
Para-
2
495
121
F2
Dia-
1
154
143
E
NOTE SWITCH OF LABELS
Molekul Diatomik Heteronuklir• Diagram Orbital Molekul: menjadi lebih
kompleks (rumit) bila ikatan antar 2 atom non-identik dipertimbangkan
• Tingkat energi atomik tidak sama dan terdapat perbedaan jumlah elektron
Molekul heterodiatomik
Overlap 2 orbital dari atom yg berbeda
1. Keelektronegatifan mirip
2. Kelektronegatifan berbeda
3. Kelektro-negatifan jauh berbeda : ionik
MO untuk HF
HFH = 1s1
F = [He]2s22p5
E 1s H >> 2s F ~ tidak ada interaksi
TAPI berdasarkan simetri dan perbedaan energi yg lebih kecil,1s H interaksi dengan 2 pz F orbital bonding dan antibonding
Secara simetri 2px, 2py dari F tidak dapat berinteraksi dgn 1s H orbital nonbonding
Orde ikatan 1 Elektron non-bonding dari F sangat dominan, Menunjukkan muatan parsial negatif berada di F
MO untuk CO∴ Ada 10 elektron valensiMengikuti pola pada N2 karena
memiliki 10 e-
CO, N2, CN- isoelektronikσ3 ps e- bebas dr Cσ2 ps e- bebas dr Oσ1 ikatan σ C-Oπ* unoccupiedσ3 yang terisi (HOMO) dan π* yg kosong (LUMO) adalah
pentingkarena terlibat dalam ikatan
dengan berbagai orbital logam transisi
HOMO
LUMO
C = [He] 2s2 2p2; O = [He] 2s2 2p4
HOMO = Highest Occupied Molecular OrbitalLUMO = Lowest Unoccupied Molecular Orbital
Molekul Poliatomik – H2O
Delokalisasi Elektron• Diagram MO untuk spesi poly-atom sering
disederhanakan dengan assumsi bahwa semua orbital-σ dan beberapa orbital -π terlokalisasi dipakai bersama antar atom yang spesifik/tertentu.
• Struktur resonansi membutuhkan bahwa elektron dalam beberapa orbital -π digambarkan sebagai ter-delokalisasi
• Delokalisasi:-bebas bergerak disekitar tiga atau lebih atom
Delokalisasi elektron
Benzene adalah contoh delokalisasi elektronDiketahui bahwa ikatan antar karbon mempunyai order 1,5., dan semua ikatannya setara
Benzena – molekul Aromatik
Sistem Pi Untuk Benzena
LATIHAN SOAL1. Jelaskan orbital atom dengan simetri seperti apa yang
dapat membentuk ikatan ketika 2 atom bergabung? gambarkan!
2. Berikan contoh keterbatasan dari teori ikatan valensi!3. Gambarkan ikatan pada CO2 berdasarkan ikatan dengan
model hibridisasi!4. Gambarkan diagram tingkat energi untuk spesi O2
+, O2-
dan O22-. Setelah itu tentukan orde ikatan dari masing-
masing spesi.5. Gambarkan orbital molekul dari CN- (spesi ini
isoelektronik dengan N2). Tunjukanlah pada orbital mana terletak HOMO dan LUMO, jika ada
6. Gambarkan OM untuk benzena.