ATOM DAN MOLEKUL

ATOM DAN MOLEKUL Struktur Elektron dari Atom

Unsur-unsur penting dalam kimia organik; C, H, O, dan N

Setiap kulit elektron berhubungan dengan sejumlah energi tertentu

Elektron yang dekat ke inti lebih tertarik oleh proton dalam inti ...... energinya semakin rendah.... berada pada tingkat energi pertama

Elektron dalam kulit kedua.....tingkat energi kedua.....energi yang lebih tinggi daripada elektron dalam tingkat pertama.

Orbital Atom

Posisi relatif sebuah elektron terhadap inti atom sulit ditentukan, dapat digambarkan posisi yang paling mungkin dengan teori kuantum

Tiap kulit elektron suatu atom dibagi menjadi orbital atom (atomic orbital); orbital atom adalah bagian dari ruang di mana kebolehjadian menemukan elektron tertinggi (90-95%)

Rapat elektron (electron density) menggambarkan kebolehjadian ditemukannya elektron pada titik tertentu

Rapat elektron dalam orbital 1s dan 2s sebagai fungsi jarak dari inti

Kurva rapat elektron-jarak untuk orbital 2s mengungkapkan dua daerah dengan rapat elektron tinggi yang terpisah oleh titik nol

Titik nol ini disebut simpul (node), dan menyatakan daerah dalam ruang yang kebolehjadian menemukan sebuah elektron sangat kecil

Semua orbital kecuali orbital 1s mempunyai simpul.

Tingkat energi kedua mengandung tiga orbital atom 2p

Orbital 2p ada pada jarak sedikit agak jauh dari inti daripada orbital 2s dan mempunyai energi lebih besar

Orbital p berbentuk seperti halter; setiap orbital p mempunyai dua cuping yang terpisah oleh simpul (nodal plane) pada inti

Bola (suatu orbital s) adalah tidak berarah; artinya tampak sama bila dipandang dari setiap arah

Orbital p mempunyai orientasi sekeliling inti. Ketiga orbital 2p terdapat pada sudut yang saling tegak lurus, orbital p yang saling tegak lurus kadang-kadang ditandai sebagai px, py, dan pz. Karena ketiga orbital 2p ekuivalen dalam bentuk dan dalam jarak dari inti, mereka mempunyai energi yang sama

Orbital yang mempunyai energi yang sama, seperti orbital 2p, disebut terdegenerasi (degenerate)

Kulit elektron ketiga mengandung satu orbital 3s, tiga orbital 3p, dan juga 5 orbital 3d

Jumlah orbital atom pada setiap tingkat energi pertama diringkaskan pada tabel berikut

Pengisian Orbital

Elektron mempunyai spin, yang dapat berputar menurut arah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam (+1/2 atau 1/2)

Spin dari partikel bermuatan, menimbulkan medan magnet kecil (momen magnet) dan dua elektron dengan spin berlawanan mempunyai momen magnet berlawanan, dengan demikian setiap orbital dapat mempunyai maksimum dua elektron, tetapi elektron-elektron tersebut harus berlawanan spin

Jumlah elektron maksimum pada tiga tingkat energi berturut-turut adalah 2, 8, dan 18 elektron

Prinsip Aufbau

Orbital terisi oleh elektron sedemikian rupa sehingga orbital yang berenergi terendah terisi lebih dulu

Suatu pemerian mengenai struktur elektron dari unsur disebut konfigurasi elektron

Aturan Hund, dalam pengisian orbital atom, pemasangan dua elektron dalam orbital terdegenerasi tidak terjadi, sebelum masing-masing orbital terdegenerasi mengandung satu elektron

Atom karbon mempunyai konfigurasi elektron 1s2 2s2 2px1 2py1.

Jari-jari Atom

Jarak dari pusat inti ke elektron paling luar

Jari-jari atom disebut dengan jari-jari kovalen. Nilai jari-jari atom biasanya diberikan dalam Angstrom (Ao), 1 Ao=10-8cm.

Faktor yang paling berpengaruh penting adalah jumlah proton dalam inti dan jumlah kulit yang mengandung elektron

Inti dengan jumlah proton yang lebih besar mempunyai tarikan yang lebih besar terhadap elektron-elektronnya, termasuk elektron paling luar Bila kita bergerak dari atas ke bawah dalam satu golongan dalam sistem berkala, jumlah kulit elektron bertambah dan karenanya, jari-jari atom bertambah juga.

Keelektronegatifan

Ukuran kemampuan atom untuk menarik elektron luarnya, atau elektron valensi

Makin besar jumlah proton berarti makin besar muatan inti positif, dan dengan demikian tarikan untuk elektron ikatan bertambah

Oleh karena itu keelektronegatifan bertambah dari kiri ke kanan untuk periode tertentu dalam sistem berkala

Skala Pauling adalah skala numerik dari keelektronegatifan, skala ini diturunkan dari perhitungan energi ikatan untuk berbagai unsur yang terikat oleh ikatan kovalen.

Keelektronegatifan dari beberapa unsur (skala Pauling)

Pengantar Ikatan Kimia

G. N.Lewis dan W. Kossel mengemukakan teori sebagai berikut:Ikatan ion dihasilkan dari perpindahan elektron dari satu atom ke atom yang lain.

Ikatan kovalen dihasilkan dari penggunaan bersama-sama sepasang elektron oleh dua atom.

Atom memindahkan atau membuat pasangan elektron untuk mencapai konfigurasi elektron gas mulia.

Konfigurasi ini biasanya adalah delapan elektron dalam kulit terluar, sesuai dengan konfigurasi elektron dari neon dan argon. Teori ini disebut Aturan Oktet.

Atom yang kehilangan elektron menjadi ion positif (kation)

Atom yang mendapat elektron menjadi ion negatif (anion)

Ikatan ion terjadi dari tarikan elektrostatik antara ion-ion yang berlawanan muatan. Pemindahan elektron dapat digambarkan dengan titik untuk elektron valaensi.

Ikatan kovalen

Terbentuk oleh penggunaan bersama sepasang elektron antara dua atom

Elektron yang saling digunakan dihasilkan dari penggabungan orbital atom menjadi orbital yang saling digunakan, yang disebut orbital molekul

Rumus Lewis atau struktur Lewis yang menyatakan ikatan kovalen dinyatakan dengan titik-titik.

Muatan formal

Menggambarkan struktur Lewis dengan memberikan muatan elektrostatik disebut muatan formal

Dalam asam nitrat, atau molekul apa saja lainnya yang secara listrik netral, muatan formal harus saling meniadakan, atau berjumlah nol Untuk menentukan muatan formal dapat digunakan persamaan berikut:

Muatan formal = (banyaknya e- valensi dalam sebuah atom netral) - (banyaknya e- terbagi) - (banyaknya e- valensi menyendiri)

Rumus Kimia dalam Kimia Organik

Rumus empirikmenggambarkan jenis atom dan perbandingan atom dalam suatu molekul. Etana (C2H6) mempunyai rumus empirik CH3

Rumus molekulmenggambarkan jumlah atom yang nyata dalam molekul. Etana mempunyai rumus molekul C2H6.

Rumus strukturmenunjukkan struktur dari molekul yaitu muatan dari kaitan atom-atomnya. Untuk dapat menerangkan atau meramalkan kereaktifan kimia, perlu diketahui struktur dari molekul, karena itu rumus struktur adalah yang paling berguna dari berbagai jenis rumus.

Rumus Struktur

Rumus Lewis adalah salah satu jenis rumus struktur

Rumus dengan garis-garis untuk ikatan disebut rumus ikatan-valensi atau rumus garis

Rumus Struktur termampatkan

Rumus struktur lengkap sering dimampatkan menjadi rumus yang lebih pendek dan sederhana

Ikatan tak selalu ditunjukkan, dan atom yang sama jenisnya yang terikat satu dengan yang lain, digolongkan menjadi satu

Senyawa siklik dan rumus poligon

Atom karbon dapat disatukan menurut cincin satu atau lebih disebut senyawa siklik

Struktur siklik biasanya dinyatakan oleh rumus poligon (segi banyak), yang merupakan jenis lain dari rumus termampatkan

Panjang Ikatan dan Sudut Ikatan

Jarak yang memisahkan inti dari dua atom yang terikat kovalen disebut panjang ikatan (bond length)

Panjang ikatan kovalen, yang dapat ditentukan secara eksperimental, mempunyai harga 0,74 Ao sampai 2 Ao

Bila ada lebih dari dua atom dalam molekul, ikatan membentuk sudut, yang disebut sudut ikatan (bond angles), besar sudut ikatan 60o sampai 180o

Kebanyakan struktur organik mengandung lebih dari tiga atom, dan lebih bersifat berdimensi tiga daripada berdimensi dua

Ikatan garis (-) menyatakan ikatan pada bidang kertas. Garis padat (-) menyatakan suatu ikatan yang ke luar dari pada kertas menuju pengamat

Garis yang putus-putus (----) menyatakan ikatan yang menunjukkan ke belakang kertas.

Energi Disosiasi Ikatan

Pemaksapisahan heterolitik (heterolytic cleavage), pembelahan suatu atom yang akan menghasilkan sepasang ion

Pemaksapisahan homolitik (homolytic cleavage), pembelahan suatu atom yang akan menghasilkan atom atau gugus atom yang mempunyai elektron tak berpasangan

Ikatan Kovalen Nonpolar

Atom dengan keelektronegatifan yang sama atau hampir sama membentuk ikatan kovalen, dan menerapkan tarikan yang sama atau hampir sama terhadap elektron ikatan.

Jenis ikatan kovalen ini disebut ikatan kovalen nonpolar. Dalam molekul organik, ikatan karbon-karbon dan ikatan karbon-hidrogen adalah jenis ikatan nonpolar yang paling umum

Dalam senyawa kovalen seperti H2O, HCl, CH3OH, atau H2C=O, satu atom mempunyai keelektronegatifan yang relatif lebih besar dari yang lain, sehingga terbentuk ikatan kovalen polar, ikatan dengan distribusi rapat elektron yang tidak merata..Disamping keelektronegatifan, suatu faktor lain yang menentukan derajat kepolaran suatu ikatan adalah polarizabilitas (polarizability) atom-atom, yaitu kemampuan awan elektron untuk diubah bentuknya sehingga mengimbas kepolaran.

Ikatan kimia dapat dianggap sebagai suatu rangkaian kesatuan dari ikatan kovalen polar ke ikatan ion. Dalam rangkaian kesatuan ini dikatakan mengenai bertambahnya karakter ion dari ikatan

Distribusi elektron dalam molekul polar dapat dilambangkan oleh muatan parsial: d+ (positif parsial) dan d- (negatif parsial).

Cara lain Untuk menyatakan rapat elektron yang berbeda-beda dalam suatu molekul adalah dengan panah bersilang yang mengarah dari ujung molekul yang parsial positif ke ujung yang parsial negatif

Momen IkatanMomen ikatan, suatu ukuran kepolaran ikatan, dapat dihitung dari nilai gaya yang dialami oleh gaya tersebut.

Momen ikatan didefinisikan sebagai e x d, dengan e sebagai muatan (satuan elektrostatik) dan d adalah jarak antara muatan (dalam Ao), dalam satuan Debye (D).

Momen Dipol ()

Jumlah vektor dari momen ikatan dalam molekul. Karena adisi vektor menyangkut arah maupun besarnya momen ikatan, maka momen dipol adalah ukuran kepolaran molekul secara keseluruhan

Tarikan Antara MolekulAntaraksi dipol-dipol

Kecuali dalam gas yang terdispersi, molekul saling tarik-menarik (attraction) dan tolak-menolak (repulsion)

Tarikan dan tolakan ini terutama timbul dari antaraksi dipol-dipol; tarik-menarik antara muatan yang berlainan dan tolak menolak antara muatan yang sama

Molekul nonpolar saling ditarik oleh antaraksi dipol-dipol yang lemah yang disebut gaya London

Gaya London timbul dari dipol yang diinduksi dalam satu molekul oleh molekul yang lain

Antaraksi berbagai dipol-dipol (tarikan dan tolakan) secara kolektif disebut gaya van der Waals Jarak dimana gayanya terbesar disebut jari-jari van der Waals

Bila dua atom saling mendekat lebih dekat daripada jarak ini, timbul tolakan antara kedua inti dan antara kedua perangkat elektron Bila jarak antara kedua molekul menjadi lebih besar dari jari-jari van der Waals, gaya tarik antara kedua molekul berkurang

Ikatan Hidrogen

Ikatan yang terjadi antara hidrogen dengan unsur yang bersifat elektronegatif

Ikatan hidrogen dapat terbentuk antara dua senyawa yang berbeda, seperti antara CH3OH dan H2O atau antara CH3NH2 dan H2O.

Pengaruh ikatan hidrogen

Titik didih Senyawa yang berikatan hidrogen mempunyai titik didih yang lebih tinggi daripada yang dapat diramalkan dari pertimbangan berat molekul saja

Etanol dan dimetil eter mempunyai berat molekul yang sama, tetapi etanol memiliki titik didih yang lebih tinggi daripada dimetil eter, dikarenakan dapat terjadi ikatan hidrogen

Kelarutan

Kelarutan dari senyawa kovalen dalam air adalah sifat lain yang dipengaruhi oleh ikatan hidrogen

Suatu senyawa yang dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air cenderung untuk dapat lebih larut dalam air daripada senyawa yang tidak dapat membentuk ikatan hidrogen