Ikatan pi dan ikatan sigma
Download as DOCX, PDF27 likes99,792 views
Ikatan pi dan ikatan sigma
More Related Content
What's hot (20)
Similar to Ikatan pi dan ikatan sigma (20)
Recently uploaded (20)
Ikatan pi dan ikatan sigma
- 1. 1 IKATAN PI () DAN IKATAN SIGMA () Ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ikatan kovalen murni dan ikatan kovalen koordinasi. Pada ikatan kovalen murni, pasangan elektron ikatan berasal dari kedua atom yang berikatan, sedangkan pada ikatan kovalen koordinasi berasal dari salah satu atom yang berikatan. Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan, ikatan kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma () dan ikatan phi (). Ikatan sigma () terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan ikatan phi () terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros ikatan. Adanya perbedaan cara tumpang tindih orbital dalam pembentukan ikatan tersebut menyebabkan perbedaan kekuatan ikatan. Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi. A. Pengertian Ikatan Pi () dan Ikatan Sigma () Ikatan pi() Dalam kimia, ikatan pi (ikatan ) adalah ikatan kimia kovalen yang dua cuping orbital atom yang berlektron tunggal bertumpang tindih dengan dua cuping orbital atom lainnya yang juga berlektron tunggal. Hanya terdapat satu bidang simpul dari orbital yang melewati dua inti atom. Dua orbital-p yang membentuk ikatan-. Huruf Yunani berasal dari nama orbital p karena simetri orbital ikatan pi adalah sama dengan orbital p ketika dilihat dari sumbu ikatan. Orbital p biasanya terlibat dalam ikatan sejenis ini. Orbital d juga dianggap terlibat dalam ikatan pi, namun tidaklah seperlunya benar, walaupun konsep ikatan orbital d sesuai dengan hipervalensi. Ikatan pi biasanya lebih lemah dari ikatan sigma karena rapatan elektronnya lebih jauh dari inti atom yang bermuatan positif, sehingga memerlukan lebih banyak
- 2. 2 energi. Dari sudut pandang mekanika kuantum, kelemahan ikatan ini dijelaskan oleh ketumpangtindihan yang sangat sedikit di antara orbital p oleh karena orientasinya yang paralel. Walaupun ikatan pi lebih lemah dari ikatan sigma, ikatan pi seringkali merupakan komponen dari ikatan rangkap bersamaan dengan ikatan sigma. Kombinasi dari ikatan sigma dan pi lebih kuat dari ikatan pi dan sigma yang berdiri sendiri. Kekuatan ikatan yang bertambah dari ikatan rangkap diindikasikan oleh banyak pengamatan, namun yang paling menonjol adalah kontraksi panjang ikatan. Sebagai contoh, dalam kimia organik, panjang ikat karbon-karbon pada etana adalah 154 pm, etilena 133 pm, dan asetilena 120. Atas: Dua orbital-p yang paralel. Bawah: Ikatan pi terbentuk oleh pertumpangtindihan. Warna merah muda dan kelabu mewakili model bola dan batang dari fragmen molekul yang terdapat ikatan pi. Pemutusan ikatan pi ketika ikatan tersebut berotasi dikarenakan oleh orientasi paralel yang hilang.
- 3. 3 Dua orbital-s masih tumpang tindih ketika ikatan berotasi karena orientasinya masih sepanjang sumbu. Lingkaran mewakili orbital s. Elips mewakili ikatan sigma. Selain ikatan sigma, sebuah pasangan atom yang dihubungkan dengan ikatan rangkap dua memiliki satu ikatan pi dan ikatan rangkap tiga memiliki dua ikatan pi. Ikatan pi dihasilkan dari tumpang tindih orbital-orbital. Ikatan pi memiliki sifat yang lebih baur dari ikatan sigma. Elektron-elektron pada ikatan pi kadang kala dirujuk sebagai elektron pi. Fragmen molekul yang dihubungkan dengan ikatan pi tidak dapat diputar tanpa memutuskan ikatan pi tersebut, karena perputaran akan merusak orientasi paralel dari orbital-orbital p yang membentuk ikatan pi. Ikatan sigma Ikatan sigma () yaitu ikatan kovalen yang terbentuk akibat tumpang tindih orbital-orbital ujung ke ujung, dengan kerapatan elektron yang terkonsentrasi diantara inti atom yang berikatan. Dalam kimia, ikatan sigma (ikatan ) adalah sejenis ikatan kimia kovalen yang paling kuat. Ikatan sigma dapat dijelaskan dengan jelas untuk molekul diatomik menggunakan konsep grup simetri. Dalam pendekatan formal ini, ikatan adalah simetris terhadap rotasi di sumbu ikat. Dengan definisi ini, bentuk ikatan sigma yang umum adalah s+s, pz+pz, s+pz, dan dz 2+dz 2 (z ditentukan sebagai sumbu ikat). Teori kuantum juga mengatakan bahwa orbital molekul yang bersimetri sama akan bercampur. Konsekuensi dari percampuran molekul diatomik ini adalah fungsi gelombang orbital molekul s+s dan pz+pz menyatu. Ruang lingkup percampuran ini tergantung pada energi relatif dari orbital molekul yang bersimetri.
- 4. 4 Untuk molekul homodiatomik. orbital yang berikatan tidak memiliki bidang simpul di antara atom-atom yang berikatan. Antiikat atau orbital * ditentukan dengan keberadaan sebuah bidang simpul antara dua atom yang berikatan ini. Oleh karena ikatan sigma adalah jenis ikatan kovalen yang paling kuat, elektron-elektron dalam ikatan ini kadang-kadang dirujuk sebagai elektron sigma. Simbol adalah huruf Yunani untuk s. Ketika ikatan ini dilihat dari atas, orbital molekul mirip dengan orbital molekul atom s. Ikatan sigma dalam senyawa poliatomik Ikatan sigma ini didapatkan dari orbital-orbital atom yang tumpang tindih. Konsep ikatan sigma diperluas untuk menjelaskan interaksi ikatan yang melibatkan ketumpangtindihan cuping tunggal sebuah orbital dengan cuping tunggal lainnya. Sebagai contoh, propana dideskripsikan mengandung 10 ikatan sigma, masing-masing untuk dua ikatan C-C dan delapan ikatan C-H. Ikatan pada molekul poliatomik ini sangat ter-delokalisasi dan berlawanan dengan konsep dua orbital satu ikatan. Terlepas dari masalah ini, konsep ikatan sangatlah berguna, sehingga digunakan secara luas. Ikatan sigma dalam senyawa yang berikatan rangkap banyak Senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap, seperti etilena dan kromium(II) asetat memiliki ikatan sigma di antara ikatan rangkap tersebut. Ikatan sigma ini ditambahi dengan ikatan seperti pada etilena dan bahkan dengan ikatan delta seperti pada kasus kromium(II) asetat untuk membentuk ikatan rangkap.
- 5. 5 Tumpang tindih antara dua orbital s tidak kuat karena distribusi muatan yang berbentuk bola; pada umumnya ikatan s-s relative lemah. Orbital p dapat bertumpang tindih dengan orbital s atau orbital p lainnya dengan lebih efektif, karena orbita-orbital p lebih terkonsentrasi pada arah tertentu. Tumpang tindih antar orbital-orbital dapat menghasilkan ikatan sigma dan ikatan phi. ikatan sigma dapat terbentuk dari tumpang tindih orbital s-s, p-p, dan s-p. Elektron ikatan dalam ikatan sigma terletak di sekitar garis (khayal) yang menghubungkan inti kedua atom. Ikatan phi dihasilkan karena tumpang tindih dua orbital p yang berdekatan dan sejajar. Kekuatan ikatan sigma lebih besar daripada ikatan phi. orbital s-s membentuk ikatan sigma Orbital atom dan molekul elektron, memperlihatkan ikatan sigma dari dua orbital s dan sebuah ikatan sigma dari dua orbital p
- 6. 6 orbital p-p sejajar membentuk ikatan phi orbital s-p membentuk ikatan sigma orbital p-p membentuk ikatan sigma B. Teori Hibridisasi Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital atom yang memiliki energi hampir sama untuk menghasilkan satu kumpulan orbital yang sama sekali baru dari energi yang setara (orbital hibrid). Orbital atom yang energi sama hampir dimiliki atom atau ion yang sama dapat mengambil bagian dalam hibridisasi. Jumlah orbital hibrida yang terbentuk selalu sama dengan jumlah orbital atom yang mengambil bagian dalam hibridisasi. Orbital hibrid saling tolak dan cenderung terjauh terpisah. Orbital hibrida bentuk hanya ikatan sigma () dan ikatan pi () yang dibentuk oleh orbital unhibridisasi. Teori hibridisasi muncul karena teori ikatan kimia yang telah ada tidak mampu menjelaskan fakta yang menunjukkan bahwa keempat ikatan C H pada metana (CH4) mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama, padahal empat elektron valensi dari atom karbon memiliki tingkat energi yang berbeda. Dalam metana (CH4) yang merupakan senyawa hidrokarbon paling sederhana, keempat elektron dari empat atom H tidak begitu saja berikatan dengan empat elektron valensi karbon, tetapi sebelum itu ada suatu proses hibridisasi. Dalam proses hibridisasi, orbital 2s dan 2p dari karbon membentuk empat orbital hibrid sp3 yang memiliki tingkat energi yang sama, dimana sudut antara masingmasing orbital adalah 109,50. Hibridisasi juga terjadi pada atom karbon yang membentuk ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Pada ikatan
- 7. 7 rangkap dua, atom karbon memiliki hibridisasi sp2 dimana satu orbital 2s dan dua orbital 2p membentuk tiga orbital hibrid sp2, sementara satu orbital 2p yang sisa tidak mengalami hibridisasi. Hal yang sama juga terjadi pada senyawa karbon dengan ikatan rangkap tiga. Satu orbital 2p akan bergabung dengan orbital 2s membentuk orbital hibrid sp, dan dua orbital p yang sisa tidak mengalami hibridisasi. Orbital 2p yang tidak mengalami hibridisasi akan membentuk ikatan phi (), sementara orbital yang berhibridisasi membentuk ikatan sigma (). Sesuai dengan teori VSEPR (Valence Shell Electrone Pair Repulsion), atom karbon yang memiliki hibridisasi sp3 akan mempunyai bentuk tetrahedral, sementara karbon sp2 berbentuk segitiga datar, dan karbon sp berbentuk linier. Gambar. Mekanisme hibridisasi elektron atom karbon
- 8. 8 C. Hibridisasi Pada Senyawa Karbon Hibridisasi merupakan suatu perilaku atom untuk membentuk orbital-orbital hibrida yang memiliki tingkat energi yang sama yang berasal dari tingkat energi yang berbeda untuk digunakan berikatan. Pada senyawa karbon dikenal tiga jenis hibridisasi, pertama hibridisasi sp3, sp2, dan sp. 1. Hibridisasi sp3 (pada ikatan tunggal) Hibridisasi sp3 terjadi pada ikatan tunggal senyawa karbon, dinamakan hibridisasi sp3 karena atom C mengikat empat atom dan membentuk ikatan sigma, contohnya pada etana, c 2s 2p 2s 2ppromosi elektron hibridisasi orbital hibrida sp3 Pada etana, elektron 2s berhibridisasi dengan tiga elektron 2p membentuk orbital sp3 yang memiliki tingkat energi yang sama. Masing-masing orbital sp3 dari etana saling tumpang tindih membentuk ikatan sigma. Sehingga hibridisasi sp3 hanya terdiri dari satu ikatan sigma. Menurut teori mtakhir, keempat ikatan ekuivalen timbul dari hibridisasi lengkap keempat orbital atomnya(satu orbital 2s dan tiga orbital 2p), untuk memberikan empat orbital sp3 yang ekuivalen. Agar ini dapat terjadi, satu dari elektron 2s harus ditingkatkan ke orbital 2p yang kosong. Keempat orbital sp3 mempunyai energi sama- agak lebih tinggi daripada energi orbital 2s, tetapi agak kebih rendah daripada yang orbital 2p. Masing-masing orbital sp3 mengandung satu elektron untuk ikatan. E 2p 2p 2p 2p 2p2p 2s 2s empat sp 3 Orbital yang digunakan untuk ikatan e - ditingkatkan Orbital atomC (orbital non-ikatan 1s yang terisi tak ditunjukkan): Diagram di atas disebut 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. c H H H c H H H sigma bond Sp3 orbital Gambar 1. Pembentukan ikatantunggal
- 9. 9 Orbital sp3 , yang dihasilkan dari pencampuran orbital 2s dan 2p, berbentuk seperti bola bowling, yaitu ada cuping besar dan cuping kecil (dari amplitudo yang berlawanan) dengan simpul pada inti. 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 keluar dari inti karbon yang sama-artinya, keempat orbital menghadap pada ujung suatu tetrahedron biasa. Geometri ini memberikan sudut ikatan teridealisasi sebesar 109,5属. Suatu atom karbon sp3 sering disebut sebagai atom karbon tetrahedral, karena geometri dari ikatannya. Dalam metana, masing-masing orbital sp3 dari karbon bertumpang tindih dengan orbital 1s dari hidrogen. Masing-masing orbital molekul sebagai resultan sp3- s adalah simetrik sekeliling sumbu yang lewat inti karbon dan hidrogen. Ikatan kovalen a ntara C dan H dalam metana, seperti ikatan kovalen H-H, adalah ikatan sigma. 2. Hibridisasi sp2 (pada ikatan rangkap 2) Untuk membentuk orbital ikatan sp2, karbon menghibridisasi orbital 2s-nya hanya dengan dua orbital 2p-nya. Satu orbital p pada atom karbon tetap tak terhibridisasi. Karena tiga orbital atom digunakan untuk membentuk orbital sp2, maka dihasilkan tiga orbital hibrida sp2. Masing-masing orbital sp2 mempunyai bentuk yang sama seperti orbital sp3 dan mengandung satu elektron yang dapat digunakan untuk ikatan. E 2p 2p 2p 2p 2p 2p2p 2s tiga sp 2 2s Hibridisasi sp2 terjadi pada ikatan rangkap dua senyawa hidrokarbon, dimana dalam ikatannya terdapat satu ikatan sigma dan satu ikatan phi. Pada hibridisasi ini atom karbon hanya mampu mengikat tiga atom lain dan membentuk orbital sp2. c 2s 2p 2s 2ppromosi elektron hibridisasi orbital hibrida sp2 c H H sigma bond phi bond sp2 sp2 sp2 orbital c H H gambar 2. pembentukan ikatan
- 10. 10 Orbital sp2 pada etena saling tumpang tindih membentuk ikatan sigma, sedangkan orbital p yang tidak berhibridisasi membentuk ikatan phi. Kedua ikatan ini membentuk ikatan rangkap dua pada senyawa hidrokarbon. Dalam etilena (CH2 = CH2), dua karbon sp2 dapat digabung oleh ikatan sigma yang terbentuk karena tumpang tindih satu orbital sp2 dari masing-masing atom karbon. (ikatan sigma ini adalah salah satu ikata dari ikatan rangkap dua). Setiap atom karbon masih mempunyai dua orbital sp2 tersisa untuk ikatan dengan hidrogen. (setiap atom karbon juga mempunyai orbital p, yang tak ditunjukkan dalam struktur berikut ini). Struktur ikatan sigma planar dari etilena (orbital p tak ditunjukkan) : C H H 121 o 縁縁 C H H Setiap orbital p mengandung satu elektron. Bila elektron p ini menjadi berpasangan dalam orbital molekul ikatan, maka energi sistem akan turun. Karena orbital p berdampingan dalam molekul etilena, ujung orbital tak dapat saling tumpang tindih , seperti halnya dalam pembentukan ikatan sigma. Kedua orbital p ini kemudiapn tumpang tindih lewat sisinya. Hasil dari tumpang tindih sisi terhadap sisi ini ialah ikatan pi ()- suatu orbital molekul ikatan yang menggabungkan dua karbon dan terlokasi di atas dan di bawah bidang dari ikatan sigma. Ikatan pi adalah ikatan kedua dari ikatan rangkap dua. 3. Hibridisasi sp (pada ikatan rangkap 3) Hibridisasi sp terjadi pada senyawa karbon rangkap tiga, dimana dalam ikatannya terdapat satu ikatan sigma dan dua ikatan phi. Pada hibridisasi ini orbital 2s hanya bisa berhibridisasi dengan satu orbital 2p karena pada ikatan rangkap tiga atom C hanya mengikat ua atom lain. Dalam ikatan ini, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan sigma sp-sp dan orbital p yang tidak berhibridisasi membentuk ikatan phi. c 2s 2p 2s 2ppromosi elektron hibridisasi orbitalhibridasp phi bond sp2 ccH sigma bond Hsp sp sp orbital phi bond Gambar 3. Pembentukan ikatan rangkap 3
- 11. 11 Kedua orbital sp terletak sejauh mungkin, dalam garis lurus dengan sudut 180属 dianatara. Orbital p saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap garis orbital sp. Dalam CHCH, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan sigma sp-sp. Masing-masing karbon juga terikat terhadap atom hidrogen oleh ikatan sigma sp-s. Kedua orbital p dari satu karbon kemudian bertumpang tindih dengan kedua orbital p dari karbon lain untuk membentuk dua ikatan pi, satu ikatan pi ada di atas dan di bawah ikatan sigma seperti yang ditunjukkan pada gambar 3. Seperti dapat diramalkan, reaksi kimia suatu senyawa yang mengandung ikatan ganda tiga tak terlalu berbeda dari senyawa yang mengandung ikatan rangkap. Sebagai ganti satu ikatan pi, di sini ada dua. H C C H CH3 C C H H C N satu ikatan , dua ikatan pi D. Beberapa Hal Menarik dari Ikatan Pi Setiap orbital p yang mengkontribusi pada ikatan pi mempunyai dua cuping dan mempunyai simpul pada inti. Tidak seperti orbital sigma, orbital pi tak simetrik silindrik. Namun demikian, seperti setiap orbital molekul lain, orbital pi dapat memegang maksimum dua pasang elektron. Suatu orbital 2p dari karbon mempunyai energi agak lebih tinggi dari orbital sp2. Dengan alasan ini, suatu ikatan pi yang terbentuk dari dua orbital 2p, mempunyai energi agak lebih tinggi dan agak kurang stabil daripada ikatan sigma sp2-sp2. Energi disosiasi ikatan dari ikatan sigma suatu ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam etilena diperkirakan sebesar 95 kkal/mol, sedangkan ikatan pi diperkirakan hanya 68 kkal/mol. Elektron pi yang lebih tersingkap keluar lebih mudah dipengaruhi efek luar daripada elektron dalam ikatan sigma. Ikatan pi terpolarisasi lebih mudah - dapat dikatan bahwa elektron pi lebih mobil. Elektron pi lebih mudah ditingkatkan ke orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital anti ikatan). Juga mereka lebih mudah
- 12. 12 diserang oleh atom atau molekul luar. Apa arti sifat mudah diserang ini dari segi kimia senyawa berikatan pai? Dalam suatu molekul, ikatan pi merupakan kedudukan kereaktifan kimia. Sifat lain dari ikatan pi adalah bahwa geometrinya menyebabkan molekul mempunyai bentuk yang kaku. Untuk atom karbon agar dapat berotasi sekeliling ikatannya, ikatan pi harus dipecah dahulu. Dalam reaksi kimia, molekul dapat mempunyai cukup energi ( kira-kira 68 kkal/mol) untuk memecahkan ikatan ini. Namun dalam labu pada suhu kamar, molekul tidak mempunyai cukup energi agar pemecahan ikatan ini dapat terjadi (kira-kira hanya ada 20 kkal/mol energi maksimum yang tersedia bagi molekul pada suhu kamar). Dalam rumus struktur, ikatan rangkap dinyatakan oleh dua garis identik. Perhatikan bahwa ikatan rangkap bukan dua ikatan identik yang sederhana tetapi bahwa garis rangkap menggambarkan satu ikatan sigma yanag kuat dan satu ikatan pi yang lemah. C H H C H H C H H O Bagian dari molekul yang mengelilingi ikatan pi dipertahankan dalam struktur planar kecuali bila ada cukup energi yang diberikan untuk memecah ikatan pi.
- 13. 13 KESIMPULAN Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan, ikatan kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma () dan ikatan phi (). Ikatan sigma () terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan ikatan phi () terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros ikatan. Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi. Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital atom yang memiliki energi hampir sama untuk menghasilkan satu kumpulan orbital yang sama sekali baru dari energi yang setara (orbital hibrid). Orbital hibrid saling tolak dan cenderung terjauh terpisah. Orbital hibrida bentuk hanya ikatan sigma () dan ikatan pi () yang dibentuk oleh orbital unhibridisasi. Pada senyawa karbon dikenal tiga jenis hibridisasi, pertama hibridisasi sp3, sp2, dan sp. Beberapa hal menarik dari ikatan pi yaitu: energi disosiasi ikatan dari ikatan sigma suatu ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam etilena diperkirakan sebesar 95 kkal/mol, sedangkan ikatan pi diperkirakan hanya 68 kkal/mol, elektron pi lebih mudah ditingkatkan ke orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital anti ikatan) dan sifat lain dari ikatan pi adalah bahwa geometrinya menyebabkan molekul mempunyai bentuk yang kaku.