ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

A. Sifat Gelombang dari electron berdasarkan teori atom modern
Model atom mekanika kuantum dikembangkan oleh Erwin Schrodinger (1926).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.Erwin Schrodinger memecahkan suatu persamaan untuk mendapatkan fungsi gelombang untuk menggambarkan batas kemungkinan ditemukannya elektron dalam tiga dimensi.
Model atom dengan orbital lintasan elektron ini disebut model atom modern atau model atom mekanika kuantum yang berlaku sampai saat ini, seperti terlihat pada gambar berikut ini.Awan elektron disekitar inti menunjukan tempat kebolehjadian elektron. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit. Beberapa sub kulit bergabung membentuk kulit.Dengan demikian kulit terdiri dari beberapa sub kulit dan subkulit terdiri dari beberapa orbital. Walaupun posisi kulitnya sama tetapi posisi orbitalnya belum tentu sama.
Ciri Khas Model Atom Meknika Gelombang :
Gerakan elektron memiliki sifat gelombang, sehingga lintasannya (orbitnya) tidak stasioner seperti model Bohr, tetapi mengikuti penyelesaian kuadrat fungsi gelombang yang disebut orbital (bentuk tiga dimensi darikebolehjadian paling besar ditemukannya elektron dengan keadaan tertentu dalam suatu atom)
Bentuk dan ukuran orbital bergantung pada harga dari ketiga bilangan kuantumnya. (Elektron yang menempati orbital dinyatakan dalam bilangan kuantum tersebut)
Posisi elektron sejauh 0,529 Amstrong dari inti H menurut Bohr bukannya sesuatu yang pasti, tetapi bolehjadi merupakan peluang terbesar ditemukannya elektron
Kelemahan dari model atom Bohr dapat dijelaskan oleh LOUIS VICTOR DE BROGLIE pada tahun 1924 dengan teori dualisme partikel gelombang. Menurut de Broglie, pada kondisi tertentu, materi yang bergerak memiliki ciri-ciri gelombang
hλ = m. ν
dimana :
λ  = panjang gelombang (m)
m = massa partikel (kg)
ν  = kecepatan (ms-1)
h = tetapan Planck (6,626.10-34 Js)
Hipotesis tersebut terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dibenarkan. Gelombang tidak bergerak melalui suatu garis, melainkan menyebar pada daerah tertentu.
Pada tahun 1927, WERNER HEISENBERG mengemukakan bahwa posisi atau lokasi suatu elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Heisenberg berusaha menentukan sifat-sifat subatomik dan variabel yang digunakan untuk menentukan sifat atom. Sifat ini adalah kedudukan partikel (x) dan momentum (p).
Kesimpulan dari hipotesisnya adalah bahwa pengukuran subatomik selalu terdapat ketidakpastian dan dirumuskan sebagai hasil kali antara ketidakpastian kedudukan (Δx) dengan ketidak pastian momentum (Δp). Kemungkinan (kebolehjadian) menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya disebut sebagai Prinsip Ketidakpastian Heisenberg. Artinya gerakan lintasan elektron beserta kedudukannya tidak dapat diketahui dengan tepat.

B. Orbital ikatan dan orbital anti-ikatan

Bila sepasang gelombang saling tumpang tindih, maka gelombang tersebut akan saling memperkuat atau salng berinteferensi. Bila dua gelombang berlawanan fase, maka mereka akan saling mengganggu. Interferensi dari dua orbital atom yang keluar fase dari dua atom hydrogen memberikan orbital molekul dengan simpul antara inti. Dalam orbital molekul ini, kemungkinan menemukan electron sangat rendah. Karena itu, orbital molekul khas ini menimbulka system dimana keduanya tak dilindungi oleh sepasang electron, dan intinya saling tolak-menolak. Orbital yang berenergi lebih tinggi adalah orbital anti ikatan.

Energy molekul H2 dengan dua electron dalam orbital ikatan σ adalah lebih rendah sebesar 104 kkal?mol daripada energy gabungan dari dua atom hydrogen yang terpisah.

Orbital molekul, seperti orbital ato, dapat memegang nol electron, satu electron, dan dua electron yang berpasangan. Kedua lektron dalam molekul hydrogen pergi ke orbital berenergi terendah yang tersedia, yaitu orbital ikatan.

Seperti gelombang yang timbul pada permukaan kolam, fungsi gelombang electron dapat mengadakan antaraksi secara konstruktif atau destruktif. Kombinasi konstruktif orbital atom meningkatkan kemungkinan electron antara inti menghasilkan orbital molekul ikatan dengan energy yang menguntungkan. Sebuah orbital molekul anti-ikatan adalah hasil dari antraksi destruktif dan mempunyai daerah dengan kemungkinan electron nol (simpul) anti inti.

ɸA = N( Ψ1 –Ψ2)   ANTIIKATAN

ɸB = N( Ψ1 +Ψ2)   IKATAN

electron ditempatkan dalam orbital molekul dengan memakai criteria yang sama seperti yang dipakai dalam orbital atom.

1.      Orbital molekul diisi mulai dari tingkat energy terendah

2.      Electron masuk dalam molekul yang turun derajat secara satu-satu, dengan bilangan kuantum sama, sebelum berpasangan.

3.      Tidak lebih dari dua electron berpasangaan spin dapat tertampung oleh orbital molekul.

C. Orbital Hibrida Karbon

Ada empat orbital atom pada tingkat energy kedua yaitu; satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. Namun demikian, karbon tidak menggunakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan. Oleh sebab itu, sebagai gantinya, karboon bercampur (berhibridisasi), yaitu empat orbital atom tingakt kedua menurut salah satu dari tiga cara untuk ikatan.

1.      Hibridisasi sp3, digunkan apabila kerbon membentuk empat ikatan tunggal

2.   Hibridisasi sp2, digunakan apabila karbon membentuk ikatan rangkap

3.   Hibridisasi sp, digunakan apabila karbon membentuk ikatan ganda tiga atau ikatan rangkap terkumulasi (dua ikatan rangkap terhadap suatu atom karbon tunggal).

1.Hibridisasi sp3

     Dalam metana, atom karbon mempunyai empat ikatan kovalen terhadap hydrogen. Setiap ikatan C-H mempunyai panjang ikatan 1,09 amstrong dan energy disosiasi ikatan 104 kkal/mol. Sudut ikatan antara setiap ikatan C-H adalah 109,50.

Keempat orbital sp3 mempunyai energy sama agak lebih tinggi dari pada energy orbital 2s, tetapi      agak lebih rendah dari pada orbital 2p. masing-masing obital sp3 mengandung satu electron untuk ikatan.

Bila atom karbon sp3 membentuk ikatan, hal itu dilakukan dengan tumpsng tindih masing-masing dari empat orbital sp3 (masing-masing dengan satu electron) dengan orbital dari empat atom lain (masing-masing orbital mengandung satu electron secara bergantian).

Pada CH4, empat orbital hibrid sp3 bertumpang tindih dengan orbital 1s hidrogen, menghasilkan empat ikatan sigma. Empat ikatan ini memiliki panjang dan kuat ikat yang sama, sehingga sesuai dengan pengamatan.

2.Hibridisasi sp2

Senyawa karbon atau pun molekul lainnya dapat dijelaskan seperti yang dijelaskan pada metana. Misalnya etilena (C2H4) yang memiliki ikatan rangkap dua di antara karbon-karbonnya. Struktur Kekulem etilena akan tampak seperti:

Karbon akan melakukan hibridisasi sp2 karena orbitial-orbital hibridanya akan membentuk ikatan     sigma dan satu ikatan pi seperti yang disyaratkan untuk ikatan rangkap dua di antara karbon-karbon. Ikatan hidrogen-karbon memiliki panjang dan kekuatan ikatan yang sama.

membentuk 3 orbital sp2 dengan satu orbital p tersisa. Dalam etilena, dua atom karbon membentuk sebuah ikatan sigma dengan bertumpang tindih dengan dua orbital sp2 karbon lainnya dan setiap karbon membentuk dua ikatan kovalen dengan hydrogen dengan tumpang tindih s-sp2 yang bersudut 120°. Ikatan pi antara atom karbon tegak lurus dengan bidang molekul dan dibentuk oleh tumpang tindih 2p-2p  (namun, ikatan pi boleh terjadi maupun tidak).

1.       Hibridisasi sp

orbital 2s hanya bergabung dengan satu orbital-p, menghasil kan dua orbital sp dan menyisa kan dua orbital p. Ikatan kimia dalam asetilena (etuna) terdiri dari tumpang tindih sp-sp antara dua atom karbon membentuk ikatan sigma, dan dua ikatan pi tambahan yang dibentuk oleh tumpang tindih p-p.Setiap karbon juga berikatan dengan hydrogen dengan tumpang tindih s-sp bersudut 180°.