Modul 5

1

MODUL PERKULIAHAN

Kimia dan Pengetahuan Lingkungan Industri Ikatan Kimia

Abstract

Kompetensi

Perubahan energi yang terlibat dalam perubahan materi tiada lain merupakan akibat langsung dari pemutusan dan pembentukan ikatan partikel-partikel materi. Suatu materi dikatakan telah berubah jika terjadi perubahan dalam struktur dan sifatsifatnya akibat penataan ulang komposisi materi.

Mahasiswa mampu menerapkan konsep dan menjelaskan Lambang Lewis dan Struktur Oktet , Pengertian Ikatan-Ikatan Kimia , Teori Ikatan Pada Kimia Kuantum, serta Ketepatan Menjelaskan Ikatan Kimia Pada Logam.

Pada umumnya, di alam atom-atom berada dalam bentuk senyawanya melalui ikatan kimia. Atom-atom yang terikat menimbulkan dampak terhadap sifat fisika dan kimia.

A. Lambang Lewis dan Stuktur Oktet Fakultas

Program Studi

Teknik

Teknik Industri

Tatap Muka

05

Kode MK

Disusun Oleh

W162100004

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Secara historis, ikatan kimia telah lama dirumuskan dalam hal interaksi antar atom. Secara bertahap diakui bahwa elektron adalah agen aktif dalam membentuk ikatan, tetapi bagaimana mereka bertindak tidak dapat dijelaskan tanpa kuantum mekanika. Molekul stabil yang khas mengandung jumlah elektron yang genap dan diamagnetik (Mulliken, 2011). 1. Lambang Lewis Pada tahun 1916, Lewis dan Langmuir dari Amerika serta Kossel dari Jerman mengemukakan bahwa atom-atom unsur gas mulia sukar bereaksi dengan atom-atom lain maupun dengan atom-atom sejenis, sehingga di alam gas mulia cenderung berada dalam keadaan atom-atom tunggal. Menurut mereka, keadaan stabil dari unsur-unsur gas mulia disebabkan oleh keunikan konfigurasi elektronnya. Oleh karena gas mulia bersifat stabil, maka konfigurasi elektron atom gas mulia dijadikan rujukan dalam mempelajari kestabilan atom-atom lain.

Berdasarkan hal itu, Lewis menyatakan bahwa unsur-unsur selain gas mulia dapat mencapai keadaan stabil dengan cara membentuk molekul, dimana konfigurasi elektron dari masing-masing atom dalam molekul yang dibentuknya menyerupai konfigurasi elektron gas mulia. Gagasan tersebut kemudian berkembang menjadi suatu teori sebagai berikut. a. Elektron pada kulit terluar mempunyai peran besar dalam pembentukan ikatan kimia. b. Ikatan yang terbentuk dapat disebabkan perpindahan satu atau lebih elektron dari suatu atom ke atom lain. c. Ikatan yang terbentuk dapat juga disebabkan pemakaian bersama pasangan elektron di antara atom-atom yang berikatan.

2021

2

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

d. Perpindahan atau pemakaian bersama elektron berlangsung sedemikan rupa sehingga setiap atom yang terlibat mempunyai konfigurasi elektron serupa atom gas mulia. Untuk menyatakan konfigurasi elektron kulit terluar dari atom-atom yang berikatan, Gilbert N. Lewis memperkenalkan sistem penulisan ikatan kimia menggunakan lambang, dinamakan lambang Lewis. Pada saat itu ada anggapan bahwa hanya elektron pada kulit terluar yang berperan dalam pembentukan ikatan kimia, sehingga hanya elektron pada kulit terluar yang diungkapkan dalam lambang Lewis. Untuk menyatakan konfigurasi elektron kulit terluar dari atom-atom yang berikatan, Gilbert N. Lewis memperkenalkan sistem penulisan ikatan kimia menggunakan lambang, dinamakan lambang Lewis. Pada saat itu ada anggapan bahwa hanya elektron pada kulit terluar yang berperan dalam pembentukan ikatan kimia, sehingga hanya elektron pada kulit terluar yang diungkapkan dalam lambang Lewis. Lambang Lewis dinyatakan dengan cara menuliskan lambang atom dikelilingi oleh sejumlah titik atau garis untuk menyatakan elektron valensi.

2. Struktur Oktet dan Isoelektronik Jika atom dan ion memiliki konfigurasi elektron yang sama maka dikatakan kedua spesi tersebut isoelektronik. Spesi yang isoelektronik dengan atomatom gas mulia relatif stabil, hal ini disebabkan gas mulia bersifat stabil sehingga ion-ion yang memiliki konfigurasi elektron sama dengan konfigurasi elektron gas mulia akan bersifat stabil. Seperti diketahui bahwa gas mulia memiliki konfigurasi elektron dengan subkulit terluar terisi penuh, dan orbital yang terisi penuh adalah paling stabil. Oleh karena itu, spesi yang memiliki konfigurasi elektron serupa dengan konfigurasi elektron gas mulia juga bersifat stabil. Contoh, Li+, Be2+ memiliki konfigurasi elektron ls2 sama dengan He. Na+, Mg2+, Al3+ memiliki konfigurasi elektron ls2 2s2 2p6 sama dengan konfigurasi elektron gas neon, Ne.

2021

3

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

B. Ikatan Ion dan Senyawa Ion Adanya ion positif dan negatif memungkinkan terjadinya gaya tarik antara atom sehingga terbentuk natrium klorida.Ikatan ion hanya dapat tebentuk apabila unsur-unsur yang bereaksi mempunyai perbedaan daya tarik elektron (keeelektronegatifan) cukup besar. Perbedaan keelektronegatifan yang besar ini memungkinkan terjadinya serah-terima elektron. Senyawa biner logam alkali dengan golongan halogen semuanya bersifat ionik. Senyawa logam alkali tanah juga bersifat ionik, kecuali untuk beberapa senyawa yang terbentuk dari berilium (Huang, 2014). 1. Ikatan ion Ikatan ion terbentuk akibat adanya transfer (serah-terima) elektron di antara atom-atom yang berikatan. Transfer elektron ini menghasilkan atomatom bermuatan listrik (ion) yang berlawanan sehingga terjadi gaya tarik menarik elektrostatik. Gaya tarik menarik inilah yang disebut ikatan. Atom yang melepaskan elektron akan membentuk ion bermuatan positif atau kation, dan atom yang menerima elektron akan membentuk ion bermuatan negatif atau anion. Kedua ion ini umumnya memiliki konfigurasi elektron sama dengan konfigurasi elektron atom gas mulia yang terdekat menurut tabel periodik. a. Energi Pembentukan Ikatan Ion Mengapa atom natrium dan atom fluorin membentuk ikatan ion bukan ikatan yang lain?. Untuk memahami hal ini kita perlu mengetahui secara kuantitatif perubahan energi yang terlibat pada pembentukan ikatan, sebab dari perubahan energi dapat diketahui jenis ikatan yang terbentuk Jika atom-atom saling mendekat dan berikatan harus ada penurunan energi total, sebab keadaan atom-atom yang berikatan lebih stabil dari sebelumnya, hingga mencapai tingkat energi terendah.Misalkan pada pembentukan senyawa NaF di atas, prosesnya dapat dianggap berlangsung dalam dua tahap, yaitu: 1) electron ditransfer di antara kedua atom yang terpisah membentuk kation dan anion; 2) kemudian kedua ion tersebut mengadakan gaya tarik membentuk ikatan.

2021

4

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Sejatinya, transfer elektron dan pembentukan ikatan berlangsung secara bersamaan tidak bertahap seperti hipotetis di atas.Tetapi karena energi total yang terlibat sama besar, apakah terjadi dalam dua tahap atau satu tahap secara bersamaan, maka hal itu dibolehkan, sebab energi yang terlibat dalam pembentukan ikatan merupakan fungsi keadaan, hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir. Tahap pertama adalah pengeluaran elektron dari orbital 3s atom natrium, dan elektron ini ditambahkan ke dalam kulit terluar atom fluorin.Pengeluaran elektron dari orbital 35 membutuhkan energi, dinamakan energi ionisasi pertama atom natrium, besarnya 496 kJ/mol. Penambahan elektron pada kulit terluar atom fluorin melepaskan energi sebesar afinitas elektron pertama dari fluorin, besarnya -349 kJ/mol. Jumlah energi yang dibutuhkan dan energi yang dilepaskan pada transfer elektron ini sebesar 147 kl/mol. Artinya perlu tambahan energi untuk membentuk ion Na+ dan ion F-. Setelah ion positif dan ion negatif terbentuk, tahap selanjutnya adalah gaya tarik elektrostatik membentuk ikatan ion. Ketika ion positif dan ion negatif berikatan dilepaskan sejumlah energi untuk memasok kekurangan energi pada pembentukan ion-ion di atas. Energi yang dilepaskan ketika ion-ion berikatan ditentukan melalui hukum Coulomb, dengan asumsi bahwa ion-ion tersebut bulat, dan jarak antara inti untuk semua ikatan yang terdapat dalam kristal NaF adalah sama. Menurut percobaan, jarak antara ion Na + dan ion F+ adalah 2,36 x 10-10 m. Menurut hukum Coulomb, energi untuk membawa dua ion dengan muatan listrik Q1 dan Q2 dari jarak tak hingga sampai sejarak r adalah:

dengan k adalah tetapan fisik, besarnya 8,99 x 109 J.m/C2; muatan pada Na+ dan F+ sama yaitu 1,602 x 10-19 C, sehingga

E = 8,99 x

= -12,04 x

Tanda minus menunjukkan bahwa energi dilepaskan. Energi ini adalah untuk pembentukan satu pasang ion Na+ dan F-. Untuk menghitung satu mol pembentukan NaF harus dikalikan dengan tetapan Avogadro, hasilnya sebesar -725 kJ/mol.

2021

5

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Gaya tarik antarmuatan ion yang berlawanan tidak berhenti sampai terbentuk sepasang ikatan ion, tetapi akan berlangsung hingga terbentuk kristal padat. Oleh karena itu, energi akan terus dibebaskan sampai dicapai keadaan paling rendah dari kristal NaF . Dalam kisi kristal NaF, tiap ion Na + dikelilingi oleh enam ion F-, sebaliknya tiap ion Fdikelilingi oleh enam ion Na+. Gaya tarik antara satu ion Na + dengan enam ion Cl- di dalam kristal menghasilkan ikatan yang jauh lebih kuat dibandingkan dengan gaya tarik pada sepasang ion Na+F-. Peningkatan kekuatan ikatan antara ion Na + dan F- di dalam kristal terjadi akibat adanya energi kisi. b. Energi Kisi dari Siklus Born-Haber Energi kisi (U) didefinisikan sebagai jumlah energi yang dilepaskan ketika satu mol senyawa dibentuk dari ion-ionnya dalam keadaan gas. Pembentukan satu mol padatan NaCl dari natrium padat dan gas klorin pada 250C dan 1 atm dilepaskan kalor sebesar 410,9 kJ/moL

Na+Cl- (s)

Na(s) +

∆H = - 410,9 kJ mol-1

Reaksi pembentukan NaCl tersebut dapat diuraikan ke dalam tahap-tahap energi, sebagai berikut. a) Perubahan natrium padat menjadi natrium berupa gas. Proses ini memerlukan energi yang disebut energi sublimasi, S. Na(s)

S = +108,7 kJ mol-1

Na (g)

b) Pembentukan ion natrium dari atom natrium dalam keadaan gas. Proses ini memerlukan energi yang disebut energi ionisasi pertama, El. Na (g) + e-

Na(g)

EI = +493,8 kJ mol-1

c) Disosiasi molekul klor menjadi atom klor dalam keadaan gas. Proses ini memerlukan energi yang disebut energi disosiasi, D. 1/2Cl2(g)

Cl (g)

½ D = +120,9 kJ mol-1

d) Pembentukan ion klor dari atom klor berupa gas. Proses ini melepaskan energi yang disebut afinitas elektron, A. 2021

6

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Cl2(g)

+ e-

Cl- (g)

½ D = -379,5 kJ mol-1

e) Pembentukan natrium klorida padat dari ion natrium dan ion klor dalam keadaan gas. Proses ini melepaskan energi yang disebut energi kisi, U. Na+(g) + Cl-(g)

Na+Cl- (s)

U = - 754,8 kJ mol-1

Dengan demikian, perubahan energi yang menyertai pembentukan satu mol NaCl, adalah ∆Hf = S +El + ½ D + A + U = (+108,7 +493,8 +120,9 -379,5 - 754,8 ) = -410,9 kJ mol-1 Oleh karena pembentukan senyawa ion dilakukan pada tekanan tetap, maka energi yang terlibat dapat dinyatakan dengan perubahan entalpi. Dalam hal ini, entalpi merupakan suatu fungsi keadaan, sehingga jenis perubahan energi yang terlibat dalam pembentukan suatu senyawa dapat dihitung dari arah manapun, tidak bergantung pada jalan yang ditempuh dengan syarat jenis energinya diketahui. Hubungan jenis-jenis energi yang terlibat pada pembentukan suatu senyawa dapat ditunjukkan dalam bentuk siklus energi, yang disebut siklus Born-Haber, seperti ditunjukkan pada Gambar 7.3.

∆H reaksi = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 +∆H4 +∆H5 Dengan demikian, energi yang terlibat pada pembentukan kristal NaCl dari natrium berwujud padat dan klor berwujud gas adalah: ∆Hf = (S +1/2 D + El – A – U ) kJ mol-1 c. Kaidah Pembentukan lon 2021

7

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Perubahan suatu atom menjadi ion bergantung pada berbagai faktor. Menurut Fajans, atom akan mudah membentuk ion apabila: 1) struktur ion yang terbentuk stabil. Bentuk ion paling stabil jika memiliki konfigurasi elektron serupa dengan konfigurasi elektron gas mulia. 2) muatan pada ion yang dibentuk relatif kecil. 3) ukuran kation relatif besar, sedangkan ukuran anion relatif kecil. Berdasarkan kaidah Fajans, unsur-unsur yang mudah membentuk kation adalah unsurunsur golongan IA dan IIA, sedangkan unsur-unsur yang paling mudah membentuk anion adalah unsur-unsur golongan VIIA dan VIA. Di antara unsur itu, yang paling mudah membentuk kation adalah unsur cesium sebab memiliki keelektronegatifan paling kecil. Beberapa bukti yang mendukung keberadaan ion positif dan ion negatif dalam senyawa ion adalah sebagai berikut. 1) Berdasarkan hasil analisis sinar-X, peta kerapatan elektron pada senyawa ion memperlihatkan adanya pemisahan daerah-daerah yang bermuatan. Hal ini berbeda dengan peta kerapatan elektron yang bukan senyawa ion, tidak menunjukkan pemisahan muatan yang tegas. 2) Hasil analisis sinar-X terhadap senyawa KCl memperlihatkan peta kerapatan yang serupa antara kerapatan kalium dan kerapatan klorin. Ini menunjukkan bahwa tiap ion mengandung jumlah elektron yang sama, yakni K+ (18 elektron) dan Cl- (18 elektron). 3) Lelehan senyawa ion dapat menghantarkan arus listrik. Fakta ini menunjukkan bahwa senyawa ion tersusun dari ion-ion bermuatan listrik. 4) Jika senyawa ion bereaksi, maka ion-ion yang bereaksi tidak bergantung pada ion pasangannya. Contoh, semua reaksi ion klorida dengan ion perak dalam pelarut air menghasilkan endapan putih AgCl, apapun pasangan ion klorida maupun ion peraknya. Sebagai contoh reaksi antara NaCl dan AgNO3 menghasilkan endapan AgCl, demikian pula reaksi antara KCL dan AgSO4 akan menghasilkan endapan AgCl.

2021

8

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Umumnya, ion positif dan ion negatif bersifat isoelektronik dengan gas mulia. Hal ini menunjukkan ion-ion tersebut memiliki kestabilan yang tinggi. Keadaan ini diperkuat oleh kenyataan bahwa di alam jarang ditemukan unsur-unsur dalam keadaan bebasnya, melainkan berada dalam bentuk molekul atau senyawa. Ion positif dibentuk dengan cara melepaskan satu, dua, atau tiga elektron sesuai dengan banyaknya elektron valensi atau sesuai dengan nomor golongannya pada sistem periodik. Ion negatif dibentuk dengan cara menerima satu, dua, atau tiga elektron, seperti diperlihatkan pada Tabel diatas. d. Ion-ion Unsur Golongan Utama Energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron pertama dari atom natrium sebesar 496 kI/mol (energi ionisasi pertama), tetapi energi yang diperlukan untuk mengeluarkan elektron kedua (energi ionisasi kedua) memerlukan sekitar sepuluh kali lebih besar dari energi ionisasi pertama (4562 kI/mol). Dalam hal ini, elektron yang dilepaskan berasal dari ion Na+ yang mempunyai konfigurasi elektron seperti Neon. Demikian pula dengan atomatom logam lain, yakni elektron valensinva lebih mudah dikeluarkan, tetapi untuk mengeluarkan elektron dari Mg atau Al memerlukan energi sangat besar. Jadi tidak ditemukan senyawa dengan kation yang memiliki muatan melebihi nomor golongan dalam tabel periodik. Pengeluaran elektron dari satu atom dalam periode yang sama dari kiri ke kanan memerlukan energi yang lebih tinggi. Akibatnya, unsur-unsur golongan IIIA dan IVA menunjukkan kecenderungan untuk tidak membentuk senyawa ionik dibandingkan unsurunsur golongan IA atau IIA yang cenderung membentuk senyawa ion. Kecenderungan membentuk ion menjadi lebih besar dari atas ke bawah pada golongan yang sama dalam tabel periodik. Unsur-unsur golongan IIIA sampai VA pada periode yang lebih tinggi, terutama periode enam, ada kecenderungan untuk membentuk senyawa ion dengan muatan positif dua,

2021

9

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

kurang dari nomor golongannya. Jadi, Talium dalam golongan IIIA dapat membentuk ion 1+ dan ion 3+ e. Kation unsur transisi Umumnya unsur-unsur transisi dapat membentuk kation dengan muatan lebih dari satu. Misalnya besi dapat membentuk ion Fe2+ dan Fe3+. Konfigurasi elektron dari kation-kation ini tidak isoelektronik dengan gas mulia, sebab secara energitika tidak mungkin melepaskan delapan elektron dari atom netral. Pembentukan kation dari unsur-unsur transisi umumnya dengan cara melepaskan elektron pada orbital ns atau ditambah dengan melepaskan satu atau lebih elektron yang berasal dari orbital (n-1)d. Banyak senyawa-senyawa yang dibentuk dari ion-ion logam transisi berwarna, sebab melibatkan transisi elektron d, sedangkan senyawa yang berasal dari unsur golongan utama tidak berwarna, sebab dalam ikatannya tidak melibatkan orbital d. Senyawa-senyawa ion dari logam transisi pada umumnya membentuk ion kompleks dan salah satu ciri ion kompleks adalah berwarna terang, seperti merah, kuning, biru dan warna menvala lainnya.

2021

10

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

C. Ikatan Kovalen dan Senyawa Kovalen Jika logam bereaksi dengan bukan logam, elektron valensi dari logam ditransfer kepada atom bukan logam membentuk senyawa ion. Unsur-unsur bukan logam dapat membentuk senyawa dengan unsur-unsur yang juga bukan logam, bahkan dengan unsur yang sejenis. Contoh: H2, HCl, 02, dan N2. Pembentukan senyawa yang berasal dari bukan logam tidak melalui transfer elektron, tetapi melalui penggunaan bersama pasangan elektron membentuk ikatan kovalen (Sunaryan, 2010). Penghambatan kovalen adalah disiplin yang berkembang pesat dalam penemuan obat. Banyak inhibitor kovalen historis ditemukan secara kebetulan, dengan mekanisme aksi seperti itu yang sering dianggap tidak diinginkan karena potensi masalah toksisitas. Kemajuan terbaru telah melihat perubahan besar dalam pandangan ini, karena penghambatan kovalen menunjukkan harapan untuk target di mana upaya sebelumnya untuk mengidentifikasi penghambat molekul kecil non-kovalen telah gagal (Lonsdale, 2018). 1. Ikatan kovalen Elektron yang ditransfer dari satu atom ke atom lain, menghasilkan generasi dari ion. Zat-zat ini dengan demikian cenderung membentuk ikatan berdasarkan elektrostatik interaksi, yaitu ikatan ion. Jenis ikatan yang berbeda diharapkan antara atom yang memiliki energi ionisasi yang sama atau serupa, seperti misalnya berbentuk gas hidrogen atau berlian. Jenis zat ini dibentuk oleh ikatan kovalen (Hofmann, A. 2018). Menurut Lewis, atom-atom bukan logam dapat membentuk ikatan dengan atom-atom bukan logam dengan cara masing-masing atom memberikan sumbangan elektron valensi untuk digunakan

bersama

membentuk

ikatan

kovalen.

Ikatan

kovalen

terjadi

akibat

kecenderungan atom-atom bukan logam untuk mencapai konfigurasi elektron gas mulia. Senyawa yang terbentuk dinamakan senyawa kovalen. Beberapa unsur bukan logam yang dapat membentuk ikatan kovalen.

2021

11

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Jumlah lkatan kovalen yang dapat dibentuk oleh suatu atom disebut kovalensi. Harga kovalensi untuk unsur hidrogen dan halogen adalah 1, untuk oksigen dan belerang adalah 2, untuk nitrogen dan fosfor adalah 3, sedangkan untuk karbon dan silikon adalah 4. Angkaangka tersebut sama dengan jumlah elektron yang diperlukan untuk mencapai konfigurasi elektron yang isoelektronik dengan gas mulia. a. Ikatan Kovalen Tunggal Ikatan kovalen tunggal adalah ikatan yang terbentuk dari penggunaan bersama sepasang elektron (masing-masing atom memberikan saham satu elektron untuk digunakan bersama). Contoh: Atom H dapat berikatan dengan atom Cl membentuk HCl melalui ikatan kovalen. Perhatikan konfigurasi elektron atom H dan Cl!

1

H = 1s1 dan 17 Cl = [Ne] 3s2 3p5

Agar elektron valensi atom H (1) sama dengan atom He (2), maka diperlukan satu elektron. Demikian juga atom Cl, agar elektron valensinya sesuai dengan konfigurasi elektron atom Ar: [Ne] 3s2 3p6, diperlukan satu elektron. Oleh karena kedua atom tersebut masing-masing memerlukan satu elektron, maka cara yang paling mungkin adalah kedua atom memberikan saham satu elektron valensi untuk membentuk sepasang elektron ikatan, seperti ditunjukkan pada Gambar berikut

Pada atom klorin, selain pasangan elektron yang digunakan berikatan, juga terdapat tiga pasang elektron bebas (lone pair electron), yaitu pasangan elektron yang tidak digunakan berikatan. Umumnya jumlah ikatan kovalen yang dapat dibentuk oleh atom sama dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan menurut lambang Lewisnya. Perhatikan pembentukan molekul amonia berikut ini!

2021

12

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Setiap ikatan dibentuk dari elektron valensi yang tidak berpasangan. Pada umumnya jumlah ikatan yang dibentuk oleh suatu atom dalam golongan IVA sampai VIIA sama dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan, yaitu delapan dikurangi nomor golongan. Misalnya, atom nitrogen (golongan VA) membentuk 8-5 = 3 ikatan kovalen; atom halogen (golongan VIIA) membentuk 8-7 = 1 ikatan kovalen. Contoh Soal : Tuliskan pembentukan ikatan kovalen tunggal antara atom C dan H dalam molekul CH4! Penyelesaian: Konfigurasi elektron atom 1H = 1s1 Konfigurasi elektron atom 6C =1s2 2s2 2p2 Atom C akan stabil jika mengikat empat elektron membentuk konfigurasi serupa dengan atom Ne. Empat elektron ini diperoleh secara patungan dengan empat atom H, dimana masing-masing atom H memberikan sumbangan 1 elektron valensinya. Proses pembentukan ikatan antara atom C dan H dapat dijelaskan sebagai berikut.

Pada CH4, setiap atom H memiliki 2 elektron valensi (serupa He), dan atom C memiliki 8 elektron valensi (serupa Ne). Dalam molekul CH4 terdapat 4 pasang elektron ikatan atau 4 ikatan kovalen tunggal. Sepasang elektron ikatan dapat dinyatakan dengan satu garis. Contoh: pada molekul HCl, sepasang elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk HCl. Pada molekul CH keempat pasang elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk seperti ditunjukkan di bawah.

b. Ikatan Kovalen Rangkap

2021

13

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Dalam ikatan kovalen, selain ikatan kovalen tunggal seperti diuraikan di atas terdapat juga ikatan kovalen rangkap dua atau rangkap tiga. Ikatan kovalen rangkap dua terjadi pada dua atom yang berikatan kovalen menggunakan bersama dua elektron valensi dalam satu paket ikatan. Contoh: dalam molekul O2 dan C02.Ikatan kovalen rangkap tiga terjadi pada dua atom yang berikatan kovalen menggunakan bersama tiga elektron valensi dalam satu paket ikatan. Contoh dalam molekul N2. Dalam molekul O2, kedua atom oksigen berikatan dengan cara masing-masing atom memberikan sumbangan dua elektron valensi membentuk dua pasang elektron ikatan, sehingga terbentuk ikatan rangkap dua. Atom oksigen memiliki konfigurasi elektron: ls2 2s2 2p4. Atom O akan stabil jika konfigurasi elektronnya serupa dengan atom 10Ne. Agar stabil maka atom O memerlukan 2 elektron tambahan. Kedua elektron ini diperoleh dengan cara masing-masing atom O menyumbangkan 2 elektron valensi. Ikatan kovalen rangkap tiga terdapat dalam molekul N2. Konfigurasi elektron atom N: 1s2 2s2 2p3. Untuk mencapai konfigurasi oktet diperlukan tiga elektron tambahan. Ketiga elektron ini diperoleh dengan cara gabungan 3 elektron valensi dari masing-masmg atom N membentuk tiga pasang elektron ikatan, sehingga terbentuk ikatan kovalen rangkap tiga. Contoh Soal : Gambarkan pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dalam molekul CO2! Penyelesaian :

Dalam molekul CO2, atom C mengikat dua atom O. Konfigurasi elektron valensi atom 6C= 2s2 2p2. Untuk membentuk konfigurasi oktet diperlukan empat elektron tambahan. Keempat elektron ini di peroleh dari atom O, dimana masing-masing atom oksigen memberikan saham dua elektron valensi untuk digunakan bersama membentuk dua pasang elektron sehingga terbentuk dua buah ikatan kovalen rangkap dua. c. Kerangka Struktur Molekul 2021

14

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Agar dapat menuliskan umus Lewis dari suatu molekul poliatomik, kita perlu mengetahui lebih dulu struktur kerangka dari molekulnya. Kerangka struktur molekul menunjukkan posisi atom-atom yang saling terikat satu sama lain dalam molekul.Umumnya informasi ini harus ditemukan secara eksperimen. Untuk molekul sederhana, struktur kerangka dapat diperoleh dari aturan berikut ini. 1) Molekul-molekul atau ion poliatomik umumnya tersusun dari atom pusat dikelilingi oleh atomatom yang memiliki keelektronegatifan lebih besar dari atom pusat, seperti F > Cl > 0 > N. 2) Dalam beberapa kasus, atom H mengelilingi atom pusat yang lebih elektronegatif, seperti pada molekul H2O, NH3, CH4. Contoh struktur beberapa molekul:

3) Molekul atau ion poliatomik dengan rumus simetris biasanya memiliki rumus struktur yang simetris pula. Contoh S2CI2 adalah simetris, sehingga struktur molekulnya juga simetris. Oleh karena atom Cl lebih elektronegatif dari atom pusat S, maka atom S sebagai atom pusat. Kerangka struktur molekulnya: Cl-S-S-Cl 4) Asam-asam okso adalah zat dengan atom O terikat pada atom pusat, satu atau lebih atom H biasanya terikat langsung pada atom O, misalnya H2SO4, HClO3, HNO3. Struktur molekulnya:

d. Tahap-tahap Penulisan Rumus Lewis Cara menuliskan rumus Lewis dalam senyawa kovalen dapat dibagi ke dalam beberapa tahap yaitu tahap pertama adalah menentukan kerangka struktur dari molekul. Dalam menuliskan kerangka, pertama tentukan atom pusat kemudian atom-atom lain ditempatkan mengelilingi atom pusat. Jika senyawa itu mengandung atom oksigen dan hidrogen, maka atom hidrogen terikat pada atom oksigen. 2021

15

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

e. Ikatan Kovalen Koordinasi Dalam ikatan kovalen terjadi penggunaan oersama pasangan elektron valensi untuk mencapai konfigurasi elektron serupa gas mulia (oktet atau duplet). Jika pasangan elektron yang dipakai berikatankovalen berasal hanya dari salah satu atom, mungkinkah ini terjadi? Berdasarkan gejala kimia, ternyata ada senyawa kovalen dimana sepasang elektron yang digunakan bersama berasal dari salah satu atom. Ikatan seperti ini dinamakan ikatan kovalen koordinasi. Contoh Soal Manakah dalam senyawa H2SO4, salah satu ikatannya adalah ikatan kovalen koordinasi? Penyelesaian : Perhatikan bentuk molekul dibawah H2SO4 ini Atom O yang mengikat H mendapat 1 elektron tambahan dari H dan satu lagii dari atom S, maka tidak ada ikatan kovalen koordinasi. Ikatan koordinasi terdapat pada ikatan antara S dan O yang tidak berikatan dengan atom H, dimana atom S memberikan pasangan elektron ikatan pada atom O.

f. Kelemahan Aturan Oktet Dalam senyawa kovalen, sering dijumpai bahwa tidak semua atom dalam suatu molekul memenuhi aturan oktet seperti dijelaskan di atas. Penyimpangan dari aturan oktet dibagi ke dalam tiga golongan, yaitu: 1. Spesi elektron gasal Atom yang memiliki elektron valensi gasal dalam senyawanya boleh jadi membentuk elektron tidak berpasangan, dan sekurangkurangnya terdapat satu elektron yang tidak lengkap. 2021

16

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

2. Oktet tidak sempurna Pengecualian lain dari aturan oktet adalah molekul dengan atom yang memiliki elektron valensi kurang dari delapan. 3.Oktet diperluas atau superoktet Keterbatasan dari aturan oktet berikutnya adalah adanya molekul yang memiliki atom pusat lebih dari delapan elektron valensi.

2021

17

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

D. Teori Ikatan Berdasarkan Kimia Kuantum Model rumus titik-elektron Lewis tidak dapat menjelaskan sifat-sifat senyawa kovalen seperti kekuatan ikatan, struktur molekul, sifat warna, dan lainnya. Dengan berkembangnya teori atom berdasarkan mekanika kuantum, maka ikatan kimia dapat juga dijelaskan menggunakan teori mekanika kuantum. Dengan pendekatan teori kuantum, muncul dua teori yang mengeksplansi ikatan kovalen, yaitu teori ikatan valensi (VB) dan teori orbital molekul (OM). Kedua teori tersebut mempunyai asumsi dasar berbeda dalam hal sistem molekul. Teori orbital molekul berasumsi bahwa molekul sebagai kumpulan inti dan elektron yang berantaraksi, sedangkan teori ikatan valensi berasumsi bahwa molekul sebagai satu kesatuan atom-atom. Teori ikatan valensi dikembangkan oleh HEItler dan Slater, kemudian diperluas oleh Pauling dan Coulson. Teori OM dikembangkan oleh Hunt dan Millikan (Sunarya, 2010). Kekuatan ikatan dalam molekul yang lebih besar memungkinkan menggunakan konstanta vibrasi lokal oleh Konkoli dan Cremer guna menghilangkan penggabungan vibrasi regangan dengan mode vibrasi lainnya (Zhao, 2021). 1. Teori Orbital Molekul Menurut teori OM, jika atom-atom berikatan membentuk molekul, maka masing-masing orbital atom akan melebur membentuk orbital molekul dengan tingkat energi dan orientasi tertentu. Elektron-elektron dalam orbital molekul mengelilingi kedua inti atom yang terikat pada jarak setimbang dan membentuk awan elektron. Konsep ikatan menurut teori OM berbeda dengan yang dikemukakan oleh Lewis. Menurut teori OM, semua elektron terlibat dalam pembentukan ikatan, sedangkan menurut Lewis hanya elektron terluar yang berperan dalam pembentukan ikatan. 2. Teori Ikatan Valensi Model lain untuk menentukan fungsi gelombang sistem molekul adalah dengan pendekatan ikatan valensi (IV). Secara prinsip model ini hampir serupa dengan teori ikatan valensi yang dikembangkan oleh Lewis, sehingga pakar Kimia lebih cenderung memanfaatkan model ini untuk menerangkan ikatan kovalen daripada teori orbital molekul (OM). Perbedaan mendasar antara pendekatan IV dan OM adalah dalam paradigma molekul. Menurut pendekatan OM molekul dianggap sekumpulan inti dan elektron, dan antaraksi 2021

18

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

antarelektron-inti serta elektron-elektron dipertimbangkan. Menurut model IV, molekul dianggap sekumpulan atom dan antaraksi antara atom-atom dipertimbangkan. Pembentukan molekul menurut model IV berbeda dengan teori OM. Bedanya adalah sebagai berikut. a. Menurut teori OM, kombinasi linear orbital atom s dan orbital atom 5 akan membentuk orbital molekul ikatan (05) dan orbital molekul anti-ikatan (02). Menurut teori IV, kombinasi linear orbital atom s dan orbital atom 5 akan membentuk ikatan 0. b. Kombinasi linear orbital atom p dan orbital atom p dengan orientasi ujung-ujung, menurut OM akan terbentuk orbital molekul ikatan (op) dan orbital molekul anti-ikatan (d*p). Menurut teori IV akan terbentuk ikatan 0. c. Kombinasi linear orbital atom p dan orbital atom p dengan orientasi sisi-sisi, menurut teori OM akan terbentuk orbital molekul ikatan (up) dan orbital molekul anti-ikatan (7t*p), sedangkan menurut teori IV akan terbentuk orbital ikatan 'n. d. Kombinasi linear orbital atom s dan orbital atom p, menurut teori OM akan terbentuk orbital molekul σ asalkan kedua orbital atom tersebut memiliki energi yang sama, sedangkan menurut teori IV akan terbentuk ikatan σ asalkan orientasi kedua orbital atom tersebut sejajar sumbu ikatan. e. Kekuatan ikatan menurut teori OM bergantung pada jumlah elektron yang menghuni kedua orbital molekul, sedangkan menurut teori IV, kekuatan ikatan bergantung pada derajat tumpangsuh orbital yang berikatan.

2021

19

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

E. Ikatan Pada Logam Terdapat beberapa teori yang menerangkan ikatan pada logam, di antaranya adalah model elektron bebas (lautan elektron), model ikatan resonansi, dan model pita. 1. Teori Elektron Bebas Teori ini dapat menjelaskan beberapa sifat fisika logam cukup memuaskan. Konduktivitas listrik tinggi diterangkan dengan aliran elektron valensi dibawah gradien potensial yang diterapkan. Konduktivitas termal dianggap terjadi akibat distribusi elektron-elektron dalam medan termal yang mempunyai energi termal. Beberapa sifat yang dimiliki oleh logam adalah mengkilap, sebagai konduktor listrik dan panas, serta bersifat lentur. a. Sifat mengkilap Logam Pada umumnya logam mengkilap. Sifat mengkilap pada logam dapat diterangkan sebagai berikut. Jika cahaya tampak (visible) jatuh pada permukaan logam, sebagian elektron valensi pada logam akan tereksitasi. Ketika elektron yang tereksitasi itu kembali ke keadaan dasar, maka akan disertai dengan pembebasan energi dalam bentuk cahaya atau kilap. Peristiwa ini menimbulkan sifat mengkilap pada logam. b. Konduktor Listrik dan Panas Hampir semua logam bersifat konduktor (penghantar) listrik dan panas yang baik. Sifat konduktor listrik dan panas ini dapat diterangkan sebagai berikut. Daya hantar listrik pada logam disebabkan oleh adanya elektron valensi yang mudah bergerak. Elektron-elektron valensi ini dapat bergerak bebas ke seluruh kristal logam. Jika listrik dialirkan melalui logam, maka elektron-elektron valensi ini akan membawa muatan listrik ke seluruh logam dan bergerak menuju potensial yang lebih rendah, sehingga terjadi aliran listrik dalam logam. Jika sejumlah kalor (panas) diserap oleh logam, maka elektron-elektron valensi logam akan bergerak lebih cepat (memiliki rata-rata energi kinetik

2021

20

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

lebih besar) dan elektron-elektrton tersebut mengandung sejumlah kalor yang diserap. Akibatnya kalor dapat didistribusikan oleh logam ke area yang lain. c. Sifat Lentur Logam memiliki sifat lentur (mudah ditempa, dibengkokkan, tetapi tidak mudah patah). Sifat lentur ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Kisi-kisi kation bersifat kaku sedangkan elektron valensi bergerak bebas. Ketika logam ditempa atau dibengkokkan terjadi pergeseran kationkation, tetapi pergeseran tersebut tidak menyebabkan patah sebab selalu dikelilingi oleh lautan elektron. 2. Model Resonansi (teori IV) Pada tahun 1965, Pauling memanfaatkan konsep resonansi untuk menerangkan ikatan pada logam. Menurut model ini, ikatan logam dianggap sebagai ikatan kovalen yang dapat beresonansi. Model resonansi yang dikembangkan oleh Pauling didasarkan pada hasil pengamatan terhadap pola difraksi sinar-X oleh kristal litium. 3. Model Pita Valensi (Teori MO) Kristal logam dapat dipandang sebagai molekul raksasa dengan sejumlah orbital molekul melingkupi seluruh kristal logam. Jadi, logam dapat dianggap sebagai ikatan terdelokalisasi ekstrim. Untuk menyederhanakan masalah, logam dapat dipandang sebagai larik (array) inti atom bermuatan positif yang beraturan dikelilingi oleh lautan elektron dari kulit valensi. Elektron-elektron ini bebas bergerak ke seluruh kristal logam.

2021

21

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

Daftar Pustaka Hofmann, A. (2018). Physical chemistry essentials (pp. 1-499). Springer International Publishing.Dalam https://sci-hub.mksa.top/10.1007/978-3-319-74167-3_11 (Diakses pada 27 September 2021). Huang, H., Zhang, J., Wang, R., & Qian, Y. (2014). Sensor node deployment in wireless sensor networks based on ionic bond-directed particle swarm optimization. Applied Mathematics

&

Information

Sciences, 8(2),

597.

Dalam

https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.403.8677&rep=rep1&type=pdf (Diakses pada 27 September 2021). Lonsdale, R., & Ward, R. A. (2018). Structure-based design of targeted covalent inhibitors. Chemical

Society

Reviews, 47(11),

3816-3830.

Dalam

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2018/cs/c7cs00220c/unauth (Diakses pada 27 September 2021). Mulliken, R. S. (2011). Chemical bonding. Annual review of physical chemistry, 29(1), 1-31. Dalam

https://www.annualreviews.org/doi/pdf/10.1146/annurev.pc.29.100178.000245

(Diakses pada 27 September 2021). Yayan Sunarya. 2010. Kimia Dasar 1 – Berdasarkan Prinsip-Prinsip Kimia Terkini. Yrama Widya. Bandung Zhao, L., Zhi, M., & Frenking, G. (2021). The strength of a chemical bond. International Journal

of

Quantum

Chemistry,

3(6).

1-9.

Dalam

hub.mksa.top/10.1002/qua.26773 (Diakses pada 27 September 2021).

2021

22

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/

https://sci-

2021

23

Nama Mata Kuliah dari Modul

Atep Afia Hidayat, Ir.MP

Biro Bahan Ajar eLearning dan MKCU http://pbael.mercubuana.ac.id/