Orbital dan Peranannya dalam Ikatan Kovalen

Sifat Gelombang

Tahun 1923, ahli kimia mengandaikan bahwa elektron tak lain dan tak bukan adalah partikel bermuatan negative yang mengelilingi inti atom. Louis de Broglie, seorang mahasiswa Prancis tingkat pasca sarjana, berpendapat bahwa elektron mempunyai sifat gelombang dan juga sifat partikel. Pendapat de Broglie menjadi konsep mekanika kuantum mengenai gerak elektron dan teori orbital molekul. Mekanika kuantum adalah subjek matematik. Beberapa gelombang diam yang sederhana, yaitu jenis gelombang yang dihasilkan bila orang memetik senar, seperti senar gitar, yang kedua ujung senarnya mati. Jenis gelombang ini menunjukkan gerak hanya dalam satu dimensi. Sebaliknya, gelombang diam yang disebabkan oleh permukaan kepala drum adalah berdimensi dua, dan system gelombang elektron adalah berdimensi tiga. Tinggi gelombang diam adalah amplitudonya, yang mengarah keatas (nilai positif) atau mengarah ke bawah (nilai negative) terhadap kedudukan istirahat dari senar. Tanda + atau – dari amplitude adalah tanda matematik. Kedudukan pada gelombang yang amplitudonya nol disebut simpul.

beberapa gelombang diam dari senar yang bervibrasi dengan ujung tertentu (amlitudo positif adalah yang kelabu).

                    dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase

                            perkuatan dan interferensi gelombang

Dua gelombang diam dapat sefase atau keluar fase yang satu terhadap yang lain. Bila amplitudo positif dan negatif dari dua gelombang suling sesuai, kedua gelombang tersebut sefase. Bila tanda matematik dari amplitudo saling berlawanan, gelombang keluar fase. Bila dua gelombang yang sefase pada senar yang sama saling tumpang tindih, mereka saling mempekuat. Sebaliknya sepasang gelombang yang tumpang tindih yang keluar fase, saling mengganggu atau berinteferensi.

Orbital Ikatan dan Orbital Anti-ikatan

            Orbital molekul khas ini menimbulkan system di mana kedua inti tak dilindungi oleh sepasang elektron, dan intinya saling tolak menolak. Karena tolakan inti, system ini energinya lebih tinggi daripada system dua atom H yang mandiri. Orbital berenergi lebih tinggi ini adalah orbital anti ikatan, suatu orbital “sigma bintang” (σ^*= anti ikatan). Orbital molekul, seperti orbital atom, dapat memegang nol elektron, satu elektron, atau dua elektron yang berpasangan. Kedua elektron dalam molekul hydrogen pergi ke orbital berenergi terendah yang tersedia, yaitu orbital ikatan σ.

Beberapa hal penting yang umum mengenai orbital ikatan dan orbital anti-ikatan

            Berikut ini disimpulkan aturan umum yang dapat diterapkan terhadap semua orbital molekul, dan tak hanya terhadap orbital molekul H₂:

·        Setiap orbital (molekul atau atom) dapat memegang maksimum dua elektron, yang harus mempunyai spin berlawanan.

·        Jumlah orbital molekul sama dengan jumlah orbital atom yang digunakan dalam pembentukannya.

·        Dalam pengisian orbital molekul dengan elektron, orbital berenergi terendah diidi dahulu.

Orbital Hibrida Karbon

            Bila atom hydrogen menjadi bagian dari sutu molekul, maka digunakan orbital atom 1 s untuk ikatan. Ada empat orbital atom pada tingkat energy kedua: satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. karbon tidak menggnakan keempat orbital dalam keadaan murninya untuk ikatan. Sebagai gantinya, karbon bercampur, atau berhibridasi, yaitu empat orbital atom tingkat kedua menurut salah satu dari tiga cara untuk ikatan:

1.     Hibridasi sp³, digunakan bila karbon membentuk empat ikatan tunggal

2.     Hibridasi sp², digunakan bila karbon membentuk ikatan rangkap.

3.     Hibridasi sp, digunakan bila karbon membentuk ikatan ganda tiga atau ikatan rangkap terkumulasi (du ikatan-rangkap terhadap suatu atom karbon tunggal).

Hibridasi sp³

Dalam metana (CH₄) atom karbon mempunyai empat ikatan kovalen terhadap hydrogen. Setiap ikatan C-H mempunyai panjang ikatan 1,09 Å dan energy disosiasi ikatan 104 kkal/mol. Sudut ikatan antara setiap ikatan C-H adalah 109,5⁰. Karbon tidak membentuk ikatan dari orbital atom s dan tiga orbital atom p. demikian halnya, keempat ikatan C-H tak akan ekuivalen.

Hibridasi sp²

Bila karbon terikat ke atom lain oleh ikatan rangkap dua, atom karbon ada dalam keadaan hibridasi sp².

Contoh-contoh senyawa dengan karbon sp²:

Dalam membentuk orbital ikatan sp², karbon menghibridasi orbital 2s-nya dengan dua orbital 2p-nya. satu orbital p pada atom karbon tidak terhibridisasi. Karena tiga orbital atom digunakan untuk membentuk orbital sp², 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.

Tiga orbital sp² sekeliling inti karbon terletak sejauh mungkin yang satu dari yang lain yaitu, orbital sp² terletak dalam bidang sudut 120⁰ (Secara ideal) diantaranya. Atom karbon terhibridisasi sp² dikatakan karbon trigonal (tri sudut).