Tinjauan Ulang tentang Atom dan Molekul Dalam Kimia Organik

Struktur Elektron dari Atom

Unsur-unsur yang paling penting bagi ahli kimia organik adalah karbon, hidrogen, oksigen, dan nitrogen. Keempat unsure ini ada dikedua periode dari susunan berkala dan elektronnya terdapat dalam dua kulit electron yang terdekat ke inti. Alhasil pembahasan mengenai struktur electron dari atom akan dipusatkan terutama pada unsur-unsur dengan elektron yang hanya ada dalam dua kulit elektron ini. Setiap kulit elektron berhubungan dengan sejumlah energi tertentu. Elektron yang dekat ke inti lebih tertarik oleh proton dalam inti daripada elektron yang lebih jauh kedudukannya. Karena itu, semakin dekat elektron terdapat ke inti, semakin rendah energinya, dan lektron ini sukar berpindah dalam reaksi kimia. Kulit elektron yang terdekat ke inti adalah kulit yang terendah energinya, dan elektron dalam kulit ini dikatakan berada pada tingkat energy pertama. Elektron dalam kulit kedua, yaitu pada tingkat energi kedua, mempunyai energi yang lebih tinggi daripada elektron dalam tingkat pertama. Elektron dalam tingkat ketiga, yaitu pada tingkat energi energi ketiga, mempunyai energi yang lebih tinggi lagi.

·         Orbital atom

Orbital atom merupakan bagian dari ruang di mana kebolehjadian ditemukannya sebuah elektron dengan kadar energi yang khas (90% - 95%). Rapat elektron adalah istilah lain yang digunakan untuk menggambarkan kebolehjadian ditemukannya sebuah elektron pada titik tertentu; rapat elektron yang lebih tinggi, berarti kebolehjadiannya lebih tinggi,  sedangkan rapat elektron yang lebih rendah berarti kebolehjadiannya juga rendah.

Kulit elektron pertama hanya mengandung orbital bulat 1s. kebolehjadian untuk menemukan elektron 1s adalah tertinggi dalam bulatan ini. Kulitkedua yang agak berjauhan dari inti daripada kulit pertama, mengandung satu orbital 2s dan tiga orbital 2p. orbital 2s, seperti orbital 1s, adalah bulat.

·         Pengisian orbital

Elektron mempunyai spin, yang dapat berputar menurut arah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam (+½ atau -½). Spin dari partikel bermuatan, menimbulkan medan magnet kecil, atau momen magnet, dan dua elektron dengan spin berlawanan mempunyai momen magnet berlawanan. Tolakan antara muatan negative dari dua elektron dengan spin berlawanan dikurangi oleh momen magnet yang berlawanan, yang memungkinkan dua elektron demikian intuk saling berpasangan dalam orbital. Dengan alasan ini, setiap orbital dapat mempunyai maksimum dua elektron, tetapi elektron-elektron tersebut harus berlawanan spin. Karena jumlah orbital pada tiap tingkat energy (satu pada tingkat energy pertama, empat pada kedua, dan Sembilan pada ketiga), maka berturut-turut tiga tingkat energy dapat mengandung dua, delapan, dan 18 elektron.

Prinsip aufbau mengatakan bahwa apabila kita maju dari atom hydrogen (nomor atom 1) ke atom-atom dengan nomor atom yang lebih tinggi, maka orbital terisi oleh elektron sedemikian rupa sehingga orbital yang berenergi terendah terisi lebih dulu. Atom hydrogen mempunyai elektron tunggal dalam orbital 1s. suatu pemerian mengenai struktur elektron dari unsure disebut konfigurasi elektron.

Jari-jari atom dan keelektronegatifan

Definisi jari-jari atom dalam system periodik unsur. Jari-jari atom merupakan salah satu sifat periodisitas unsur. Definisi jari-jari atom adalah setengah jarak antara pusat dua atom unsur yang menyentuh sama lain. Secara umum, jari-jari atom menurun dalam tabel sistem periodik unsur dari kiri ke kanan dan meningkat dari atas ke bawah tabel periodik. Dengan demikian, dengan mudah dapat ditentukan bahwa unsure dengan jari-jari atom berada dalam golongan 1 paling bawah.

Contoh jari-jari atom :

Keelektronegatifan adalah ukuran kecenderungan suatu atom untuk menarik elektron. Pada tabel berkala, keelektronegatifan akan meningkat dari kiri ke kanan. Keelektronegatifan adalah ukuran kemampuan atom untuk menarik elektron luarnya, atau elektron valensi. Karena elektron luar dari atom yang digunakan untuk ikatan, maka keelektronegatifan berguna dalam meramalkan dan menerangkan kereaktifan kimia. Seperti jari-jari atom, keelektronegatifan dipengaruhi oleh jumlah proton dalam inti dan jumlah kulit yang mengandung elektron. Makin besar jumlah proton berarti makin besar muatan inti positif, dan dengan demikian tarikan untuk elektron ikatan bertambah. Karenanya, keelektronegatifan bertambah dari kiri ke kanan untuk periode tertentu dari susunan berkala. Tarikan antara partikel yang berlawanan muatan bertambah dengan berkurangnya jarak antara partikel. Jadi keelektronegatifan bertambah apabila kita maju dari bawah ke dalam golongan tertentu dari Susunan Berkala, karena elektron valensi lebih dekat.

Skala Pauling adalah skala numeric dari keelektronegatifan. Skala ini diturunkan dari perhitungan energy ikatan untuk berbagai unsure yang terikat olek ikatan kovalen.

Panjang ikatan dan sudut ikatan

Panjang ikatan rangkap tiga (C dengan C) :1,2

Panjang ikatan rangkap dua (C dengan C) : 1,34

Panjang ikatan tunggal (C dengan C) : 1,52

Panjang ikatan antara C dengan H : 1,08

Dari data panjang ikatan diatas dapat disimpulkan panjang ikatan rangkap tiga lebih pendek bila dibandingkan dengan ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tunggal dua lebih pendek dari ikatan tunggal. Dan ikatan C dengan H lebih pendek dari ikatan tunggal antara C dengan C. panjang dan kekuatan suatu ikatan tergantung dari hibridasi dari atom yang saling beriktan. Semakin besar karakter s dalam orbital yang digunakan atom-atom untuk membentuk ikatan semakin pendek dan kuat ikatan tersebut.

Jarak yang memisahkan inti dari dua atom yang terikat kovalen disebut panjang ikatan. Panjang ikatan kovalen, yang dapat ditentukan secara eksperimental, mempunyai selang harga dari 0,74 Å sampai 2 Å. Bila ada lebih dari dua atom dalam molekul, ikatan membentuk sudut, yang disebut sudut ikatan. Sudut ikatan bervariasi dari kira-kira 60⁰ samapai 180⁰.

Energi Disosiasi

bila atom saling terikat membentuk molekul, energy dilepaskan (biasanya sebagai kalor atau cahaya). Jadi untuk molekul agar terdisosiasi menjadi atom-atomnnya, harus diberikan energy. Ada dua cara agar ikatan dapat terdisosiasi. Satu cara adalah karena pemaksapisahan heterolitik (heterolytic cleavage) (Yunani, hetero, “berbeda”), dalam mana kedua elektron ikatan dipertahankan pada satu atom. Hasil pembelahan heterolitik adalah sepasang ion.

Suatu panah lenkung digunakan dalam persamaan-persamaan ini untuk menunjukkan arah ke mana pasangan elektron bergerak selama pemutusan ikatan. Maksapisahan heterolitik dari HCl atau H₂O, elektron ikatan dipindahkan ke Cl atau O yang lebih elektronegarif. Proses lain yang memungkinkan suatu ikatan terdisosiasi adalah pemaksapisahan homolitik (Yunani, homo, “sama”). Dalam hal ini setiap atom yang turut dalam ikatan kovalen menerima satu elektron dari pasangan yang saling dibagi yang asli. Yang dihasilkan adalah atom yang secra listrik netral atau gugus atom.

Konsep asam dan basa

Menurut konsep Bronsted Lowry mengenai asam dan basa, suatu asam dan basa, suatu asam adalah zat yang dapat memberikan ion hydrogen yang bermuatan positif, atau proton (H⁺). Dua contoh dari asam Bronsted Lowry adalah HCl dan HNO₃. Basa didefenisikan sebagai zat yang dapat menerima H⁺ ; contohnya adalah OH^- dan NH₃. Meskipun dibahas mengenai “donor proton” dan “akseptor proton” dan digunakan panah lengkung untuk menyatakan aksi elektron. Karena itu, dalam persamaan berikut, suatu panah lengkung digambarkan dari elektron menyendiri dari basa ke proton yang menerimanya

Asam dan basa kuat lemah

Asam kuat adalah asam yang pada dasarnya mengalami ionisasi sempurna dalam air. Asam kuat yang representative adalah HCl, HNO₃, dan H₂SO₄. Ionisasi dari asam-asam kuat ini adalah reaksi asam basa yang khas.

Asam lemah hanya terionisasi sebagian dalam air. Asam karbonat adalah asam anorganik lemah yang khas. Kesetimbangan letaknya jauh ke kiri karena H₃O⁺ adalah asam yang lebih kuat dan HCO₃^- adalah basa yang lebih kuat.

Asam dan basa konjugat

Konsep asam dan basa konjugat berguna untuk pembandingan keasaman ndan kebasaan. Basa konjugat dari asam adalah ion atau molekul yang dihasilkan setelah kehilangan H⁺ dari asamnya.

Asam dan basa Lewis

Asam Lewis adalah zat yang dapat menerima sepasang elektron. Setiap sepsis dengan atom yang kekurangan elektron dapat berfungsi sebagai asam Lewis

Basa Lewis adalah zat yang dapat memberikan sepasang elektron. Contoh dari basa Lewis adalah NH₃ dan OH^- masing-masing mempunyai sepasang elektron valensi yang menyendiri yang dapat disumbangkan ke H⁺ atau sesuatu asam Lewis lain

Tetapan keasaman

Suatu reaksi kimia mempunyai tetapan kesetimbangan K yang menggambarkan seberapa jauh reaksi berlangsung sampai berkesudahan. Untuk ionisasi dari suatu asam dalam air, tetapan ini disebut tetapan keasaman K_a. tetapan kesetimbangan ditentukan oleh persamaan umum berikut ini, dengan nilai konsentrasi yang diberikan dalam kemolaran, M: