Wednesday, December 27, 2023

Ikatan pada Air

Molekul air terdiri dari 1 atom O dan 2 atom H. Kali ini, ikatan terbentuk antara atom O dan H. Atom O memiliki 6 elektron valensi, artinya terdapat 2 pasang elektron bebas. Seperti pada amonia, kedua pasang elektron bebas ini juga menempati orbital sp3 terhibridisasi. 


Bedanya dengan amonia, karena ada 2 pasang elektron bebasnya, maka sudut ikatan menjadi semakin sempit, akibat dorongan dari kedua pasangan elektron tersebut. Lebih sempit daripada amonia, yaitu 104,5 derajat (ingat sudut ikatan pada amonia adalah 107,3 derajat).

Peta pontensial elektriknya adalah seperti gambar di bawah. 


Tampak warna memerah di area sebagian, yang menunjukkan muatan negatifnya. Karena bentuk struktur juga tidak simetris, dan kita tidak bisa mengabaikan adanya muatan negatif yang terkonsentrasi di dua pasangan elektron bebas, maka molekul air bersifat polar.

Ikatan Pada Amonia dan Ion Amonium

Sekarang mari kita pelajari bentuk molekul dari senyawa amonia, sedikit bukan tentang karbon, tetapi tentang atom nitrogen, tetangganya karbon. Jika karbon memiliki 4 elektron valensi, nitrogen memiliki 5 elektron valensi. Karena elektron valensinya yang lebih 1 daripada karbon tersebut, maka terdapat 1 elektron pasangan bebas, dan yang siap untuk membentuk ikatan hanya 3 elektron saja. Oleh karena itu pula, nitrogen berikatan dengan 3 atom hidrogen untuk menjadi oktet membentuk amonia.

Lalu bagaimana hibridisasinya?


Sama seperti anion metil, dimana 1 pasangan elektron bebas menempati orbital hibdrid sp3. Oleh karena itu pula, ikatan antara atom nitrogen dan hidrogen adalah tumpang tindih antara orbital sp3-s. Begitu pula dengan sudut yang dibentuk, karena saking besarnya tolakan dengan elektron pasangan bebas, sudut ikatan atom N dan H menjadi makin sempit, lebih kecil dari sudut ikatan metana yang 109,5, yaitu sebesar 107,3 derajat.

Karena mirip model ikatannya dengan anion metil, begitu pula bentuk molekulnya, yaitu trigonal piramida, dengan peta potensial elektrik juga mirip seperti di bawah, dimana area paling atas memerah. Menunjukkan adanya perbedaan polaritas, sehingga amonia termasuk ke dalam senyawa polar.

Bagaimana dengan ikatan pada ion amonium atau NH4+?

Dalam ion amonium, terdapat tambahan 1 atom H dengan muatan positif. Keberadaan 1 atom H ini tentunya akan memadati ruang ikatan dengan 3 atom H sebelumnya. Berbeda dengan kation metil dimana hanya ada muatan positif yang menempati orbital p tidak terhibridisasi, tidak ada atom kan, jadi tidak berkontribusi terhadap kesempitan dalam ruangan, sehingga hanya terbagi 3 ruangannya dan membentuk trigonal planar. Ini terdapat atom, sehingga tidak cocok jika masuk ke dalam orbital p tidak terhibridisasi, jadi keberadaannya harus diakui meski tidak ada muatan elektronnya. Oleh karena itu orbital yang cocok adalah, sp3, dibagi sama rata dengan ruangan ikatan yang ditempati 3 atom H lainnya. 

Jadi, bentuk molekulnya adalah tetrahedron, dengan sudut ikatan 109,5 derajat, sama seperti metana. Peta potensial elektriknya juga tidak ada yang menguning, menunjukkan tidak adanya konsentrasi muatan negatif,s hingga ion amonium bersifat nonpolar. 

Monday, December 25, 2023

Ikatan pada Kation Metil, Radikal Metil, dan Anion Metil

Tidak selalu atom karbon memiliki 4 ikatan, ada situasi dimana karbon hanya memiliki 3 ikatan, yaitu atom karbon pada kation metil, radikal metil, dan anion metil.

Pada kation metil, terdapat 3 ikatan C-H dan 1 muatan positif. Muatan positif tersebut berada pada orbital p yang tidak terhibridisasi, sehingga bisa diduga ikatan yang terbentuk pada C-H adalah antara orbital sp2 dan orbital s. Oleh karena itu, bentuk molekul kation metil adalah trigonal planar, seperti pada gambar di bawah.

Orbital p yang tidak terhibridisasi karena bermuatan positif, atau kosong, tidak ada elektron sama sekali, mengakibatkan warna pada peta potensial elektrrik menjadi makin ungu, menunjukkan terkonsentrasinya muatan positif pada area tersebut. 

Sementara pada radikal metil, terdapat 3 ikatan C-H dan 1 elektron tidak berpasangan, yang juga menempati orbital p yang tidak terhibridisasi. Sama seperti pada kation metil, ikatan yang terbentuk antara C-H adalah tumpang tindih antara orbital sp2 dan orbital s. Karenanya, bentuk molekul pada radikal metil juga sama seperti kation metil, yaitu trigonal planar seperti gambar di bawah.

Namun, bedanya, pada radikal metil, orbital p yang tidak terhibridisasi ini ditempati oleh satu elektron. Berhubung tidak berpasangan, maka terdapat lobus pada orbital yang bermuatan lebih negatif. Sebagai akibatnya, pada peta potensial elektrik terdapat area yang menguning di tengah. Meskipun terdapat sedikit perbedaan muatan, gaya tarik menarik pada tiap ikatannya membatalkan polaritasnya, sehingga radikal metil bersifat nonpolar.

Sedangkan pada anion metil, terdapat 3 ikatan C-H dan 1 pasang elektron. Keberadaan pasangan elektron sama seperti adanya suatu ikatan, namun tidak terlihat dalam struktur. Oleh karena, itu bentuk molekul metil dengan adanya ikatan bayangan dari pasangan elektron seperti tetrahedron, tetapi nyatanya, hanyalah trigonal piramida, karena posisi pasangan elektron tidak terlihat, tapi muatan negatifnya ada. Oleh karena itu pula, ikatan antara C-H terbentuk dari tumpang tindih orbital sp3 dan s. Sementara pasangan elektron bebas menempati orbital sp3 seperti tampak di bawah.

Sebagaimana disebutkan sebelumnya, dalam struktur pasangan elektron tidak terlihat, tetapi muatan negatifnya nyata, seperti terdeteksi pada peta potensial elektron. Dimana terdapat daerah yang memerah tetapi tidak terpusat melainkan merah sebelah di atas. Hal ini juga menunjukkan, bagaimana anion metil bersifat polar, akibat adanya perbedaan elektronegativitas yang signifikan. Oleh karena itu pula anion metil dapat membentuk ikatan ion, misalnya dengan kation litium. 

Sampai di sini mungkin ada pertanyaan, mengapa pada kation metil dan radikal metil ada orbital p yang tidak terhibridisasi sementara pada anion metil semuanya terhibridisasi, sehingga kation metil dan radikal metil orbitalnya sp2, sementara anion metil orbitalnya sp3.

Di sini, aku punya kesimpulan sendiri. Bahwa apabila ada pasangan elektron bebasnya, maka orbital yang ditempati pasangan elektron bebas harus berupa orbital hibrid, tetapi jika tidak ada, maka orbitalnya tidak terhibridisasi sebagaimana pada kation metil, muatan positif berada di orbital p tidak terhibridisasi, begitu pula satu elektron tidak berpasangan pada radikal metil menempati orbital p tidak terhibridisasi. 

Pemahaman ini nantinya berguna dalam memahami ikatan pada molekul amonia dan air.