Teori Orbital Kel 6

TEORI ORBITAL MOLEKUL (MO)

Uraia Ur aian n me meng ngen enai ai me meto toda da or orbit bital al mo mole leku kull be berik rikut ut ini ak akan an di diba bahas has se secar caraa kualitatif. Andaikan suatu molekul diatom homonuklir yang sederhana, yaitu dua atom yang identik saling terikat oleh sejumlah elektron. Kedua atom A dan B ini kemudian bergabung bergab ung membentuk membentuk atom gabung gabungan an dengan dengan massa dan muatan muatan yang dua dua kali lipat dari inti A atau inti B tunggal. Atom gabungan ini dapat diperlakukan seperti atom dengan elektron lainnya. Orbital dinyatakan oleh ketiga bilangan kuantum n,l.m, dan masingmasing dapat diisi oleh dua elektron. Awan muatan elektron dari atom gabungan sekarang merupakan awan muatan yang mencakup kedua inti. Orbi Or bital tal ato atom m s me meng ngha hasil silka kan n or orbit bital al mo mole leku kull σ, se seda dang ngka kan n or orbi bital tal ρ da dapat pat memberikan satu orbital molekul σ sepanjang sumbu A-B, dan 2 orbital molekul π yaitu diatas dan di bawah sumbu A-B berupa awan muatan seperti silinder, dan di muka dan di belakang belakan g sumb sumbu u A-B. Pende Pendekatan katan lewat atom gabu gabungan ngan adalah sangat kualitat kualitatif, if, sedangkan pendekatan yang lebih matematis adalah dengan metoda kombinasi linier dari orbital atom (cara LCAO). Sekali lagi diandaikan suatu molekul diatom homonuklir A-B dengan denga n elektron tungg tunggal al yang dipengaruhi dipengaruhi oleh kedua inti elektron lainnya bila ada. Bila elektron elek tron ada did dideka ekatt inti A, mak makaa kea keadaa daanya nya dap dapat at dig digamb ambarka arkan n oleh suatu fun fungs gsii gelomb gel ombang ang sed sederha erhana na atau orb orbital ital ato atom m ɸA. Se Sejal jalan an de deng ngan an itu itu,, ɸB menggambarkan kead ke adaan aan bi bila la ele elekt ktron ron ad adaa di de dekat kat int intii B. ɸA dan ɸB merup merupakan akan penyele penyelesaian saian dari persamaan persam aan Schrod Schrodinger inger untuk mole molekul, kul, tetapi tidak meng menggamba gambarkan rkan keada keadaan an deng dengan an energi terendah, yang elektronnya terikat oleh kedua inti. Untuk mendapatkan persamaan gelombang yang menggambarkan keadaan dengan energi terendah, dilakukan kombinasi linier dari orbital atom, yaitu C A ɸA + CB ɸB, dengan CA dan CB sebagai bilangan sederhana. Persamaannya dapat dinyatakan sebagai berikut : { CA ɸA + CB ɸB,}

(3-1)

Untuk mendapatkan nilai dari koefisien CA dan CB , maka diterapkan metode Variasi Var iasi unt untuk uk ini dit ditulis ulis ber berbag bagai ai fun fungs gsii gel gelomb ombang ang ψ 1,ψ2,ψ3,...ψn yang mempu mempunyai nyai bermacam-macam bermaca m-macam nilai energi E1,E2,E3,...En. Fun Fungs gsii gel gelomb ombang ang yan yang g dap dapat at dite diterima rima adalah hasil kombinasi linier yang memberikan energi terendah. Secara matematik hal ini dinyatakan sebagai : KELOMPOK 6 (IKATAN KIMIA)

PAGE 1

Penyelesaian ini menghasilkan dua nilai akar, yaitu C A = CB dan CA = -CB dan hasil totalnya adalah : CA (ɸA + ɸB) dan

Fungsi Fun gsi gel gelomb ombang ang

CA (ɸA + ɸB)

(3-3)

disebut dise but orbit orbital al molek molekul ul ikatan ikatan (orbit (orbital al molek molekul ul bondi bonding) ng) dan dan

menggambarkan keadaan dengan rapat elektron yang besar antara inti. Fungsi gelombang disebu dis ebutt orb orbital ital mol moleku ekull anti anti-ika -ikatan tan (orb (orbital ital ant antibo ibondi nding) ng).. Orb Orbital ital ini mem mempun punyai yai energi yang lebih tinggi dengan rapat elektron yang menjauhi jarak antar-inti. Orbital atom yang dapat membentuk orbital molekul yang memenuhi syarat harus memenuhi persyaratan tertentu,yaitu : a)

Harus Har us mengg menggamb ambarka arkan n keadaa keadaan n denga dengan n energi energi yang yang sama sama

b)

Saling tumpa tumpangsu ngsuh h yang berarti

c)

Mempu Me mpunya nyaii simetri simetri yang yang sam samaa terhada terhadap p sumbu sumbu mol moleku ekull A-B

Bila persyarata persyaratan n ii kur kurang ang dipenuhi, dipenuhi, maka nila nilaii C keil dan fun fungsi gsi gelombang gelombang yang bersangkutan bersang kutan sumban sumbanganny gannyaa kecil terhadap terhadap kombin kombinasi asi linier. linier.

Spektrum Molekul Homonuklir

Apabila energi dari orbital molekul dibandingkan terhadap energi orbital atom, maka akan terlihat bahwa orbital inti-ikatan mempunyai energi yang lebih tinggi dari orbital atomnya, sehingga adanya elektron dalam orbital tersebut akan melemahkan ikatan (Gb.3(Gb .3-2). 2). Pad Padaa umu umumny mnyaa kom kombin binasi asi n orb orbital ital ato atom m mem member berikan ikan sep separo aro mem memben bentuk tuk ikatan dan separo lagi orbital anti-ikatan.

dan

dapat ditulis juga sebagai

dan

(g = gerade = genap, u – ungerade = ganjil). Pengisian elektron dalam orbital molekul mengikuti aturan yang sama seperti pada orbital atom, yaitu berdasarkan Prinsip Aufbau, pengisian pengis ian elektron elektron mulai mulai dari tingkat tingkat energi energi yang yang terendah. terendah.

KELOMPOK 6 (IKATAN KIMIA)

PAGE 2

Lamban Lam bang g

dan

telah tela h dig diguna unakan kan unt untuk uk men mengg ggamb ambarka arkan n orb orbital ital mo molek lekul ul

ikatan dan anti ikatan, tetapi ada lambang-lambang yang khas yang dapat digunakan, yaitu σ 1s dan σ* 1s, yang menyatakan bahwa orbital atom yang digunakan adalah 1s dan tanda * menyatakan anti-ikatan. Kombinasi dari dua orbital atom 2s menghasilkan orbital σ 2s dan σ*2s. Orbital molekul σ 2s. Mempun Mem punyai yai ene energi rgi lebi lebih h ting tinggi gi dar darii pad padaa orbi orbital tal 1s, kare karena na ter terbent bentukn uknya ya dar darii orbital orb ital 2s yang lebih tinggi tinggi ene energin rginya. ya. Orb Orbital ital atom p terd terdiri iri dar darii tig tigaa orb orbital ital yan yang g ekivalen, yaitu Px,Py,Pz yang saling tegak lurus. Kedua bagan dari orbital p mempunyai tanda muatan yang berlawanan, satu bagan positif, yang lain negatif. Kombinasi orbital P x meng me nghas hasilk ilkan an or orbi bital tal mo mole lekul kul σp da dan n σ* σ*p, p, ya yang ng si sime metri trik k se sepan panja jang ng su sumb mbu u AA-B. B. Kombinasi orbital Py menghasilkan orbital molekul ikatan π, yang ditulis sebagai π y2p, dan orbital molekul anti-ikatan, anti-ikatan, yang ditulis π y*2p (Gb.3-3). Analog dengan orbital atom 2py, maka orbital atom 2p z terdiri dari satu orbital ikatan (πz2p) dan satu orbital anti iaktan (πz*2p). Komponen orbital atom, 2p y dan 2pz, mempunyai energi sama atau dikatakan “terdege “terd egeneras nerasi”, i”, mak makaa orb orbital ital mol moleku ekull π jug jugaa terd terdege egeneras nerasi. i. Orb Orbital ital π 2p dik dikatak atakan an “terdegenerasi “terdege nerasi rangkap”, karena ada dua orbital yang sama energ energinya, inya, yaitu π y2p = π22p. Demikian pula orbital π*2p terdegenerasi (π y2p = πz *2p). Hubungan energinya tertera pada gamb gambar ar 3-4. Diagr Diagram am tingkat energi seperti ini, sekalig sekaligus us dapat meneran menerangkan gkan terjadinya spektrum dari berbagai senyawa. Transisi elektron biasanya tak terjadi antara dua orbital gerade atau antara dua orbital ungerade. Seperti halnya pada orbital atom, maka pada orbital molekul terdapat bilangan kuantum baru, yaitu λ, komponen momentum sudut λh/2π sekitar sumbu antar-inti. Nilai λ dapat dapat memp mempun unya yaii harga harga 0, 1, 2, 2,.. .... Orbita Orbitall jenis jenis σ mempu mempuny nyai ai σ mempu mempuny nyai ai λ = 0, jenis π mempunyai mempunyai σ = 1, sedangkan orbital orbital dengan λ = 2 disebut orbital d, yang didapat didapat dari kombinasi orbital atom d. Orbital molekul dapat disusun menurut energinya (Gb 34). Dari data spektroskopis, urutan orbital molekul adalah sebagai berikut : 1s

σ*1s

σ*2s

σ2p

π y2p = πz2p

πy*2p = π z*2p

σ*2p

Ada notasi lain, yaitu dari Mulliken :


PAGE 3

Zσ

yσ

xσ

wπ

vπ

uσ

Untuk membedakan berbagai kulit, seperti K dan M, maka notasinya ditambah dengan (K) atau (M),jadi (K)z σ dan (K)y σ, dan (M)z σ. (M)y (M )y σ, da dan n se sete terus rusnya nya.. Ke Keun untu tung ngan an no notas tasii Mu Mulli lliek ekn n ad adala alah h si sing ngka kat, t, tak memasal mem asalahk ahkan an asal asal-usu -usull orb orbital ital ato atomny mnya, a, seh sehing ingga ga dap dapat at dig digunak unakan an unt untuk uk mol moleku ekull diatom heteronuklir. Kekurangan dari notasi Mulliken adalah kemungkinan timbulnya kekeliruan mengenai arti z,y,x dari notasi Mulliken dan koordinat Cartes (x,y,z). Juga, hubungan antara orbital molekul dan orbital atom pembentukannya hilang. Berikut ini adalah beberapa contoh mengenai distribusi elektron dalam beberapa molekul diatom homonuklir, yang didasarkan atas Prinsip Aufbau, yaitu pengisian elektron satu persatu mulai dari tingkat energi rendah, dan Prinsip Pauli yang membatasi pengisian setiap orbital oleh dua elektron dengan spin berpasangan.

Contoh – contoh : Ion H2+

:

Satu elektron dalam orbital ikatan σ 1s. Strukturnya H2+ [(σ 1s)].

H2

: Konfigurasi H2+ [(σ 1s)2]. Adanya dua elektron menyebabkan energi ikatannya lebih besar; energi ikatan untuk H 2 dan H2+ adalah berturut-turut bertur ut-turut 458,5 458,5 dan 269,3 269,3 kJ kJ mol-1.

He2

: Konfi fig guras asii He2 [(σ 1s)2 (σ*1s)2]. Daya ikatan dari (σ 1s) 2 ditiadakan oleh anti-ikatan dari (σ*1s) 2, sehingga senyawa ini kurang stabil dan kurang dikenal.

N2

: 2N (1s22s2sp3) → O2 [KK (σ2s)2 (*2p)2 (πy2p = πz2p)4] atau N2 [KK (z σ)2 (y σ)2 (x σ)2 (w σ)4] elektron dalam kulit K tak turut serta dalam ikatan dan disebut elektron ion ikatan. Konfigurasi KK menggantikan (σ 1s) 2 (σ*1s)2. Ikatan (z σ)2 ditiadakan oleh anti ikatan (y σ)2, sehingga tinggal 6 elektron yang membentuk ikatan rangka ran gkap p 3, N

O2

N, satu satu ikat ikatan an σ dan dan dua dua ikatan ikatan π (Gamba (Gambarr 3-4) 3-4)

: 2O (1s22s22p4) → O2 [KK (z σ)2 (y σ)2 (x σ)2 (w π)4 (v π)2]. Molekul oksigen mengandung dua elektron lebih banyak dari pada molekul nitrogen. Kedua elektron ini masuk kedalam orbital anti


PAGE 4

ikatan vπ, sehingga ikatan rangkap tiga yang dibentuk dari (x σ) 2 dan (w π)4 berubah menjadi rangkap dua. Mengikutin aturan Hund mengenai Multiplisitas Maksimum maka kedua elektron yang masuk ke orbital anti-ikatan harus dengan spin pararel.

Spektrum Molekul Heteronuklir

Prins Pr insip ip ya yang ng sa sama ma da dapa patt dig digun unak akan an un untu tuk k me mene neran rangk gkan an mo mole leku kull dia diato tom m heteronuklir. Agar dapat terjadi kombinasi dari orbital atom secara efektif, maka orbital atom harus memenuhi beberapa persyaratan, yaitu : a)

Haru Ha russ mem mempu puny nyai ai en energ ergii yang yang sa sama ma

b)

Mempunyai Memp unyai awan muatan muatan yang yang dapat dapat tumpangas tumpangasuh uh sebanyak sebanyak mungk mungkin in

c)

Mempu Me mpunya nyaii sifat sifat simetri simetri yang yang sam samaa terhada terhadap p sumbu sumbu A-B

Penerapan dari prinsip ini terhadap molekul diatom yang heteronuklir akan lebih jelas dengan contoh, misalnya HF. Konfigurasi elektron dari kedua atom tersebut adalah : H

1S

F

1S2 2S2 2P5

Elektron 1s dan 2s letaknya terlalu rendah untuk dapat turut serta dalam ikatan, oelh karena itu elektron-elektron ini disebut elektron bukan iaktan (non-bonding) dan tetap berada dalam dalam orbital orbital atom. atom. Elektron Elektron yang yang apling apling cocok cocok adalah adalah elektron elektron 2p, tetapi dari dari Ketiga orbital 2p hanya ada satu yang memenuhi syarat, yaitu orbital sepanjang sumbu ikatan H – F atau sumbu x. Gb 3-5 menunjukkan tumpang suhorbital 2p x (Gb. 35a) dan orbital 2py (Gb.3-5b). Orbital 2pz sama sifatnya seperti 2py. Tumpang asuh orbital 2py sa salin ling g me menia niada daka kan, n, ya yaitu itu ba baga ga po posit sitif if me meng ngim imba bang ngii bag bagaa ne nega gatif tif ata atau u se secar caraa matematik integral tumpangasuh. (H15)

(F2py) adalah nol

Jadi ikatan orbital antara atom hidrogen dan atom flour dihasilkan dari elektron H (1s) dan elektron F (2px). Elektron yang lain tetap ada di orbital atom. Dengan demikian :


PAGE 5

H(1s) dan F(1s22s22p5) → HF | K (2S) 2 (x σ)2(2py)2 (2pz)2| den dengan gan orb orbital ital x orbital molek molekul. ul. Orbital Orbital molekul molekul x

sebaga seb agaii

didapat dari komb kombinasi inasi orbital orbital atom atom H (1s) dan dan F

(2px) menurut fungsi gelombang Ψ = C1

H(1s) + C2

(2px)

Order dan Energi Ikatan

Dari contoh – contoh yang telah dibahas tampak bahwa suatu molekul stabil terbentu terb entuk, k, apab apabila ila ada kel kelebih ebihan an ele elektro ktron n ika ikatan tan atau ele elektro ktron n bon bondin ding. g. Kel Kelebih ebihan an pasangan pasang an elektro elektron n ikatan terhada terhadap p pasang pasangan an elektro elektron n anti-ikat anti-ikatan an disebu disebutt orde ikatan. Perhatikan tabel 3-1 untuk data eksperimental dari ebebrapa molekul. Dari data ini telihat adanya hubungan antara orde ikatan dan energi disosiasi ikatan. Mole lek kul

CO N2 NO O2 H2 H2+ He2

Pasang ngaan

Pasangan

Kelebihan

Energi

Dis iso osia iassi

Elektron Ikatan

Elektron

Pasangan

Ikatan Kj mol-1

4 4 4 4 1 ½ 1

Anti Ikatan 1 1 1½ 2 0 0 1

Ikatan 3 3 2½ 2 1 ½ 0

1071,0 942,9 627,6 493,9 458,5 269,6 -

Konfigurafi elektron dari molekul CO dan NO adalah sebagai berikut : CO | KK (z σ)2 (y σ)2 (x σ)2 (w π)4 | NO | KK KK (z σ)2 (y σ)2 (x σ)2 (w π)4 (v π) |

•

Metode Orbital Molekul

Sebuah fungsi orbital menyatakan gerakan elektron dan disebut sebagai orbital atomik (AO) untuk sebuah atom dan orbital molekul (MO) untuk sebuah molekul. Sebuah teknik yang fundamental untuk memperoleh orbital molekul adalah metoda SCF yang didasar did asarkan kan pad padaa pers persamaa amaan n Hat Hatree-F ree-Fock ock yan yang g tela telah h dipe dipelaja lajari ri pad padaa bag bagian ian 3.3 3.3.. Pad Padaa bagian ini, kita akan mempe mempelajari lajari sebua sebuah h metod metodaa SCF dengan meng menggunak gunakan an komb kombinasi inasi


PAGE 6

linier sebagai cara yang paling ampuh dalam kimia kuantum dan juga aplikasinya pada metoda orbital molekul.

1. Met Metoda oda SCF dengan dengan menggunak menggunakan an kombinasi kombinasi linier

Jika kita menggunakan kombinasi linier dari beberapa fungsi yang diketahui yang disebu dis ebutt seb sebaga agaii fun fungsi gsi bas basis is atau him himpun punan an bas basis, is, mas masalah alah unt untuk uk men menentu entukan kan fung fungsi si orbital direduksi menjadi masala masalah h untuk melakukan melakukan perhitu perhitungan ngan numerik yang mung mungkin kin sebaga seb agaiman imanaa tela telah h dipe dipelaja lajari ri pad padaa met metoda oda var variasi iasi Ritz dal dalam am bag bagian ian 3.2 3.2.. Kit Kitaa dap dapat at memperoleh fungsi orbital yang terbaik dan dapat dinyatakan dalam suku-suku yang merupakan kombinasi linier dari himpunan basis. Fung Fu ngsi si or orbit bital al {φi} ak akan an di dite tentu ntuka kan n da dan n di diek eksp span ansi si da dalam lam su suku ku-su -suku ku ya yang ng merupakan kombinasi linier dari fungsi basis x basis x1 ,x ,x2 , , … ,x N .

C. C. Roo Roothaa thaan n tela telah h men menuru urunka nkan n seb sebuah uah himp himpuna unan n dar darii per persam samaan aan sim simult ultan an unt untuk uk menentukan fungsi orbital terbaik dalam batasan yang diberikan oleh himpunan basis dengan mengatur koefisien {C { C pi} pada tahun 1951. Kita tidak akan menjelaskan secara detil fungsi-fungsi ini. Gambaran yang penting adalah sebagai berikut. Untuk sebuah himpunan basis yang terdiri dari N buah fungsi yang bergantung secara linier, masalahnya akan aka n tere tereduk duksi si men menjad jadii bag bagaima aimana na mem memeca ecahkan hkan pers persama amaan an sek sekula ularr de denga ngan n ord ordee N, sebaga seb agaiman imanaa dal dalam am met metoda oda var variasi iasi Rit Ritz. z. Tek Teknik nik SC SCF F dig diguna unakan kan unt untuk uk mem memecah ecahkan kan persamaan persam aan sekul sekular ar dalam cara yang iteratif sehing sehingga ga sebua sebuah h himpu himpunan nan dari solus solusii SCF dipe di perol roleh eh se seba baga gaima imana na da dalam lam me meto toda da Ha Hatre tree-F e-Foc ock. k. Ko Kons nsek ekue uens nsiny inya, a, ki kita ta da dapa patt memper mem peroleh oleh koe koefisie fisien n {C pi} ya yang ng me mene nentu ntuka kan n be bentu ntuk k da dari ri or orbit bital al da dan n ju juga ga en energ ergii orbitalnya {ε {ε pi} . Sebagai tambahan, energi total dari sistem, yang dapat disebut sebagai energi SCF dapat diperol diperoleh eh sebagai sebua sebuah h pendek pendekatan atan dari energi keadaan dasar. Untuk molekul, beberapa struktur khusus dengan posisi inti yang tetap diasumsikan berada pada pendekatan pendek atan adiabatik adiabatik.. Pengg Penggunaan unaan prosedur SCF yang konsisten konsisten dengan memvariasikan memvariasikan struktur molekul akan menghasilkan potensial adiabatik terdekat. Metoda SCF dengan menggunakan kombinasi linier oleh Roothan secara krusial bergantung pada pemilihan fungsi basis { X p} .


PAGE 7

Ketidaksamaan berikut berlaku pada energi Hatree-Fock SCF, E HF, energi SCF dalam pendekatan kombinasi linier E LC dan keadaan dasar EG yang sebenarnya.

Kesamaan di atas hanya berlaku untuk sistem dengan satu elektron. Untuk sistem dengan elektron banyak, kesamaan tersebut tidak berlaku dan energi korelasi elektron E HF – E G = E CORR tambahan E LC -E -E HF juga positif untuk sistem elektron banyak, CORR, selalu positif. Sebagai tambahan E yang disebabkan oleh ketidaklengkapan himpunan basis karena jumlah fungsi basis yang terbatas tidak dapat membentuk sebuah sistem yang lengkap.

Fungsi-fungsi basis

Untuk mendapatkan orbital molekul dalam pendekatan kombinasi linier, fungsi orbital atomik seperti 1s, 2s, 2p x , , 2p y , , 2p z untuk atom-atom yang membentuk sebuah molekul digunakan sebagai fungsi basis. Ide ini datang dari konsep kimia tradisional bahwa sebua sebuah h molek molekul ul terdiri dari atom. Dari sudu sudutt pandan pandang g fisika, orbital mole molekul kul ditin di tinjau jau se seba baga gaii se sebu buah ah su supe perpo rposi sisi si da dari ri ge gelo lomb mban ang g ele elektr ktron on da dan n or orbi bital tal at atom omik ik disebabkan oleh karena sebuah elektron yang berada dekat dengan sebuah atom tertentu diharapkan akan berlaku sama dengan orbital atom tersebut. Meskip Mes kipun un beb beberap erapaa cara unt untuk uk mem membang bangun un seb sebuah uah bas basis is tela telah h diaj diajuka ukan, n, satu pilihan standar standar untuk atom individual individual adalah menggunakan menggunakan semua orbital atom dari kulit terdalam hingga elektron valensi dalam keadaan dasar atomiknya. Sebagai contoh untuk sebuah atom nitrogen, lima jenis orbital 1s, 2s, 2p x , , 2p y , , 2p z digunakan sebagai fungsi orbital orb ital ato atomik mik.. Unt Untuk uk seb sebuah uah atom alk alkali ali atau sebuah sebuah atom alkali alkali tana tanah, h, orbi orbital tal np dimasukkan sebagai tambahan dari orbital ns ns.. Himpunan basis yang demikian itu disebut sebagai basis minimal. Basis minimal adalah basis standar untuk memperoleh orbital molekul molek ul dan kita dapat mengasumsikan mengasumsikan himpunan himpunan basis ini jika tidak ada hal-hal khus khusus us lainnya. Untuk perhitungan kimia kuantum yang detil, kita perlu memperhatikan pilihan pilihan dari fungs fungsii basis. Jika kita mengg menggunakan unakan sejumlah tambah tambahan an fungs fungsii basis untuk meningkatkan ketelitian perhitungan, ukuran pekerjaan komputasi (waktu komputasi dan ukuran memori) yang besar tidak dapat dihindari dan akan meningkat. Dalam usaha untuk menghindari ekspansi perhitungan komputasi yang tidak diperlukan, fungsi basis yang


PAGE 8

dipilih secara hati-hati harus ditamb ditambahkan ahkan bergantung bergantung pada akurasi perhitu perhitungan ngan yang diperlukan. Untuk gambaran yang lebih baik pada elektron valensi, fungsi orbital valensi dengan berbagai ekspansi spasial digunakan lipat dua atau tiga sebagai tambahan terhadap fungsi standar. Himpunan basis seperti ini disebut sebagai basis valensi yang terpisah. Fungsi orbital atomik dengan bilangan kuantum orbital azimut yang lebih tinggi sering ditingkatkan untuk mengatur bentuk dari fungsi gelombang elektron dari setiap atom individu bergantung situasi dalam molekul. Tipe fungsi gelombang yang ditingkatkan ini disebut sebagai fungsi polarisasi. Sebagai contoh, sebuah himpunan basis yang hanya terdiri dari fungsi tipe s dan p ditingkatkan oleh fungsi tipe d sebagai fungsi polarisasi. Lebih lanjut, elektron yang tidak terikat secara kuat seperti pada elektron tambahan dalam ion negatif memerlukan fungsi yang melebar yang mencangkup area yang jauh di mana tambahan elektron tersebut didistribusikan. Fungsi orbital atomik sebagai fungsi basis tidak perlu fungsi orbital atomik yang eksak. Dalam perhitungan yang sebenarnya, bentuk pendekatan dari fungsi orbital atomik telah tela h dig diguna unakan kan sec secara ara umu umum m den denga gan n mem memper perhatik hatikan an peng pengatu aturan ran yan yang g mud mudah ah pad padaa berbagai berbag ai jenis integral. Untuk fungs fungsii pende pendekatan katan sepert sepertii itu, fungs fungsii orbital yang proporsional propo rsional dengan dengan e−ζr yang diusulkan oleh Slater dan disebut sebagai orbital tipe Slater (STO) telah digunakan secara luas digunakan dalam tahun-tahun terakhir dan analoginya telah diperluas dalam suku-suku yang terdiri dari beberapa fungsi Gaussian 2 dengan sebuah faktor e faktor e−αr2 dan disebut sebagai STO-n STO- nG jika jumlah fungsi Gaussiannya adalah n. Beberapa himpunan bas is lain yang terdiri dari beberapa Gausian seperti 4-31G dan 631G dikembang dikembangkan kan ole oleh h J. A. Pop Pople le dan kol kolega eganya nya dan sec secara ara eks ekstens tensif if dig digunak unakan. an. Penjelasan yang lebih detil dari fungsi basis harus dilihat pada buku-buku tentang metoda orbital dan perhitungan kimia kuantum. Metoda SCF dengan pendekatan kombinasi linier digunakan tidak hanya untuk perhitungan orbital molekul tetapi juga untuk mendapatkan orbital atomik yang tepat. Konven Kon vensi si tand tandaa dan arah dari orb orbital ital ato atomik mik haru haruss dica dicatat tat unt untuk uk pen pengg gguna unaan an praktis. Secara prinsip, setiap fungs fungsii orbital atomik dapat dikalika dikalikan n deng dengan an -1 atau divariasikan tandanya dan tanda tesebut dapat dipilih secara bebas untuk setiap atom dalam dala m keb kebeba ebasan san mat matemat ematika. ika. Ak Akan an teta tetapi pi dala dalam m usa usaha ha unt untuk uk mem memaha ahami mi has hasil-ha il-hasil sil perhitungan, perhitu ngan, kebebas kebebasan an dalam memilih tanda untuk untuk digunakan digunakan dalam orbital orbital atomik atomik dapat dapat


PAGE 9

menyebabkan kebingungan. Untuk orbital dengan kebergantungan arah yang besar seperti pada orbital p, sumb sumbu u koord koordinat inat dapat dipilih secara bebas untuk setiap atom, meskipun analisa dan interpretasi menjadi sulit. Ini kemudian menyebabkan bahwa sebuah pilihan sistematik untuk tanda dan arah perlu direkomendasikan; biasanya, sumbu koordinat yang sama diasumsikan untuk seluruh atom dan tanda untuk jenis orbital yang sama seperti pada 1s, 2p secara umum dipilih. Sebagai contoh, tanda untuk orbital 2px dibuat positif pada daerah daerah terluar sepanjang sepanjang sumbu sumbu x yang yang dipilih dipilih umum. umum. Dalam banyak banyak program program untuk untuk perhitungan perhitu ngan kimia kuantu kuantum, m, pilihan sistem sistematik atik telah digun digunakan. akan. Akan tetapi biasany biasanyaa tidak ada deskri deskripsi psi yang dibuat dalam progra program m komputasi dan manualnya serta tidak ada penjelasan penjelas an dalam buku buku-buku -buku teks. Deng Dengan an demikia demikian, n, untuk mahasiswa, konve konvensi nsi untuk orbital orb ital ato atomik mik ser sering ing mem membua buatt keb kebing ingung ungan. an. Kita jug jugaa haru haruss ber berhati hati-hat -hatii terh terhada adap p pemilihan pemiliha n sistem koordinat koordinat dan tanda-tanda, tanda-tanda, karena perbedaan perbedaan konvensi konvensi dapat digunakan sesuai kebutuhan seperti pada simetri. Pilihan yang berbeda dapat ditemui ketika kita melihat beberapa referensi.

Contoh 4.2 Tulislah semua anggota dari basis minimal untuk sebuah molekul air dan

berikan jumlah total fungsi fungsi basisny basisnya. a. Lima ma fu fung ngsi si ba basis sis 1s 1s,, 2s 2s,, 2px, 2py, 2pz digu digunakan nakan untuk atom oksigen. (Jawaban) Li Terdapat dua atom hidrogen dan setiap atom menggunakan sebuah orbital 1s. Dengan demikian jumlah total dari fungsi basis adalah 5 + 1 + 1= 7. Dengan demikian orbital molekul molek ul dari sebua sebuah h molek molekul ul air dalam basis minimal diperoleh sebagai kombinasi kombinasi linier dari tujuh fungsi basis ini.

Metoda non empiris dan metoda semi empiris

Sebuah pendekatan teoritis dengan tidak menggunakan informasi yang empiris kecuali untuk bilangan atom, koordinat geometri dan jumlah elektron pada sistem yang dipelajari disebut sebagai metoda ab initio (dari awal) atau metoda non empiris. Dalam metoda met oda ab init initio, io, fun fungs gsii orb orbital ital dan ene energi rginya nya dite ditentuk ntukan an ole oleh h met metoda oda SC SCF F dal dalam am pendekatan pendek atan komb kombinasi inasi linier dan kemud kemudian ian energi total sistem sistem,, fungs fungsii gelom gelombang, bang, kerapatan elektron dan sifat-sifat yang lainnya dihitung. Metoda orbital molekul non empiris secara umum memerlukan perhitungan integral dalam jumlah yang sangat besar,


PAGE 10

dan jumlahnya adalah pangkat empat kali dari jumlah fungsi basisnya. Untuk alasan ini, perhitungan perhitu ngan non empiris untuk molek molekul ul besar sering berhada berhadapan pan pada kesul kesulitan itan yang disebabkan oleh sistem yang terbatas pada fasilitas komputasi. Sebuah pendekatan untuk menurunkan waktu komputasi dan jumlah data yang dipe di perlu rluka kan n un untu tuk k me memp mperk erkira iraka kan n ni nilai lai in inte tegra grall de deng ngan an be bebe berap rapaa pe persa rsama maan an ya yang ng mengandung meng andung parameter parameter empiris disebut sebagai metoda semi empiris. Parameter empiris pada metoda metoda semi semi empiris diatur diatur sedemikian sedemikian rupa rupa sehingga sehingga membe memberikan rikan hasil hasil yang sebaik sebaik mungk mun gkin. in. Dal Dalam am met metoda oda orb orbital ital mol moleku ekull sem semii emp empiris iris,, han hanya ya elek elektro tron n val valens ensii yan yang g diperlak dipe rlakuka ukan n atau dipe dipertim rtimbang bangkan kan dan mua muatan tan inti ser sering ing dik dikom ombina binasik sikan an den dengan gan elektron kulit dalam akan diperlakukan sebagai inti efektif dengan sebuah muatan positif yaitu (bilangan atom)-(jumlah elektron dalam). Untuk molekul planar dengan ikatan tidak tersaturasi seper ti pada benzen, elektron (elektron π) dalam orbital p dengan arah vertikal terhadap bidang molekul saja yang diperhitungkan dan pendekatan yang demikian itu disebut sebagai pendekatan elektron π. Dalam sebuah metoda orbital molekul sederhana yang diberikan oleh E. Hückel, yang akan diperkenalkan pada bab berikut, persamaan eigen eig en unt untuk uk men mendap dapatk atkan an orb orbital ital mol moleku ekull dise diseder derhana hanakan kan dan de denga ngan n han hanya ya seb sebuah uah prosedur prose dur untuk memecahka memecahkan n persamaan sekular sekular yang memberikan memberikan fungsi fungsi orbital molekul molekul dan ene energi rgi orb orbital italnya nya,, den dengan gan sya syarat rat bah bahwa wa inte integral gral yan yang g dip diperlu erlukan kan tela telah h dih dihitun itung g sebelumnya dengan suatu prosedur.

Konfigurasi elektron dan HOMO/LUM HOMO/LUMO O

Setelah fungsi orbital {φ i} dan orbital energi {ε i} diperoleh dengan metoda SCF atau beberapa metoda yang lain, kita dapat membangun fungsi gelombang determinan Φ yang berkaitan dengan beberapa konfigurasi elektron seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 4.4 (lihat, keadaan dasar dan keadaan tereksitasi dari sebuah atom helium pada bagian 2.7) Bilangan okupasi elektron, ni untuk sebuah orbital φ i tanpa spin adalah 0, 1 atau 2 dengan memperhatikan prinsip Pauli. Sebuah orbital yang mengandung satu atau dua elektron disebut sebagai sebuah orbital terisi. Sebuah orbital dengan ni = 0 disebut sebagai orbital kosong. Sebuah orbital terisi dengan ni = 1 disebut sebagai orbital molekul yang terisi tunggal (Single (Single Occupied Molecular Orbital-SOMO) Orbital-SOMO) atau sebuah elektron tidak


PAGE 11

berpasangan. berpasa ngan. Sebu Sebuah ah orbital orbital dengan dengan ni = 2 disebut sebagai orbital terisi penuh oleh sebuah pasangan pasang an elektron elektron.. Di antara orbital yang terisi, orbital moleku molekull tertingg tertinggii yang terisi disebu dis ebutt seb sebaga agaii HO HOMO MO ( Highest Highest Occupied Molecular Orbital ) da dan n or orbi bital tal mo molek lekul ul teren te renda dah h ya yang ng tid tidak ak ter teris isii di dise sebu butt se seba baga gaii LU LUMO MO ( Lowe Lowest st Unoccupied Molecula Molecular r Orbital ). ). HO HOMO, MO, LU LUMO MO dan SOM SOMO O dise disebut but seb sebaga agaii orb orbital ital terd terdepan epan dik dikaren arenakan akan orbital-orbital ini berkaitan dengan kereaktifan kimia dan akan dipelajari pada Bab 6.

Gambar 4.4 HOMO/LUMO dan beberapa konfigurasi elektron.

Sebuah konfigurasi elektron yang tidak memiliki elektron yang tidak berpasangan disebut diseb ut sebag sebagai ai sebua sebuah h kulit tertutup, sedang sedangkan kan sebuah konfigurasi elektron dengan beberapa bebera pa elektron yang yang tidak berpasanga berpasangan n disebut disebut sebagai kulit kulit terbuka. terbuka. Di antara seluruh seluruh konfigurasi elektron yang dibentuk dengan jumlah fungsi orbital yang sama dari {φ}, sebuah konfigurasi elektron yang khusus dengan nilai ekspektasi yang paling rendah yang diberik dib erikan an ole oleh h fung fungsi si gel gelomb ombang ang dete determin rminan an Φ dis disebu ebutt seb sebagai agai ko konfig nfiguras urasii elek elektron tron dasar. das ar. Ko Konfig nfiguras urasii ele elektro ktron n das dasar ar yang bia biasan sanya ya mem member berika ikan n jum jumlah lah min minimu imum m dari orbital orb ital ene energi rgi ∑inεi da dapat pat di diny nyata atakan kan me mere repre prese senta ntasi sikan kan ke kead adaan aan da dasa sar. r. Da Dalam lam konfigurasi elektron dasar, orbital terendah hingga HOMO diisi oleh sebuah pasangan elek el ektr tron on.. Pe Perk rkec ecua uali lian anny nya, a, be bebe bera rapa pa si sist stem em de deng ngan an HOM OMO O da dan n LU LUMO MO ya yang ng terdegenerasi atau hampir terdegenerasi menyukai untuk memiliki sebuah konfigurasi dari dua elektron yang tidak berpasangan dengan spin paralel yang diturunkan dari aturan


PAGE 12

Hund. Konfigurasi elektron yang dihasilkan oleh eksitasi elektron menempati orbital yang kosong disebut sebagai konfigurasi elektron tereksitasi. Konfigurasi elektron tereksitasi diklasifikasikan pada konfigurasi satu elektron tereksitasi, dua elektron tereksitasi dan seterusnya bergantung pada jumlah elektron tereksitasi. Ketika penambahan atau pengurangan beberapa elektron dilakukan pada sebuah sistem deng de ngan an N bu buah ah el elek ektro tron n ya yang ng ne netra trall se seca cara ra lis listri trik, k, kit kitaa da dapat pat me memb mban angu gun n se sebu buah ah konfigurasi sebuah sistem dengan N + z z elektron. elektron. Sistem akan menjadi negatif ion jika z jika z > > 0 dan menjadi ion positif jika z < 0. Konfigurasi elektron untuk ion disebut sebagai konfigurasi ionik (atau terionisasi) .

Energi Orbital Dan Energi Ionisasi

Dalam kaitannya dengan sebuah ion monopositif, perbedaan antara energi E i dari sebuah konfigurasi ionik Φ i dibangun dengan orbital SCF dari sistem netral dan energi E g dari konfigurasi konfigurasi keadaan dasar elektro elektron n Φg, E i-E g , secara sederhana disamakan disamakan dengan -1 dikalikan dengan nilai dari orbital energi εi untuk orbital φi yang mana merupakan asal dari elektron yang dilepaskan. (4.29) Persamaan ini dipresentasikan pada tahun 1934 dan disebut sebagai teorema Koopman. Jikaa kita men Jik mengas gasums umsikan ikan bah bahwa wa E i – E g , sa sama ma de deng ngan an en energ ergii io ioni nisas sasi, i, ki kita ta da dapa patt mengandaikan bahwa -1 kali energi orbital SCF yang terisi berkaitan dengan energi ionis io nisas asii un untu tuk k me mele lepa pask skan an se sebu buah ah el elekt ektro ron n da dari ri su suatu atu or orbi bital tal.. De Deng ngan an de demik mikian ian persamaan persam aan berikut berikut berlaku. berlaku. (4.30) Ini disebut sebagai rumus Koopman. Perlakuan yang sama untuk sebuah ion mononegatif akan menghasilkan persamaan yang analog yang mengan dung energi orbital ????k untuk penambahan penamb ahan elektron elektron dan dan energi energi εk untuk konfigurasi ion negatif (4.31) Jika kita mengasumsikan bahwa sisi sebelah kiri dari persamaan ini merepresentasikan afinitas elektron Ak dan kita akan memperoleh


PAGE 13

(4.32) Sebagaimana jelas terlihat dari definisi HOMO dan LUMO, afinitas elektron menjadi maksim mak simum um pad padaa LU LUMO MO dan ioni ionisas sasii ene energi rgi men menjadi jadi min minimu imum m pad padaa HO HOMO MO den dengan gan ketentuan bahwa konfigurasi elektron tersebut merepresentasikan keadaan dasar. (4.33) Persamaan di tengah dibatasi pada sistem yang khusus di mana sebuah orbital adalah HOMO dan juga LUMO.

Metoda dengan memasukkan korelasi elektron

Seb ebag agai aima mana na

tela te lah h

dis iseb ebut utka kan n

dala da lam m

bag ba gia ian n

3.3 3. 3,

meto me toda da

SCF

tida ti dak k

memperhitungkan efek korelasi elektron, metoda interaksi konfigurasi (Configuration ( Configuration Interaction-CI Interaction-C I ) didasarkan pada pendekatan variasi dan metoda Mφller-Pleset (MP) yang didasarkan pada pendekatan gangguan, sangat sering digunakan untuk memperhitungkan efek korelasi elektron. Dalam Dal am met metoda oda CI, kom kombina binasi si lini linier er dari ber berbag bagai ai kon konfigu figuras rasii elek elektron tron {Φi} sebanyak mungkin digunakan untuk memecahkan HΨ memecahkan HΨ = EΨ .

Perhi Pe rhitu tung ngan an ma mate temat matik ikaa un untu tuk k ma masa salah lah ini ad adal alah ah sa sama ma de deng ngan an ya yang ng tel telah ah dise di sebu butk tkan an un untu tuk k me meto toda da va varia riasi si Ri Ritz. tz. De Deng ngan an me mema masu sukk kkan an ko konfi nfigu guras rasii ele elekt ktron ron sebanyak mungkin untuk mendapat ketepatan dan kehandalan yang tinggi tidak sebanding dengan penghematan waktu komputasi dan memori komputer untuk mereduksi biaya perhitungan. perhitu ngan. Komp Kompromi romi antara keing keinginan inan yang berlaw berlawanan anan harus dilaku dilakukan. kan. Metod Metodaa CI sering memerlukan pengetahuan yang khusus untuk memilih pilihan yang pantas dari konfigu kon figuras rasii elek elektron tron yan yang g per perlu lu dili dilibat batkan. kan. Met Metoda oda CI mem memilik ilikii keu keungg nggulan ulan unt untuk uk memperoleh energi keadaan tereksitasi dan fungsi gelombang disamping pada sifat-sifat keadaan dasar dengan meminjam pada sifat-sifat dan karakter metoda variasi Ritz. Dalam Da lam me meto toda da MP MP,, se sebu buah ah op oper erato atorr Ha Hamil milto tonia nian n ya yang ng tid tidak ak di diga gang nggu gu ??0 didefin did efinisik isikan an seh sehing ingga ga ia dap dapat at mem memilik ilikii fun fungsi gsi eig eigen en yan yang g dib dibang angun un seb sebagai agai fung fungsi si gelombang determinan {Φ j} yang berasal dari orbital SCF. Dengan demikian, gangguan


PAGE 14

pada metod metodaa MP, ??’ diperke diperkenalkan nalkan sebag sebagai ai ??’ = ?? − ??0, yang m ana merupakan perbedaan perbed aan antara Hamilto Hamiltonian nian eksak ?? dan ??0. Pe Perla rlaku kuan an pa pada da or orde de ke kedu duaa tel telah ah disebutkan dalam bagian 3.1. Koreksi energi oleh metoda MP mulai dilakukan dari orde kedua yang dinyatakan sebagai MP2. Secara umum perlakuan orde ke− n dalam metoda MP dinyatakan sebagai MPn MP n. Meskipun sangat mungkin untuk memasukkan suku-suku deng de ngan an or orde de ya yang ng le lebi bih h ti ting nggi gi se sepe pert rtii MP MP3 3 at atau au MP MP4, 4, su suku ku ya yang ng le lebi bih h ti ting nggi gi membut mem butuhk uhkan an wak waktu tu per perhitu hitunga ngan n yan yang g sang sangat at lam lama. a. Kare Karena na tida tidak k ter terdapa dapatt kes kesulita ulitan n kecuali untuk pilihan orde n, metoda MP sangat mudah digunakan untuk melakukan koreksi terhadap energi keadaan dasar.

Teori Orbital Molekul

Bagaima Bag aimana na atom atom-ato -atom m mem memben bentuk tuk ikat ikatan an kov kovalen alen unt untuk uk men mengha ghasilk silkan an sua suatu tu moleku mol ekul? l? Mo Model del mol moleku ekull Lew Lewis, is, yan yang g me menjel njelask askan an bag bagaima aimana na ato atom-at m-atom om ber berusa usaha ha meleng mel engkapi kapi kea keadaa daan n okt oktet et mel melalui alui pem pemaka akaian ian ber bersam samaa elek elektron tron han hanya ya men mencer ceritak itakan an sebagian sebag ian dari sejarah. Teori orbital molekul meng mengkomb kombinasika inasikan n kecend kecenderunga erungan n atom untuk mencapai keadaan oktet dengan sifat-sifat geombangnya, menempatkan elektronelektron pada suatu tempat yang disebut orbital. Menurut teori orbital molekul, ikatan kovalen dibentuk dari kombinasi orbital-orbital atom membentuk orbital molekuler; yaitu orbita orb itall ya yang ng dim dimili iliki ki ole oleh h mo mole leku kull se secar caraa ke kese selu luru ruha han. n. Se Sepe perti rti or orbi bital tal ato atom, m, yan yang g menjelaskan volume ruang di sekeliling inti atom di mana elektron mungkin ditemukan, orbital orb ital mol moleku ekuler ler men menjela jelaska skan n vol volume ume ruan ruang g di sek sekelil eliling ing mol moleku ekull di man manaa ele elektro ktron n mungkin ditemukan. Orbital molekuler juga memiliki bentuk ukuran dan energi yang spesifik. Mari kita lihat pada contoh pertama kita dalam molekul hidrogen (H2). Orbital 1s dari satu atom hid hidrog rogen en men mendek dekati ati orb orbital ital 1s dari atom hidrogen hidrogen ked kedua, ua, kem kemudi udian an keduan ked uanya ya mel melaku akukan kan ove overlap rlap orb orbital ital.. Ika Ikatan tan kov kovalen alen ter terbent bentuk uk ket ketika ika dua orb orbital ital s mengalami meng alami overlap, disebut disebut dengan ikatan sigma (σ). Ikatan sigma sigma berbentuk silindris silindris simetris , elektron dalam ikatan ini terdistribusi secara simetris/ berada di tengah antara dua atom yang berikatan.


PAGE 15

1. Atom Karb rbo on a. Hib ibri rid dis isas asii sp sp3 3 Atom larbon memiliki dua orbital (2s dan 2p) untuk membentuk ikatan, artinya jika bereak bereaksi si denga dengan n hidrog hidrogen en maka akan terbent terbentuk uk dua ikatan C-H. Faktany Faktanya, a, atom karbon membentuk membentuk empat ikatan C-H dan menghasilkan menghasilkan molekul metana denga dengan n bentuk bangun bangu n ruang tetrahed tetrahedron. ron. Linus Pauling (1931 (1931)) menjel menjelaskan askan secara matemat matematis is bagaimana bagaima na orbital s dan tiga orbital p berkom berkombinasi binasi atau terhibridisasi terhibridisasi membentuk membentuk empat empat orbital atom yang ekuivalen dengan bentuk tetrahedral. Orbital yang berbentuk tetrahedral disebut dengan hibridisasi sp3. Angka tiga menyatakan berapa banyak tipe orbital atom yang berkombinasi, bukan menyatakan jumlah elektron yang mengisi orbital. Atom karbon karbon memiliki konfigurasi konfigurasi groun ground-state d-state 1s2 2s2 2px1 2py1. 2py1. Pada kulit terluar terdapat dua elektron dalam orbital 2s, dan dua elektron tak perpasangan dalam orbital 2p:

Gambar 1.4. Konfigurasi elektronik ground-state atom karbon

Dari konfigurasi di atas, maka atom karbon hanya dapat membentuk dua ikatan, contohnya CH2. Pada kenyataannya, molekul CH 2 sangat jarang ditemukan dan lebih banyak terbent terbentuk uk molek molekul ul CH4. Dari hasil eksperimen, diperoleh data bahwa kekuatan ikatan C-H sebesar 100 kkal/mol. Dengan demikian, energi untuk membentuk ikatan C-H dalam CH2 sebesar 200 kkal/mol.


PAGE 16

Alternatifnya adalah, satu elektron pada orbital 2s dipromosikan ke orbital 2pz. Konfigurasi baru ini memiliki satu elektron yang berada pada tingkat energi yang lebih tinggi ting gi dari

ground gro und-sta -state. te. Energi Energi yang dibut dibutuhk uhkan an untuk untuk memprom mempromosi osikan kan

elektron elek tron

tersebut sebesar 96 kkal/mol.

Gambar 1.5. Konfigurasi elektron atom karbon yang mengalami eksitasi

Pada posisi tereksitasi, karbon memiliki empat elektron tak berpasangan dan dapat membentuk empat ikatan dengan hidrogen. Meskipun membutuhkan energi sebesar 96 kkal/mo kka l/moll unt untuk uk men menge geksit ksitasi asi satu ele elektro ktronny nnyaa terl terlebih ebih dah dahulu ulu,, ikat ikatan an yang ter terbent bentuk uk dengan H (pada CH 4) jauh lebih stabil dibandingkan ikatan C-H pada molekul CH 2. Ikatan C-H pada metana memiliki kekuatan ikatan 104 kkal/mol dengan panjang ikatan 1.10 A. sudut ikatan H-C-H sebesar 109.50.

Struktur Etana Etana, C2H6, merupakan contoh paling sederhana dari molekul yang mengandung ikatan karbon-karbon.

Gambar 1. 6 .Struktur Lewis dan Kekule dari etana

Ikatan karbon-karbon dalam etana memiliki panjang ikatan 1.54 A dan kekuatan ikatn 88 kkal/mol. Untuk ikatan C-H memiliki karakteristik yang sama dengan metana.


PAGE 17

Gambar 1.7. Struktur Etana

b. Hibrid Hibridisasi isasi sp2; sp2; Orbital Orbital dan Struktu Strukturr Etilen Ketika kita membentuk orbital hibridisasi sp3 untuk menjelaskan ikatan dalam metana, pertama kali yang dilakukan adalah mempromosikan satu elektron dari orbital 2s ke excited state menghasil menghasilkan kan empat elektron elektron tak berpasangan. berpasangan. Hibridisasi Hibridisasi sp2 terjadi terjadi jika satu elektron tereksitasi tereksitasi ke orbital p. Akibatnya, Akibatnya, atom karbon yang terhibridisasi terhibridisasi sp2 hanya dapat membentuk tiga ikatan sigma dan satu ikatan pi. Ikatan pi terjadi sebagai akibat dari tumpang tindih elektron pada orbital 2p-2p.

Gambar 1.8. Konfigurasi elektron atom karbon yang terhibridisasi sp2

Duaa ato Du atom m ka karb rbon on sp sp2 2 da dapa patt sa salin ling g me memb mben entu tuk k ika ikata tan n ya yang ng ku kuat at,, me merek rekaa membentuk ikatan sigma melalui overlap orbital sp2-sp2. Kombinasi ikatan sigma sp2sp2 dan ikatan pi 2p-2p menghas menghasilkan ilkan bentuk bentuk ikatan rangkap karbon-ka karbon-karbon. rbon. Bentuk Bentuk bangun bangu n ruang dari ikatan ikatan atom karbo karbon n yang terhibrid terhibridisasi isasi sp2 sp2 adalah adalah trigonal trigonal planar. planar.


PAGE 18

Gambar 1.9. Karakteristik ikatan dalam etena

Gambar 1.10. orbital etena

c. Hib ibrrid idis isaasi sp Atom karbon memiliki kemampuan membentuk tiga macam ikatan, yaitu ikatan tunggal, rangkap dua dan rangkap tiga. Asetilena, C 2H2, contoh paling sederhana dari ikatan karbon-karbon rangkap tiga. Di samping dapat berkombinasi dengan dua atau tiga orbital p, hibrida orbital 2s juga dapat berkombinasi berkombinasi dengan satu orbital p.


PAGE 19

Gambar 1.11. Konfigurasi elektron atom karbon yang terhibridisasi sp

Orbital sp memiliki bangun ruang linear dengan sudut ikatan H-C-C sebesar 1800 yang telah tela h ter terveri verifikas fikasii

dari hasil eks eksperi perimen mental. tal. Pan Panjang jang ikatan ikatan hid hidrog rogen-k en-karbo arbon n seb sebesa esar r

1.06A dan panjang ikatan karbon-karbon adalah 1.20 A.

(a) Ikatan σ C-C terbentuk terbentuk karena overlap orbital orbital sp-sp dan ikatan C-H dibentuk dibentuk karena overlap orbital orbital sp-s. (b) dua ikatan π karbon-karbon karbon-karbon terbentuk terbentuk melalui overlap orbital orbital p yang berhadap-hadapan antara atom karbon yang satu dengan atom karbon lainnya. Tabel 1.4 Karakteristik ikatan beberapa senyawa organic


PAGE 20

2. At Atom om Ni Nitr tro ogen Ikatan Ika tan kov kovale alen n tida tidak k han hanya ya terb terbentu entuk k dala dalam m sen senyaw yawaa karb karbon, on, teta tetapi pi jug jugaa dap dapat at dibentuk oleh atom-atrom lain. Semua ikatan kovalen yang dibentuk oleh unsur-unsur dalam tabel periodik dapat dijelaskan dengan orbital hibrida. Secara prinsip, pembentukan hibrida sama dengan pada atom karbon. Amonia, Amo nia, NH3, salah satu contoh contoh molekul yang mengandu mengandung ng ikatan kovalen kovalen yang melibatkan melibat kan atom nitroge nitrogen. n. Atom nitroge nitrogen n memiliki memiliki konfigurasi konfigurasi grou ground-state nd-state:: 1s2 2s2 2s2 2px1 2py1 2pz1, dan memungkinkan atom nitrogen berikatan dengan tiga atom hidrogen.

Gambar 1.12. Pembentukan ikatan kovalen pada nitrogen sp3

Keti Ke tik ka te terd rdap apat at ti tig ga el elek ektr tron on ta tak k be berp rpas asan ang gan me meng ngis isii orb rbit ital al 2p 2p,, in inii memu me mung ngki kink nkan an or orbit bital al 1s da dari ri hid hidro roge gen n un untu tuk k ov over erlap lap de deng ngan an or orbi bital tal 2p ter terseb sebut ut membentuk ikatan sigma. Sudut ikatan yang terbentuk adalah 107.30, mendekati sudut tetrah tet rahed edral ral (1 (109 09.5 .50). 0). Nit Nitro roge gen n me memi milik likii li lima ma ele elekt ktron ron pa pada da ku kulit lit ter terlua luarny rnya. a. Pa Pada da hibridisasi sp3, satu orbital sp3 diisi oleh dua elektron dan tiga orbital sp3 diisi masingmasing satu elektron.


PAGE 21

Gambar 1.13. Konfigurasi elektron atom nitrogen sp3

Ikatan sigma terbentuk dari overlap orbital hibrida sp3 yang tidak berpasangan tersebu ters ebutt den denga gan n orb orbital ital 1s dari hidr hidroge ogen n men mengha ghasilk silkan an mol moleku ekull amm ammoni onia. a. De Denga ngan n demikian, ammonia memiliki bentuk geometri tetrahedral yang mirip dengan metana. Ikatan N-H memiliki panjang 1.01 A dan kekuatan ikatan 103 kkal/mol. Nitrogen Nitrog en memilik memilikii tiga elektron tak berpas berpasangan angan pada orbital hibrid sp3, ketika satu elektron dalam orbital hibrida tersebut tereksitasi ke orbital p maka terbentuk hibrida baru, yaitu yaitu sp2. Elektron Elektron pada orbital orbital p digunakan digunakan untuk untuk membentu membentuk k ikatan pi. Jadi, Jadi, atom nitrog nit rogen en yan yang g ter terhib hibrid ridis isas asii sp sp2 2 me memil miliki iki sa satu tu ik ikata atan n pi ya yang ng di digu guna naka kan n un untu tuk k membentuk ikatan rangkap dua, mirip dengan molekul etena. Apabila elektron yang tereksitasi ke orbital p ada dua maka nitrogen memiliki kemampuan membentuk dua ikatan pi atau satu ikatan rangkap tiga (hibridisasi sp).

Gambar 1.14. Konfigurasi elektron atom nitrogen sp2 dan sp

Gambar 1.15. Contoh molekul dengan dengan atom N terhibridisasi sp2 dan sp

3. At Atom om Oks Oksig igen en


PAGE 22

Elektron pada ground-state atom oksigen memiliki konfigurasi: 1s2 2s2 2px2 2py1 2pz1, dan oksigen merupakan atom divalen.

Gambar 1 .16. Molekul air Dengan Den gan mel melihat ihat kon konfig figuras urasii elek elektron tronnya nya,, dap dapat at dip dipred rediksi iksi bah bahwa wa oks oksige igen n mam mampu pu memben mem bentuk tuk dua ikat ikatan an sig sigma ma kare karena na pad padaa kul kulit it terl terluarn uarnya ya terd terdapat apat dua elek elektron tron tak berpasangan berpasa ngan (2py (2py dan dan 2pz). 2pz).

Gambar 1.17. Konfigurasi elektron oksigen sp3

Air adalah contoh senyawa yang mengandung oksigen sp3. sudut ikatan yang terbentuk sebesar 104.50. diperkirakan bahwa orbital dengan pasangan elektron bebas menekan sudut ikatan H-O-H, sehingga sudut yang terbentuk lebih kecil dari sudut ideal (109.50), seperti halnya pasangan elektron bebas dalam ammonia menekan sudut ikatan H-N-H. Oksi Ok sige gen n ju juga ga da dapa patt ter terhib hibri ridis disas asii sp sp2, 2, ya yaitu itu de deng ngan an me memp mpro romo mosi sikan kan sa satu tu elektronnya ke orbital p.

Gambar 1.18. Konfigurasi elektron oksigen sp2


PAGE 23

Dalam kondisi ini, oksigen hanya memiliki satu ikatan sigma, tetapi juga memilki satu ikatan pi. Contoh molekul yang memiliki atom oksigen terhibridisasi sp2 adalah pada senyawa-senyawa karbonil.

Gambar 1.19. Contoh senyawa dengan atom oksigen terhibridisasi sp2

Satu contoh terakhir dari hibridisasi orbital yang sering ditemukan adalah boron trifluorida, BF3. Boron hanya memiliki tiga elektron di kulit terluarnya (1s2 2s2 2px1), hal ini berarti bahwa boron hanya dapat membentuk paling banyak tiga ikatan. Kita dapat mempro mem promos mosikan ikan elektron elektron pad padaa orb orbital ital 2s ke orb orbital ital 2py 2py,, aka akan n teta tetapi pi tida tidak k mun mungk gkin in melengkapi boron dengan elektron oktet.

Boron tidak memiliki pasangan elektron bebas, sehingga terdapat satu orbital p (2pz) yang kosong. Molekul BF3 yang terbentuk memiliki geometri planar, sehingga dapat dikatakan bahwa boron terhibridisasi sp2.


PAGE 24

Teori Orbital Kel 6

Recommend Documents