TUGAS MATA KULIAH
IKATAN KIMIA
Nama : Dwi Kurnia Sari
NIM : 06121010006
Dosen Pembimbing : Drs. M. Hadeli L., M.Si
PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2014
TEORI ORBITAL MOLEKUL
Teori orbital molekul (OM) menggambarkan ikatan kovalen melalui istilah orbital molekul yangdihasilkan dari interaksi orbital-orbital atom dari atom-atom yang berikatan dan yang terkait dengan molekul secara keseluruhan (lischer, 2009). Konstruksi orbital molekul dari orbital atom, ibagian dalam pembentukan molekul. Separuh dari orbital molekul mempunyai energi yang lebih besar daripada energi orbital atom. Orbital yang dibentuk yaitu orbital molekul pengikatan (bonding) dan orbital molekul antiikatan (anti bonding). Elektron yang tidak mengambil bagian dalam pengikatan disebut elektron tidak berikatan (nonbonding) dan mempunyai energy yang sama dengan energy yang dimiliki atom-atom yang terpisah. Energi –energi relatif dari setiap jenis orbital secara umum terlihat pada gambar 2 berikut ini (Dogra, 1990):
Gambar 2. Kombinasi orbital atom yang membentuk orbital atom
Orbital atom yang mengambil bagian dalam pembentukan orbital molekul harus memenuhi persyaratan sebgai berikut:
1. Orbital atom yang membentuk orbital molekulm harus mempunyai energi yang dapat dibandingkan.
2. Fungsi gelombang dari masing-masing orbital atom harus bertumpang tindih dalam ruangan sebanyak mungkin..
3. Fungsi gelombang orbital atom harus mempunyai simetri yang relatif sama dengan sumbu molekul.
Yang paling umum membentuk orbital molekul adalah σ (sigma) dan orbital π (pi). Orbital sigma simetris disekitar sumbu antarnuklir. Penampang tegak lurus terhadap sumbu nuklir (biasanya sumbu x) memberikan suatu bentuk elips. Ini terbentuk dari orbital s maupun dari p dan orbital d yang mempunyai telinga sepanjang sumbu antar nuklir. Orbital π terbentuk ketika orbital p pada setiap atom mengarah tegak lurus terhadap sumbu antarnuklir. Daerah tumpang tindih ada di atas dan di bawah sumbu ikatan (lihat gambar 3).
Gambar 3. Bentuk orbital molekul yang terbentuk dari orbital atom
Pembahasan Mengenai Diagram Korelasi Orbital Molekul HCl
Molekul HCl merupakan molekul heteronuklir, dimana kedua atom berasal dari unsur yang berbeda. Atom Cl memiliki nomor atom 17 dengan konfigurasi elektron: 1s2 2s2 2p6 3s23p5, sedangkan atom H memiliki nomor atom 1 dengan konfigurasi elektron: 1s1. Atom Cl lebih elektronegatif daripada atom H. Diagram korelasi orbital molekul menunjukkan bahwa tingkat-tingkat energi dari atom Cl yang lebih elektronegatif bergeser ke arah bawah, karena atom Cl menarik elektron-elektron valensi lebih kuat dari pada atom H. Seperti gambar 4 diagram korelasi orbital molekul HCl.
Gambar 4. Diagram korelasi orbital molekul HCl
Orbital-orbital atom bercampur secara signifikan membentuk orbital molekul hanya jika energi orbital-orbital ini cukup berdekatan dan mempunyai simetri yang benar. Pada molekul HCl, orbital 1s dari atom Cl energinya terlalu rendah untuk bisa bercampur dengan orbital 1s dari atom H. Hal yang sama juga terjadi untuk orbital 2s atom Cl. Berdasarkan teori hibridisasi sebelum atom Cl berikatan dengan atom H membentuk molekul maka akan terjadi hibridisasi orbital atau pencampuran orbital atom Cl. Pada atom Cl dapat dilihat bahwa orbital 3s bercampur dengan orbital 3p (karena berada dalam satu kulit) sebelum membentuk orbital molekul. Hal ini dikarenakan semua elektron pada kulit terluar memiliki kesempatan yang sama untuk berikatan dengan elektron pada atom H, sehingga terjadi pencampuran orbital 3s dan 3p pada atom Cl.
Interaksi antara 3s pada atom Cl membentuk ikatan sigma, biasanya apabila terjadi interaksi membentuk ikatan maka akan terbentuk 2 orbital yaitu orbital σ dan σ*. Namun, karena orbital ikatan 4sb lebih rendah energinya dari nonbonding maka tidak terbentuk ikatan anti sigma (σ*). Tumpang tindih total dari orbital 1s hidrogen dengan orbital 3Px atau 3Py(terletak di atas 5sb pada gambar 4) atom Cl adalah nol, sebab fasa positif dan negatif dari fungsi gelombang gabungan bila dijumlahkan menjadi nol. Atom Cl hanya meninggalkan orbital 3Pz (4sb), yang bergabung dengan orbital 1s hidrogen menghasilkan orbital σ dan σ*.
Dari gambar 4 dapat dilihat bahwa orbital 3Px (2πnb), dan 3Py(2πnb) dari klor tidak bercampur dengan orbital 1s dari hidrogen dan dengan demikian tetap berada dalam keadaan atomic (nonpengikatan). Elektron-elektron dalam orbital ini tidak berkontribusi secara signifkan dalam pengikatan kimia. Karena klor lebih elektronegatif daripada hidrogen, energi orbital 3p nya terletak dibawah energi orbital 1s dari hidrogen. Bila kedelapan elektron valensi digunakan untuk HCl, maka konfigurasi orbital molekul yang dihasilkan adalah:
(3sCl)2 (σ)2 (3pCl)4
Orde ikatan totalnya adalah 1 sebab elektron-elektron dalam orbital atom nonpengikatan tidak mempengaruhi orde ikatan. elektron-elektron dalam orbital σ akan lebih cenderung ditemukan dekat dengan atom klorin daripada didekat atom hidrogen, dan dengan demikian HCl memiliki momen dipol Hδ+Cl δ-.
Teori Orbital Molekular mengandaikan bahwa apabila dua atom atau lebih bergabung membentuk suatu spesies, maka spesies ini tidak lagi memiliki sifat orbital atomic secara individual, melainkan membentuk orbital molecular "baru".
Orbital molecular adalah hasil tumpang-tindih dan penggabungan orbital atomic pada molekul.
Menurut pendekatan lurus (linear combination), jumlah molecular yang bergabung sama dengan orbital atomic yang bergabung. Bila dua atom yang bergabung masing – masing menyediakan satu orbital atomic maka dihasilkan dua orbital molecular, salah satu merupakan kombinasi jumlahan kedua orbital atomic yang saling menguatkan dan lainnya kombinasi kurangan yang saling meniadakan.
Kombinasi jumlahan menghasilkan orbital molecular ikat (bonding) yang
mempunyai energy lebih rendah, dan kombinasi kurangan menghasilkan orbital molecular antiikat (antibonding).
Orbital molecular ikat (bonding) yaitu orbital dengan rapatan electron ikat terpusat mendekat pada daerah antara kedua inti atom yang bergabung dan dengan demikian menghasilkan situasi yang lebih stabil.
Orbital molecular antiikat (antibonding) yaitu orbital dengan rapatan electron ikat terpusat menjauh dari daerah antara inti atom yang bergabung dan menghasilkan situasi kurang stabil.
Jika pada daerah tumpang-tindih ada orbital atonik yang tidak bereaksi dalam pembentukan ikatan, orbital ikatan yang dihasilkan disebut orbital nonikat (nonbonding).
Faktor elektronik yang menentukan ikatan dan struktur
Fungsi gelombang elektron dalam suatu atom disebut orbital atom. Karena kebolehjadian menemukan elektron dalam orbital molekul sebanding dengan kuadrat fungsi gelombang, peta elektron nampak seperti fungsi gelombang. Suatu fungsi gelombang mempunyai daerah
beramplitudo positif dan negatif yang disebut cuping (lobes). Tumpang tindih cuping positif dengan positif atau negatif dengan negatif dalam molekul akan memperkuat satu sama lain membentuk ikatan, tetapi cuping positif dengan negatif akan meniadakan satu sama lain tidak membentuk ikatan. Besarnya efek interferensi ini mempengaruhi besarnya integral tumpang tindih dalam kimia kuantum.
Dalam pembentukan molekul, orbital atom bertumpang tindih menghasilkan orbital molekul yakni fungsi gelombang elektron dalam molekul. Jumlah orbital molekul adalah jumlah atom dan orbital molekul ini diklasifikasikan menjadi orbital molekul ikatan, non-ikatan, atau antiikatan sesuai dengan besarnya partisipasi orbital itu dalam ikatan antar atom. Kondisi pembentukan orbital molekul ikatan adalah sebagai berikut.
Syarat pembentukan orbital molekul ikatan
(1) Cuping orbital atom penyusunnya cocok untuk tumpang tindih.
(2) Tanda positif atau negatif cuping yang bertumpang tindih sama.
(3) Tingkat energi orbital-orbital atomnya dekat.
Kasus paling sederhana adalah orbital molekul yang dibentuk dari orbital atom A dan B dan akan dijelaskan di sini. Orbital molekul ikatan dibentuk antara A dan B bila syarat-syarat di atas dipenuhi, tetapi bila tanda salah satu orbital atom dibalik, syarat ke-2 tidak dipenuhi dan orbital molekul anti ikatan yang memiliki cuping yang bertumpang tindih dengan tanda berlawanan yang akan dihasilkan (Gambar 2.15). Tingkat energi orbital molekul ikatan lebih rendah, sementara tingkat energi orbital molekul anti ikatan lebih tinggi dari tingkat energi orbital atom penyusunnya.
Semakin besar selisih energi orbital ikatan dan anti ikatan, semakin kuat ikatan. Bila tidak ada interaksi ikatan dan anti ikatan antara A dan B, orbital molekul yang dihasilkan adalah orbital non ikatan. Elektron menempati orbital molekul dari energi terendah ke energi yang tertinggi. Orbital molekul terisi dan berenergi tertinggi disebut HOMO (highest occupied molecular orbital) dan orbital molekul kosong berenergi terendah disebut LUMO (lowest unoccupied molecular orbital). Ken'ichi Fukui (pemenang Nobel 1981) menamakan orbital-orbital ini orbital-orbital terdepan (frontier).
Dua atau lebih orbital molekul yang berenergi sama disebut orbital terdegenerasi (degenerate). Simbol orbital yang tidak terdegenerasi adalah a atau b, yang terdegenerasi ganda e, dan yang terdegenerasi rangkap tiga t. Simbol g (gerade) ditambahkan sebagai akhiran pada orbital yang sentrosimetrik dan u (ungerade) pada orbital yang berubah tanda dengan inversi di titik pusat inversi. Bilangan sebelum simbol simetri digunakan dalam urutan energi untuk membedakan orbital yang sama degenarasinya. Selain itu, orbital-orbital itu dinamakan sigma (σ) atau pi(π) sesuai dengan karakter orbitalnya. Suatu orbital sigma mempunyai simetri rotasi sekeliling sumbu ikatan, dan orbital pi memiliki bidang simpul. Oleh karena itu, ikatan sigma dibentuk oleh tumpang tindih orbital s-s, p-p, s-d, p-d, dan d-d (Gambar 2.16) dan ikatan pi dibentuk oleh tumpang tindih orbital p-p, p-d, dan d-d (Gambar 2.17).
Bila dua fungsi gelombang dari dua atom dinyatakan dengan φA dan φB, orbital molekul adalah kombinasi linear orbital atom (linear combination of the atomic orbitals (LCAO)) diungkapkan sebagai :
hanya orbital-orbital atom kulit elektron valensi yang digunakan dalam metoda orbital molekul sederhana. Pembentukan orbital molekul diilustrasikan di bawah ini untuk kasus sederhana molekul dua atom. Semua tingkat di bawah HOMO terisi dan semua tingkat di atas LUMO kosong.
Dalam molekul hidrogen, H2, tumpang tindih orbital 1s masing-masing atom hidrogen membentuk orbital ikatan σg bila cupingnya mempunyai tanda yang sama dan antiikatan σu bila bertanda berlawanan, dan dua elektron mengisi orbital ikatan σg (Gambar 2.18).
Dalam molekul dua atom periode dua, dari litium Li2 sampai flourin F2, bila sumbu z adalah sumbu ikatan, 1σg dan 1σu dibentuk oleh tumpang tindih orbital 2s dan 2σg dan 2σu dari orbital 2pz dan 1πu dan 1πg dari 2px, dan 2py.
Orbital molekul dua atom yang berbeda dibentuk dengan tumpang tindih orbital atom yang tingkat energinya berbeda. Tingkat energi atom yang lebih elektronegatif umumnya lebih rendah, dan orbital molekul lebih dekat sifatnya pada orbital atom yang tingkat energinya lebih dekat. Oleh karena itu, orbital ikatan mempunyai karakter atom dengan ke-elektronegativan lebih besar, dan orbital anti ikatan mempunyai karakter atom dengan ke-elektronegativan lebih kecil.
Misalnya, lima orbital molekul dalam hidrogen fluorida, HF, dibentuk dari orbital 1s hidrogen dan orbital 2s dan 2p fluor, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 2.21. Orbital ikatan 1σ mempunyai karakter fluorin, dan orbital 3σ anti ikatan memiliki karakter 1s hidrogen. Karena hidrogen hanya memiliki satu orbital 1s, tumpang tindih dengan orbital 2p fluor dengan karakter π tidak efektif, dan orbital 2p fluor menjadi orbital nonikatan. Karena HF memiliki delapan elektron valensi, orbital nonikatan ini menjadi HOMO.
Daftar Pustaka
Anonim. 2012. Teori Orbital Molekul. (Online).
(http://alchemistviolet.blogspot.com/2011/02/teori-orbitalmolekul.html), diakses pada 16 November 2014.
Anonim. 2012. Teori Orbital Molekul. (Online).
(http://chemist-try.blogspot.com/2012/10/teori-orbital-molekul.html), diakses pada 16 November 2014.
