Ikatan Kimia

1.     Ikatan Kimia

Ikatan kimia adalah ikatan yang terjadi apabila atom-atom suatu unsur bergabung. ikatan kimia tersebut digunakan untuk membentuk suatu molekul dari dua atom atau lebih.

2.     Pengikatan dalam Ikatan Ion

Atom logam (energi ionisasi rendah) cenderung melepaskan elektronnya, lalu diterima oleh atom nonlogam (afinitas elektron besar). Dari proses transfer elektron dari atom logam ke atom nonlogam ini akan terbentuk ion positif dan ion negatif dengan konfigurasi elektron gas mulia yang saling tarik menarik dengan gaya elektrostatis yang disebut ikatan ionik. Sebagai contoh, dalam pembentukan senyawa ionik NaCl terjadi transfer elektron dari atom Na ke atom Cl.

Contoh ikatan ion adalah :

Unsur Na dengan Cl yang membentuk senyawa NaCl.

11Na : 2,8,1 à Na⁺

17Cl : 2,8,7 à Cl^-

Na⁺ + Cl^- à NaCl

Unsur Na melepaskan 1 elektron valensinya sehingga konfigurasi elektronnya sama dengan gas mulia (8), dan unsur Cl menerima 1 elektron pada kulit terluarnya sehingga konfigurasi elektronnya sama dengan gas mulia (8). Jika unsur melepaskan elektron, maka unsur tersebut bermuatan positif, namun jika unsur menerima elektron, maka unsur tersebut bermuatan negatif.

Senyawa yang mempunyai ikatan ion antara lain :

• Golongan alkali (IA) [kecuali atom H] dengan golongan halogen (VIIA). Contoh : NaF, KI, dan CsF
• Golongan alkali (IA) [kecuali atom H] dengan golongan oksigen (VIA). Contoh : Na₂S, Rb₂S, Na₂O
• Golongan alkali tanah (IIA) dengan golongan oksigen (VIA). Contoh “ CaO, BaO, MgS

3.     Symbol/Lambang Lewis

Struktur Lewis dari suatu molekul adalah cara menggambarkan bagaimana atom-atom berikatan membentuk molekul dengan menggunakan penanda seperti noktah atau tanda x untuk mewakili elektron yang terlibat dalam pembentukan molekul. Elektron yang terlibat ini biasanya hanya elektron valensi (elektron yang berada di kulit terluar).

Prinsip dalam menggambarkan struktur Lewis suatu molekul adalah mengupayakan agar elektron di sekitar atom dalam setiap molekul berjumlah delapan atau mengikuti aturan oktet. Dengan memiliki elektron sebanyak 8 setiap atom diharapkan menjadi stabil dengan membentuk ikatan.

Berikut ini adalah contoh beberapa lambang lewis dalam unsur, molekul atau senyawa.

Lambang Titik

Gambar struktur lewis unsur N

Gambar struktur lewis molekul O₂

Lambang Silang

Gambar struktur lewis unsur F

Gambar struktur lewis Cl₂

Lambang Bulatan

Gambar struktur lewis unsur Ne

Gambar struktur lewis H₂O

Lambang Kombinasi

Gambar struktur lewis NH₃

Gambar struktur lewis SiF₄

Lambang struktur lewis dapat disederhanakan dengan mengganti lambang titik atau silang atau bulatan menjadi sepotong garis. Lambang garis pada struktur lewis ini disebut dengan rumus bangun. Dimana sepotong garis menyatakan sepasang elektron yang digunakan bersama. Perhatikan aturan berikut

1 garis	= 1 pasang elektron ikatan (2 elektron)
2 garis	= 2 pasang elektron ikatan (4 elektron)
3 garis	= 3 pasang elektron ikatan (6 elektron)

 Lambang Garis

Gambar rumus bangun H₂O

Gambar rumus bangun O₂

4.     Ikatan Kovalen

Ikatan kovalen adalah ikatan yang terjadi karena penggunaan pasangan elektron oleh dua atom yang berikatan. Ikatan ini terjadi oleh unsur nonlogam dengan unsur nonlogam. Senyawa yang berikatan kovalen disebut senyawa kovalen.

Ikatan kovalen terdiri dari ikatan kovalen tunggal, ikatan kovalen rangkap dua, ikatan kovalen rangkap tiga dan ikatan kovalen koordinasi.

Contoh senyawa: HNO₃  

"ciri-ciri Senyawa kovalen" sebagai berikut :

a.       Mempunyai titik didih dan titik leleh yang rendah;

b.      Berwujud padat, cair dan gas;

c.       Bersifat isolator dalam keadaan murni.

Atom-atom nonlogam cenderung tidak ingin melepaskan elektronnya (energi ionisasi tinggi) dan ingin menarik elektron-elektron dari atom lainnya (afinitas elektron besar) sehingga terdapat satu atau lebih pasangan elektron yang dipakai untuk berbagi bersama. Ikatan kimia yang terbentuk dari sharing elektron terlokalisasi antara atom ini disebut ikatan kovalen. Sebagai contoh, 2 atom H berikatan kovalen membentuk molekul H₂ dan 2 atom Cl berikatan kovalen membentuk molekul Cl₂.

Struktur Lewis untuk senyawa kovalen dapat digambarkan dengan setiap pasangan elektron ikatan (PEI) digambarkan sebagai satu garis dan pasangan elektron bebas (PEB) digambarkan sebagai titik-titik. Berikut struktur Lewis untuk beberapa senyawa kovalen.

Ikatan kovalen dengan berbagi satu pasangan elektron disebut sebagai ikatan kovalen tunggal (ikatan tunggal). Ikatan kovalen dengan berbagi dua pasangan elektron disebut ikatan rangkap dua, contohnya CO₂. Ikatan kovalen dengan berbagi tiga pasangan elektron disebut ikatan rangkap tiga, contohnya N₂

5.     Menggambar Struktur

Untuk bisa menggambarkan struktur lewis suatu molekul atau senyawa, kalian harus mengetahui terlebih dahulu tentang pasang elektron ikatan (PEI) dan pasangan elektron bebas (PEB).

Pasangan elektro ikatan atau PEI adalah pasangan elektron valensi yang dipakai bersama oleh dua atau lebih atom dalam suatu ikatan kimia. Sedangkan pasangan elektron bebas atau PEB adalah pasangan elektron yang tidak terlibat dalam pembentukan ikatan kimia.

Berikut ini adalah langkah-langkah sistematis untuk menggambarkan struktur lewis molekul atau senyawa.

1. Tentukan elektron valensi tiap atom dalam molekul

Untuk bisa dengan mudah menentukan elektron valensi atom bisa dilihat dari golongan unsur dalamTabel Periodik Modern.

2. Jumlahkan semua elektron yang ada pada molekul tersebut

3. Tentukan jumlah pasangan elektron ikatan (PEI)

Nilai PEI ini menunjukkan jumlah ikatan pada molekul. Untuk menghitung PEI, gunakan rumus sebagai berikut:

PEI	=	Jumlah Total Elektron
		8

Sisa elektron pada perhitungan PEI tidak berpengaruh pada PEI, namun digunakan untuk perhitungan PEB.

4. Tentukan jumlah pasangan elektron bersama (PEB)

Nilai PEI ini menunjukkan jumlah pasangan elektron bebas pada atom pusatnya. Untuk menentukan PEI, gunakan rumus sebagai berikut:

PEB	=	Jumlah Elektron Sisa pada PEI
		2

Untuk menentukan atom pusat pada struktur lewis suatu molekul atau senyawa dapat digunakan beberapa teknik sebagai berikut:

Cara menentukan atom pusat suatu molekul atau senyawa

1	Dalam senyawa, atom yang jumlahnya paling sedikit akan menjadi atom pusat
2	Jika dalam senyawa terdapat dua atau lebih atom yang jumlahnya sama, maka atom pusat adalah atom yang keelektronegatifannya lebih rendah, atau kalau dalam satu periode posisinya sebelah kiri dari atom lain, bila segolongan yang bertindak sebagai atom pusat ada pada paling bawah.
3	Atom H dan F tidak pernah berperan sebagai atom pusat. Pada asam oksi (asam yang mengandung oksigen, seperti H2SO4, HNO3, H3PO4, H2CrO4, dan lain-lain) atom H jarang sekali terikat pada atom pusat secara langsung, tetapi H lebih sering terikat pada atom O lebih dahulu).

5. Jika ditemui pola yang janggal, bisa disesuaikan dengan kaidah oktet yang paling mungkin

Dalam menentukan struktur lewis suatu senyawa, tidak harus mengikuti kaidah oktet (elektron valensi harus 8) atau kaidah duplet (2 elektron valensi), karena pada beberapa jenis unsur memiliki karakteristik yang berbeda. Untuk itu ada beberapa pengecualian yang harus diperhatikan dalam menggambarkan struktur lewis molekul.

Pengecualian kaidah Oktet-Duplet dalam menggambarkan struktur lewis

1	B (boron) maksimal hanya dapat memiliki 6 elektron ketika berikatan
2	N (nitrogen) pada beberapa jenis senyawa hanya memiliki 7 elektron ketika berikatan
3	Unsur yang berada pada periode 3 (seperti P, S, Cl, Br, I) dan unsur logam transisi berkemungkinan untuk memiliki elektron lebih dari 8 ketika berikatan

Berikut ini adalah contoh cara menggambarkan struktur lewis pada beberapa molekul atau senyawa.

Contoh Cara Menggambarkan Struktur Lewis Suatu Senyawa

1. Cara menentukan struktur lewis senyawa XeO₂F₂

Tentukan jumlah elektron valensi pada senyawa XeO₂F₂ yaitu sebagai berikut

Jumlah elektron valensi Xe		= 8
Jumlah elektron valensi O2	= 2 × 6	= 12
Jumlah elektron valensi F2	= 2 × 7	= 14
Jumlah total elektron valensi		=34

Kemudian kita tentukan jumlah PEI dan PEB, dengan rumus yang telah disebutkan di atas,

PEI = 34/8 = 4 sisa 2

PEB = 2/2 = 1

Dari hasil perhitungan PEI dan PEB di atas berarti senyawa XeO₂F₂ memiliki 4 ikatan dan 1 pasang elektron bebas di atom pusat. Dan yang menjadi atom pusat dari senyawa XeO₂F₂ adalah Xe karena jumlah atomnya paling sedikit. Kemudian gambarkan struktur lewis XeO₂F₂ dengan Xe sebagai pusat dengan 1 pasang elektron bebas dan dikelilingi oleh 2 atom O dan F.

Kemudian kita analisis elektron valensi masing-masing atom

Elektron valensi Xe = 8 (sudah oktet)

Jumlah elektron bebas =2, jadi sisa elektron Xe untuk berikatan dengan atom lain adalah 6 elektron

Elektron Valensi F = 7

Untuk mencapai kaidah oktet, maka atom F membutuhkan 1 elektron, sehingga 2 atom F membutuhkan 2 elektron dari Xe. Sisa elektron Xe untuk berikatan adalah 6 – 2 = 4 elektron.

Elektron Valensi O = 6

Untuk mencapai kaidak oktet, maka atom O membutuhkan 2 elektron, sehingga 2 atom O membutuhkan 4 elektron dari Xe. Dan sisa elektron Xe adalah nol.

Pola struktur lewisnya adalah sebagai berikut

PEI Xe = 6 elektron
memasangkan			memasangkan
Xe	→	1 elektron	1 elektron	←	F
PEI Xe = 6 – 1 = 5 elektron			PEB F = 7 – 1 = 6 elektron
Xe	→	1 elektron	1 elektron	←	F
PEI Xe = 5 – 1 = 4 elektron			PEB F = 7 – 1 = 6 elektron
Xe	→	2 elektron	2 elektron	←	O
PEI Xe = 4 – 2 = 2 elektron			PEB O = 6 – 2 = 4 elektron
Xe	→	2 elektron	2 elektron	←	O
PEI Xe = 2 – 2 = 0 elektron			PEB O = 6 – 2 = 4 elektron

Sehingga gambar struktur lewis untuk senyawa XeO₂F₂  adalah sebagai berikut:

Struktur lewis XeO₂F₂ apabila disederhanakan dengan rumus bangun lewis adalah sebagai berikut

2. Cara menentukan struktur lewis senyawa SO₃

Tentukan jumlah elektron valensi pada senyawa SO₃ yaitu sebagai berikut

Jumlah elektron valensi S		= 6
Jumlah elektron valensi O3	= 3 × 6	= 18
Jumlah total elektron valensi		=24

Kemudian kita tentukan jumlah PEI dan PEB, dengan rumus yang telah disebutkan di atas,

PEI = 24/8 = 3 sisa 0

PEB = 0

Dari hasil perhitungan PEI dan PEB di atas berarti senyawa SO₃ memiliki 3 ikatan dan tidak ada pasangan elektron bebas di atom pusat. Dan yang menjadi atom pusat dari senyawa SO₃ adalah S karena jumlah atomnya paling sedikit. Kemudian gambarkan struktur lewis SO₃ dengan S sebagai pusat dikelilingi oleh 3 atom O. 

Kemudian kita analisis elektron valensi masing-masing atom

Elektron valensi S = 6

Karena tidak ada pasangan elektron bebas maka jumlah elektron S untuk berikatan dengan O adalah 6 elektron

Elektron Valensi O = 6

Untuk mencapai kaidah oktet, maka atom O membutuhkan 2 elektron, sehingga 3 atom O membutuhkan 6 elektron dari S. Dan sisa elektron S adalah nol.

Pola struktur lewisnya adalah sebagai berikut

PEI S = 6 elektron
memasangkan			memasangkan
S	→	2 elektron	2 elektron	←	O
PEI S = 6 – 2 = 4 elektron			PEB O = 6 – 2 = 4 elektron
S	→	2 elektron	2 elektron	←	O
PEI S = 4 – 2 = 2 elektron			PEB O = 6 – 2 = 4 elektron
S	→	2 elektron	2 elektron	←	O
PEI S = 2 – 2 = 0 elektron			PEB O = 6 – 2 = 4 elektron

Sehingga gambar struktur lewis untuk senyawa SO₃  adalah sebagai berikut:

Struktur lewis SO₃ apabila disederhanakan dengan rumus bangun lewis adalah sebagai berikut

1.     Orde Ikatan dan Bebarapa Sifat Ikatan

Orde ikatan adalah jumlah ikatan kimia antara sepasang atom. Misalnya, dalam nitrogen diatomik N≡N, orde ikatan adalah 3, dalam asetilenaH−C≡C−H orde ikatan antara dua atom karbon juga 3, dan orde ikatan C−H adalah 1. orde ikatan memberikan indikasi stabilitas ikatan. Unsur dengan nilai orde ikatan 0 tidak dapat ada, namun senyawa dapat memiliki nilai ikatan 0. Spesi isoelektronik memiliki bilangan ikatan yang sama.

Dalam molekul yang memiliki resonansi atau ikatan nonklasikal, orde ikatan tidak perlu bilangan bulat. Dalam benzena, di mana orbital molekulterdelokalisasi mengandung 6 elektron pi di atas enam karbon yang pada dasarnya menghasilkan setengah ikatan pi bersama dengan ikatan sigma untuk masing-masing sepasang atom karbon, memberikan orde ikatan yang terhitung sebesar 1.5.

2.     Resonansi

Resonansi atau mesomerisme merupakan penggunaan dua atau lebih struktur Lewis untuk menggambarkan molekul tertentu. Struktur resonansi adalah salah satu dari dua atau lebih struktur Lewis untuk satu molekul yang tidak dapat dinyatakan secara tepat dengan hanya menggunakan satu struktur Lewis. Tanda panah dua arah menyatakan bahwa struktur-struktur yang diberikan merupakan struktur resonansi.

Masing-masing struktur resonan dapat melambangkan struktur Lewis, dengan hanya satu ikatan kovalen antara masing-masing pasangan atom. Beberapa struktur Lewis digunakan bersama-sama untuk menjelaskan struktur molekul. Namun struktur tersebut tidak tetap, melainkan ada sebuah osilasi antara ikatan rangkap dengan elektron, saling berbolak-balik. Maka dari itu disebut dengan resonansi. Struktur yang sebenarnya mungkin saja adalah peralihan dari dua struktur resonan. Bentuk peralihan (intermediet) dari struktur resonan disebut dengan hibrida resonan.

Resonansi dalam kimia diberi symbol garis dengan dua panah.perhatikan contoh resonansi berikut :

Pada ozon, terdapat perpindahan electron antar inti yang dijelaskan dengan anak panah,perhatikan contoh berikut :

Molekul atau ion yang dapat beresonansi mempunyai sifat-sifat berikut:

1.     Dapat dituliskan dalam beberapa struktur Lewis yang disebut dengan struktur resonan. Tetapi tidak satupun struktur tersebut melambangkan bentuk asli molekul yang bersangkutan.

2.     Di antara struktur yang saling beresonansi bukanlah isomer.

3.     Masing-masing struktur struktur Lewis harus mempunyai jumlah elektron valensi dan elektron tak berpasangan yang sama.

4.     Ikatan yang mempunyai orde ikatan yang berbeda pada masing-masing struktur tidak mempunyai panjang ikatan yang khas.

5.     Struktur yang sebenarnya mempunyai energi yang lebih rendah dibandingkan energi masing-masing struktur resonan.

3.     Muatan Resmi dan Seleksi Struktur Lewis

Muatan formal adalah suatu alat imajinatif (artifisial/buatan) yang ada dalam benak para ahli kimia yang kemudian digunakan untuk mempelajari sifat-sifat senyawa. Aslinya dalam molekul itu tidak ada yang disebut muatan formal ;) . Muatan formal ini digunakan untuk membantu melacak bagaimana konfigurasi elektron dalam ikatan. Muatan formal adalah muatan suatu atom dalam molekul atau ion poliatomik jika semua elektron yang digunakan berikatan itu dibagi rata di antara atom-atom yang berikatan itu. Muatan formal ini digunakan untuk memprediksi manakah struktur molekul yang dianggap "terbaik", yang lebih stabil di antara kemungkinan yang ada. Atom-atom yang berikatan sama dengan nol atau yang paling mendekati nol ini akan dianggap paling stabil. Secara normal andai terdapat muatan negatif biasanya akan dimiliki oleh atom yang elektronegativitasnya lebih tinggi.

Aturan perhitungan muatan formal suatu atom dalam molekul: 1) elektron yang berupa pasangan elektron bebas suatu atom menjadi milik atom itu sendiri, 2) elektron yang berupa pasangan elektron berikatan dibagi 2 sama rata, 3) total muatan formal molekul netral harus sama dengan nol, total muatan pada ion poliatomik sama dengan muatannya.

Muatan formal = elektron valensi - Σ elektron bebas - ½ Σ elektron berikatan

atau dapat disederhanakan

Muatan formal = elektron valensi - Σ elektron bebas - Σ ikatan di sekitar atom

Contoh penerapan perhitungan muatan formal pada ion NCS^-:

Sama halnya dengan muatan formal, bilangan oksidasi ini juga suatu alat imajinatif (artifisial/buatan) yang ada dalam benak para ahli kimia yang kemudian digunakan untuk mempelajari sifat-sifat senyawa terutama reaksi reduksi oksidasi. Aslinya dalam molekul itu tidak ada yang disebut biloks ;) .

Biloks ini digunakan untuk membantu melacak bagaimana konfigurasi elektron dalam reaksi yang rumit di mana elektron mengatur ulang untuk pembentukan ikatan baru.

Bilangan oksidasi atom = Σ EV − Σ ES
Σ EV = jumlah elektron valensi atom  
Σ ES = jumlah elektron yang dapat dimiliki atom ketika berikatan dengan atom lain di sekitarnya.

Jumlah elektron valensi suatu atom dapat dilihat pada golongan unsur pada tabel periodik unsur atau dari konfigurasi elektron bila diketahui nomor atom-nya.

Jumlah elektron yang dapat dimiliki atom ketika berikatan dengan atom lain di sekitarnya ditentukan dengan aturan atom yang memiliki elektronegativitas tinggi lebih "berhak" untuk "mengambil" elektron untuk dimilikinya sedangkan bila atom yang berikatan itu sama maka elektron dibagi 2 sama banyak.

Contoh penerapan perhitungan bilangan oksidasi pada ion NCS^-: 

Gambar struktur Lewis H₂SO₄ (asam sulfat)

Gambar struktur Lewis H₂O₂ (hidrogen peroksida)

Gambar struktur Lewis OF₂ (oksigen diflorida)

Gambar struktur Lewis S₂O₃^2- (anion tiosulfat)

4.     Ikatan Kovalen Koordinasi

Ikatan Kovalen Koordinasi adalah ikatan yang terbentuk dengan cara penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah satu atom yang berikatan [Pasangan Elektron Bebas (PEB)], sedangkan atom yang lain hanya bisa menerima pasangan elektron yang digunakan bersama. katan kovalen di mana salah satu atomnya mendonasikan pasangan elektron yang dimilikinya. Pada ikatan kovalen koordinasi, pasangan elektron ikatannya hanya berasal dari satu atom, bukan dari kontribusi bersama kedua atom yang berikatan. Contoh:

5.     Molekul Polar dan Elektonegativitas

Elektronegativitas paling sederhana didefinisikan sebagai daya tarik dari sebuah unsur pada elektron itu untuk berbagi ikatan. Ketika dua atom berbagi elektron, seperti tarik tambang ada di antara mereka. Elektron akan menghabiskan lebih banyak waktu di sekitar unsur yang lebih elektronegatif, dan semakin besar perbedaan elektronegativitas, akan semakin tidak merata pembagiannya. Sebaliknya, Jika dua unsur memiliki elektronegativitas yang mirip, mereka akan berbagi elektron dengan cara yang kurang lebih sama.Ikatan kimia di mana elektron-elektron digunakan bersama secara setara dan merata, seperti pada Cl₂ dan N₂, disebut sebagai ikatan kovalen nonpolar. Ikatan di mana salah satu atom memiliki daya tarik elektron (elektronegativitas) yang lebih tinggi terhadap elektron-elektron ikatan dibanding atom lainnya, sehingga terjadi pembentukan dipol (pemisahan muatan negatif dan muatan positif), seperti pada HF, disebut sebagai ikatan kovalen polar. Ukuran kepolaran dinyatakan dengan besaran yang disebut momen dipol (μ). Semakin besar momen dipol, semakin besar kepolarannya. Satuan momen dipol adalah debye (D), di mana 1 D = 3,34×10⁻³⁰ Cm.Jika dua muatan berlawanan dengan besar muatan sama Q+ dan Q− terpisah dengan jarak r, maka momen dipolnya adalah hasil kali Q dan r:

μ = Qr