ORBITAL MOLEKUL

ORBITAL MOLEKUL

Orbital molekul merupakan metode pendekatan lain untuk menjelaskan mekanisme pembentukan ikatan kovalen selain Teori Ikatan Valensi (Valence Bond Theory). Teori ini dikemukakan oleh Hund dan Mulliken, dimana sifat magnetik, spektrum unsur /senyawa dan kuat ikatan atom-atom dalam molekul unsur/senyawa dapat dijelaskan dengan baik.

Tumpang tindih orbital

Orbital molekul terbentuk dari hasil interaksi antara dua atau orbital orbital atom. Distribusi elektron dalam molekul tidak lagi berada pada orbital atommasing-masing pembentuk, melainkan ditempatkan atau dilokalisir pada daerah tumpang tindih yang dikenal sebagai orbital molekul (OM).

Sifat dasar secara terinci dari ikatan-ikatan kimia merupakan masalah yang rumit. Untuk tujuan praktis, para kimiawan harus menggunakan pemerian ikatan yang walaupun disederhanakan tetapi berguna. Salah satu pemerian yang paling sederhana tetapi memang benar dan diterapkan secara luas, adalah gagasan dan yang terlihat dalam pemerian tersebut, yaitu bahwa ikatan kimia dapat terjadi bila orbital-orbital luar pada atom-atom yang berlainan tumpang tindih sedemikian, sehingga memekatkan rapat-rapat elektron antara teras-teras atom. Sebagai panduan dasar yang berkualitatif untuk menilai ada tidaknya ikatan, kriteria mengenai tumpang-tindih orbital-orbital atom netto yang positif merupakan manfaat yang tidak sejalan. Akibatnya, pertama-tama akan ditinjau pengujian terhadap tumpang tindih tersebut.

Bila dua atom saling menghampiri cukup dekat sampai satu orbital dari setiap atom memiliki amplitudo yang besar dalam daerah ruang yang dipunyai bersama, dikatakan bahwa orbital-orbital tumpang tindih. Besarnya amplitudo bisa positif, negatif, atau nol, bergantung kepada sifat-sifat orbital orbital yang terlibat.

Tumpang tindih bertanda positif bila pertindihan kedua orbital mempunyai tanda sama, keduanya +, -. Tumpang tindih bertanda Negatif bila daerah pertindihan kedua orbital mempunyai tanda berlawanan. Tumpang tindih yang tepat nol terjadi bila terdapat daerah pertindihan yang tepat sama dengan tanda berlawanan.

Bila tumpang tindih netto adalah nol, tidak terjadi kenaikan ataupun penurunan rapatan electron bersama, karena itu tidak terjadi interaksi-interaksi ataupun tarikan. Keadaan ini diperikan sebagai interaksi non-ikatan.

Mengapa Molekul H₂ Stabil sedangkan He₂ Tidak Stabil

Sekali tanda dan besarnya pertindihan antara pasangan orbital tertentu diketahui, hasilnya dinyatakan dalam energi interaksi secara diagram, disebut diagram tingkat energy. Hal ini diterangkan dengan baik dengan mengambil contoh molekul hidrogen H₂. Setiap atom hanya memiliki satu orbital, yakni orbital 1s, yang cukup stabil untuk digunakan dalam pengikatan. Jadi akan diperiksa cara cara yang mungkin di mana kedua orbital 1s, ɸ₁ dan ɸ₂ dapat tumpang tindih apabila dua atom H saling mendekati.

Hanya terdapat dua kemungkinan. Bila kedua orbital 1s digabung dengan pertindihan positif, terjadilah interaksi ikatan. Kombinasi pertindihan positif, ɸ₁ + ɸ₂ dapat dipandng sebagai orbital itu sendiri, yang disebut orbital molekul (OM), dan ditandai Ψ_b. Indeks b berarti ikatan. Serupa pula kombinasi pertindihan negatif ɸ₁ - ɸ₂ , membnetuk orbital molekul Ψ_a, dalam mana indeks a menyatakan anti-ikatan.

Maka jika dibayangkan dua atom hidrogen saling mendekat sehingga terbentuk orbital molekul, OM, Ψ_b. Orbital molekul, seperti halnya orbital atom, mengikuti prinsip eksklusi, yang berarti ia dapat ditempati oleh tidak lebih dari dua elektron, dan juga bila kedua elektron tersebut memiliki spin berlawanan. Dimisalkan saja 1 atom dari H, spinnya berpasangan dan menempati Ψ_b, terbentuklah suatu ikatan. Energi sistem akan turun apabila r, yakni jarak antar inti berkurang. Pada nilai tertentu dari jarak antar inti, r­_e, energi akan mencapai minimum, dan mulai naik lagi dengan tajam. Pada minimum tersebut gaya tarik akibat penggunaan bersama elektron tepat mengimbangi gaya-gaya akibat tolakan antara partikel-partikel yang sama muatannya. Pada jarak yang lebih pendek, gaya tolakan naik dengan cepat. Kenaikannya yang cepat dalam gaya tolakan pada jarak dekat inilah yang menyebabkan molekul H₂ memiliki energy minimum pada jarak antar-inti tertentu, dan mencegah atom-atom saling menyatu. Energi minimum ini, relative terhadap energi atm-atom yang terpisah sempurna (r = ∞) disebut energi ikatan.

Apabila dua atom H saling mendekat sehingga terbentuk orbital anti-ikatan Ψ_a dengan elektron menempati orbital tersebut, energi sistem akan berubah. Energy akan terus menerus naik, karena nilai r interaksinya berupa tolakan.

Sekarang perhatikan kemungkinan membentuk molekul He₂ dengan menggunakan tinjauan dasar sama. Lagi-lagi hanya orbital-orbital 1s yang cukup stabil yang bermanfaat pada pengikatan. Atom He berbeda dari atom H karena memiliki 2 elektron, dan ini rumit dikarenakan dalam molekul He₂ terdapat empat elektron. Ini berarti bahwa Ψ_b­ dan Ψ_a masing-masing harus diduduki oleh sepasang elektron. Karenanya, apapun kestabilan yang diperoleh dari penghuni Ψ_b, akan dilawan oleh efek anti-tarikan elektron – elektron dalam Ψ_a. Hasilnya adalah tidak adanya ikatan netto yang berarti, dan atom atom He lebih stabil secara terpisah daripada terikat bersama.

Teori  Orbital Molekul Bagi Diatomik Mononuklir pada Umumnya

Tumpang tindih yang baru disebut secara lebih terinci, dan menunjukkan bagaimana hasil Orbital Molekul dilambangkan. Empat jenis pertindihan pertama, baik positif (memberikan OM ikatan) ataupun negatif (memberikan OM anti-ikatan) menimbulkan OM yang ditandai oleh σ. Pertindihan p_x ± p’_x dan p_y ± p’_y menimbulkan OM bertanda π. Dua yang terakhir, s ± p’_z juga memberikan OM σ.

Notasi σ, π, δ. Bila dipandang OM dua atom sepanjang arah ikutan, yaitu bila dilihat dari ujung-ujungnya:

(    a)   Akan tampak fungsi gelombang yang bertanda sama, baik + atau -, ke segala arah. Dengan perkataan lain bila dibuat lingkaran mengelilingi sumbu ikatan, tidak terjadi perubahan tanda diseluruh lingkaran. OM ini disebut OM σ (sigma). OM semaca itu hanya dapat dibentuk oleh pertindihan (baik + atau -) dari dua orbital atom yang juga mempuyai sifat sama terhadap sumbu yang dipersoalkan .

(   b)   Dapat dilihat suatu fungsi gelombang yang dipisahkan ke dalam dua daerah tanda berlawanan terhadap OM seluruhnya, terdapat bidang simpul. Tepat pada bidang ini fungsi gelombang memiliki amplitudo nol, sepanjang ikatan. Lambang π , abjad Yunani dari p digunakan karena jenis OM ini analog dengan orbital p. OM ini dapat terbentuk oleh pertindihan dua orbital p yang arahnya sesuai. Studi kasus pada molekul diatom, atau molekul linear lainnya, orbital π selalu terdapat berpasangan, karena selalu ada dua orbital p yang serupa, p_x dan p_y pada setiap atom. Semua setara dan oleh sebab itu terbentuk dua OM ikatan π yang setara, dan dua OM anti-ikatan π yang setara.

(    c)    Walaupun tidak akan ditemui kemungkinan ini sampai nanti bila dibahas senyawa logam transisi, terdapat OM yang memiliki dua bidang simpul. Ini disebut orbital-orbital δ (d-Yunani). OM π tidak dapat dibentuk oleh orbital s atau p, namun dengan pertindihan orbital atom d, misalnya dua orbital d_xy atau dua orbital d_{x2 – y2} akan membentuk OM δ .

Pembentukan orbital molekul.

Orbit molekul σ

orbit molekul π

Molekul-molekul diatom Heteronuklir

Molekul diatomik heteronuklir/hetero-diatomik adalah molekul diatomik yang terbentuk dari atom dua unsur yang berbeda. Molekul diatomik heteronuklir periode ke-2 seperti CO dan NO. Diagram korelasi untuk molekul hetero-diatomik sangat berbeda dengan diagram korelasi molekul homo-diatomik. pada diagram molekul hetero-diatomik tingkat energi masing-masing atom berbeda, hal ini disebabkan adanya keelektronegatifan. atom yang lebih elektronegatif bergeser kearah bawah, karena elektron ini menarik elektron-elektron valensi lebih kuat dari pada atom yang kurang elektronegatif.
Orde ikatan adalah ukuran pada molekul diatomik, dimana orde ikatan merupakan selisih jumlah elektron di orbital ikatan dengan jumlah ikatan elektron di orbital non ikatan yang kemudian dikalikan setengah.

Diambil contoh yaitu CO dan NO, hal yang terpenting dalam pembandingan ini adalah  (1) sekalian orbital atom oksigen terletak pada energi yang lebih rendah daripada orbital-orbital atom C yang sesuai karena oksigen memiliki muatan inti dua satuan lebih tinggi.

Dapat dilihat hasil perbedaan  energi orbital atom dari OM CO dengan OM N₂. Dimisalkan orbital tertinggi yang penuh dari N₂ adalah orbital σ dari sifat ikatan sedang. Oleh karena itu kehilangan satu elektron dari N₂ melemahkan ikatan N-N. Dalam CO orbital tertinggi yang penuh adalah orbital σ yang bersifat anti-ikatan. Oleh karena itu, ion CO⁺ memiliki ikatan yang sedikit lebih kuat daripada CO.

Molekul diatom yang berlainan inti lainnya adalah Natrium Monoksida, NO. Karena N dan O hanya beredar satu nomor atom, diagram tingkat energy nya agak mirip dengan N_2.. Elektron tambahan menempati π₂ anti-ikatan yang relatif lebih mudah dihilangkan untuk membentuk ion NO⁺ yang memiliki ikatan lebih kuat daripada NO netral. Struktur electron NO  dspat lebih mudah dijabarkan secara kualitatif dengan memindahkan satu electron dari konfigurasi molekul O₂.

Teori Orbital Molekul Bagi molekul Poliatom

Metode orbital molekul dapat berlaku secara umum terhadap molekul-molekul yang lebih besar. Diambil contoh yaitu molekul triatom linear yang paling sederhana BeH₂. Akan dipilih sumbu z sebagai sumbu molekul. Pertama kali perhatikan bahwa dapat terbentuk OM σ, karena atom hidrogen hanya memiliki orbital 1s yang digunakan dalam pengikatan. Orbital tersebut bersifat σ terhadap sumbu manapun yang melewati inti, dan karenanya hanya dapat menyumbang kepada OM σ. Kemudian pada atom Be, hanyalah terdapat atom 2s dan 2p_z yang dapat ikut dalam pengikatan. Orbital yang memiliki sifat π dan pertindihan nol dengan orbital σ manapun, tidak akan mengambil peran dalam pengikatan BeH₂.

Orbital 2s dari berrilium dapat bergabung dengan dua orbital 1s. Dalam hal ini tanda kedua orbital 1s berada dalam “fase sama” satu sama lain, dan berada dalam “fase sama” atau “fase berbeda” dengan orbital 2s berillium.

Butir-butir penting untuk selalu ingat mengenai keempat OM σ adalah sebagai berikut:

    1.      Dalam setiap OM ikatan, rapatan electron besar dan bersinambungan antara atom-atom yang berdekatan, sedangkan dalam OM anti-ikatan terdapat simpul antara sepasang inti yang berdekatan.

     2.      Dalam setiap OM tersebut, fungsi gelombang menunjukkan bahwa sepasang elektron yang menempatinya “terbesar” keseluruh molekul, dan digunakan oleh sekalian bersama atom, bukan saja oleh pasangan tertentu yang berdekatan. Dengan perkataan lain, elektron-elektron dalam OM terdelokalisasi ke seluruhan jangkaun OM.

Penerapan teori OM yang lebih umum dan sangat penting dalam molekul-molekul poliato, meliputi ikatan π dalam deret planar. Satu golongan penting yang secara kualitatif serupa walaupun secara terinci berbeda berbeda adalah spesies simetris dengan rumus umum AB₃ yang planar. Contoh-contoh yang penting adlah BF₃, CO₃^-2, NO₃^-.

Pendekatan Ikatan Terlokalisasi; keadaan Valensi dan Hibridisasi

Untuk mengetahui sifat kelinearan dapat menggunakan konsep baru yakni

      1.      keadaan valensi

      2.      hibridisasi.

Suatu atom yang hanya memiliki orbital-orbital s dan  p dalam valensi dapat membentuk tiga jenis orbital hibrida, bergantung kepada banyaknya elektron yang tersedia untuk membuat ikatan:

            Hibrida sp memberikan molekul linear

            Hibrida sp² memberika molekul segitiga planar

            Hibrida sp³ memberikan molekul tetrahedral

Bila tersedia orbital-orbital d beserta orbital s dan p, set hibrida penting yang berikut ini:

      1.      Hibridisasi oktahedral, d²sp³.

      2.      Hibridisasi segiempat planar, dsp².

      3.      Hibridisasi tetrahedral, sd³.

      4.      Hibridisasi bipiramidal-trigonal, dsp³.

      5.      Hibridisasi piramidal-segiempat, dsp³.

Penggunaan orbital hibrida untuk menerangkan dan mengaitkan struktur tidak begitu lazim lagi pada tahun-tahun ini, untuk memberikan jalan bagi penggunaan yang umum dari teori OM. Alasan utamanya adalah bahwa pendekatan OM lebih mudah diterapkan untuk perhitungan kuantitatif yang menggunakan komputer digital, dan karena dengan perhitungan semacam itu dimungkinkan untuk menerangkan spektra molekul secara lebih mudah. Bagaimanapun konsep orbital hibrida tetap memiliki kelebihan tertentu karena kesederhananya, dan dalam banyak hal memberikan cara yang sangat mudah untuk mengaitkan dan “menerangkan” struktur molekul.

Author : Unknown

Share this

Related Posts