Pendah

uluan

Teori Ik

atan

Mata K

uliah Ik

atan K

imia

Dr. rer. Nat. Agustino Zulys M.Sc.

6/12/20091 Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia

Ikatan Kimia

Dosen : Dr. rer. nat. Agustino Zulys M.Sc.Jadwal kelas: Kamis dan Jumat, 9:15Buku Text:

Chemical Bonding and Molecular Geometry, Gilespie, Popelier, OxfordThe Chemical Bond, Murrel, Kettle, Teddel, willey, 2ed

Kehadiran 80%Evaluasi

UTS 60%UAS 40%

Ikatan Kimia

Pendahuluan dan Teori IkatanSimmetry MolekulModel ikatan kimia dan geometri molekulTeori Ikatan KovalenPadatan IonikIkatan LogamGaya intermolekuler

ElektroElektro--statikstatik

quantumquantum

mekanikamekanika Model Model ikatanikatanmolekulermolekuler

Orbital atom Orbital atom dandanhibridisasinyahibridisasinya, , orbital orbital molekulmolekul

Struktur Struktur resonansiresonansi

TinjauanTinjauan klasikklasik tentangtentangatom atom gagalgagal meramalkanmeramalkansifatsifat--sifatsifat atom.atom.

MekanikaMekanika kuantumkuantum berhasilberhasilmeramalkanmeramalkan semuasemua sifatsifatdaridari atom atom hidrogenhidrogen

Kunci dari teori kuantum: materi mempunyai sifat gelombang

Interferensi dalam fenomena gelombang

Interferensi dalam fenomena gelombang

Fase dari interaksi 2 orbital 1s dari atom H

In-phase

Out of phase

good good bondbond bad bad wrong symmetry wrong symmetry No bonding!No bonding!

DampakDampak pentingpenting daridari kuantumkuantummekanikmekanikLokasiLokasi elektronelektron digambarkandigambarkan oleholeh orbital atomorbital atomSetiapSetiap orbital orbital hanyahanya dapatdapat menampungmenampung 2 2 elektronelektron ((PauliPauliexclusion principle.)exclusion principle.)SetiapSetiap orbital orbital memilikimemiliki energienergi tertentutertentu dandan elektronelektron akanakanmenempatimenempati orbital orbital dengandengan energienergi paling paling rendahrendah terlebihterlebihdahuludahulu..OrbOrbitital atom al atom padapada atom yang atom yang berbedaberbeda akanakan bergabungbergabungmenjadimenjadi orbital orbital molekulmolekul, , tetapitetapi hanyahanya bilabila simetrisimetri merekamerekasesuaisesuai..

Teori Ikatan Modern

Dua metode pendekatan untukmenjelaskan ikatan antar atom:

Metode ikatan Valensi: Ikatan terbentukkarena adanya overlaping orbital atomMetode Orbital Molekul:

Bila atom atom membentuk molekul/ senyawa, orbital-orbitalnya bergabungdan membentuk orbital baru (orbital molekul)

Ikatan : simetri pada sumbu internuklir

Ikatan : memiliki nodepada sumbu internuklir dan tanda lobemelewati sumbu

Teori Ikatan Valensi (VBT)

Valence bond theory (VBT): pendekatan kuantummekanik terlokalisasi untuk menjelaskan ikatan dalammolekul.VBT menyatakan bahwa ps. elektron menempati orbital yg diarahkan terlokalisasi pada atom tertentu. Arah dariorbital ditentukan oleh geometri di sekitar atom yang diperoleh dari perkiraan dengan teori VSEPRPada VBT, ikatan akan terbentuk bila terjaditumpangsuh (overlap) dari orbital yg cocok dari duaatom, dan orbital-orbital tsb ditempati oleh 2 elektronsecara maximum

Menurut teori ini, ikatan H-H terbentuk darioverlaping (tumpangsuh) orbital 1s darimasing masing atom

Metode Ikatan Valensi

HA 1s1 HB 1s1

A (1)

1 = A(1) B(2)Fungsi gelombang pada atom B

VBT menganggap interaksi antara 2 atom yg terpisah ketika merekadisatukan untuk membentuk molekul.

B (2)elektron

2 = A(2) B(1)

+ = N (1 + 2) (bonding, H-H)

- = N (1 - 2) (anti-bonding)

3 = A(1) A(2) (ionic H- H+)

4 = B(1) B(2) (ionic H+ H-)

molecule = N [1 + 2] + (C [3 + 4])

molecule = N [covalent + (C ionic)]

Mekanika kuantum mengharuskan elektrondapat dipertukarkan sehinga kita harusmenggunakan kombinasi linier dari 1 dan2.

N is a normalizing coefficientC is a coefficient related to the amount of ionic character

Teori ikatan valensi pada ikatan H2

HA 1s1 HB 1s1

A B

Ini memberikan ikatan 1s-1s di antara kedua atom H

Untuk ikatan valensi, kita abaikan kombinasi anti-bonding dansumbangan dari ion-ion.

F2s 2p

F2s 2p

2pz 2pz

Z axis

Ini memberikan ikatan di antara 2 atom F.

Teori ikatan valensi pada ikatan dalam H2 dan F2

Diagram untuk H2

Ini memberikan ikatan 2p-2p di antara dua atom O. O

2s 2p

O2s 2p2pz 2pz

Z axis

Z axis

2py 2py

Ini memberikan ikatan 2p-2p di antara2 atom O. Pada VBT, ikatan diperkirakan lebih lemah daripada ikatan karena terjadi hanya sedikit.overlap

(the choice of 2py is arbitrary)

O OLewis structure

Double bond: bond + bondTriple bond: bond + 2 bond

Teori ikatan valensi pada ikatan dalam O2

Ikatan Valensi Untuk H2OKonfigurasi elektron valensi

O = 2s2 2px2 2py12pz1

H = 1s1

2 elektron tidak berpasangan di orbital 2p pada O dapat berpasangan dengan elektron pada orbital 1s dari H, dan setiap kombinasi membentuk ikatan Karena 2py dan 2pz saling tegak lurus (90o), ikatan tsb memiliki sudut 90o satu dgn lain

prediksi: H2O berbentuk anguler. TAPIsudut ikatan dalam H2O sebenarnya adalah 104.5o

90oMENGAPA????

VB untuk Amoniak (NH3)

N = 2s2 2px1 2py12pz1

H = 1s1

3 ikatan sigmasudut antara N-H

Teoritis = 90o

Terukur = 107o

MENGAPA??? 90o

Karbon

konfigurasi elektron terluar: 2s2 2px1 2py1

HANYA bisa membentuk 2 ikatan sigma

konfigurasi elektron valensinya nampakmenunjukkan: bahwa karbon hanyamembentuk 2 ikatan sejenis dengan suduttegak lurus, bukan sudut tetrahedral

Kenyataannya, karbon membentuk 4 ikatanyang sejenis : CH4, CH2Cl2, CCl4

Orbital hibridisasi adalah campuran dari orbital atom dan dihitung secaramatematika sebagai kombinasi linier dari orbital atom s, p dan d yang tepat

Linear sp hybrid orbitals

orbital 2s salingbersetangkup dengan

orbital 2px

112

12

= + s p

212

12

= s p

The two resultant sp hybrid orbitals that are

directed along the X-axis (in this case)

1/2 adalah koefisien normaliasi.

Hibridisasi

KOMBINASI ORBITAL MEMBENTUK HYBRIDA

HIBRIDISASI :

Kombinasi dua atau lebih orbital atom ASLInative pada suatu atom menghasilkan orbital HIBRIDA

ATURAN: Jumlah orbital atom yang berkombinasi harus sama dengan jumlahorbital hibrida yang terbentuk.

Semua orbital hibrida yang terbentuk adalah sama.

Untuk menjelaskan mengapa karbon membentuk4 ikatan yang identik, diasumsikan bahwa orbital aslinya akan bergabung/bercampur/ terhibridisasi

Tidak terhibridisasiTerhibridisasi

Hibridisasi sp3

Untuk kasus karbon dengan 4 ikatantunggal, maka semua orbital terhibridisasi

membentuk orbital hibrida

Hibridisasi sp3

Ikatan-:dibentuk olehsetiap ujungtumpangsuh

Molekul dapatberotasisekitar sudutikatan

Etana, CH3CH3

Hibrididasi ini terbentuk dari kombinasi satuorbital s dan 2 orbital p. Satu orbital p tersisa

TerhibridisasiTidak terhibridisasi

Hibridisasi orbital sp2

Orbital p yang tidak terhibridisasi dapatbertumpangsuh (overlap), menghasilkanikatan ke dua , ikatan

Ikatan-:tumpangsuh kesamping, terjadi pada bidang atasdan bawah dari molekul

Sebagian molekultidak lagi dapat berotasi.

Hibridisasi orbital sp2

ETENA

Ikatan pada Etena

Pembentukan ikatan rangkap 3:

membutuhkan dua buah orbital p yang tidak terhibridisasi

Tidak terhibridisasi

Terhibridisasi

Hibridisasi orbital sp

Dua buah orbital p membentuk 2 ikatan-

Hibridisasi orbital sp

ETUNA

Ikatan pada Etuna

Ikatan-

Ikatan-

Model molekul NH3 dengan orbital hibridisasi

Hibridisasi lainnyaOrbital d juga dapat terhibridiasi

BentukHibridisasi

Bentuk Molekul

sp Linear

sp2 Tpl

sp3 Td

sp3d Tbp

sp3d2 Oktahedral

Satu set orbital hibridisasi dsp3pada atom fosfor

PCl5

KELEMAHAN DARI TEORI IKATAN VALENSI DAN PENDEKATAN LEWIS ?????

Ketidakmapuan menjelaskan kemampuan suatu atom membentuk ikatan sejumlah elektron valensi

Diatasi dengan hibridisasiPendekatan Lewis dan Teori ikatan valensimeramalkan bawa O2 bersifat diamagnetik

this is wrong! Karena pada kenyataannya O2 bersifatparamagnetik

JALAN KELUARNYA???????????

METODE ORBITAL MOLEKUL

Bila orbital atom berkombinasi membentukorbital molekul, maka secara matematisjumlah orbital molekul yang terbentuk harussama dengan orbital atom yang berkombinasi

Contoh: H2Dua orbital berkombinasi membentuk duaorbital molekul. Seluruh total energi orbital molekul yang baru setara dengan duaorbital 1s. Tetapi tingkat energinyaberbeda.

METODE ORBITAL MOLEKUL

MO yang dibentuk oleh DUA orbital 1s

Orbital Molekul

Ketika dua orbital atom bergabung, tiga tipe orbital molekul terbentuk:Orbital ikatan atau Energi orbital ikatan lebih rendah dari orbital atom dankerapatan elektron overlap

Orbital anti ikatan * atau *Energi orbital anti ikatan lebih tinggi daripada orbital atom dan kerapatan elektron tidak overlap

Orbital non ikatan, nPasangan elektron tidak terlibat dalam berikatan

orbital molecular .

Ikatan Ganda melibatkan Interaksi orbital-p, Terdapat di luar garis ikatan