Kenyataan di alam menunjukkan bahwa ada unsur yang berada dalam keadaan bebas, dan ada pula yang berada dalam bentuk persenyawaan. Mengapa ada unsur yang dapat berada dalam keadaan bebas? Tetapi, mengapa pula ada yang saling bergabung menjadi persenyawaan? Mengapa unsur logam dapat bergabung dengan non logam, tetapi unsur logam yang satu tidak bersenyawa dengan logam yang lain, padahal untuk yang non logam, sangat banyak contoh-contoh senyawa yang berasal dari sesama non logam? Semua pertanyaan itu merupakan masalah-masalah yang jawabannya terdapat dalam kajian ikatan kimia.
Untuk memahami permasalahan ikatan kimia, ada beberapa konsep yang harus dikuasai lebih dulu, yaitu antara lain mengenai kestabilan, kecenderungan unsur-unsur yang tak stabil, serta mengenai struktur elektronik. Setelah hal-hal tersebut kita fahami dengan baik, maka tidaklah terlalu sulit memahami ikatan kimia.
A. Kestabilan Konfigurasi Elektron
Gas mulia, yaitu He, Ne, Ar, Xe dan Rn merupakan unsur-unsur yang atom-atomnya sangat stabil. Atom-atom gas mulia mampu berdiri sendiri tanpa bergabung dengan atom lain, bahkan boleh dikatakan bahwa tanpa adanya paksaan (perlakuan dari luar) gas mulia praktis tidak mau bergabung dengan atom lain baik dari unsur sejenis maupun dari unsur lain. Fenomena ini tidak terjadi pada atom-atom unsur lain. Atom-atom dari unsur-unsur selain gas mulia cenderung tidak stabil. Unsur-unsur yang tidak stabil ini berusaha memperoleh kestabilan dengan jalan bergabung dengan atom lain baik dari unsur sejenis maupun atom lain. Inilah awal dari terjadinya ikatan kimia. Jadi ikatan kimia adalah penggabungan suatu atom dari unsur tertentu dengan atom lain baik dari unsur yang sama maupun dari unsur berbeda dalam rangka memperoleh kestabilan.
Masalah yang perlu dipertanyakan adalah, mengapa gas mulia bersifat stabil, sedang unsur yang lain tidak ?. Untuk itu kita hendak mengingat kembali kepada pernyataan Moseley, yaitu bahwa sifat-sifat kimia suatu unsur merupakan fungsi periodik dari nomor atomnya. Atas dasar hukum ini, maka yang diduga menjadi penyebab stabilnya unsur gas mulia adalah nomor atomnya yaitu 2 , 10, 18, 36, 54 dan 86. Selanjutnya kita tahu, bahwa nomor atom berhubungan dengan jumlah proton dalam inti dan jumlah elektron di luar inti. Menurut W. Kossel dan G.N Lewis kestabilan gas mulia diduga berasal dari susunan atau konfigurasi elektronnya. Selanjutnya konfigurasi gas mulia itu disebut konfigurasi stabil.
1. Kaidah Oktet
Atom-atom dari unsur selain gas mulai, cenderung menyamai konfigurasi elektron gas mulia. Jika kita perhatikan konfigurasi elektron gas mulia, tampak bahwa selain He, semua gas mulia mempunyai elektronvalensi 8. Elektronvalensi 8 inilah menurut Lewis yang cenderung disamai oleh atom-atom lain Kecenderungan atom-atom selain gas mulia, untuk mempunyai elektronvalensi 8 seperti elektronvalensi gas mulia disebut kaidah oktet.
a. Kecenderungan Unsur Logam
Telah pula kita ulas pada Bab 1, bahwa unsur logam mempunyai nomor atom lebih besar dari pada nomor atom gas mulia di dekatnya. Dengan demikian maka jumlah elektron dari atom unsur logampun tentu lebih banyak dibandingkan dengan jumlah elektron gas mulia terdekat. Agar menjadi sama, logam cenderung melepas elektron sedemikian rupa sehingga jumlah elektronya sama dengan yang dimiliki oleh gas mulia di dekatnya. Jika jumlah elektronnya sudah sama dengan jumlah elektron gas mulia maka keinginan untuk memenuhi kaidah oktet dapat dipenuhi.
Sebagai contoh kita perhatikan atom unsur Natrium. Nomor atom Natrium adalah 11. Jadi gas mulia terdekat dengan Na adalah Ne yang elektronnya 10. Supaya elektronnya menjadi 10, maka Na melepas satu elektronnya. Setelah satu elektronnya dilepas, maka natrium memenuhi kaidah oktet. Hal ini dapat digambarkan sebagai berikut:
11Na { 2 ; 8 ; 1 }
cenderung menyamai 10Ne { 2; 8 }. Kecenderungan ini dipenuhi dengan melepas elektron :
11Na { 2 ; 8 ; } → 11Na+ { 2 ; 8 }
Tampak bahwa konfigurasi elektron Na sudah sama dengan konfigurasi Ne. Masalahnya adalah, mengapa setelah melepas sebuah elektron, nomor yang tertulis masih 11, dan mengapa pula muncul tanda positif (+) ?. Harus diingat bahwa yang dilepas oleh Na adalah elektron yang berada dikulit terluar sedang jumlah proton dalam inti masih tetap, yaitu 11. Padahal nomor atom adalah ekspresi jumlah proton. Karena proton Na masih 11, maka nomor atomnya tetap 11 meskipun jumlah elektronnya menjadi 10. Munculnya tanda positif karena setelah melepas elektron, terjadi perbedaan jumlah proton dengan jumlah elektron. Jumlah proton 11 sedang elektronnya tinggal 10, akibatnya ada sebuah proton yang tidak dinetralkan. Muatan positif proton itulah yang dituliskan pada Na. Dengan demikian Na menjadi ion positif ketika berupaya memenuhi kaidah oktet. Atas dasar ini kita boleh membuat pernyataan bahwa:
Dengan pola yang sama, silakan anda jelaskan kecenderungan atom dari unsur Ca yang nomor atomnya 20 dalam memenuhi kaidah oktet.
b. Kecenderungan Unsur Non Logam
Seperti logam, unsur non logam juga berupaya menyamai konfigurasi gas mulia, tetapi karena nomor atom unsur non logam lebih kecil dari pada nomor atom gas mulia di dekatnya, maka jumlah elektron dari atom unsur non logampun tentu lebih sedikit dibandingkan dengan jumlah elektron gas mulia terdekat. Agar menjadi sama, logam cenderung menangkap elektron sedemikian rupa sehingga jumlah elektronnya sama dengan yang dimiliki oleh gas mulia di dekatnya sehingga dengan demikian kaidah oktet terpenuhi.
Sekarang kita akan menggunakan atom Flour sebagai contoh. Nomor atom Flour adalah 9. Jadi gas mulia terdekat dengan F adalah Ne yang elektronnya 10. Supaya elektronnya menjadi 10, maka F menangkap satu elektron dari atom lain. Setelah mengikat satu elektron, maka F memenuhi kaidah oktet. Hal ini dapat digambarkan sebagai berikut:
9F { 2 ; 7 }
cenderung menyamai 10Ne { 2; 8 }. Kecenderungan ini dipenuhi dengan melepas elektron :
9F { 2 ; 7 ; } + e → 9F– { 2 ; 8 }
Dari ilustrasi di atas tampak bahwa setelah menangkap elektron, atom F menjadi ion negatif, jadi:
Bagaimana kecenderungan pemenuhan kaidah oktet dari unsur belerang yang nomornya 16 ?
2. Struktur Lewis
Untuk menyederhanakan peng-ilustrasian terjadinya ikatan kimia, Lewis memperkenalkan struktur elektronik. Yang dimaksud dengan struktur elektronik adalah lambang atom suatu unsur (golongan utama) yang diperlengkapi dengan eketronvalensi. Struktur elektronik ini juga sering disebut Struktur Lewis ataulambang Lewis. Misal:
Dari lambang di atas tampak bahwa pada unsur golongan 1A sampai 4A elektronvalensinya tertata sebagai elektron tunggal, tetapi mulia golongan 5A sampai dengan 7A ada elektron tunggal tetapi juga ada elektron berpasangan. Pada golongan 5A, 5 elektronvalensi terdistribusi atas 3 elektron tunggal. Elektronvalensi pada golongan 6A terdistribusi atas dua elektron tunggal dan dua elektron berpasangan sedang pada golongan 7A, tujuh elektronvalensinya terdistribusi atas 3 elektron berpasangan dan sebuah elektron tunggal. Untuk lebih memahami masalah struktur Lewis ini, lengkapilah tabel berikut
B. Jenis-jenis Ikatan Kimia
Ikatan kimia dapat terjadi jika dengan berikatan, unsur-unsur yang berikatan dapat memenuhi kaidah oktet. Dengan memahami prinsip ini maka dengan sendirinya dua unsur tidak akan mungkin berikatan, jika keduanya tidak dapat bekerja sama untuk menghasilkan ikatan kimia. Ikatan kimia yang paling besar peluangnya adalah yang terjadi antara logam dengan logam, karena logam mempunyai kecenderungan melepas elektron sedan unsur non logam mempunyai kecenderungan. Jadi logam dan non logam merupakan pasangan yang paling cocok. Bagaimana ikatan antara logam dengan logam dari unsur lain ? Ikatan kimia antara logam dengan logam lain tidak dapat terjadi, karena semua logam cenderung melepas elektron karena mereka kelebihan elektron dibandingkan dengan gas mulia terdekat, sehingga kerja sama di antara mereka, kemungkinannya praktis tidak ada. Bagaimana ikatan sesama non logam? Non logam, adalah unsur yang kekurangan elektron. Kerja sama di antara mereka masih mungkin, meskipun ikatan yang dihasilkan tidak sekuat logam dengan non logam.
Di lihat dari bentuk kerja sama yang terjadi dalam proses ikatan kimia, secara garis besar dikenal dua macam ikatan kimia, yaitu ikatan kimia yang terjadi karena serah terima elektron dan ikatan yang terjadi karena pembentukan elektron persekutuan. Ikatan yang terjadi karena serah terima elektron juga disebut ikatan ionik. Ikatan yang terjadi karena pembentukan elektron persekutuan ada dua macam yaitu ikatan kovalen dan ikatan koordinasi. Disebut ikatan kovalen jika elektron persekutuannya berasal dari kedua atom yang berikatan atau jika elektron persekutuan dibentuk atas dasar andil kedua atom yang berikatan dan disebut ikatan koordinasi jika elektron persekutuannya berasal dari salah satu dari dua atom yang berikatan. Jadi ada 3 jenis ikatan antar atom di dalam sebuah molekul yaitu
1. ikatan ionik
2. ikatan kovalen
3. ikatan koordinasi
1. Ikatan Ionik
Kita ketahui bahwa ikatan ionik adalah ikatan yang terjadi karena adanya serah terima elektron dari dua atom yang perbedaan ke-elektronegatifannya sangat besar atau antara atom-atom yang kecenderungannya berbeda dalam memenuhi kaidah oktet. Salah satu atom yaitu yang bersifat logam akan menyerahkan elektronnya kepada yang bersifat non logam. Atom dari unsur logam akan menjadi ion positif setelah menyerahkan elektronnya sedang atom non logam menjadi ion negatif setelah menerima elektron dari atom unsur logam. Salah satu contoh yang akan kita gunakan adalah terbentuknya NaCl dari atom unsur logam Na dengan atom unsur non logam Cl.
Tahap pertama, Na melepas elektron menjadi Na+ dan Cl menangkap elektron menjadi Cl–.
Langkah berikutnya ion Na+ dan ion Cl– saling berikatan membentuk NaCl. Gaya mengikat Na dan Cl dalam NaCl adalah gaya elektrostatik atau gaya Coulomb
11Na+ + 17Cl– → NaCl
Karena melalui pembentukan ion-ion dulu sebelum berikatan maka ikatan seperti ini disebut ikatan ionik. Dengan menggunakan struktur elektronik Lewis, proses terjadinya ikatan antara Na dan Cl dapat digambarkan secara lebih sederhana.
Senyawa yang molekul-molekulnya dibentuk melalui ikatan ionik disebut senyawa ionik. Ternyata tidak semua logam dapat membentuk senyawa ionik. Logam yang dapat berperan dalam hanya logam alkali dan alkali tanah selain Be dan Mg, jadi tepatnya adalah logam Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, Ca, Sr , Ba, Ra. Mengapa ? Untuk dapat melakukan serah terima elektron, selisih keelektronegatifan logam harus cukup besar dibandingkan non logam, artinya hanya logam-logam yang keeletronegatifannya sangat kecil saja atau hanya logam-logam yang sangat elektropositif saja yang dapat melakukan serah terima dengan non logam. Dan ini hanya dipenuhi oleh logam-logam tersebut di atas.
Karena dibentuk oleh ion-ion yang muatan listriknya berlawanan, maka ikatan di dalam molekul ionik sangat kuat, demikian pula ikatan antara molekul sat dengan molekul yang lain. Kuatnya ikatan ini membuat senyawa ionik mempunyai titik beku dan titik didih lebih tinggi dari pada titik beku dan titik didih senyawa lain.
Dari uraian tersebut, di atas dapat dirangkum hal-hal yang penting mengenai senyawa ionik:
Bagaimana jika elektronvalensi logam dan non logamnya tidak sama ?
Kita ambil contoh logam alkali tanah (misal lambangnya L) dengan unsur halogen (misal lambangnya X). Karena elektron valensi L dua ( jadi alkali tanah L) cenderung melepas dua elektron) sedang elektron valensi halogen satu (jadi cenderung hanya mau menangkap satu elektron) maka sebuah atom dari unsur alkali tanah butuh dua atom halogen sebagai penangkap elektron, sehingga senyawa ionik yang dibentuk adalah LX2 yang prosesnya digambarkan sebagai berikut:
Sebaliknya jika unsur non logamnya mempunyai elektronvalensi 2 sedang logamnya mempunyai elektronvalensi satu maka harus ada dua atom logam yang menyerahkan elektron kepada satu atom unsur non logam. Secara umum dapat disimpulkan bahwa:
2. Ikatan Kovalen
Jika kerja sama dalam bentuk serah terima elektron tidak dapat dilakukan, maka pilihan berikutnya adalah membentuk elektron persekutuan. Dalam kerja sama ini, atom-atom yang akan berikatan menyekutukan elektron tunggal sedemikian rupa sehingga masing-masing atom yang bekerja sama merasa seperti memiliki konfigurasi stabil. Kita ambil contoh 7N dan H. Atom dari unsur non logam N terletak pada golongan 5A dan dengan demikian elektronvalensinya 5 yang terdistribusi atas 3 elektron tunggal dan sebuah pasangan elektron, sedang H memang hanya mempunyai 1 elektron. Karena N dengan nomor atomnya 7, maka ia cenderung menyamai gas mulia Ne yang nomor atomnya 10. Sehingga N butuh tambahan 3 elektron, dan ini dipenuhi dari atom H. Karena H hanya mempunyai satu elektron maka N membutuhkan 3 atom H. Masing-masing atom H ini menyekutukan elektronnya dengan 3 elektron tunggal milik N sedemikian rupa sehingga terbentuklah NH3. Penggambaran terjadinya NH3adalah sebagai berikut:
Sebelum berikatan struktur Lewis untuk N dan 3 atom H adalah:
Setelah membentuk elektron persekutuan hasilnya adalah:
Dari ilustrasi mengenai terjadinya ikatan kimia antara N dan H di atas, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu:
a. Ikatan Tunggal
Ikatan antara N dan H dalam NH3 disebut ikatan tunggal yang pada hakekatnya adalah sepasang elektron persekutuan. Ikatan tunggal terjadi jika salah satu atom penyusun mempunyai sebuah elektron tunggal pada elektronvalensinya. Ikatan tunggal juga dapat terjadi pada molekul sejenis seperti antara H dengan H, halogen dengan halogen lain yang sejenis sebagaimana berikut ini:
b. Ikatan Rangkap Dua
Selain ikatan tunggal juga dikenal ikatan rangkap dua. Ikatan rangkap dua ini dapat terjadi apabila salah satu atom mempunyai dua buah elektron tunggal, sedang atom yang lain mempunyai elektron tunggal sebanyak dua atau lebih. Contoh-contoh molekul dengan ikatan rangkap dua antara lain:
* Contoh 1: Molekul yang dibentuk oleh dua atom oksigen. Karena Oksigen adalah golongan 6A maka masing-masing oksigen mempunyai dua elektron tunggal dan dua elektron berpasangan. Struktur Lewis dan gambaran persekutuan elektronnya adalah:
Maksud dari gambar di atas adalah, elektron tunggal pertama dari oksigen pertama disekutukan dengan elektron tunggal pertama dari oksigen kedua membentuk sebuah ikatan, demikian pula elektron tunggal yang kedua dari oksigen-oksigen itu. Dengan demikian terbentuk dua pasang elektron persekutuan atau terbentuk ikatan rangkap dua. Struktur elektron oksigen digambarkan sebagai berikut:
Sedang rumus strukturnya adalah:
Contoh 2: Ikatan rangkap antara C dan O. Sekarang kita akan menggambarkan ikatan tanpa tahap demi tahap seperti yang kita lakukan sebelum ini. Kita akan melakukan penalaran-penalaran saja. Atom C berada di golongan empat jadi elektronvalensinya 4 dan ke empat-empatnya elektron tunggal sehingga semua dapat disekutukan. Oksigen adalah golongan 6A, jadi elektronvalensinya 6, tetapi hanya dua elektron tunggalnya. Jadi dibutuhkan dua atom oksigen agar jumlah elektron tunggal C sama banyaknya dengan jumlah elektron tunggal. Elektron tunggal pertama dan kedua dari atom C disekutukan dengan dua elektron tunggal O yang pertama, sehingga membentuk sebuah ikatan rangkap dua. Elektron tunggal ketiga dan ke empat dari atom C disekutukan dengan atom oksigen yang kedua dan membentuk ikatan rangkap yang kedua. Jadi molekul yang terbentuk CO2. Letak C berada di antara kedua atom O, sehingga rumus strukturnya adalah:
sedang struktur Lewisnya adalah:
Dari gambar di atas tampak bahwa dalam molekul CO2 terdapat dua ikatan rangkap.
Selanjutnya dengan cara yang sama selidikilah jenis ikatan rangkap yang terdapat pada molekul N2.
c. Beberapa hal penting mengenai ikatan Kovalen
Dari uraian mengenai ikatan kovalen, beberapa hal penting yang harus diingat adalah:
d. Kepolaran Molekul Kovalen
Untuk memahami masalah kepolaran dalam molekul, marilah kita amati dua molekul sederhana yaitu H2dan HCl. Struktur elektronik H2 dan HCl adalah sebagai berikut:
Pada penggambaran di atas, elektron persekutuan diletakkan tepat di pertengahan molekul, baik pada H2maupun pada HCl. Peletakan elektron persekutuan tepat di tengah, memang masuk akal, karena molekulnya terdiri atas dua atom yang sama. Tetapi bagaimana dengan HCl ? Kita telah tahu bahwa keelektronegatifan Cl jauh lebih besar dari pada H, sehingga kemampuan Cl dalam menarik elektron jauh lebih kuat dari pada H. Akibatnya elektron-elektron akan cenderung ke fihak Cl. Jadi penggambaran struktur elektronik HCl seharusnya adalah:
Dengan demikian Cl dikerumuni oleh awan elektron sedang H dijauhi oleh awan elektron. Keadaan ini membuat Cl cenderung negatif (d–) sedang H cenderung positif (d+). Tanda d tersebut menunjukkan bahwa baik H maupun Cl dalam HCl tidak benar-benar ion seperti misalnya Na+ dan Cl– dalam NaCl. H dan Cl dalam HCl hanya dinyatakan mempunyai kecenderungan untuk menjadi positih bagi H dan cenderung menjadi negatif bagi C.
Molekul kovalen yang membentuk polarisasi muatan seperti pada HCl disebut molekul polar sedang yang tidak membentuk polarisasi muatan seprti pada H2 disebut molekul non polar. Secara lebih kuantitatif, molekul polar didefinisikan sebagai molekul yang dibentuk oleh atom-atom yang sesisih keelektronegatifannya tidak nol sedang molekul non polar adalah molekul yang dibentuk oleh atom-atom yang sesisih keelektronegatifannya nol.
Molekul non polar, tidak pernah mempunyai sifat menghantarkan arus listrik, sedang molekul polar dapat menghantarkan arus listrik jika dilarutkan dalam pelarut polar misalnya air. Apakah perbedaan mendasar antara senyawa polar dengan senyawa ionik ?
Perbedaan senyawa ionik dengan senyawa kovalen polar adalah:
1. senyawa ionik dibentuk oleh ion-ion sedang senyawa polar adalah senyawa kovalen, jadi dibentuk oleh atom-atom yang dalam keadaan larut dalam air dapat menghasilkan ion-ion.
2. senyawa ionik dapat menghantarkan arus listrik baik dalam keadaan murni maupun dalam keadaan sebagai larutan, sedang senyawa polar hanya dapat menghantarkan arus listrik jika dalam keadaan larutan, itupun pelarut harus air sebab jika berada dalam air senyawa polar akan terurai menjadi ion-ion.
Menentukan kepolaran untuk molekul yang terdiri atas dua atom memang tampak sederhana, tetapi untuk molekul yang poliatomik, peninjauannya menjadi agak kompleks. Untuk itu marilah kita mengambil contoh NH3 dan BH3. Dengan hanya mengamati rumus kimianya secara sekilas, maka kita akan segera mengira bahwa kedua molekul tersebut mempunyai kepolaran yang hampir sama, setidaknya jika salah satu polar, maka yang lain juga polar meskipun kepolarannya tidak persis sama, dan jika yang satunya non polar, maka yang lainnya juga non polar. Tetapi faktanya tidak demikian. NH3 ternyata merupakan molekul polar sedang BH3 bersifat non polar. Untuk memahami kedua molekul ini kita harus kembali memperhatikan struktur kedua molekul tersebut. Bertolak dari Struktur Lewis atom B, maka struktur BH3 adalah :
sedang struktur amoniak adalah:
Dalam molekul BH3 terdapat 3 ikatan B-H. Masing-masing ikatan B-H ini pasti polar. Mengapa molekul BH3secara keseluruhan bersifat non polar, ini diduga karena bentuk molekul BH3 adalah bentuk segitiga sama sisi yang merupakan bentuk simetris. Jadi kesimetrisanlah yang menyebabkan suatu molekul menjadi non polar. Sementara itu karena N pada amoniak mempunyai struktur Lewis yang tidak simetris, mengakibatkan bentuk molekul NH3 tidak simetris. Ini pangkal penyebab kepolaran NH3. Dugaan ini diperkuat oleh fakta bahwa semua molekul yang simetris bersifat non polar dan semua molekul yang tidak simetris bersifat polar. Masalahnya sekarang adalah bagaimana cara yang mudah untuk mengetahui kesimetrisan ?
Sebenarnya ada teori yang lebih akurat, yang membahas bentuk-bentuk geometris molekul, tetapi teori ini belum kita bahas sekarang. Cara yang paling sederhana yang dapat kita manfaatkan sekarang adalah dengan memperhatikan struktur Lewis dari atom sentral molekul tersebut. Jika kita kembali melihat struktur Lewis yang sudah kita bahas pada awal bab ini, maka kita dapat melihat bahwa pada golongan 2A, 3A dan 4A, unsur-unsurnya mempunyai struktur Lewis dengan distribusi elektron yang simetris. Unsur-unsur ini akan menghasilkan bentuk yang simetris sehingga molekul-molekul yang atom sentralnya golongan 2A, 3A, 4A pasti mempunyai bentuk yang simetris dan bersifat non polar.
Contoh lain untuk kasus ini adalah BeF2 dan H2O. Atom sentral molekul BeF2 adalah atom Be yang mengikat dua atom lain yaitu F, sedang atom sentral pada H2O adalah O yang juga mengikat dua atom lain yaitu H. Tetapi, Be adalah unsur golongan dua A yang struktur Lewisnya simetris sedang O adalah golongan 6A yang struktur Lewisnya tidak simetris. Jadi BeF2 bersifat non polar sedang H2O bersifat polar.
e. Penyimpangan Terhadap Kaidah Oktet
Hampir semua molekul dan ion selain hidrogen memenuhi kaidah oktet setelah mengalami proses pembentukan ikatan kimia. Pada NaCl baik ion Na+ maupun Cl– mempunyai 4 pasang pada lintasan terluar. Pada NH3, atom N juga memiliki struktur oktet. Tetapi ada pula molekul-molekul yang kenyataannya eksis, tetapi tidak memenuhi kaidah oktet. Contoh yang paling mencolok adalah molekul kovalen yang atom sentralnya 2A dan 3A. Sebagai contoh adalah BeF2 yang dari 2A dan BF3 yang dari 3A. Atom Be yang golongan 2A, mempunyai elektronvalensi 2 yang terdistribusi atas dua elektron tunggal dengan jarak 1800sebelah menyebelah terhadap Be sedang F elektron valensinya 7, dengan distribusi satu tunggal dan 3 berpasangan. Struktur BeF2 adalah:
Dari struktur di atas tampak bahwa F sudah oktet tetapi Be baru 2 pasang atau baru 4 elektron jadi belum oktet.
Untuk BF3 karena B golongan 3 A dengan 3 elektron terluar yang terdistribusi atas 3 elektron tunggal, maka strukturnya adalah:
Tampak bahwa atom B belum oktet karena di sekitar B baru ada 3 pasang elektron. Selain senyawa kovalen yang berasal dari 2A dan 3A, yang juga menyimpang dengan golongan 5A yang mengikat 5 atom lain, misalnya PX5, AsX5, SbX5 dengan X adalah halogen. Dari molekul-molekul di atas tampak bahwa P, As dan Sb mengikat 5 atom lain, berarti paling tidak ada lima ikatan yang berhubungan dengan P, As atau Sb tersebut. Satu ikatan adalah sepasang elektron sekutu, jadi P, As dan Sb yang mengikat 5 atom lain akan mempunyai lima pasang elektron atau sepuluh elektron. Jadi P, As dan Sb yang mengikat 5 atom lain sudah melampaui susunan oktet.
3. Ikatan Koordinasi
Untuk memahami ikatan koordinasi, marilah kita lihat senyawa amoniak. Amoniak atau NH3 terdiri atas satu atom N dan 3 atom H. Ini terjadi karena elektron terluar atom N terdiri atas sepasang elektron dan 3 elektron tunggal sehingga ikatan kovalen yang terjadi adalah NH3 dengan struktur:
Bagaimana seandainya satu atom H akan masuk ke dalam molekul tersebut ?. Seandainya atom H bisa masuk, yang paling mungkin adalah ke bagian yang ada elektron bebasnya, sehingga strukturnya akan menjadi:
Tetapi, hitunglah sekarang ada berapa elektron yang mengelilingi N ? Ternyata ada 9 elektron, dan ini melanggar kaidah oktet, sehingga tidak mungkin atom H ke empat masuk ke dalam N yang sudah mengikat tiga atom H.
Tetapi lain halnya jika hidrogen yang ke empat itu sudah membuang elektronnya. Hidrogen yang sudah membuang satu-satunya elektron yang dimiliki, sudah bukan lagi atom hidrogen tetapi ion H
+. Jika yang masuk sebagai hidrogen ke empat adalah H
+, maka hal itu boleh terjadi, dan terbentuklah radikal NH
yang disebut radikal
amonium. Strukturnya adalah :
Muatan positif radikal amonium tersebut berasal dari ion H+ atau H yang keempat. Ikatan antara N dengan H yang keempat itu disebut ikatan koordinasi atau ikatan datif. Penting untuk diingat adalah, ikatan koordinasi tidak akan terjadi jika atom sentral masih mempunyai elektron tunggal atau, ikatan koordinasi hanya mempunyai kemungkinan terjadi jika ikatan kovalen sudah tidak mungkin. Dalam rumus bangun, ikatan koordinasi digambarkan dalam bentuk panah kecil dengan arah dari atom sentral pemilik elektron bebas atau untuk contoh kita di atas, ikatan koordinasi digambarkan dalam bentuk panah dari N ke H ke empat.
Pada dasarnya ikatan koordinasi terjadi jika molekul yang mempunyai pasangan elektron bebas bertemu dengan atom atau molekul yang masih kekurangan sepasang elektron. Contoh yang kekurangan sepasang elektron adalah ion H+ yang sudah kita bicarakan. Contoh lain adalah molekul yang berasal dari golongan 3A, misalnya BH3. Sebagai unsur yang berasal dari golongan 3A, maka elektronvalensi ada 3, dan ketiganya sebagai elektron tunggal.
Jika mengikat hidrogen, maka dibutuhkan 3 atom H untuk bersekutu, sehingga molekul yang terbentuk adalah:
Jika kita perhatikan, atom B dalam BH3 baru mempunyai 6 elektronvalensi, yaitu 3 berasal dari miliknya sendiri dan 3 dari tiga atom H, jadi untuk menjadi oktet, BH3 masih kekurangan sepasang elektron. Kekurangan ini dapat dipenuhi dengan cara membentuk ikatan koordinasi dengan molekul yang atom sentralnya mempunyai pasangan elektron bebas seperti NH3. Ikatan yang terjadi adalah:
Elektron koordinasinya terletak antara B dan N dan dapat dinyatakan dengan panah yang arahnya menuju B, sehingga rumus bangunnya adalah.
Dibandingkan dengan ikatan kovalen, ikatan koordinasi adalah lebih lemah. Ini dapat mudah dimengerti, karena dalam ikatan kovalen, elektron persekutuan dibentuk atas dasar andil sedang pada ikatan koordinasi, elektron persekutuan hanya berasal dari salah satu fihak saja.
Hak yang cukup menarik untuk dibahas adalah, bagaimana cara mengetahui dengan cepat, ada atau tidak adanya ikatan koordinasi dalam molekul ? Masalah ini akan kita fahami langsung dengan contoh. Misal kita ingin mengetahui dalam molekul SO3 ada ikatan koordinasinya apa tidak. Yang kita perhatikan adalah atom penyusun molekul. Baik S maupun O adalah golongan 6A, jadi elektronvalensinya sama, yaitu 6 dan jumlah elektron tunggalnya juga sama yaitu 2. Karena jumlah elektron tunggalnya sama, maka ikatan kovalen hanya terjadi antara 1 atom S dan satu atom O dengan ikatan rangkap dua karena adanya 2 elektron tunggal dari masing-masing atom. Jadi S hanya berkovalen dengan satu atom O. Segera kita boleh memutuskan, jadi dalam SO3 ada dua atom O yang terikat secara koordinasi yaitu atom O kedua dan ketiga. Arah koordinasinya adalah dari S ke O. Jadi rumus bangun SO3 adalah:
4. Kepolaran Molekul Kovalen
Untuk memahami masalah kepolaran dalam molekul, marilah kita amati dua molekul sederhana yaitu H2dan HCl. Struktur elektronik H2 dan HCl adalah sebagai berikut:
Pada penggambaran di atas, elektron persekutuan diletakkan tepat di pertengahan molekul, baik pada H2maupun pada HCl. Peletakan elektron persekutuan tepat di tengah, memang masuk akal, karena molekulnya terdiri atas dua atom yang sama. Tetapi bagaimana dengan HCl ? Kita telah tahu bahwa keelektronegatifan Cl jauh lebih besar dari pada H, sehingga kemampuan Cl dalam menarik elektron jauh lebih kuat dari pada H. Akibatnya elektron-elektron akan cenderung ke fihak Cl. Jadi penggambaran struktur elektronik HCl seharusnya adalah:
Dengan demikian Cl dikerumuni oleh awan elektron sedang H dijauhi oleh awan elektron. Keadaan ini membuat Cl cenderung negatif (d–) sedang H cenderung positif (d+). Tanda d tersebut menunjukkan bahwa baik H maupun Cl dalam HCl tidak benar-benar ion seperti misalnya Na+ dan Cl– dalam NaCl. H dan Cl dalam HCl hanya dinyatakan mempunyai kecenderungan untuk menjadi positih bagi H dan cenderung menjadi negatif bagi C.
Molekul kovalen yang membentuk polarisasi muatan seperti pada HCl disebut molekul polar sedang yang tidak membentuk polarisasi muatan seprti pada H2 disebut molekul non polar. Secara lebih kuantitatif, molekul polar didefinisikan sebagai molekul yang dibentuk oleh atom-atom yang sesisih keelektronegatifannya tidak nol sedang molekul non polar adalah molekul yang dibentuk oleh atom-atom yang sesisih keelektronegatifannya nol.
Molekul non polar, tidak pernah mempunyai sifat menghantarkan arus listrik, sedang molekul polar dapat menghantarkan arus listrik jika dilarutkan dalam pelarut polar misalnya air. Apakah perbedaan mendasar antara senyawa polar dengan senyawa ionik ?
Perbedaan senyawa ionik dengan senyawa kovalen polar adalah:
1. senyawa ionik dibentuk oleh ion-ion sedang senyawa polar adalah senyawa kovalen, jadi dibentuk oleh atom-atom yang dalam keadaan larut dalam air dapat menghasilkan ion-ion.
2. senyawa ionik dapat menghantarkan arus listrik baik dalam keadaan murni maupun dalam keadaan sebagai larutan, sedang senyawa polar hanya dapat menghantarkan arus listrik jika dalam keadaan larutan, itupun pelarut harus air sebab jika berada dalam air senyawa polar akan terurai menjadi ion-ion.
Menentukan kepolaran untuk molekul yang terdiri atas dua atom memang tampak sederhana, tetapi untuk molekul yang poliatomik, peninjauannya menjadi agak kompleks. Untuk itu marilah kita mengambil contoh NH3 dan BH3. Dengan hanya mengamati rumus kimianya secara sekilas, maka kita akan segera mengira bahwa kedua molekul tersebut mempunyai kepolaran yang hampir sama, setidaknya jika salah satu polar, maka yang lain juga polar meskipun kepolarannya tidak persis sama, dan jika yang satunya non polar, maka yang lainnya juga non polar. Tetapi faktanya tidak demikian. NH3 ternyata merupakan molekul polar sedang BH3 bersifat non polar. Untuk memahami kedua molekul ini kita harus kembali memperhatikan struktur kedua molekul tersebut. Telah kita ketahui bahwa struktur BH3 adalah :
sedang struktur amoniak adalah:
Dalam molekul BH3 terdapat 3 ikatan B-H. Masing-masing ikatan B-H ini pasti polar. Mengapa molekul BH3secara keseluruhan bersifat non polar, ini diduga karena bentuk molekul BH3 adalah bentuk segitiga sama sisi yang merupakan bentuk simetris. Jadi kesimetrisanlah yang menyebabkan suatu molekul menjadi non polar. Sementara itu karena N pada amoniak mempunyai struktur Lewis yang tidak simetris, mengakibatkan bentuk molekul NH3 tidak simetris. Ini pangkal penyebab kepolaran NH3. Dugaan ini diperkuat oleh fakta bahwa semua molekul yang simetris bersifat non polar dan semua molekul yang tidak simetris bersifat polar. Masalahnya sekarang adalah bagaimana cara yang mudah untuk mengetahui kesimetrisan ?
Sebenarnya ada teori yang lebih akurat, yang membahas bentuk-bentuk geometris molekul, tetapi teori ini belum kita bahas sekarang. Cara yang paling sederhana yang dapat kita manfaatkan sekarang adalah dengan memperhatikan struktur Lewis dari atom sentral molekul tersebut. Jika kita kembali melihat struktur Lewis yang sudah kita bahas pada awal bab ini, maka kita dapat melihat bahwa pada golongan 2A, 3A dan 4A, unsur-unsurnya mempunyai struktur Lewis dengan distribusi elektron yang simetris. Unsur-unsur ini akan menghasilkan bentuk yang simetris sehingga molekul-molekul yang atom sentralnya golongan 2A, 3A, 4A pasti mempunyai bentuk yang simetris dan bersifat non polar.
Contoh lain untuk kasus ini adalah BeF2 dan H2O. Atom sentral molekul BeF2 adalah atom Be yang mengikat dua atom lain yaitu F, sedang atom sentral pada H2O adalah O yang juga mengikat dua atom lain yaitu H. Tetapi, Be adalah unsur golongan dua A yang struktur Lewisnya simetris sedang O adalah golongan 6A yang struktur Lewisnya tidak simetris. Jadi BeF2 bersifat non polar sedang H2O bersifat polar.
A. Rumus Kimia
Tabel Beberapa Ion Negatif (anion)
