Ikatan Kimia

IKATAN KIMIA

OLEH

MIMI HERMAN (15176003)

PROGRAM STUDI PASCASARJANA PENDIDIKAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS NEGERI PADANG

2016

1.     Pengertian Ikatan Kimia

Ikatan kimia adalah gaya tarik menarik yang kuat antara atom-atom tertentu bergabung membentuk molekul atau gabungan ion-ion sehingga keadaannya menjadi lebih stabil. Dua atom atau lebih dapat membentuk suatu molekul melalui ikatan kimia. Ikatan kimia terjadi karena penggabungan atom-atom, yang membentuk molekul senyawa yang sesuai dengan aturan oktet.

2.     Jenis-Jenis Ikatan Kimia

Ikatan kimia merupakan sebuah proses fisika yang bertanggungjawab dalam gaya interaksi tarik menarik antara dua atom atau molekul yang menyebabkan suatu senyawa diatomik atau poliatomik menjadi stabil. Secara umum, ikatan kimia dapat digolongkan menjadi dua jenis, yaitu ikatan primer dan ikatan sekunder.

2.2.1 Ikatan Primer

Ikatan primer adalah ikatan kimia dimana ikatan gata antar atomnya relatif besar. Ikatan primer ini terdiri atas ikatan ion, ikatan kovalen, dan ikatan logam.

1.      Ikatan ion

Ada beberapa definisi tentang ikatan ion, yaitu:

-          Ikatan ion adalah ikatan yang terjadi akibat gaya tarik-menarik lantara ion positif dan ion negatif.

-          Ikatan ion terjadi antara unsur logam dengan unsur nonlogam.

-          Ikatan ion terjadi karena adanya serah terima elektron dari satu atom ke atom yang lain.

-          Ikatan ion ini sangat stabil, khususnya bila menyangkut ion bervalensi ganda.

Ciri-ciri senyawa ionik:

a.       Mempunyai titik didih dan titik leleh tinggi.

b.      Gaya tarik menarik antarpartikel sangat kuat.

c.       Tidak dapat menghantarkan listrik karena ion-ion yang berada dalam kristal sulit bergerak.

Contoh Pembentukan Ikatan Ion

Natrium tergolong unsur logam dengan energi ionisasi yang relatif rendah. Artinya mudah melepas elektron. Di lain pihak, klorin adalah unsur nonlogam dengan daya tarik elektron yang relatif besar. Artinya klorin mempunyai kecenderungan besar untuk menarik elektron. Ketika natrium direaksikan dengan klorin, klorin akan menarik elektron dan natrium. Natrium berubah menjadi ion positif (Na⁺), sedangkan klorin berubah menjadi ion negatif (Cl-). Ion ion tersebut kemudian mengalami tarik-menarik karena gaya Coulomb sehingga membentuk NaCl.

Gambar 1.1

Dari kasus tersebut, kita dapat menyimpulkan bahwa ikatan ion terjadi karena adanya suatu gaya elektrostatis dan ion yang berbeda muatan (positif dan negatif). Hal itu dapat terjadi jika antara unsur yang direaksikan terdapat perbedaan daya tarik elektron yang cukup besar. Satu unsur mempunyai gaya tarik elektron yang lemah sehingga elektronnya mudah lepas dan kedua unsur tersebut membentuk ion unsurnya. Golongan unsur yang gaya tarik elektronnya relatif besar adalah unsur nonlogam, sedangkan golongan unsur yang mempunyai gaya tarik elektron relatif lemah adalah unsur logam. Oleh karena itu, unsur logam dengan unsur nonlogam umumnya berikatan ion dalam senyawanya.

Rumus Kimia Senyawa Ion

Sesuai dengan aturan oktet, atom natrium akan melepas 1 elektron, sedangkan atom klorin akan menyerap 1 elektron. Jadi, setiap 1 atom klorin membutuhkan 1 atom natrium. Akan tetapi, tidak bisa diartikan bahwa satu ion Na⁺ hanya terikat pada satu ion Cl^-. Dalam kristal NaCl, setiap atom Na⁺ dikelilingi oleh 6 ion Cl^- dan setiap ion Cl^- dikelilingi oleh 6 ion Na⁺ dalam suatu struktur tiga dimensi berbentuk kubus. Rumus kimia NaCl adalah rumus empiris, menyatakan bahwa perbandingan ion Na⁺ dan Cl^- adalah 1:1.

2.      Ikatan kovalen

Ada beberapa definisi tentang ikatan kovalen, yaitu:

a.       Ikatan kovalen adalah ikatan kimia yang sangat kuat dimana gaya antar atomnya ditimbulkan dari penggunaan bersama elektron.

b.      Ikatan kovalen terjadi antara unsur nonlogam dengan unsur non logam, serta mempunyai perbedaan elektronegatifitas yang kecil.

c.       Ikatan kovalen terjadi karena pemakaian bersama elektron-elektron oleh dua atom.

d.      Ikatan kovalen terjadi antara unsur nonlogam dengan unsur nonlogam.

Contoh Pembentukan Ikatan Kovalen

Pembentukan ikatan dalam molekul H₂ tidak melalui pelepasan dan penyerapan elektron. Sebagai unsur nonlogam, atom-atom hidrogen mempunyai daya tarik elektron yang cukup besar. Oleh karena peasangan elektron yang terbentuk ditarik oleh kedua inti atom hidrogen yang berikatan, kedua atom tersebut menjadi saling terikat. Ikatan yang terbentuk dengan cara penggunaan bersama pasangan elektron ini yang dimaksud dengan ikatan kovalen.

                                                                           Gambar 1.2

Rumus Kimia Senyawa Kovalen

Dengan mengacu pada aturan oktet, kita dapat memprediksikan rumus molekul dari senyawa yang berikatan kovalen. Dalam hal ini, jumlah elektron yang dipasangkan harus disamakan. Akan tetapi, perlu diingat bahwa aturan oktet tidak selalui dipatuhi, terdapat beberapa senyawa kovalen yang melanggar aturan oktet. Contohnya adalah ikatan antara H dan O dalam H₂O. Konfigurasi elektron H dan O adalah H memerlukan 1 elektron dan O memerlukan 2 elektron. Agar atom O dan H mengikuti kaidah oktet, jumlah atom H yang diberikan harus menjadi dua, sedangkan atom O satu, sehingga rumus molekul senyawa adalah H₂O.

Gambar 1.3

Struktur Lewis atau Rumus Struktur Senyawa Kovalen

Struktur Lewis adalah diagram yang menunjukkan ikatan-ikatan antar atom dalam suatu molekul. Struktur Lewis digunakan untuk menggambarkan ikatan kovalen dan ikatan kovalen koordinat. Cara atom-atom saling mengikat dalam suatu molekul dinyatakan dengan rumus bangun atau rumus struktur. Rumus struktur diperoleh dari rumus Lewis, setiap pasangan elektron ikatan pada rumus lewis digambarkan dengan sepotong garis.

Rumus Molekul	Rumus Lewis	Rumus Bangun (Rumus Struktur)
H2	H : H	H - H
HCl	H Cl	H - Cl
H2O	H O    H	H – O        H

Ikatan kovalen terdiri atas ikatan kovalen polar, kovalen non polar, dan kovalen koordinasi.

a.       Kovalen polar

Senyawa kovalen dikatakan polar jika senyawa tersebut memiliki perbedaan keelektronegatifan. Dengan demikian, pada senyawa yang berikatan kovalen terjadi pengutuban muatan. Ikatan kovalen polar adalah ikatan kovalen yang Pasangan Elektron Ikatannya (PEI) cenderung tertarik ke salah satu atom yang berikatan. Senyawa kovalen polar biasanya terjadi antara atom-atom unsur yang beda keelektronegatifannya besar, mempunyai bentuk molekul asimetris, mempunyai momen dipol.

b.      Kovalen non polar

Senyawa kovalen dikatakan non polar jika senyawa tersebut tidak memiliki perbedaan keelektronegatifan. Dengan demikian, pada senyawa yang berikatan kovalen tidak terjadi pengutuban muatan. Ikatan kovalen nonpolar adalah ikatan kovalen yang Pasangan Elektron Ikatannya (PEI) tertarik sama kuat ke arah atom-atom yang berikatan. Senyawa kovalen nonpolar terbentuk antara atom-atom unsur yang mempunyai beda keelektronegatifan nol atau mempunyai momen dipol = 0 (nol) atau mempunyai bentuk molekul simetri.

Kovalen Polar	Kovalen Non Polar
Larut dalam air	Tidak dapat larut dalam air
Memiliki pasangan elektron bebas	Tidak memiliki pasangan elektron bebas
Berakhir ganjil, kecuali BX3 dan PX5	Berakhiran genap
Contoh: NH3, PCl3, H2O, HCl, HBr, SO3, N2O5, Cl2O5	Contoh: F2, Cl2, Br2, I2, O2, H2, N2, CH4, SF6, PCl5, BCl3

c.       Kovalen koordinasi

Ikatan kovalen koordinasi adalah ikatan kovalen yang terbentuk dari pemakaian bersama elektron yang hanya disumbangkan oleh satu atom, sedangkan atom yang lainnya tidak menyumbangkan elektron. Ikatan ini dapat terjadi jika atom penyumbang memiliki Pasangan Elektron Bebas (PEB).

Contoh ikatan kovalen koordinasi adalah ammonia (NH₃) yang bereaksi dengan boron triklorida (BCl₃) membentuk senyawa NH₃BCl₃. Atom N dalam NH₃ sudah memenuhi kaidah oktet dan mempunyai sepasang elektron bebas. Di lain pihak, atom B dalam BCl₃ sudah memasangkan semua elektron valensinya, namun belum memenuhi kaidah oktet. Dalam hal ini, atom N (dari NH₃) dan atom B (dari BCl₃) dapat berikatan dengan menggunakan bersama pasangan elektron bebas dari atom N.

3.      Ikatan Logam

Ada beberapa definisi tentang ikatan logam, yaitu:

a.       Ikatan logam adalah suatu kekuatan utama yang menyatukan atom-atom logam.

b.      Ikatan logam adalah ikatan kimia dimana gaya antar atomnya terbentuk karena penggunaan elektron bersama-sama tetapi tanpa memiliki arah yang tertentu.

c.       Ikatan logam merupakan akibat dari adanya tarik menarik muatan positif dari logam dan muatan negatif dari elektron yang bergerak bebas.

           Ikatan logam terjadi karena adanya delokalisasi elektron. Sebagaimana telah diketahui bahwa unsur logam mempunyai sedikit elektron valensi sehingga kulit terluar atom logam relatif longgar. Kejadian seperti itu memungkinkan elektron valensi dapat berpindah-pindah. Mobilitas elektron dalam logam sangat bebas, menyebabkan elektron dapat berpindah dari satu atom ke atom lain, atau disebut juga delokalisasi. Elektron-elektron valensi yang mengalami delokalisasi tersebut membentuk satu awan yang membungkus ion-ion positif logam di dalamnya.

Perbedaan mendasar dan hal-hal lainnya mengenaik ikatan ionik, kovalen, dan kovalen koordinasi dapat diperhatikan dari tabel berikut ini:

Perbedaan	Ion	Kovalen	Kovalen Koordinasi
Proses Pembentukan	Serah terima elektron antar atom	Penggunaan bersama pasangan elektron dimana tiap atom menyumbang elektron. X + Y a X : Y	Penggunaan bersama pasangan elektron yang hanya berasal dari salah satu atom. X + Y a X : Y
Atom yang terlibat	Logam + Nonlogam	Nonlogam + Nonlogam	Nonlogam + Nonlogam
Titik leleh dan titik didih	Tinggi	Rendah (kecuali pada padatan kovalen seperti intan)	Rendah
Kelarutan	Larut dalam air namun sukar larut dalam pelarut organik seperti aseton, alkhohol, eter dan Benzena.	Sukar larut dalam air namun larut dalam pelarut organik.	Sukar larut dalam air namun larut dalam pelarut organik.
Daya Hantar Listrik	Lelehan dan larutannya mengantarkan listrik	Tidak dapat menghantarkan listrik (namun ada beberapa larutannya yang menghantarkan listrik)	Tidak dapat menghantarkan listrik (namun ada beberapa larutannya yang menghantarkan listrik)
Contoh	NaCl, LiF, CaO, CaBr2, AlCl3	HF, H2O, PCl3, BCl3, CO2	NH4+, SO4-2, POCl3, H3NBF3, SO3

2.2.2 Ikatan Sekunder (Gaya Tarik Antarmolekul)

Ikatan sekunder adalah ikatan antar molekul. Gaya ikatan sekunder timbul dari dipol atom atau molekul. Pada dasarnya dipol listrik timbul jika ada jarak pisah antara bagian positif dan negatif dari sebuah atom dan molekul. Perlu diingat bahwa gaya tarik antarmolekul berikatan dengan sifat-sifat fisis zat, seperti titik leleh dan titik didih. Semakin kuat gaya tarik antarmolekul, semakin sulit untuk memutuskannya, sehingga mengakibatkan semakin tinggi titik leleh maupun titik didih suatu senyawa.

1.      Gaya London / Gaya Dispersi

Gaya London atau gaya dispersi adalah gaya tarik menarik antara molekul-molekul dalam zat yang nonpolar. Fritz London, seorang ilmuwan Jerman mengungkapkan teori tentang gaya ini, sehingga gaya ini bisa disebut gaya London. Gaya London adalah gaya dimana elektron senantiasa bergerak dalam orbital. Perpindahan elektron dari suatu daerah ke daerah lainnya menyebabkan suatu molekul yang secara normal bersifat nonpolar menjadi polar sesaat, membentuk dipol sesaat. Dipol yang terbentuk dengan cara ini disebut dipol sesaat karena dipol ini dapat berubah secara banyak dalam satu detik. Dipol sesaat pada suatu molekul dapat mengimbas molekul di sekitarnya sehingga membentuk suatu dipol terimbas.

Gaya London merupakan gaya yang relatif lemah. Zat yng molekulnya bertarikan hanya berdasarkan gaya London mempunyai titik leleh dan titik didih yang rendah dibandingkan dengan zat lain yang massa molekulnya relatif kira-kira sama. Jika molekul-molekulnya kecil, zat-zat itu biasanya berbentuk gas pada suhu kamar. Contohnya adalah hidrogen (H₂), nitrogen (N₂), metana (CH₄), gas-gas mulia seperti helium (He), dan sebagainya.

Kekuatan gaya London bergantung pada beberapa faktor, antara lain kerumitan molekul dan ukuran molekul.

a.       Kerumitan Molekul                                                                                          

1)      Lebih banyak terdapat interaksipada molekul kompleks dari molekul sederhana, sehingga Gaya London lebih besar dibandingkan molekul sederhana.

2)      Makin besar Mr makin kuat Gaya London.

b. Ukuran Molekul

1)      Molekul yang lebih besar mempunyai tarikan lebih besar dari pada molekul berukuran kecil. Sehingga mudah terjadi kutub listrik sesaat yang menimbulkan Gaya London besar.

2)      Dalam satu golongan dari atas ke bawah, ukurannya bertambah besar, sehingga gaya londonnya juga semakin besar.

2.      Ikatan Hidrogen

Suatu gaya antarmolekul yang relatif kuat terdapat dalam senyawa hidrogen yang mempunyai keelektronegatifan besar, yaitu fluorin (F), oksigen (O), dan nitrogen (N). Misalnya dalam HF, H₂0, dan NH₃. Hal ini tercermin dari titik didih yang menyolok tinggi dari senyawa-senyawa tersebut dibandingkan dengan senyawa lain yang sejenis.

Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk.

Ikatan hidrogen memengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin besar ikatan hidrogennya, semakin tinggi titik didihnya. Namun, khusus pada air (H₂O), terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya. Akibatnya jumlah total ikatan hidrogennya lebih besar daripada asam florida (HF) yang seharusnya memiliki ikatan hidrogen terbesar (karena paling tinggi perbedaan elektronegativitasnya) sehingga titik didih air lebih tinggi daripada asam florida.

                 Ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul air, dimana muatan parsial positif berasal dari atom H yang berasal dari salah satu molekul air. Ikatan hidrogen dapat terjadi inter molekul dan intra molekul. Jika ikatan terjadi antara atom-atom dalam molekul yang sama maka disebut ikatan hidrogen intramolekul atau didalam molekul, seperti molekulH₂O dengan molekul H₂O. Ikatan hidrogen, juga terbentuk pada pada antar molekul seperti molekul NH3, CH₃CH₂OH dengan molekul H₂O, ikatan yang semacam ini disebut dengan ikatan hidrogen intermolekul.

3.      Ikatan / Gaya Van Der Waals

Gaya-gaya antarmolekul secara kolektif disebut juga gaya van der Waals. Jadi, bisa dikatakan bahwa gaya London, gaya dipol-dipol, dan gaya dipol-dipol terimbas, semuanya tergolong gaya van der Waals. Namun demikian, ada kebiasaan untuk melakukan pembedaan yang bertujuan untuk memperjelas gaya antarmolekul dalam suatu zat berikut.

a.       Istilah gaya London atau gaya dispersi digunakan, jika gaya antarmolekul itulah satu-satunya, yaitu untuk zat-zat yang nonpolar. Misalnya untuk gas mulia, hidrogen, dan nitrogen.

b.      Istilah gaya van der Waals digunakan untuk zat yang mempunyai dipol-dipol selain gaya dipersi, misalnya hidrogen klorida dan aseton.

2.3 Geometri Molekul

Geometri molekul berkaitan dengan susunan ruang atom-atom dalam molekul. Molekul diatomik memiliki geometri linear; Molekul triatomik dapat bergeometri linear atau bengkok; Molekul tetraatomik bergeometri planar (datar sebidang) atau piramida. Semakin banyak atom penyusun molekul, semakin banyak pula geometrinya.

Geometri molekul dapat ditentukan melalui percobaan. Namun demikian, molekul-molekul sederhana dapat diramalkan geometrinya berdasarkan pemahaman tentang struktur elektron dalam molekul.

2.3.1 Teori Domain Elektron

Teori domain elektron adalah suatu cara meramaikan geometri molekul berdasarkan tolak-menolak elektron-elektron pada kulit luar atom pusat. Domain elektron berarti kedudukan elektron atau daerah keberadaan elektron, dalam hal ini pada atom pusat. Jumlah domain elektron ditentukan sebagai berikut.

a.       Satu pasangan elektron ikatan (PEI), baik ikatan tunggal, rangkap, atau rangkap tiga, merupakan satu domain.

b.      Satu pasangan elektron bebas (PEB) merupakan satu domain.

No.	Senyawa	Rumus Lewis	Atom Pusat		Jumlah Domain Elektron
			PEI	PEB
1.	H2O	H O H	2	2	4
2.	CO2	O C O	2	0	2
3	SO2	O S O	2	1	3

2.3.1 Prinsip Dasar Teori Domain Elektron

1.      Antara domain elektron pada kulit luar atom pusat saling tolak-menolak, sehingga domain elektron akan mengatur diri (mengambil formasi) sedemikian rupa sehingga tolak-menolak di antaranya menjadi minimum.

2.      Pasangan elektron bebas mempunyai gaya tolak yang sedikit lebih kuat daripada pasangan elektron ikatan. Hal itu terjadi karena pasangan elektron bebas hanya terikat pada satu atom sehingga gerakannya lebih leluasa.