1

4. IKATAN KIMIA

Mengapa beberapa senyawa padatanmeleleh pada suhu tinggi, sedangkancairan atau gas pada suhu kamar?

• menyatakan gaya tarik antar atom bersamamembentuk suatu senyawa

• menentukan sifat kimia suatu senyawa danmengontrol jumlah energi yang dilepas/diserap dalam suatu reaksi

0

Ep

Jarak antar inti

74 pm

436 kJ/mol

= atom H

Energi interaksi antara 2 atom H

Gaya tolak Gaya tarik

• molekul H2 terbentuk dengan Ep=-436 kJ/mol pada 74 pm jarak antar inti

• jarak antar inti yang memberikan energipotensial molekul paling rendah dapatditentukan secara eksperimen

4.1 Teori Lewis1. Yang berperan dalam ikatan kimia adalah

elektron, terutama elektron kulit terluar(elektron valensi)

2. Elektron valensi umumnya dipindahkandari atom logam ke non-logam danterbentuk kation dan anion. Gayaelektrostatik antar kation-anion menghasilkan IKATAN IONIK.

3. Pada ikatan antar atom non-logam, 1 ataulebih pasangan elektron valensidigunakan bersama oleh atom yang berikatan membentuk IKATAN KOVALEN.

4. Dalam melepaskan atau menarik ataumenggunakan elektron bersama untukmembentuk ikatan kimia, atom-atom cenderung mencapai konfigurasi gas mulia (Aturan oktet/Aturan gas mulia) untuk mencapai stabilitas maksimum.

STRUKTUR LEWIS• Menggunakan nama kimia atom untuk

menyatakan inti dan elektron di kulitselain kulit valensi (core electrons) dantitik untuk menyatakan elektron valensi

• Struktur Lewis tidak secara khususmenyatakan cara elektron berpasangan

• Contoh: Si P

• Menggunakan nama kimia atom untukmenyatakan inti dan elektron di kulitselain kulit valensi (core electrons) dantitik untuk menyatakan elektron valensi

• Struktur Lewis tidak secara khususmenyatakan cara elektron berpasangan

• Contoh: Si P

• Menggunakan nama kimia atom untukmenyatakan inti dan elektron di kulitselain kulit valensi (core electrons) dantitik untuk menyatakan elektron valensi

• Struktur Lewis tidak secara khususmenyatakan cara elektron berpasangan

• Contoh: Si P

Grup 4A Grup 5A

Latihan 1: Tentukan struktur Lewis ion berikut:a. Al3+ b. N3- c. S2-

Muatan formal• Metoda untuk memperkirakan

muatan suatu atom dalamberbagai variasi struktur Lewis yang mungkin

• Dapat digunakan untukmemilih struktur Lewis yang paling stabil/sesuai

• Muatan formal = (jumlahelektron valensi pada atom bebas)-(jumlah elektron valensiyang terkait dengan atom dalam molekul)

Jumlah lone pair elektron + ½ (jumlah elektronikatan)

H2CO2

00

0

-1

+1

0

0

0

00

2

IKATAN IONIK

• Pembentukan ikatan ionik lebih banyakdikontrol oleh energi potensial pembentukanion (energi ionisasi dan affinitas elektron)

• Ikatan ionik yang stabil mempunyai energitotal pembentukan ion-ion penyusun ikatanbersifat EKSOTERMIS: energi potensialsenyawa < energi potensial individu unsur

• Pada atom non-logam:E untuk melepas e- > Energi untukmenangkap e- ANION

• Pada atom logam:E untuk melepas e- < Energi untukmenangkap e- KATION

Contoh: pembentukan NaCl

Na + e-Na+

Cl + e- Cl -

2Na(padatan) + Cl2(gas) 2NaCl(padatan)

PERUBAHAN ENERGI DALAM PEMBENTUKAN SENYAWA IONIK

PERUBAHAN ENERGI DALAM PEMBENTUKAN SENYAWA IONIK

Na(g) + e-Na+(g)

+ e-

Na(padatan) + 1/2Cl2(gas) NaCl(padatan) ∆Hof=-411 kJ

EI1=+496 kJ/mol

Cl(g) Cl-(g) AE=-349 kJ/mol

Total energi perpindahan 1e- dari atom Na keatom Cl = (+496) + (-349) = +147 kJ/mol

reaksi sukar terjadi

Reaksi berlangsungPerubahan energi pada pembentukan NaCl dapatditentukan menggunakan

Siklus Born-HaberStarting point: 1 mol Na(s) dan ½ mol Cl2(g)End point: 1 mol NaCl(s)

Siklus Born-Haber untuk 1 mol NaCl

end

Na+(g) + Cl(g) + e-

∆H1 = +107 kJ

∆H3 = +496 kJ

∆H2 = +122 kJ

∆H4 = -349 kJ

∆H5 = -787 kJ

∆Hfo NaCl(s) = +411 kJ

Na+(g) + Cl-

(g)

start

Na(g) + Cl(g)

Na(s) + 1/2Cl2(g)

Na(g) + 1/2Cl2(g)

NaCl(s)

1

2

34

5

Reaksi yang terlibat dalampembentukan NaCl

1. Konversi atom Na dari fasa padatke fasa gas ∆H1

2. Disosiasi/peruraian molekul Cl2menjadi atom-atom Cl ∆H2 (energi disosiasi ikatan)

3. Ionisasi atom Na fasa gas menjadiion Na+ fasa gas ∆H3 (Energiionisasi pertama, EI1)

4. Konversi atom Cl fasa gas menjadiion Cl- fasa gas ∆H4 (Afinitaselektron)

5. Pembentukan sistem kristal dariion-ion fasa gas ∆H5 (energikisi)

∆Hfo = ∆H1 + ∆H2 + ∆H3 + ∆H4 + ∆H5 = -411kJ

IKATAN KOVALEN

Latihan 2: Entalpi sublimasi Li +161 kJ/mol dan EI1=+520 kJ/mol. Energi disosiasi Fluorin+159 kJ/mol F2 dan EA fluorin -328 kJ/mol. Energi kisi LiF -1047 kJ/mol. Tentukanperubahan energi entalpi total reaksi:Li(s) + 1/2F2(g) LiF(s) ∆Ho

f=?

Cl Cl Cl Cl

Lone pair

Bonding pair

IKATAN KOVALEN KOORDINASI

1 atom menyediakan 2 elektron untukdipakai bersama membentuk ikatan

Pembentukan H3O+

TEKNIK PENULISAN STRUKTUR LEWIS

1. Tentukan total jumlah elektron valensiatom-atom yang berikatan

2. Buat struktur rangka (hubungkan atom yang berikatan dengan garis)

3. Tempatkan lone pair elektron di atom terminal (ujung) untuk mencapaikonfigurasi oktet pada atom paling ujung(kecuali H)

4. Susun elektron tersisi sebagai lone pair di sekitar atom pusat

5. Jika perlu, pindahkan 1 atau lebihelektron lone pair dari atom terminal untuk membentuk ikatan rangkapdengan atom pusat

3

IKATAN KOVALEN DAN ELEKTRONEGATIVITAS

Elektronegativitas menyatakankemampuan suatu atom untukmenarik elektron ikatan saat atom berada sebagai suatu molekul

• makin besar elektronegativitasatom dalam suatu molekul, makinkuat atom tersebut menarik elektronikatan kovalen

• Dalam satu periode SPU, secaraumum elektronegativitas meningkatdari kiri ke kanan

• Dalam satu golongan SPU, secaraumum elektronegativitas meningkatdari bawah ke atas

FCl Br

I

Li Na K Rb Cs

Jenis Ikatan Kimia danBeda elektronegativitas (∆)

• Ikatan ionik∆ > 2

• Ikatan kovalen polar 0,4 < ∆ < 2

• Ikatan kovalen∆ < 0,4

4

Kovalen total

Kovalenpolar

Ionik

Ikatan kovalen

Energi ikat CH4

Hasil eksperimen : 1652 kJ/mol

C(g)+4H(g) →CH4(g) + 1652 kJ/mol

Rerata energi ikat C-H per mol: 1652/4=413 (kJ/mol)

Dekomposisi bertahapCH4

CH4(g) →CH3(g)+H(g) 435 kJ/mol

CH3(g) →CH2(g)+H(g) 453 kJ/mol

CH2(g) →CH(g)+H(g) 425 kJ/mol

CH(g) →C (g)+H(g) 339 kJ/mol

Energi ikat CH3Cl

C(g)+Cl(g)+3H(g) →CH3Cl(g)+1578kJ/mol

(C-Cl)+3(C-H)=1578(C-Cl)+3(413)=1578C-Cl=339 (kJ/mol)

Energi ikatan kovalendan Reaksi Kimia

H2+F2→2HF∆H = ΣD (ikatan yang

diputuskan) - ΣD (ikatan yang terbentuk)

∆H = DH-H + DF-F – 2DH-F

= 1×432+1×154-2×565= -544 kJ

5

Diketahui reaksi:CH4+2Cl2+2F2→CF2Cl2+2HF+2HClPemutusan Ikatan pereaksi :CH4: 4×413=16522Cl2: 2×239=4782F2: 2×154=308

Ikatan Produk yang terbentuk :CF2Cl2: 2×485=970 (C-F) dan2×339=678 (C-Cl)HF: 2×565=1130HCl: 2×427=854∆H=2438-3632=-1194 kJ

TEORI IKATAN DAN BENTUK MOLEKUL

METODE TOLAKAN PASANGAN ELEKTRON KULIT VALENSI (VSEPR:valence-shell electron-pair repulsion)

Konsep: pasangan elektron pada kulit valensi atom-atom yang berikatan saling memberikan tolakan antara yang satu dengan yang lain sedemikian rupa sehinggamenempati ruang sejauh mungkin terhadap pasanganelektron yang lain

Geometri molekul dengan energitolakan minimum

Terms:1. Geometri gugus elektron: orientasi ruang gugus

elektron di sekitar atom pusat akibat tolakan antaragugus elektronGugus elektron: kelompok elektron valensi yang terlokalisasi di sekitar atom pusat

2. Geometri molekul – bentuk molekul: orientasi ruangatom-atom yang berikatan di sekitar atom pusat

Geometri gugus elektron

2 gugus elektron: linier3 gugus elektron: segitiga planar (trigonal planar)4 gugus elektron: tetrahedral5 gugus elektron: trigonal bipiramidal6 gugus elektron: oktahedral

Jika tidak ada lone-pair electrons (lp), geometri gugus elektron = geometri molekul

Jika ada lone-pair electrons (lp), geometrimolekul ditentukan oleh geometri guguselektron

Cara menerapkan VSEPR:1. Gambar struktur Lewis yang stabil2. Tentukan jumlah gugus elektron sekitar

atom pusat dan identifikasikan sebagaigugus elektron ikatan (bonding pair, bp) atau lone-pair electrons (lp)

3. Tentukan geometri gugus elektronnya4. Deskripsikan geometri molekulnya5. Derajat kuat tolakan:

lp-lp > lp-bp > bp- bp

CH4

• Lone pairs require more space than bonding pair.

• The bonding pairs are increasingly squeezed together as the number of lone pairs increases.

6

• The bonding pair is shared between two nuclei; and the electrons can be close to either nucleus.

• A lone pair is localized on only one nucleus, so both electrons are close to that nucleus only.

Ukuran relatif pasangan elektronikatan dan lone pairs pada molekulCH4, NH3 dan H2O

Lone pairs require more room than bonding pairs

square planar

2

3

4

4

5

7

6MOLEKUL POLAR DAN MOMEN DIPOL

Molekul yang memiliki pusat muatanpositif dan negatif terpisahkan oleh suatujarak tertentu.

Kuantifikasi terhadap pemisahan muatandalam suatu molekul dinyatakan olehmomen dipol (µ, debye, D), hasil kali jarakyang memisahkan pusat muatan positif dannegatif (d, meter) dengan kuantitas muatan(δ, coulomb)

µ= d δ

1 D = 3,34 x 10-30 C m

Molekul polar momen dipol ≠ 0Molekul non-polar momen dipol = 0

Plat logam Medium non-konduktif

Jika molekul polar ditempatkan antara keduaplat logam, molekul tsb akan mengalamipenataan seperti gambar di atas

Molekul polar meningkatkan kapasitaspenyimpanan muatan plat logam sampai padasuatu kuantitas yang sesuai dengan momendipol molekul

Polaritas Ikatan danMomen dipol

Momen Dipol HF

1D=3.336×10-30 coulomb meter

µ=(1.6×10-19 C)(9.17×10-11

m)=1.47×10-29

=4.4 D ionikMomen dipol terukur = 1.83 D1.83×3.336×10-30=δ(9.17×10-

11)δ=6.66×10-20

Karakter ionik = 1.83/4.4=41.6%

Dalam kenyataan TIDAK ADA ikatan yang secara total ionik

selalu ada bagian sejumlah elektrondipakai bersama

8

Dipol terhitung = momen dipol yang dihitung saat tidak ada elektron yang dipakai bersama

momen dipol terukur ikatan A-BPersentase karakter ionik ikatan x100%-dipol terhitung A B

= +⎡ ⎤⎢ ⎥⎣ ⎦

Bedaelektronegativitas (∆)

Persenkarakterionik

Senyawa dengan karakterionik > 50% padatan

ionik

Momen dipol molekulpoli atom

• Merupakan jumlah geometrisemua momomen dipol ikatan(jumlahan vektor)

TEORI IKATAN VALENSI

Teknik:• gambar struktur lewis• Perkirakan penataan semua pasang-

an elektron menggunakan metodeVSEPR

• Tentukan hibridisasi atom pusatdengan cara memadankanpasangan e- dengan orbital hibrida

Asumsi:Elektron suatu molekul menempatiorbital atomnya masing-masing

Molekul stabil terbentuk dari atom-atom yang bereaksi jika energi

potensialnya minimum

9

Pembentukan orbital hibrida sp3Pembentukan orbital hibrida sp

Pembentukan orbital hibrida sp2Pembentukan orbital hibrida padamolekul berikatan rangkap

C2H4etilen

C2H2asetilen