Orbital molekul

Fungsi gelombang elektron dalam suatu atom disebut orbital atom. Karena kebolehjadian

menemukan elektron dalam orbital molekul sebanding dengan kuadrat fungsi gelombang, peta

elektron nampak seperti fungsi gelombang. Suatu fungsi gelombang mempunyai daerah

beramplitudo positif dan negatif yang disebut cuping (lobes). Tumpang tindih cuping positif

dengan positif atau negatif dengan negatif dalam molekul akan memperkuat satu sama lain

membentuk ikatan, tetapi cuping positif dengan negatif akan meniadakan satu sama lain tidak

membentuk ikatan. Besarnya efek interferensi ini mempengaruhi besarnya integral tumpang

tindih dalam kimia kuantum.

Dalam pembentukan molekul, orbital atom bertumpang tindih menghasilkan orbital molekul

yakni fungsi gelombang elektron dalam molekul. Jumlah orbital molekul adalah jumlah atom dan

orbital molekul ini diklasifikasikan menjadi orbital molekul ikatan, non-ikatan, atau antiikatan

sesuai dengan besarnya partisipasi orbital itu dalam ikatan antar atom. Kondisi pembentukan

orbital molekul ikatan adalah sebagai berikut.

[Syarat pembentukan orbital molekul ikatan]

(1) Cuping orbital atom penyusunnya cocok untuk tumpang tindih.

(2) Tanda positif atau negatif cuping yang bertumpang tindih sama.

(3) Tingkat energi orbital-orbital atomnya dekat.

Kasus paling sederhana adalah orbital molekul yang dibentuk dari orbital atom A dan B dan akan

dijelaskan di sini. Orbital molekul ikatan dibentuk antara A dan B bila syarat-syarat di atas

dipenuhi, tetapi bila tanda salah satu orbital atom dibalik, syarat ke-2 tidak dipenuhi dan orbital

molekul anti ikatan yang memiliki cuping yang bertumpang tindih dengan tanda berlawanan yang

akan dihasilkan. Tingkat energi orbital molekul ikatan lebih rendah, sementara

tingkat energi orbital molekul anti ikatan lebih tinggi dari tingkat energi orbital atom penyusunnya.

Semakin besar selisih energi orbital ikatan dan anti ikatan, semakin kuat ikatan. Bila tidak ada

interaksi ikatan dan anti ikatan antara A dan B, orbital molekul yang dihasilkan adalah orbital non

ikatan. Elektron menempati orbital molekul dari energi terendah ke energi yang tertinggi. Orbital

molekul terisi dan berenergi tertinggi disebut HOMO (highest occupied molecular orbital) dan orbital

molekul kosong berenergi terendah disebut LUMO (lowest unoccupied molecular orbital). Ken'ichi

Fukui (pemenang Nobel 1981) menamakan orbital-orbital ini orbital-orbital terdepan (frontier).

Dua atau lebih orbital molekul yang berenergi sama disebut orbital terdegenerasi (degenerate).

Simbol orbital yang tidak terdegenerasi adalah a atau b, yang terdegenerasi ganda e, dan yang

terdegenerasi rangkap tiga t. Simbol g (gerade) ditambahkan sebagai akhiran pada orbital yang

sentrosimetrik dan u (ungerade) pada orbital yang berubah tanda dengan inversi di titik pusat

inversi. Bilangan sebelum simbol simetri digunakan dalam urutan energi untuk membedakan

orbital yang sama degenarasinya. Selain itu, orbital-orbital itu dinamakan sigma () atau pi()

sesuai dengan karakter orbitalnya. Suatu orbital sigma mempunyai simetri rotasi sekeliling sumbu

ikatan, dan orbital pi memiliki bidang simpul. Oleh karena itu, ikatan sigma dibentuk oleh

tumpang tindih orbital s-s, p-p, s-d, p-d, dan d-d dan ikatan pi dibentuk oleh tumpang tindih orbital p-p, p-d, dan d-d.

Gambar Pembentukan orbital molekul.

Gambar Orbital molekul .

Bila dua fungsi gelombang dari dua atom dinyatakan dengan A dan B, orbital molekul adalah

kombinasi linear orbital atom (linear combination of the atomic orbitals (LCAO)) diungkapkan sebagai

= CAA + CBB

hanya orbital-orbital atom kulit elektron valensi yang digunakan dalam metoda orbital molekul

sederhana. Pembentukan orbital molekul diilustrasikan di bawah ini untuk kasus sederhana

molekul dua atom. Semua tingkat di bawah HOMO terisi dan semua tingkat di atas LUMO

kosong.

Dalam molekul hidrogen, H2, tumpang tindih orbital 1s masing-masing atom hidrogen

membentuk orbital ikatan g bila cupingnya mempunyai tanda yang sama dan antiikatan u bila

bertanda berlawanan, dan dua elektron mengisi orbital ikatan g (Gambar 2.18).

37

Gambar 2.18 Orbital molekul H2. Tanda panah mengindikasikan spin elektronnya.

Dalam molekul dua atom periode dua, dari litium Li2 sampai flourin F2, bila sumbu z adalah

sumbu ikatan, 1g dan 1u dibentuk oleh tumpang tindih orbital 2s dan 2g dan 2u dari orbital 2pz

dan 1u dan 1g dari 2px, dan 2py. Tingkat energi orbital molekul dari Li2 sampai N2 tersusun dalam

urutan 1g < 1u < 1u < 2g < 1g < 2u dan elektron menempati tingkat-tingkat ini berturut-turut

dari dasar. Contoh untuk molekul N2 dengan 10 elektron valensi ditunjukkan di Gambar 2.19.

Karena urutan orbital agak berbeda di O2 dan F2, yakni orbital 2g lebih rendah dari 1u, orbital

molekul untuk O2, diilustrasikan di Gambar 2.20. Elektron ke-11 dan 12 akan mengisi orbital 1g

yang terdegenerasi dalam keadaan dasar dan spinnya paralel sesuai aturan Hund dan oleh karena

itu oksigen memiliki dua elektron tidak berpasangan.

Gambar 2.19 Orbital molekul N2.

Gambar 2.20 Orbital molekul O2.

Orbital molekul dua atom yang berbeda dibentuk dengan tumpang tindih orbital atom yang

tingkat energinya berbeda. Tingkat energi atom yang lebih elektronegatif umumnya lebih rendah,

dan orbital molekul lebih dekat sifatnya pada orbital atom yang tingkat energinya lebih dekat.

Oleh karena itu, orbital ikatan mempunyai karakter atom dengan ke-elektronegativan lebih besar,

dan orbital anti ikatan mempunyai karakter atom dengan ke-elektronegativan lebih kecil.

Misalnya, lima orbital molekul dalam hidrogen fluorida, HF, dibentuk dari orbital 1s hidrogen dan

orbital 2s dan 2p fluor, sebagaimana diperlihatkan dalam Gambar 2.21. Orbital ikatan 1

mempunyai karakter fluorin, dan orbital 3 anti ikatan memiliki karakter 1s hidrogen. Karena

hidrogen hanya memiliki satu orbital 1s, tumpang tindih dengan orbital 2p fluor dengan karakter

tidak efektif, dan orbital 2p fluor menjadi orbital nonikatan. Karena HF memiliki delapan elektron

valensi, orbital nonikatan ini menjadi HOMO.

Gambar 2.21 Orbital molekul HF.