20
IKATAN PI (π ¿ DAN IKATAN SIGMA (σ ¿ Ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ikatan kovalen murni dan ikatan kovalen koordinasi. Pada ikatan kovalen murni, pasangan elektron ikatan berasal dari kedua atom yang berikatan, sedangkan pada ikatan kovalen koordinasi berasal dari salah satu atom yang berikatan. Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan, ikatan kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma (σ) dan ikatan phi (π). Ikatan sigma (σ) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan ikatan phi (π) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros ikatan. Adanya perbedaan cara tumpang tindih orbital dalam pembentukan ikatan tersebut menyebabkan perbedaan kekuatan ikatan. Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi. A. Pengertian Ikatan Pi (π ¿ dan Ikatan Sigma (σ ¿ Ikatan pi( π ¿ Dalam kimia, ikatan pi (ikatan π) adalah ikatan kimia kovalen yang dua cuping orbital atom yang berlektron tunggal bertumpang tindih dengan dua cuping orbital atom lainnya yang juga berlektron tunggal. Hanya terdapat satu bidang simpul dari orbital yang melewati dua inti atom. 1

Ikatan pi dan ikatan sigma

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Ikatan pi dan ikatan sigma

IKATAN PI (π ¿ DAN IKATAN SIGMA (σ ¿

Ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ikatan kovalen murni dan ikatan

kovalen koordinasi. Pada ikatan kovalen murni, pasangan elektron ikatan berasal dari kedua

atom yang berikatan, sedangkan pada ikatan kovalen koordinasi berasal dari salah satu atom

yang berikatan. Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan,

ikatan kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma (σ) dan ikatan phi (π). Ikatan

sigma (σ) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan

ikatan phi (π) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros

ikatan. Adanya perbedaan cara tumpang tindih orbital dalam pembentukan ikatan tersebut

menyebabkan perbedaan kekuatan ikatan. Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat

energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi.

A. Pengertian Ikatan Pi (π ¿ dan Ikatan Sigma (σ ¿

Ikatan pi(π ¿

Dalam kimia, ikatan pi (ikatan π) adalah ikatan kimia kovalen yang dua

cuping orbital atom yang berlektron tunggal bertumpang tindih dengan dua cuping

orbital atom lainnya yang juga berlektron tunggal. Hanya terdapat satu bidang simpul

dari orbital yang melewati dua inti atom.

Dua orbital-p yang membentuk ikatan-π.

Huruf Yunani π berasal dari nama orbital p karena simetri orbital ikatan pi

adalah sama dengan orbital p ketika dilihat dari sumbu ikatan. Orbital p biasanya

terlibat dalam ikatan sejenis ini. Orbital d juga dianggap terlibat dalam ikatan pi,

namun tidaklah seperlunya benar, walaupun konsep ikatan orbital d sesuai dengan

hipervalensi.

Ikatan pi biasanya lebih lemah dari ikatan sigma karena rapatan elektronnya

lebih jauh dari inti atom yang bermuatan positif, sehingga memerlukan lebih banyak

energi. Dari sudut pandang mekanika kuantum, kelemahan ikatan ini dijelaskan oleh

1

Page 2: Ikatan pi dan ikatan sigma

ketumpangtindihan yang sangat sedikit di antara orbital p oleh karena orientasinya

yang paralel.

Walaupun ikatan pi lebih lemah dari ikatan sigma, ikatan pi seringkali

merupakan komponen dari ikatan rangkap bersamaan dengan ikatan sigma.

Kombinasi dari ikatan sigma dan pi lebih kuat dari ikatan pi dan sigma yang berdiri

sendiri. Kekuatan ikatan yang bertambah dari ikatan rangkap diindikasikan oleh

banyak pengamatan, namun yang paling menonjol adalah kontraksi panjang ikatan.

Sebagai contoh, dalam kimia organik, panjang ikat karbon-karbon pada etana adalah

154 pm, etilena 133 pm, dan asetilena 120.

Atas: Dua orbital-p yang paralel. Bawah: Ikatan pi terbentuk oleh

pertumpangtindihan. Warna merah muda dan kelabu mewakili model bola dan batang

dari fragmen molekul yang terdapat ikatan pi.

Pemutusan ikatan pi ketika ikatan tersebut berotasi dikarenakan oleh orientasi

paralel yang hilang.

2

Page 3: Ikatan pi dan ikatan sigma

Dua orbital-s masih tumpang tindih ketika ikatan berotasi karena orientasinya

masih sepanjang sumbu. Lingkaran mewakili orbital s. Elips mewakili ikatan sigma.

Selain ikatan sigma, sebuah pasangan atom yang dihubungkan dengan ikatan

rangkap dua memiliki satu ikatan pi dan ikatan rangkap tiga memiliki dua ikatan pi.

Ikatan pi dihasilkan dari tumpang tindih orbital-orbital. Ikatan pi memiliki sifat yang

lebih baur dari ikatan sigma. Elektron-elektron pada ikatan pi kadang kala dirujuk

sebagai elektron pi. Fragmen molekul yang dihubungkan dengan ikatan pi tidak dapat

diputar tanpa memutuskan ikatan pi tersebut, karena perputaran akan merusak

orientasi paralel dari orbital-orbital p yang membentuk ikatan pi.

Ikatan sigma

Ikatan sigma (σ) yaitu ikatan kovalen yang terbentuk akibat tumpang tindih

orbital-orbital ujung ke ujung, dengan kerapatan elektron yang terkonsentrasi diantara

inti atom yang berikatan. Dalam kimia, ikatan sigma (ikatan σ) adalah sejenis ikatan

kimia kovalen yang paling kuat. Ikatan sigma dapat dijelaskan dengan jelas untuk

molekul diatomik menggunakan konsep grup simetri. Dalam pendekatan formal ini,

ikatan σ adalah simetris terhadap rotasi di sumbu ikat. Dengan definisi ini, bentuk

ikatan sigma yang umum adalah s+s, pz+pz, s+pz, dan dz2+dz

2 (z ditentukan sebagai

sumbu ikat). Teori kuantum juga mengatakan bahwa orbital molekul yang bersimetri

sama akan bercampur. Konsekuensi dari percampuran molekul diatomik ini adalah

fungsi gelombang orbital molekul s+s dan pz+pz menyatu. Ruang lingkup

percampuran ini tergantung pada energi relatif dari orbital molekul yang bersimetri.

3

Page 4: Ikatan pi dan ikatan sigma

Untuk molekul homodiatomik. orbital σ yang berikatan tidak memiliki bidang

simpul di antara atom-atom yang berikatan. Antiikat atau orbital σ* ditentukan dengan

keberadaan sebuah bidang simpul antara dua atom yang berikatan ini.

Oleh karena ikatan sigma adalah jenis ikatan kovalen yang paling kuat,

elektron-elektron dalam ikatan ini kadang-kadang dirujuk sebagai elektron sigma.

Simbol σ adalah huruf Yunani untuk s. Ketika ikatan ini dilihat dari atas,

orbital molekul σ mirip dengan orbital molekul atom s.

Ikatan sigma dalam senyawa poliatomik

Ikatan sigma ini didapatkan dari orbital-orbital atom yang tumpang tindih.

Konsep ikatan sigma diperluas untuk menjelaskan interaksi ikatan yang melibatkan

ketumpangtindihan cuping tunggal sebuah orbital dengan cuping tunggal lainnya.

Sebagai contoh, propana dideskripsikan mengandung 10 ikatan sigma, masing-masing

untuk dua ikatan C-C dan delapan ikatan C-H. Ikatan σ pada molekul poliatomik ini

sangat ter-delokalisasi dan berlawanan dengan konsep dua orbital satu ikatan.

Terlepas dari masalah ini, konsep ikatan σ sangatlah berguna, sehingga digunakan

secara luas.

Ikatan sigma dalam senyawa yang berikatan rangkap banyak

Senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap, seperti etilena dan

kromium(II) asetat memiliki ikatan sigma di antara ikatan rangkap tersebut. Ikatan

sigma ini ditambahi dengan ikatan π seperti pada etilena dan bahkan dengan ikatan

delta seperti pada kasus kromium(II) asetat untuk membentuk ikatan rangkap.

4

Page 5: Ikatan pi dan ikatan sigma

Tumpang tindih antara dua orbital –s tidak kuat karena distribusi muatan yang

berbentuk bola; pada umumnya ikatan s-s relative lemah. Orbital –p dapat

bertumpang tindih dengan orbital –s atau orbital –p lainnya dengan lebih efektif,

karena orbita-orbital –p lebih terkonsentrasi pada arah tertentu.

Tumpang tindih antar orbital-orbital dapat menghasilkan ikatan sigma dan

ikatan phi. ikatan sigma dapat terbentuk dari tumpang tindih orbital s-s, p-p, dan s-p.

Elektron ikatan dalam ikatan sigma terletak di sekitar garis (khayal) yang

menghubungkan inti kedua atom. Ikatan phi dihasilkan karena tumpang tindih dua

orbital –p yang berdekatan dan sejajar. Kekuatan ikatan sigma lebih besar daripada

ikatan phi.

orbital s-s membentuk ikatan sigma

5

Orbital atom dan molekul elektron, memperlihatkan ikatan sigma dari dua

orbital s dan sebuah ikatan sigma dari dua orbital p

Page 6: Ikatan pi dan ikatan sigma

orbital p-p sejajar membentuk ikatan phi

orbital s-p membentuk ikatan sigma

orbital p-p membentuk ikatan sigma

B. Teori Hibridisasi

Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital atom yang memiliki energi

hampir sama untuk menghasilkan satu kumpulan orbital yang sama sekali baru dari

energi yang setara (orbital hibrid). Orbital atom yang energi sama hampir dimiliki

atom atau ion yang sama dapat mengambil bagian dalam hibridisasi. Jumlah orbital

hibrida yang terbentuk selalu sama dengan jumlah orbital atom yang mengambil

bagian dalam hibridisasi. Orbital hibrid saling tolak dan cenderung terjauh terpisah.

Orbital hibrida bentuk hanya ikatan sigma (σ) dan ikatan pi (π) yang dibentuk oleh

orbital unhibridisasi.

Teori hibridisasi muncul karena teori ikatan kimia yang telah ada tidak mampu

menjelaskan fakta yang menunjukkan bahwa keempat ikatan C – H pada metana

(CH4) mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama, padahal empat elektron valensi

dari atom karbon memiliki tingkat energi yang berbeda. Dalam metana (CH4) yang

merupakan senyawa hidrokarbon paling sederhana, keempat elektron dari empat atom

H tidak begitu saja berikatan dengan empat elektron valensi karbon, tetapi sebelum itu

ada suatu proses hibridisasi. Dalam proses hibridisasi, orbital 2s dan 2p dari karbon

membentuk empat orbital hibrid sp3 yang memiliki tingkat energi yang sama, dimana

sudut antara masingmasing orbital adalah 109,50. Hibridisasi juga terjadi pada atom

karbon yang membentuk ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Pada ikatan

6

Page 7: Ikatan pi dan ikatan sigma

rangkap dua, atom karbon memiliki hibridisasi sp2 dimana satu orbital 2s dan dua

orbital 2p membentuk tiga orbital hibrid sp2, sementara satu orbital 2p yang sisa tidak

mengalami hibridisasi. Hal yang sama juga terjadi pada senyawa karbon dengan

ikatan rangkap tiga. Satu orbital 2p akan bergabung dengan orbital 2s membentuk

orbital hibrid sp, dan dua orbital p yang sisa tidak mengalami hibridisasi. Orbital 2p

yang tidak mengalami hibridisasi akan membentuk ikatan phi (π), sementara orbital

yang berhibridisasi membentuk ikatan sigma (σ). Sesuai dengan teori VSEPR

(Valence Shell Electrone Pair Repulsion), atom karbon yang memiliki hibridisasi sp3

akan mempunyai bentuk tetrahedral, sementara karbon sp2 berbentuk segitiga datar,

dan karbon sp berbentuk linier.

7

Gambar. Mekanisme hibridisasi elektron atom karbon

Page 8: Ikatan pi dan ikatan sigma

C. Hibridisasi Pada Senyawa Karbon

Hibridisasi merupakan suatu perilaku atom untuk membentuk orbital-orbital

hibrida yang memiliki tingkat energi yang sama yang berasal dari tingkat energi yang

berbeda untuk digunakan berikatan. Pada senyawa karbon dikenal tiga jenis hibridisasi,

pertama hibridisasi sp3, sp2, dan sp.

1. Hibridisasi sp3 (pada ikatan tunggal)

Hibridisasi sp3 terjadi pada ikatan tunggal senyawa karbon, dinamakan hibridisasi

sp3 karena atom C mengikat empat atom dan membentuk ikatan sigma, contohnya pada

etana,

Pada etana, elektron 2s berhibridisasi dengan tiga elektron 2p membentuk orbital

sp3 yang memiliki tingkat energi yang sama. Masing-masing orbital sp3 dari etana saling

tumpang tindih membentuk ikatan sigma. Sehingga hibridisasi sp3 hanya terdiri dari satu

ikatan sigma. Menurut teori mtakhir, keempat ikatan ekuivalen timbul dari hibridisasi

lengkap keempat orbital atomnya(satu orbital 2s dan tiga orbital 2p), untuk memberikan

empat orbital sp3 yang ekuivalen. Agar ini dapat terjadi, satu dari elektron 2s harus

ditingkatkan ke orbital 2p yang kosong. Keempat orbital sp3 mempunyai energi sama-

agak lebih tinggi daripada energi orbital 2s, tetapi agak kebih rendah daripada yang

orbital 2p. Masing-masing orbital sp3 mengandung satu elektron untuk ikatan.

Diagram di atas disebut diagram orbital. Setiap kotak dalam diagram menyatakan

orbital. Energi relatif dari berbagai orbital ditandai oleh kedudukan vertikal dari kotak

dalam diagram. Elektron dinyatakan oleh panah, dan arah dari spin elektron dinyatakan

oleh arah dari panah.

8

Gambar 1.

Pembentukan ikatan tunggal

Page 9: Ikatan pi dan ikatan sigma

Orbital sp3 , yang dihasilkan dari pencampuran orbital 2s dan 2p, berbentuk seperti

bola bowling, yaitu ada cuping besar dan cuping kecil (dari amplitudo yang berlawanan)

dengan simpul pada inti. Empat orbital hibrida sp3 mengelilingi inti karbon. Karena

tolakan antara elektron dalam berbagai orbital, orbital sp3 ini terletak sejauh mungkin

yang satu dari yang lain sambil meluas keluar dari inti karbon yang sama-artinya,

keempat orbital menghadap pada ujung suatu tetrahedron biasa. Geometri ini memberikan

sudut ikatan teridealisasi sebesar 109,5°. Suatu atom karbon sp3 sering disebut sebagai

atom karbon tetrahedral, karena geometri dari ikatannya.

Dalam metana, masing-masing orbital sp3 dari karbon bertumpang tindih dengan

orbital 1s dari hidrogen. Masing-masing orbital molekul sebagai resultan sp3- s adalah

simetrik sekeliling sumbu yang lewat inti karbon dan hidrogen. Ikatan kovalen a ntara C

dan H dalam metana, seperti ikatan kovalen H-H, adalah ikatan sigma.

2. Hibridisasi sp2 (pada ikatan rangkap 2)

Untuk membentuk orbital ikatan sp2, karbon menghibridisasi orbital 2s-nya hanya

dengan dua orbital 2p-nya. Satu orbital p pada atom karbon tetap tak terhibridisasi.

Karena tiga orbital atom digunakan untuk membentuk orbital sp2, maka dihasilkan tiga

orbital hibrida sp2. Masing-masing orbital sp2 mempunyai bentuk yang sama seperti

orbital sp3 dan mengandung satu elektron yang dapat digunakan untuk ikatan.

Hibridisasi sp2 terjadi pada ikatan rangkap dua senyawa hidrokarbon, dimana

dalam ikatannya terdapat satu ikatan sigma dan satu ikatan phi. Pada hibridisasi ini atom

karbon hanya mampu mengikat tiga atom lain dan membentuk orbital sp2.

9

Page 10: Ikatan pi dan ikatan sigma

Orbital sp2 pada etena saling tumpang tindih membentuk ikatan sigma, sedangkan

orbital p yang tidak berhibridisasi membentuk ikatan phi. Kedua ikatan ini membentuk

ikatan rangkap dua pada senyawa hidrokarbon.

Dalam etilena (CH2 = CH2), dua karbon sp2 dapat digabung oleh ikatan sigma yang

terbentuk karena tumpang tindih satu orbital sp2 dari masing-masing atom karbon. (ikatan

sigma ini adalah salah satu ikata dari ikatan rangkap dua). Setiap atom karbon masih

mempunyai dua orbital sp2 tersisa untuk ikatan dengan hidrogen. (setiap atom karbon juga

mempunyai orbital p, yang tak ditunjukkan dalam struktur berikut ini).

Struktur ikatan sigma planar dari etilena (orbital p tak ditunjukkan) :

Setiap orbital p mengandung satu elektron. Bila elektron p ini menjadi

berpasangan dalam orbital molekul ikatan, maka energi sistem akan turun. Karena orbital

p berdampingan dalam molekul etilena, ujung orbital tak dapat saling tumpang tindih ,

seperti halnya dalam pembentukan ikatan sigma. Kedua orbital p ini kemudiapn tumpang

tindih lewat sisinya. Hasil dari tumpang tindih sisi terhadap sisi ini ialah ikatan pi (π)-

suatu orbital molekul ikatan yang menggabungkan dua karbon dan terlokasi di atas dan di

bawah bidang dari ikatan sigma. Ikatan pi adalah ikatan kedua dari ikatan rangkap dua.

3. Hibridisasi sp (pada ikatan rangkap 3)

Hibridisasi sp terjadi pada senyawa karbon rangkap tiga, dimana dalam ikatannya

terdapat satu ikatan sigma dan dua ikatan phi. Pada hibridisasi ini orbital 2s hanya bisa

berhibridisasi dengan satu orbital 2p karena pada ikatan rangkap tiga atom C hanya

mengikat ua atom lain. Dalam ikatan ini, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan

sigma sp-sp dan orbital p yang tidak berhibridisasi membentuk ikatan phi.

10

Gambar 3. Pembentukan ikatan rangkap 3

Page 11: Ikatan pi dan ikatan sigma

Kedua orbital sp terletak sejauh mungkin, dalam garis lurus dengan sudut 180°

dianatara. Orbital p saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap garis orbital sp. Dalam

CH≡CH, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan sigma sp-sp. Masing-masing

karbon juga terikat terhadap atom hidrogen oleh ikatan sigma sp-s. Kedua orbital p

dari satu karbon kemudian bertumpang tindih dengan kedua orbital p dari karbon lain

untuk membentuk dua ikatan pi, satu ikatan pi ada di atas dan di bawah ikatan sigma

seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.

Seperti dapat diramalkan, reaksi kimia suatu senyawa yang mengandung

ikatan ganda tiga tak terlalu berbeda dari senyawa yang mengandung ikatan rangkap.

Sebagai ganti satu ikatan pi, di sini ada dua.

D. Beberapa Hal Menarik dari Ikatan Pi

Setiap orbital p yang mengkontribusi pada ikatan pi mempunyai dua cuping dan

mempunyai simpul pada inti. Tidak seperti orbital sigma, orbital pi tak simetrik

silindrik. Namun demikian, seperti setiap orbital molekul lain, orbital pi dapat

memegang maksimum dua pasang elektron.

Suatu orbital 2p dari karbon mempunyai energi agak lebih tinggi dari orbital sp2.

Dengan alasan ini, suatu ikatan pi yang terbentuk dari dua orbital 2p, mempunyai

energi agak lebih tinggi dan agak kurang stabil daripada ikatan sigma sp2-sp2. Energi

disosiasi ikatan dari ikatan sigma suatu ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam

etilena diperkirakan sebesar 95 kkal/mol, sedangkan ikatan pi diperkirakan hanya 68

kkal/mol.

Elektron pi yang lebih tersingkap keluar lebih mudah dipengaruhi efek luar

daripada elektron dalam ikatan sigma. Ikatan pi terpolarisasi lebih mudah - dapat

dikatan bahwa elektron pi lebih mobil. Elektron pi lebih mudah ditingkatkan ke

orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital anti ikatan). Juga mereka lebih mudah

11

Page 12: Ikatan pi dan ikatan sigma

diserang oleh atom atau molekul luar. Apa arti sifat mudah diserang ini dari segi

kimia senyawa berikatan pai? Dalam suatu molekul, ikatan pi merupakan kedudukan

kereaktifan kimia.

Sifat lain dari ikatan pi adalah bahwa geometrinya menyebabkan molekul

mempunyai bentuk yang kaku. Untuk atom karbon agar dapat berotasi sekeliling

ikatannya, ikatan pi harus dipecah dahulu. Dalam reaksi kimia, molekul dapat

mempunyai cukup energi ( kira-kira 68 kkal/mol) untuk memecahkan ikatan ini.

Namun dalam labu pada suhu kamar, molekul tidak mempunyai cukup energi agar

pemecahan ikatan ini dapat terjadi (kira-kira hanya ada 20 kkal/mol energi maksimum

yang tersedia bagi molekul pada suhu kamar).

Dalam rumus struktur, ikatan rangkap dinyatakan oleh dua garis identik.

Perhatikan bahwa ikatan rangkap bukan dua ikatan identik yang sederhana tetapi bahwa

garis rangkap menggambarkan satu ikatan sigma yanag kuat dan satu ikatan pi yang

lemah.

12

Bagian dari molekul yang mengelilingi ikatan pi dipertahankan dalam struktur

planar kecuali bila ada cukup energi yang diberikan untuk memecah ikatan pi.

Page 13: Ikatan pi dan ikatan sigma

KESIMPULAN

Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan, ikatan

kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma (σ) dan ikatan phi (π). Ikatan sigma (σ)

terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan ikatan phi

(π) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros ikatan.

Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi.

Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital atom yang memiliki energi hampir

sama untuk menghasilkan satu kumpulan orbital yang sama sekali baru dari energi yang

setara (orbital hibrid). Orbital hibrid saling tolak dan cenderung terjauh terpisah. Orbital

hibrida bentuk hanya ikatan sigma (σ) dan ikatan pi (π) yang dibentuk oleh orbital

unhibridisasi. Pada senyawa karbon dikenal tiga jenis hibridisasi, pertama hibridisasi sp3, sp2,

dan sp.

Beberapa hal menarik dari ikatan pi yaitu: energi disosiasi ikatan dari ikatan sigma suatu

ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam etilena diperkirakan sebesar 95 kkal/mol,

sedangkan ikatan pi diperkirakan hanya 68 kkal/mol, elektron pi lebih mudah ditingkatkan ke

orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital anti ikatan) dan sifat lain dari ikatan pi adalah

bahwa geometrinya menyebabkan molekul mempunyai bentuk yang kaku.

13