pertemuan 3

minggu, 11 september 2016

Hibridisasi Orbital

kata 'hibridisasi' berarti 'pencampuran' dan bila digunakan dalam konteks orbital atom, ia menjelaskan cara menurunkan  arah orbital dengan leluasa yang dapat digunakan dalam VB teori. Hibridisasi adalah konsep pencampuran orbital atom menjadi orital hibrida yang sesuai dengan pasangan elektron yang membentuk ikatan kimia. Orbital hibrida biasanya mempunyai perbedaan energi dan bentuk. Hibridisasi berguna untuk mejelaskan struktur molekulerketika teori ikatan valensi gagal untuk menjelaskan.

Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus pauling, ia mendasarkan teori atomnya pada mekanika gelombang yang mengemukakan konsep orbital. Orbital adalah daerah paling boleh jadi (paling mungkin)  menemukan elektron karena elektron mempunyai sifat dualisme (de broglie) yaitu elektron memiliki sifat gelombang karena mempunyai  massa yang sangat kecil (foton).  Posisi elektron pada mekanika gelombang ditentukan berdasarkan 4 bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l), bilangan kuantum magnetik (m), bilangan kuantum spin (s).

                Sedangkan konfigurasi elektron berdasarkan mekanika gelombang didasarkan pada azas aufbau, aturan hund, larangan pauli dengan beberapa seperti pada tabel

Bentuk orbital s adalah bola silindris (tidak ada simpul), sedangkan bentuk orbital p dan d adalah balon terpilin/terputar (mempunyai simpul). Jumlah orbital s adalah 1 sedangkan jumlah orbital p adalah 3 (px, py, dan pz), jumlah orbital d adalah 5, sedangkan jumlah orbital f adalah 7 yang disebut orbital degenerasi (mempunyai energi yang sama). Jumlah maksimum elektron dalam suatu orbital adalah 2, sehingga aturan 2n² untuk jumlah maksimum elektron pada kulit (K,L,M, dan seterusnya) seperti model atom Bohr juga sama dalam hal ini.

Ikatan pada struktur linus pauling adalah menggunakan konsep hibridisasi yaitu ppeleburan (perkawinan) antara orbital atom (OA) menjadi orbital molekul (OM) yang didasarkan pada Hukum kekekalan orbital  yaitu bila sebanyak n orbital atom bergabung akan menghasilkan n orbital molekul yang degenerasi. Berdasarkan konsep hibridisasi maka muncul orbital molekul sp3, sp2, sp dengan bentuk molekul dan sudut ikat berturut-turut adalah :

1.       Hibridisasi sp3 (tetrahedral,  109,5^o)

Hibridisasi sp3 dapat menjelaskan struktur molekul tetrahedral. orbital 2s dan tiga orbital 2p melakukan hibridisasi untuk membentuk empat orbital sp, masing-masing terdiri dari 75% karakter p dan 25% karakter s. Cuping depan mensejajarkan diri dan penolakan elektron bersifat lemah.

Hibridisasi satu orbital s dengan tiga orbital p (px,py,dan pz) menghasilkan empat orbital hibrida sp3 yang mempunyai sudut sebesar 109,5^o satu sama lain sehingga membentuk geometri tetrahedral.

2.       Hibridisasi sp2 (planar=datar, 120^o)

Hibridisasi sp2 berguna untuk menjelaskan bentuk struktur molekul trigonal planar. Orbital 2s dan dua orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk tiga orbital sp, masing-masing terdiri dari 67% karakter p dan 33% karakter s. Cuping depan mensejajarkan diri membentuk trigonal (segitiga) planar, menghadap sudut segitiga untuk meminimalisasi penolakan elektron.

Hibridisasi satu orbital s dan dua orbital p menghasilkan tiga orbital hibrida sp2 yang berorientasi dengan sudut sebesar 120^o satu sama lain sehingga membentuk trigonal(segitiga).

3.       Hibridisasi sp (linier, 180^o)

Hibridisasi sp dapat digunakan untuk menjelaskan struktur molekul linier. Orbital 2s dan satu orbital 2p melakukan hibridisasi membentuk dua orbital sp, masing-masing terdiri dari 50% karakter p dan 50% karakter s.

Cuping depan berhadapan satu sama lain dan membentuk garis lurus 180^o antara dua orbital.

Atom unsur penyusun senyawa organik yang dapat mengalami hibridisasi seperti diatas adalah C, O, dan N

Ikatan Rangkap Terkonjugasi

Ikatan rangkap terkonjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan sistem konjugasi ini. Adanya ikatan tunggal menyebabkan ketidakstabilan pada ikatan rangkap sehingga senyawa tersebut terdelokasi  agar mencapai kestabilan struktur.

            Ikatan antar C-O lebih stabil daripada ikatan antar C-C karena pada ikatan C-O, Atom O memiliki jumlah electron yang banyak untuk disumbangkan ke atom C sehingga memiliki afinitas electron yang lebih tinggi. Hal ini berbeda pada ikatan C-C yang memiliki jumlah electron yang sama .

Isomer Cis-Trans

Terdapat dua bentuk isomer cis-trans, yakni cis dan trans. Cis mengandung pengertian bahwa substituen terletak pada bidang yang sama. Sedangkan trans mengandung pengertian bahwa substituen terletak pada bidang yang berseberangan. Trans memiliki struktur yang lebih stabil dari pada cis karena cis memiliki halangan rintangan sterik yang lebih rumit.

Isomer cis-trans memiliki sifat fisis yang berbeda . Isomer cis memiliki titik didih yang lebih tinggi dibandingkan dengan isomer trans. Sehingga isomer trans lebih cepat mendidih  karena kerapatan electron trans lebih kecil dan kebolehjadian terbentuknya ikatran trans lebih rendah sehingga ikatan mudah diputuskan.

Isomer Trans memiliki titik leleh yang lebih tinggi dari pada isomer cis. Sehingga isomer cis lebih cepat meleleh cis memiliki halangan sterik yang rumit, energy kinetic cis yang besar dan struktur cis yang lebih dekat.

Pengarah Orto, Para, Dan Meta

Gugus Pengarah Orto dan Para

Semua pengarah orto,para adalah elekton donor, baik karena resonansi atau karena pengaruh induksi . Gugus pada cincin akan mengarahkan substituen yang baru masuk pada posisi orto, para atau meta sesuai dengan gugus mulanya. Gugus mula tersebut yang disebut sebagai penentu orientasi. Gugus yang merupakan activator kuat adalah gugus pengarah orto, para (adisi elektrofilik mengambil tempat pada posisi orto dan para bergantung pada activator). Orientasi ini terutama disebabkan oleh kemampuan substituen pengaktif kuat untuk melepaskan elektron (gugus amino dan gugus hidoksil merupakan gugus activator yang baik). dapat disimpulkan bahwa semua gugus dengan elektron bebas pada atom yang melekat pada cincin ialah pengarah orto dan para..

Gugus Pengarah Meta

Pengarah meta mempunyai atom bermuatan positif atau sebagian positif yang terikat pada cincin benzena. Dalam reaksi nitrobenzena, gugus nitronya tidak menambah kesetabilan intermedietnya. Malahan intermediet substitusi orto, atau para dan keadaan transisinya kurang stabil (karena energy yang tinggi), karena sebuah struktur resonansi mengandung muatan positif pada atom berdekatan. Oleh karena itu, substitusi terjadi lebih banyak pada tempat meta, sebab keadaan transisi dan intermediatnya pada tempat yang berdekatan mengandung muatan positif. Dapat disimpulkan semua gugus dengan atom yang langsung melekat pada cincin aromatik bermuatan positif atau merupakan bagian dari ikatan majemuk dengan unsure yang lebih elektronegatif ialah pengarah meta.

Oleh karena itu, substitusi terjadi lebih banyak pada tempat meta, sebab keadaan transisi dan intermediatnya pada tempat yang berdekatan mengandung muatan positif.