Ikatan Kimia

    Pernahkah Anda bayangkan bahwa batu yang sangat besar tersusun dari butir-butir pasir yang sangat lembut, yang terikat satu sama lain. Demikian pula partikel-partikel pasir penyusun batu tersebut, sebenarnya merupakan gabungan dari partikel-partikel silikon dioksida yang sangat kecil. Bagaimanakah atom-atom silikon dengan atom-atom oksigen tersebut dapat bergabung satu dengan yang lain sehingga dapat membentuk sebongkah batu dengan ukuran raksasa?

    Sekarang, coba perhatikan garam dapur yang berwujud padatan berwarna putih. Garam dapur tersusun dari ion-ion natrium dan ion-ion klorin. Bagaimana ion-ion tersebut dapat bergabung satu dengan lainnya sehingga membentuk garam dapur?

A. Kestabilan Unsur

Unsur-unsur pada umumnya tidak stabil. Untuk mencapainya, unsur-unsur tersebut harus berikatan dengan unsur lainnya. Di antara atom-atom yang ada di alam, hanya atom gas mulia yang stabil sedangkan atom yang lain tidak stabil.Mengapa atom gas mulia stabil sedangkan yang lainnya tidak stabil?

1. Konfigurasi Elektron Gas Mulia

Golongan gas mulia pada sistem periodik terdiri dari unsur-unsur yang stabil dan tidak reaktif. Pada dasarnya, sifat unsur ditentukan oleh konfigurasi elektronnya. Bagaimana konfigurasi elektron dari atom yang stabil itu? Simak konfigurasi elektron atom-atom gas mulia yang merupakan atom-atom stabil berikut.

₂He =  1s² ev = 2

₁₀Ne =  [He] 2s² 2p⁶ ev = 8

₁₈Ar =  [Ne] 3s² 3p⁶ ev = 8

₃₆Kr =  [Ar] 4s² 3d¹⁰ 4p⁶ ev = 8

₅₄Xe =  [Kr] 5s² 4d¹⁰ 5p⁶ ev = 8

₈₆Rn =  [Xe] 6s² 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6p⁶ ev = 8

Dari konfigurasi elektron tersebut, Kossel dan Lewis membuat kesimpulan bahwa konfigurasi elektron atom-atom akan stabil bila jumlah elektron terluarnya 2 (duplet) atau 8 (oktet). Untuk mencapai keadaan stabil seperti gas mulia, maka atom-atom membentuk konfigurasi elektron seperti gas mulia. Untuk membentuk konfigurasi elektron seperti gas mulia, dapat dilakukan dengan cara membentuk ion atau membentuk pasangan elektron bersama.

2. Teori Oktet dan Duplet

Pada tahun 1916, Walter Kossel dan Gilbert N. Lewis menemukan adanya hubungan antara kestabilan gas mulia dan cara atom-atom saling berikatan. Kedua ilmuwan itu mengemukakan bahwa jumlah elektron pada kulit terluar dari dua atom yang berikatan akan berubah sedemikian rupa sehingga konfigurasi elektron kedua atom sama dengan konfigurasi elektron gas mulia (8 elektron pada kulit terluarnya) yang disebut aturan oktet. Adapun yang membentuk konfigurasi elektron stabil dengan 2 elektron pada kulit terluarnya disebut aturan duplet.

Pada umumnya elektron terluar dari suatu atom kurang dari 8. Atom-atom tersebut membentuk konfigurasi elektron yang stabil dengan melepaskan atau menangkap elektron dari atom lain atau menggunakan elektron bersama-sama.

Unsur alkali dan alkali tanah dengan nomor atom yang lebih besar mencapai kestabilannya dengan membentuk konfigurasi elektron dengan melepas elektron dan membentuk ion positif.

Contoh:         Na            →           Na⁺           + e^-

               ([He] 2s² 2p⁶ 3s¹)         ([He] 2s² 2p⁶)

Proses pembentukan ion positif (ionisasi) tersebut mudah terjadi karena atom Na mempunyai energi ionisasi yang rendah.

Untuk unsur golongan VIA dan VIIA cenderung menerima elektron untuk mencapai kestabilan elektron dengan membentuk ion negatif.

Contoh:          Cl       +  e^-   →                Cl^-

      ([He] 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵)                ([He] 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶)

Proses penangkapan elektron tersebut mudah terjadi dikarenakan afinitas elektron atom klorin besar.

3. Pengecualian Teori Oktet

a. Senyawa yang atom pusatnya mempunyai elktron valensi kurang dari 4 sehingga tidak mencapai teori oktet. Contoh: BeCl₂, BCl₃, dan AlBr₃.

b. Senyawa dengan jumlah elektron valensi ganjil. Contoh: NO₂ (jumlah elektron valensi = 5 + 6 + 6 = 17).

c. Senyawa yang melampaui aturan oktet, di mana unsur periode 3 atau lebih dapat menampung lebih dari 8 elektron pada kulit terluarnya (kulit M maksimum 18 elektron). Contoh: PCl₅, SF₆, ClF₃, dan SbCl₅.

Ketiga pengecualian tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:

 

 

  Molekul BCl₃ Molekul NO₂ Molekul PCl₅

Gambar 4.2. Pengecualian oktet molekul BCl , NO₂, dan PCl₅

 B. Struktur Lewis

Struktur Lewis merupakan diagram yang menujukkan ikatan-ikatan antar atom dalam suatu molekul. Struktur Lewis dikembangkan oleh Gilbert N. Lewis,

yang menyatakan bahwa atom-atom bergabung untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil.

Untuk menyusun struktur Lewis dari suatu atom atau unsur, dapat dengan cara menuliskan tanda titik (·) atau tanda silang (´) pada sekeliling atom. Setiap titik mewakili satu elektron yang terdapat pada kulit terluar (elektron valensi) dari atom tersebut.

Contoh penulisan struktur Lewis beberapa atom:

1. 

Konfigurasi elektron atom ₁H : 1 à elektron valensi : 1

Struktur Lewis :

atau       

2. 

Konfigurasi elektron atom ₆C : 2   4  à elektron valensi : 4

Struktur Lewis:          

 atau      

Konfigurasi elektron atom ₈O : 2   6  à elektron valensi : 6

Oksigen :

atau 

Penggambaran rumus titik elektron (struktur Lewis) dari molekul beratom banyak (poliatom) kadang-kadang menimbulkan kesulitan. Untuk mengatasi hal tersebut, perlu dibuat beberapa kemungkinan. Beberapa catatan berikut dapat berguna dalam meramalkan struktur Lewis dari molekul yang beratom banyak.

a. Gambarlah semua elektron terluar (elektron valensi) dari masing-masing atom yang berikatan.

b. Umumnya atom-atom di dalam struktur Lewis akan mempunyai delapan elektron valensi, kecuali atom hidrogen yang hanya akan mempunyai 2 elektron (duplet).

c. Umumnya, atom-atom H akan membentuk pasangan elektron bersama dengan sebuah elektron dari atom O dahulu (ikatan kovalen).

d. Sebuah elektron dari atom O yang tersisa akan membentuk pasangan elektron dengan atom lainnya (ikatan kovalen).

e. Bila atom H dan atom O sudah dipasangkan semua, maka sisa atom oksigen baru membentuk pasangan elektron dengan atom lain dengan ikatan kovalen atau kovalen koordinasi.

f. Umumnya, di dalam struktur Lewis semua elektron berpasangan, termasuk pasangan elektron bebas (tidak untuk berikatan).

Contoh Soal:

1. Gambarkan struktur Lewis dari molekul H₂O₂ (nomor atom H = 1; O = 8).

Jawab:

 

2. Gambarkan struktur Lewis dari molekul HCN (nomor atom C = 6; N = 7).

Jawab:

Kemungkinan strukturnya dalah:

a. H−C−N b.  H−N−C c.   N−H−C

kemungkinan (c) ditolak sebab atom H hanya akan mempunyai sepasang elektron saja.

Bila dihitung, jumlah elektron keseluruhan ada 10 (1 dari atom H, 4 dari atom C dan 5 dari atom N). Jika atom N di tengah (b), berarti ada sebuah elektron dari N yang menyendiri (tidak berpasangan). Hal ini tidak lazim, maka kemungkinannya hanya (a) yang memenuhi syarat.

Bila struktur (a) dibuat, maka harus ada ikatan rangkap 3 di antara C dan N sebab bila tidak, atom C di tengah tidak memenuhi aturan oktet. Oleh karena itu, pasangan elektron bebas harus digeser dari atom C dan atom N ke tengah.

 C. Ikatan Ion

Ikatan ion terjadi karena adanya gaya tarik-menarik elektrostatis antara ion positif dengan ion negatif. Ikatan ion terjadi antara atom-atom yang mempunyai energi ionisasi rendah dengan atom-atom yang mempunyai afinitas elektron yang besar. Unsur-unsur logam umumnya mempunyai energi ionisasi yang rendah sedangkan unsur-unsur non-logam mempunyai afinitas elektron yang tinggi. Oleh karena itu, ikatan ion dapat terjadi antara unsur-unsur logam dengan unsur-unsur non-logam.

1. Pembentukan Ikatan Ion

Ikatan ion terjadi karena atom-atom yang mempunyai energi ionisasi rendah (mudah melepas elektron) akan melepaskan elektronnya dan membentuk ion positif. Elektron yang dilepas akan ditangkap oleh atom yang mempunyai afinitas elektron besar (mudah menarik elektron) untuk membentuk ion negatif. Ion positif dan ion negatif yang terbentuk, selanjutnya akan saling tarik-menarik dengan gaya elektrostatis membentuk senyawa yang netral. Jumlah ion negatif dan positif dalam senyawa yang terbentuk mempunyai perbandingan sedemikian rupa sehingga akan membentuk senyawa netral.

Contoh:

a. Pembentukan ikatan ion pada senyawa NaCl

Atom natrium mempunyai nomor atom 11 dengan konfigurasi elektron:

₁₁Na: [He] 2s² 2p⁶ 3s¹     

Atom klorin mempunyai nomor atom 17 dengan konfigurasi elektron:

₁₇Cl: [He] 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Untuk mencapai kestabilan, atom natrium melepaskan sebuah elektron sehingga mempunyai konfugurasi elektron gas mulia Ne

       Na                → Na⁺                +   e^-

        ([He] 2s² 2p⁶ 3s¹)           ([He] 2s² 2p⁶)

Atom Cl akan mengikat sebuah elektron yang dilepaskan oleh atom Na tersebut sehingga akan mempunyai konfigurasi elektron sesuai dengan gas mulia Ar.

       Cl                     +   e^- →              Cl^-

        ([He] 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵)                     ([He] 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶)

Terjadi tarik menarik antara sebuah ion Na⁺ dengan sebuah ion Cl^- membentuk gabungan ion NaCl.

Na⁺   +   Cl^-   →   NaCl

 

Gambar 4.3. Pembentukan ikatan ion pada NaCl

b. Pembentukan ikatan ion pada senyawa CaCl₂

₂₀Ca: [Ar] 4s²

₁₇Cl:  [Ne] 3s² 3p⁵

Atom Ca akan melepaskan 2 elektronnya menjadi ion Ca²⁺ dengan konfigurasi seperti gas mulia Ar.

     Ca              →          Ca²⁺          +   2e^-

([Ne] 3s² 3p⁶ 4s²)   ([Ne] 3s² 3p⁶)

Dua atom Cl masing-masing akan mengikat sebuah elektron yang dilepas atom kalsium tersebut, sehingga terbentuk dua buah ion Cl^- dengan konfigurasi elektron seperti gas mulia Ar.

    Cl          +   e^- →      Cl^-

        ([Ne] 3s² 3p⁵)                     ([Ne] 3s² 3p⁶)

Selanjutnya sebuah ion Ca²⁺ akan tarik menarik dengan 2 ion Cl^- membentuk senyawa netral CaCl₂.

Ca²⁺   +   2Cl^-   →   CaCl₂

 

Gambar 4.4.  Pembentukan ikatan ion pada CaCl₂

 

Senyawa ion membentuk kristal yang besar dari beberapa ion positif dan beberapa ion negatif dengan struktur tertentu. Pada senyawa NaCl, kristal yang dibentuk mempunyai struktur kubus, di mana setiap ion Na⁺ akan dikelilingi oleh enam ion Cl^- dan sebaliknya setiap ion Cl^- akan dikelilingi oleh enam ion Na⁺ (lihat Gambar 4.5). Oleh karena itu, pada senyawa ion tidak disebut rumus molekul, tetapi rumus kimia yang menggambarkan perbandingan paling sederhana dari ion positif dan ion negatif.

 

     (a)          (b)

Gambar 4.5. Contoh kristal senyawa ion: (a) kristal NaCl dan (b) kristal CaCl₂