Bab V Ikatan Kimia Sebagian besar unsur yang ada di alam mempunyai kecenderungan untuk berinteraksi (berikatan) dengan unsur lain. Hal itu dilakukan karena unsur tersebut ingin mencapai kestabilan. Cara menentukan jenis ikatan yang terjadi antar unsur antara lain, dengan mengetahui sifat fisisnya, menentukan susunan elektron di kulit terluarnya (elektron valensi), menyelidiki polaritas tiap unsur, serta menghubungkannya dengan sifat keelektronegatifan melalui percobaan. A. Kestabilan Unsur Sebagian besar unsur di alam ingin mencapai suatu kestabilan. Kestabilan diperoleh dengan cara bergabung dengan unsur lain, lalu membentuk suatu molekul atau senyawa yang stabil. Kemampuan bergabung tersebut terjadi karena gaya tarik-menarik antar unsur (atom). Dengan demikian, setiap atom atau unsur dapat membentuk senyawa yang khas dan berbeda, karena kekuatan daya tarikmenarik antar atom mempengaruhi sifat senyawa yang terbentuk. Daya tarik-menarik antar atom yang menyebabkan suatu senyawa kimia dapat bersatu disebut ikatan kimia. Ikatan kimia ditemukan pertama kali oleh ilmuwan asal Amerika Serikat bernama Gilbert Newton Lewis pada tahun 1916. Konsep ikatan kimia yang dikemukakan sebagai berikut. 1. Gas mulia (He, Ne, Ar, Xe, dan Rn) sukar membentuk senyawa karena gas mulia memiliki susunan elektron yang stabil (tidak melepas dan menerima elektron di kulit terluarnya), sehingga disebut inert. 2. Setiap atom ingin memiliki susunan elektron yang stabil dengan cara melepaskan atau menangkap elektron. 3. Susunan elektron yang stabil dicapai dengan cara berikatan antar atom lain. B. Struktur Lewis Antar unsur saling berinteraksi dengan menerima dan melepaskan elektron di kulit terluarnya. Gambaran terjadinya 1
interaksi antar unsur diperkenalkan oleh Gilbert N. Lewis dengan nama Struktur Lewis. Struktur Lewis dilambangkan dengan memberikan sejumlah titik yang mengelilingi atomnya ( biasanya dilambangkan dengan x atau ). Setiap titik mewakili satu elektron yang ada pada kulit terluar atom tersebut. Tabel 3. Struktur Lewis Unsur Golongan IA-VIIA Berdasarkan Tabel diatas, kita bisa menemukan hubungan antara golongan suatu unsur dengan Struktur Lewis, yaitu nomor golongan sama dengan jumlah x atau pada Struktur Lewis. Struktur Lewis tersebut digunakan untuk mempermudah dalam menggambarkan terbentuknya ikatan kimia antar unsur. Contoh : Tentukan susunan elektron valensi dan Struktur Lewis untuk unsurunsur berikut. 1. Hidrogen 3. Karbon 5. Aluminium 2. Oksigen 4. Neon C. Ikatan Ion Ikatan ion terbentuk akibat adanya serah-terima elektron di antara atom-atom yang berikatan sehingga konfigurasi elektron dari atom-atom itu menyerupai konfigurasi elektron gas mulia. Atom-atom yang menyerahkan elektron valensinya kepada atom pasangannya yang bermuatan positif disebut kation. Adapun atom-atom yang menerima elektron yang bermuatan negatif disebut anion. Sifat elektropositif pada unsur logam dan sifat elektronegatif pada unsur non-logam menimbulkan perbedaan keelektronegatifan antara keduanya. Perbedaan keelektronegatifan inilah yang menyebabkan terjadinya serah terima elektron. Unsur non-logam dengan sifatnya yang elektronegatif mampu menarik elektron dari 2
unsur logam. Antar ion yang berlawanan tersebut terjadi gaya tarikmenarik (gaya elektrostatik) dan membentuk ikatan yang disebut ikatan ion. Kecenderungan unsur menerima atau melepaskan elektron valensinya bergantung pada besarnya energi yang dilepaskan atau diperlukan. Unsur yang memiliki energi ionisasi kecil akan melepaskan elektron, sedangkan unsur yang memiliki energi ionisasi besar akan menerima elektron. Berdasarkan harga energi ionisasi dari kiri ke kanan pada sistem periodik, maka unsur yang memiliki energi ionisasi kecil adalah bagian kiri dan bawah. Akibatnya, unsur golongan IA dan IIA cenderung melepaskan elektron, sedangkan golongan VIA dan VIIA cenderung menerima elektron untuk mencapai kestabilan unsur gas mulia. Sementara itu, unsur golongan IIIA, IVA, dan VA sebagian bersifat melepas dan sebagian menerima elektron. Sebagai suatu contoh terbentuknya ikatan ion, perhatikan ikatan ion pada senyawa NaCl berikut. 11Na = 2 8 1 17Cl = 2 8 7 Berdasarkan kaidah oktet, untuk mencapai kestabilannya, atom Na harus melepaskan 1 elektron, sedangkan atom Cl membutuhkan 1 elektron. Dengan demikian, atom Na dan Cl dapat mencapai kestabilannya dengan cara serah terima elektron. Atom Na menyerahkan 1 elektron kepada atom Cl sehingga atom Cl menerima 1 elektron dari atom Na. Setelah terjadi perpindahan elektron, atom-atom tidak lagi bersifat netral tetapi menjadi ion yang bermuatan. Atom Na melepaskan satu elektron menjadi ion Na +, sedangkan klor menerima satu elektron menjadi ion Cl. Ion Na + dan Cl akan tarik-menarik dengan gaya 3
elektrostatik sehingga berikatan. Ikatan antara ion-ion tersebut dinamakan ikatan ion dan terbentuklah senyawa NaCl. D. Ikatan Kovalen Di alam, banyak senyawa yang terbentuk dari unsur-unsur bukan logam seperti gas oksigen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), dan metana (CH 4 ). Atom-atom bukan logam dapat membentuk ikatan dengan atom-atom bukan logam melalui penggunaan bersama pasangan elektron valensinya. Atom-atom bukan logam umumnya berada pada golongan VA VIIA, artinya atom-atom tersebut memiliki elektron valensi sebanyak (5 7). Untuk mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia, atomatom cenderung mengadakan saling menyumbang, setiap atom menyumbang elektron valensi untuk digunakan bersama. Ikatan yang terbentuk melalui penggunaan bersama pasangan elektron valensi dinamakan ikatan kovalen. 1. Ikatan Kovalen Tunggal Ikatan kovalen tunggal adalah ikatan yang terbentuk dari penggunaan bersama sepasang elektron (setiap atom memberikan satu elektron untuk digunakan bersama). Contoh: Atom H dapat berikatan kovalen dengan Cl membentuk HCl. Perhatikan konfigurasi elektron atom H dan Cl berikut. 1H = 1 dan 17Cl = 2 8 7 Agar elektron valensi atom H mirip dengan atom He (2) maka diperlukan satu elektron. Demikian pula atom Cl, agar mirip dengan konfigurasi elektron atom Ar (2 8 8), diperlukan satu elektron. Oleh karena kedua atom tersebut masing-masing memerlukan satu elektron maka cara yang paling mungkin adalah setiap atom memberikan satu elektron valensi untuk membentuk sepasang elektron ikatan. 4
Perhatikan Gambar berikut. Contoh Soal : Tuliskan pembentukan ikatan kovalen tunggal antara atom C dan H dalam molekul CH 4. Jawab Konfigurasi elektron atom 1 H = 1. Konfigurasi elektron atom 6 C = 2 4. Atom C akan stabil jika mengikat empat elektron membentuk konfigurasi mirip dengan atom Ne ( 2 8 ). Empat elektron ini dapat diperoleh dengan cara menyumbangkan empat atom H. Jadi, setiap atom H memberikan 1 elektron valensinya. Proses pembentukan ikatan antara atom C dan H dapat dijelaskan sebagai berikut: Pada CH 4, setiap atom H memiliki 2 elektron valensi (seperti He) dan atom C memiliki 8 elektron valensi (seperti Ne). Dalam molekul CH 4 terdapat 4 pasang elektron ikatan atau 4 ikatan kovalen tunggal. Sepasang elektron ikatan dapat dinyatakan dengan satu garis. Misalnya, pada molekul HCl, sepasang elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk H Cl. Pada molekul CH 4, keempat pasang 5
elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk seperti ditunjukkan pada Gambar berikut. 2. Ikatan Kovalen Rangkap Dalam ikatan kovalen, selain ikatan kovalen tunggal juga terdapat ikatan kovalen rangkap dua dan rangkap tiga. Ikatan kovalen rangkap dua terbentuk dari dua elektron valensi yang disahamkan oleh setiap atom, misalnya pada molekul CO 2. Ikatan kovalen rangkap tiga terbentuk dari tiga elektron valensi yang disahamkan oleh setiap atom, misalnya dalam molekul N 2. Contoh pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dalam molekul CO 2 : Konfigurasi elektron atom 6 C = 2 4. Untuk membentuk konfigurasi Ne (2 8), diperlukan 4 elektron tambahan. Ke-4 elektron ini diperoleh dari atom O. Setiap atom O menyumbang 2 elektron valensi sehingga membentuk dua buah ikatan kovalen rangkap dua. Contoh pembentukan ikatan kovalen rangkap tiga pada molekul N 2 berikut ini. Konfigurasi elektron 7 N : 2 5 Susunan elektron N : 6
Pembentukan N 2 Struktur Lewis molekul N 2 : atau Molekul N 2 mempunyai tiga ikatan kovalen yang dihasilkan dari penggunaan bersama tiga pasang elektron. Ikatan kovalen pada molekul N 2 disebut ikatan kovalen rangkap tiga. 3. Senyawa Kovalen Polar Senyawa kovalen dikatakan polar jika senyawa tersebut memiliki perbedaan keelektronegatifan. Dengan demikian, pada senyawa yang berikatan kovalen terjadi pengutuban muatan. Ikatan kovalen tersebut dinamakan ikatan kovalen polar. Kepolaran molekul berkaitan dengan kemampuan suatu atom dalam molekul untuk menarik pasangan elektron ikatan ke arahnya. Kemampuan tersebut dinyatakan dengan skala keelektronegatifan. Selisih nilai keelektronegatifan dua buah atom yang berikatan kovalen memberikan informasi tentang ukuran kepolaran dari ikatan yang dibentuknya. Jika selisih keelektronegatifan nol atau sangat kecil, ikatan yang terbentuk cenderung kovalen murni. Jika selisihnya besar, ikatan yang terbentuk polar. Jika selisihnya sangat besar, berpeluang membentuk ikatan ion. Selisih keelektronegatifan antara atom H dan H (dalam molekul H 2 ); atom H dan Cl (dalam HCl); dan atom Na dan Cl (dalam NaCl) berturut-turut adalah 0; 0,9; dan 2,1. Contoh soal : Manakah di antara senyawa berikut yang memiliki kepolaran tinggi? a. CO b. NO c. HCl 7
Jawab Keelektronegatifan setiap atom adalah : C = 2,5; O = 3,5; N = 3,0; Cl = 3,0; H = 2,1 Pada molekul CO, selisih keelektronegatifannya adalah 3,5 2,5 = 1,0. Pada molekul NO, selisih keelektronegatifannya adalah 3,5 3,0 = 0,5. Pada molekul HCl, selisih keelektronegatifannya adalah 3,0 2,1 = 0,9. Jadi, kepolaran molekul dapat diurutkan sebagai berikut: CO > HCl > NO. 4. Ikatan Kovalen Koordinasi Senyawa kovalen yang memiliki sepasang elektron untuk digunakan bersama yang berasal hanya dari salah satu atom dinamakan ikatan kovalen koordinasi. Contoh senyawa yang memiliki ikatan kovalen koordinasi adalah HNO 3, NH 4 Cl, SO 3, dan H 2 SO 4. Misalnya ion amonium (NH + 4 ). Ion ini dibentuk dari amonia (NH 3 ) dan ion hidrogen(h + ) melalui ikatan kovalen koordinasi, seperti yang ditunjukkan berikut ini. Pada ion amonium, sepasang elektron yang digunakan bersama antara atom nitrogen dan ion H + berasal dari atom nitrogen. Jadi, dalam ion amonium terdapat ikatan kovalen koordinasi. Jika ikatan kovalen dinyatakan dengan garis ( ) maka ikatan kovalen koordinasi dinyatakan dengan anak panah ( ). Arah anak panah yaitu dari atom yang menyediakan pasangan elektron menuju atom yang menggunakan pasangan elektron tersebut. Perhatikan reaksi berikut. 8
NH 3 + BF 3 NH 3 BF 3 Contoh Soal : Pada struktur senyawa SO 3, manakah yang merupakan ikatan kovalen koordinasi? Jawab Pada senyawa SO 3, atom S mengikat 3 atom O. Konfigurasi elektron 16 S : 2 8 6 Konfigurasi elektron 8 O : 2 6 Untuk mencapai konfigurasi oktet, atom S kekurangan 2 elektron, demikian pula atom O. Salah satu atom O menyumbang 2 elektron dengan atom S membentuk ikatan rangkap dua. Oleh karena S dan O sudah mencapai oktet maka kedua atom O yang lain menggunakan pasangan elektron dari atom S untuk berikatan membentuk ikatan kovalen koordinasi. E. Ikatan Logam Ikatan logam merupakan ikatan kimia antara atom logam dengan atom logam. Dalam suatu logam terdapat atom-atom sesamanya yang berikatan satu sama lain sehingga suatu logam akan bersifat kuat, keras, dan dapat ditempa. Unsur-unsur logam pada umumnya merupakan zat padat pada suhu kamar dan kebanyakan logam adalah penghantar listrik yang baik. Anda dapat menguji sifat logam suatu benda dengan cara mengalirkan arus listrik kepada benda tersebut. 9