IKATAN DALAM MOLEKUL ORGANIK

 

IKATAN DALAM MOLEKUL ORGANIK

            Ikatan dalam molekul organik terdiri mekanika kuantum dan orbital atom, termasuk Konfigurasi  elektron, orbital molekul dan ikatan, yang juga ini kombinasi linear orbital atom, ikatan sigma dan Pi, orbital hibrida, karbon tetrahedron-orbital hibrida sP³, orbital hibrida sP² dan Sp, Sudut ikatan, orbital hidrida termodifikasi, tolak-menolak pasangan elektron kulit valensi, dan energi ikatan dan jarak ikatan. Dari sekian banyak ikatan dalam molekul organik mungkin cuma yang terasa amat penting adalah energi ikatan dan jarak ikatan yang akan kita bahas dalam bab ini karena hampir semua ini adalah melibatkan reaksi kimia organiknya.

            Kita semua mengenal proses kimia yang disebut pembakaran. Pembakaran hidrokarbon berbentuk gas seperti metana atau komponen bensin dan batubara memberikan energi yang menyebabkan dunia industri tetap berjalan. Reaksinya eksoterm. Reaksi yang mengabsorpsi bahang disebut reaksi endoterm.

A.      Energi ikatan

Energi kinetik adalah energi gerak, yaitu gerak suatu benda. Getaran, putaran, dan pengalihan (translasi) molekul adalah penjelmaan dari energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang ada pada suatu benda karena adanya gaya luar (eksternal) yang bekerja pada benda itu. Gaya gravitasi merupakan sumber energi potensial. Energi suatu ikatan kimia merupakan bentuk energi potensial yang timbul dari gaya tarik menarik antar atom.

Energi harus ditambahkan kepada molekul untuk memutuskan suatu ikatan kimia (suatu proses endoterm) dan energi dibebaskan bila suatu ikatan kimia terbentuk (suatu proses eksoterm). Ada dua proses untuk menggambarkan putusnya ikatan kimia.  Salah satu adalah bahwa pasangan elektron dari satu ikatan terpisah, sehingga sebuah elektron ikut atom yang mula-mula mengikatnya. Proses ini disebut homolisis atau pemutusan homolitik. Hal yang lebih lazim dalam mempelajari reaksi organik ialah hal pemutusan ikatan yang disebut heterolisis atau pemutusan heterolitik. Disini kedua elektron dari ikatan mengikuti salah atom pada pemutusan ikatan.

Energi yang terkait dalam pemutusan dan pembentukan ikatan sewaktu perubahan kimia disebut bahang reaksi dan diukur dalam perubahan entalpi (ΔH). Sebagai besaran  termo dinamika terdapat hubungan tepat antara bahang reaksi dan kandungan standar  entalpi produk (hasil reaksi) dan pereaksi.

ΔH^o  reaksi = ΔH^o hasil reaksi -ΔH^o pereaksi

Tanda atas menunjukkan bahwa perubahan entalpi berhubungan dengan produk dan pereaksi dalam keadaan standar (25^oC dan tekanan 1 atmosfer). Sebagai kemungkinan lain, pengukuran dilakukan pada kondisi lain yang kemudian diekstrapolasi ke kondisi standar. Data yang telah dikumpulkan cukup banyak sehingga dapat memberikan perubahan standar entalpi bagi berbagai reaksi, tetapi data seperti masih belum ada sebagian besar proses organik. Lagi pula, kita sering ingin memperkirakan perubahan energi reaksi yang belum pernah diamati untuk meramalkan kelayakan secara termodinamika. Nilai yang mendekati dapat diperkirakan dengan membandingkan energi ikatan yang mengalami perubahan sewaktu pereaksi diubah menjadi pereaksi.

Perhatikan reaksi berikut

Cl₂ + CH₄                          CH₃Cl       +     HCl

         Metana                  Klorometana

     Ikatan  yang terbentuk         kkal/mol (kJ mol)*

     C     Cl                                      81      (339)

     H     Cl                                  103     (431)

     Ikatan yang terputus

     C      H                                    99     (434)

     Cl      Cl                                  58     (243)

Karena pemutusan ikatan membutuhkan energi (ΔH >0)  dan pembentuan ikatan membebaskan energi (ΔH < 0 ) 

  ΔH^o _reaksi   = ( 99 + 58) – (81 + 103)         = -27 kkal/mol

            atau    (414 + 243) – (339 + 431)  = - 113 Kj/mol

       Perkiraan nilai bahang reaksi sebesar-27 kkal/mol (-113 kJ/mol) menunjukkan bahwa reaksi akan menyebabkan suatu pengurangan entalpi dari sistim kimia tersebut, berarti bahwa reaksinya ekstorm (ΔH< 0)  dan bahang akan dibebaskan  jika terjadi reaksi.

Fakta bahwa suatu reaksi adalah ekstorm tidak menjadi bahwa reaksi akan terjadi. Laju reaksi kimia akan dipengaruhi oleh parameter termodinamika tambah yang tergabung dalam suatu besaran yang dikenal sebagai energi pengaktifan. 

       Energi ikatan ditentukan dengan dua cara. Energi ikatan rata-rata adalah ukuran rata-rata dari semua energi ikatan yang serupa dalam molekul. Energi disosiasi ikatan adalah ukuran dari energi yang diperlukan untuk memutuskan secara homolitik ikatan kimia tertentu.

Mari kita lihat dua cara yang dipergunakan untuk menentukan energi ikatan metana. Pemutusan homolitik empat ikatan karbon –hidrogen membutuhkan 397 kkal/mol (160 Kj/mol).  Energi ikatan rata-rata ikatan C-H dalam metana dengan demikian ialah 99,3 kkal /mol (415 kJ/mol).

CH₄          C + 4H      ΔH^o       = 397 kkal/mol  (1660 kJ/mol)

Jika kita diperhatikan energi yang diperlukan untuk memutuskan masing-masing ikatan metana, kita dapat bahwa energinya berlain-lainan. Ini adalah energi disosiasi ikatan yang mengambarkan pengaruh bagian molekul yang tinggal terhadap ikatan yang diputuskan.

CH₄             CH₃ + H         ΔH^o  = 102 kkal/mol ( 427 Kj/mol)

CH₃             CH₂ + H         ΔH^o  = 110 kkal/mol ( 460 Kj/mol)

CH₂             CH  + H         ΔH^o  = 104 kkal/mol ( 435 Kj/mol)

CH              C   + H         ΔH^o  =  81 kkal/mol  ( 339 Kj/mol)

Suatu kumpulan energi ikatan rata rata  (tabel 3.1) mengungkapkan beberapa keadaan umum.  Sebagian besar ikatan tunggal mempunyai energi diantara 50 -100 kkal/mol (200-400 kJ/mol). Ikatan tunggal antar atom dengan pasangan elektron tak berbagi biasanya lebih lemah karena adanya tolak menolak antar pasangan Ikatan rangkap dua dan tiga lebih kuat daripada ikatan tunggal. Makin turun susunan berkala, kekuatan ikatan makin berkurang.

B Jarak ikatan

Panjang suatu ikatan kimia adalah hasil keseimbangan antara gaya  tarik- menarik dan tolak – menolak antara atom yang saling mengikat. Panjang ikatan ditentukan secara uji kaji dengan berbagai teknik difraksi dan spektrum, yang mengambarkan jarak rata-rata antara atom meski pun sebetulnya atom bergetar dalam molekul.

Sangatlah menarik bahwa panjang setiap ikatan hanya berbeda sedikit sekali dari satu senyawa ke senyawa yang lain. Unsur pada baris kedua susunan berkala membentuk ikatan dengan hidrogen dengan panjang ikatan mendekati 1 A (100 pm). Ikatan tunggal antara unsur pada baris kedua biasanya mempunyai panjang kira-kira 1,5 A (150 pm) dan jarak ikatan  rangkapnya baik yang rangkap dua maupun yang rangkap tiga lebih pendek. Atom dibawah baris kedua pada susunan berkala membentuk ikatan yang nisbi lebih panjang agar dapat memuat ukuran yang lebih besar.

Biasanya ada suatu hubungan antara kekuatan dan panjang ikatan antara dua atom. Semakin kecil jarak antar –inti, semakin kuatlah ikatan. Sebagai contoh, ikatan tunggal karbon –karbon (tabel 3.2) dan ikatan rangkap tiga ini lebih kuat (tabel 3.1). Pada tabel 3.3 tercatum beberapa panjang ikatan dan kekuatan ikatan nisbi.