ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN II

        I.            Orbital hibrida dari nitrogen dan oksigen

Orbital merupakan lintasan berbentuk melingkar dengan jari-jari tertentu yang menyatakan suatu suatu daerah dalam ruang dengan peluang terbesar untuk menemukan elektron , ada yang berbentuk bola, balon terpilin ataupun bentuk-bentuk lainnya. Sedangkan hibridisasi merupakan peleburan orbital-orbital dari tingkat energy yang berbeda menjadi orbital-orbital yang energinya setingkat. Orbital hibrida merupakan hasil dari hibridisasi yang telah dilakukan. Jumlah orbital hibrida sama dengan jumlah orbital yang terlibat pada hibridisasi itu, sedangkan jumlah orbital yang mengalami hibridisasi sama dengan jumlah domain elektron dalam molekul. Suatu orbital 2s mempunyai energy lebih rendah dari pada orbital 2p. Secara rata-rata elektron 2s terdapat lebih dekat ke inti daripada elektron 2p.

Dengan alasan ini , orbital hibrida dengan proporsi karakter s yang lebih besar mempunyai energi yang lebih rendah dan berda lebih dekat keinti dari pada orbital hibrida yang kurang karakter-s nya. Suatu orbital hibrida sp adalah setengah s dengan setengah p, sehingga dapat dikatakan bahwa orbital sp mempunyai 50% karakter s dan 50% karakter p. pada ekstrem yang lain adalah orbital sp³ , yang hanya mempunyai seperempat atau 25% karakter s. Karena orbital sp mengandung lebih banyak karakter s maka lebih dekat ke intinya. Ia membentuk ikatan yang lebih pendek dan lebih kuat daripada orbital sp³ . Orbital sp² adalah perantara antara sp dan sp³ dalam karakter s-nya dan dalam panjang serta kekuatan ikatan yang dibentuk.

a.         Amina

Banyak gugus fungsi penting dalam senyawa organic mengandung nitrogen atau oksigen. Secara elektronika , nitrogen sama dengan karbon dan orbital atom dari nitrogen berhibridasi menurut cara yang bersamaan dengan karbon.

Seperti yang ditunjukkan diagram orbital ini, nitrogen dapat menghibridisasi keempat orbital atom tingkat kedua menjadi empat orbital ikatan sp³ yang ekuivalen. Namun demikian , perbedaan penting antara nitrogen dan karbon , karbon mempunyai empat elektron untuk dibagikan  dalam empat orbital sp³ , sedangkan nitrogen mempunyai lima elektron yang didistribusikan dalam empat orbital sp³ . Satu orbital sp³ dari nitrogen diisi dengan sepasang elektron , dan nitrogen dapat membentuk senyawa dengan hanya tiga ikatan kovalen terhadap atom lain. Seperti halnya karbon , nitrogen ditemukan juga dalam senyawa organic dalam keadaan hibrida sp²  dan sp. Sekalilagi perbedaan penting antara nitrogen dan karbon adalah bahwa satu orbital dari nitrogen terisi dengan sepasang electron menyendiri.

b.         Air , alcohol dan eterhibrida sp³ , karena oksigen mempunyai enam electron ikatan , ia membentuk dua ikatan kovalen dan mempunyai dua orbital terisi.

Air adalah contoh senyawa yang mengandung oksigen, Seperti karbon dan nitrogen , oksigen membentuk ikatan dengan orbital sp³. Sudut ikatan dalam air telah ditentukan yaitu sebesar 104,5⁰ dan bukan 109,5⁰ yang ideal. Diperkirakan bahwa orbital dengan electron menyendiri menekan sudut ikatan H-O-H, seperti halnya orbital terisi dalam ammonia menekan sudut ikatan H-N-H.

Ada sejumlah senyawa organic yang mengandung atom oksigen sp³ . Untuk sekarang akan ditinjau hanya dua yaitu alcohol dan eter : R-O-H dan R-O-R’. Ikatan terhadap oksigen dalam alcohol dan eter adalah langsung analog dengan ikatan dalam air. Dalam setiap keadaan , oksigen terhibridisasi sp³ dan mempunyai dua pasang electron valensi memyendiri.

c.          Senyawa karbonil

Gugus karbonil (C=O) merupakan bagian dari berbagai macam gugus fungsi. Gugus fungsi dan golongann senyawa ditentukan oleh atom lain yang terikat paa karbon karbonil. Gugus karbonil mengandung atom karbon sp² yang dihubungkan dengan atom oksigen oleh ikatan rangkap. Orang cenderung berpendapat bahwa oksigen karbonil berada dalam keadaan hibrida sp² ,seperti halnya karbon kabonil. Namun demikian ahli kimia tak terlalu yakin mengenai hobridisasi oksigen karbonil, karena tidak ada sudut ikatan yang dapat di ukur.  

Gugus karbonil lebih polar dari pada gugus C-O dalam alcohol dan eter, alasanya yang mungkin untuk pembesaran kepolaran ini adalah electron pi lebih mudah dan tertarik ke oksigen yang elektronegatif dari pada electron sigma dari C-O. bila salah satu dari atom terikat pada karbon karbonil adalah hydrogen , maka senyawa tersebut adalah aldehida. Bila dua karbon  terikat pada karbon karbonil , maka senyawa nya adalah keton.

      II.            Ikatan rangkap terkonjugasi

Ikatan rangkap terkonjugasi merupakaan ikatan kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian dimana electronnya dapat berpindah-pindah atau terdelokalisasi. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan system konjugasi ini. Delokalisasi ini bertujuan untuk menstabilkan tingkat energy dalam setiap strukturnya.

Ikatan rangkap konjugasi ini sering diartikan sebagai pengaturan kembali electron melalui orbital π pada senyawa organic. Electron pada orbital π bisa berpindah atau bergeser jika ada ikatan sigma. Tingkat energy dalam setiap struktur pada saat delokalisasi berbeda. Pada saat ikatan rangkap berpindah, tingkat energy pada ikatan rangkap yang telah berpindah memiliki tingkatan energi lebih rendah dari pada tingkat energi sebelum berpindah. Ikatan rangkap tersebut dikatakan  stabil pada saat ikatan rangkap berada pada tingkat energi yang rendah.

    III.            Benzena dan resonansi

Benzene

Benzena merupakan senyawa siklik dimana elektronnya berkonjugasi. Benzene pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday dan penelitian tersebut dilanjutkan oleh Eilhard Mitscherlich yang berhasil membuat benzena melalui distilasi asam benzoat dan kapur. Mitscherlich memberi nama senyawa tersebut dengan sebutan benzin. Benzene merupakan suatu senyawa aromatic dengan rumus molekul C₆H_6. Di sebut senyawa aromatic karena beberapa derivate atau turunan benzene yang banyak digunakan berbau harum. mengenai struktur yang tepat untuk benzena selama beberapa waktu setelah benzena ditemukan rumus kimia C6H6 tidak sesuai dengan kesepakatan ilmuwan bahwa atom C dapat mengikat 4 atom dan atom H mengikat 1 atom. Masalah ini akhirnya sedikit terpecahkan setelah menunggu selama 40 tahun. Ilmuwan Jerman, Friedrich August Kekule mengusulkan agar struktur benzena berupa cincin heksagonal.

 Struktur benzena yang diusulkan Kekule tidak mengandung ikatan rangkap karena benzena tidak bereaksi seperti halnya senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan rangkap. Namun, struktur benzena ini menimbulkan masalah karena atom C tidak taat asas. Berdasarkan kesepakatan, 1 atom C seharusnya mengikat 4 atom, sedangkan pada struktur yang diusulkan Kekule atom C hanya mengikat 3 atom.

Berdasarkan hasil penelitian, diketahui bahwa setiap atom C pada cincin benzena memiliki sifat yang sama. Hal ini ditentukan setelah para ilmuwan mengetahui bahwa semua ikatan antaratom C memiliki panjang yang sama, yakni 140 pm (pikometer). Oleh karena semua atom C memiliki fungsi yang sama, ikatan rangkap senantiasa berubah-ubah.

Tanda ↔ menyatakan bahwa senyawa benzena mengalami resonansi

.

Sifat fisik dan kimia benzene :

Sifat fisik	Sifat kimia
a. Benzena merupakan senyawa yang tidak berwarna. b. Benzena berwujud cair pada suhu ruang (270C). c. Titik didih benzena : 80,10C, Titik leleh benzena : -5,50C d. Benzena tidak dapat larut air tetapi larut dalam pelarut nonpolar e. Benzena merupakan cairan yang mudah terbakar	a. Benzena merupakan cairan yang mudah terbakar b. Benzena lebih mudah mengalami reaksi substitusi daripadaadisi c. Halogenasi d. Bersifat racun

Reaksi pada senyawa Benzena

Reaksi benzena umumnya melalui reaksi substitusi, walaupun ada sebagian reaksi yang melalui reaksi adisi. Macam-macam substitusi benzena di antaranya halogenasi benzena, nitrasi benzena, dan  reaksi riedel-crafts.

·                      Halogenasi

Dengan adanya katalis besi (III) klorida atau alumunium klorida, benzena dapat bereaksi dengan klorin ataupun bromin membentuk senyawa halobenzena pada suhu kamar.

·                      Nitrasi Benzena

Campuran asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat dengan volume sama dikenal sebagai campuran nitrasi. Jika campuran ini ditambahkan ke dalam benzena, akan terjadi reaksi eksotermal. Jika suhu dikendalikan pada 55°C maka hasil reaksi utama adalah nitrobenzena, suatu cairan berwarna kuning pucat

·                      Alkilasi Benzena

Penambahan katalis AlCl3  anhidrat dalam reaksi benzena dan haloalkana atau asam klorida akan terjadi reaksi sangat eksotermis. Jenis reaksi ini dinamakan reaksi Friedel-crafts.

·                     Sulfonasi
Sulfonasi merupakan reaksi substitusi atom H pada benzena oleh gugus sulfonat. Reaksi ini terjadi apabila benzena dipanaskan dengan asam sulfat pekat sebagai pereaksi

Resonansi

Berdasarkan hasil analisis sinar-X maka diusulkan bahwa ikatan rangkap pada molekul benzena tidak terlokalisasi pada karbon tertentu melainkan dapat berpindah-pindah (terdelokalisasi). Resonansi terjadi karena adanya delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal.

Bila suatu struktur molekul dapat digambarkan oleh dua tau lebih rumus ikatan valensi yang berbeda hanya dalam kedudukan electron (biasanya electron pi), tak ada dari rumus ini yang sesuai sempurna dengan sifat kimia dan fisik senyawanya. Bila berbagai struktur resonansi dapat ditulis untuk suatu senyawa, maka dapat diandaikan adanya delokalisasi dari rapat electron. Pernyataan ini bener tentang semua struktur aromatic, maupun untuk beberapa struktur lain yang akan disebut secara singkat.

Hal yang harus diperhatikan adalah, bahwa lambang resonasi bukan struktur nyata dari suatu senyawa, tetapi merupakan struktur khayalan. Sedangkan struktur nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansinya

Teori resonansi dapat menerangkan mengapa benzena sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzena terdelokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap serangan kimia, sehingga tidak mudah diganggu. Oleh karena itulah reaksi yang umum pada benzena adalah reaksi substitusi terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.