IKATAN KOVALEN
Jika kerja sama dalam bentuk serah terima elektron tidak dapat dilakukan, maka pilihan berikutnya adalah membentuk elektron persekutuan. Dalam kerja sama ini, atom-atom yang akan berikatan menyekutukan elektron tunggal sedemikian rupa sehingga masingmasing atom yang bekerja sama merasa seperti memiliki konfigurasi stabil. Kita ambil contoh 7N dan H. Atom dari unsur non logam N terletak pada golongan 5A dan dengan demikian elektronvalensinya 5 yang terdistribusi atas 3 elektron tunggal dan sebuah pasangan elektron, sedang H memang hanya mempunyai 1 elektron. Karena N dengan nomor atomnya 7, maka ia cenderung menyamai gas mulia Ne yang nomor atomnya 10. Sehingga N butuh tambahan 3 elektron, dan ini dipenuhi dari atom H. Karena H hanya mempunyai satu elektron maka N membutuhkan 3 atom H. Masing-masing atom H ini menyekutukan elektronnya dengan 3 elektron tunggal milik N sedemikian rupa sehingga terbentuklah NH3. Penggambaran terjadinya NH3 adalah sebagai berikut: Sebelum berikatan struktur Lewis untuk N dan 3 atom H adalah: *H ▪ ▪▪N ▪ ▪
*H
*H Setelah membentuk elektron persekutuan hasilnya adalah:
Dari ilustrasi mengenai terjadinya ikatan kimia antara N dan H di atas, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan, yaitu: * elektronvalensi yang dipergunakan oleh atom N adalah elektron tunggal. Jadi banyaknya atom H yang diikat oleh N adalah sebanyak elektron tunggal.
*. Pasangan elektron yang terletak di antara N dan H diberi warna berbeda dan disebut pasangan elektron persekutuan. Warna berbeda sekedar untuk menunjukkan bahwa elektron yang hitam berasal dari N sedang yang merah berasal dari H. Tetapi yang harus selalu diingat ialah, bahwa semua elektron, dari atom apapun sebenarnya identik. * Pasangan elektron yang tidak mengikat H disebut pasangan elektron bebas. Pasangan ini adalah elektron pasangan milik N yang tidak dimanfaatkan karena N hanya memanfaatkan elektron tunggal dalam ikatan kovalen. * Jika kita perhatikan, sekarang N sudah memenuhi kaidah oktet, sedang H memenuhi kaidah duplet. Atom H tidak pernah mau menjadi duplet, karena nomor atom gas mulia terdekat dengan H adalah He yang nomor atomnya dua. * Struktur NH3 di atas juga biasa ditulis dalam suatu bentuk yang disebut rumus struktur atau rumus bangun. Rumus bangun NH3 adalah: H ׀ ׀NH ׀ H Dari uraian mengenai ikatan kovalen, beberapa hal penting yang harus diingat adalah:
1. Banyaknya elektron tunggal pada elektron kulit terluar, merupakan sifat yang sangat penting. Rumus kimia senyawa kovalen ditentukan oleh banyaknya elektron tunggal ini. Jika elektron tunggal atom A adalah x dan banyaknya elektron tunggal atom B adalah q, maka senyawa kovalen yang dibentuk oleh A dan B mempunyai rumus molekul AqBp. Rumus ini harus disederhanakan jika p kelipatan bulat q atau sebaliknya. Contoh senyawa antara C dan O, bukan C2O4 meskipun elektron tunggal C empat sedang elektron tunggal O adalah dua. Rumusnya harus disederhanakan menjadi CO2. 2. Banyaknya elektron tunggal juga menentukan ada tidaknya ikatan rangkap. Jika salah satu atau kedua atom yang berikatan, ada yang elektron tunggalnya cuma satu, maka molekul yang dibentuk pasti tidak mempunyai ikatan
rangkap. Untuk menghasilkan ikatan rangkap, maka atom-atom yang berikatan, kedua-duanya harus mempunyai elektron tunggal lebih dari satu. 3. Ikatan kovalen tidak sekuat ikatan ionik, oleh karena itu titik didih dan titik beku senyawa kovalen juga tidak setinggi senyawa ionik. 4. Semua senyawa kovalen dalam keadaan murni tidak menghantarkan arus listrik. Ada senyawa kovalen tertentu yang dapat menghantarkan arus listrik, tetapi hanya jika dilarutkan dalam air. Senyawa itu disebut senyawa polar yang nanti akan dibicarakan.
a. Kepolaran Molekul Kovalen
Untuk memahami masalah kepolaran dalam molekul, marilah kita amati dua molekul sederhana yaitu H2 dan HCl. Struktur elektronik H2 dan HCl adalah sebagai berikut:
H
H
▪ ▪
H
▪ ▪
▪▪ Cl ▪▪ ▪▪
Pada penggambaran di atas, elektron persekutuan diletakkan tepat di pertengahan molekul, baik pada H2 maupun pada HCl. Peletakan elektron persekutuan tepat di tengah, memang masuk akal, karena molekulnya terdiri atas dua atom yang sama. Tetapi bagaimana dengan HCl ? Kita telah tahu bahwa keelektronegatifan Cl jauh lebih besar dari pada H, sehingga kemampuan Cl dalam menarik elektron jauh lebih kuat dari pada H. Akibatnya elektron-elektron akan cenderung ke fihak Cl. Jadi penggambaran struktur elektronik HCl seharusnya adalah:
H
+ ▪▪ ▪▪ Cl ▪▪ ▪▪
Dengan demikian Cl dikerumuni oleh awan elektron sedang H dijauhi oleh awan elektron. Keadaan ini membuat Cl cenderung negatif (d-) sedang H cenderung positif (d+). Tanda d tersebut menunjukkan bahwa baik H maupun Cl dalam HCl tidak benarbenar ion seperti misalnya Na+ dan Cl- dalam NaCl. H dan Cl dalam HCl hanya dinyatakan mempunyai kecenderungan untuk menjadi positih bagi H dan cenderung menjadi negatif bagi C. Molekul kovalen yang membentuk polarisasi muatan seperti pada HCl disebut molekul polar sedang yang tidak membentuk polarisasi muatan seprti pada H2 disebut molekul non polar. Secara lebih kuantitatif, molekul polar didefinisikan sebagai molekul yang dibentuk oleh atom-atom yang sesisih keelektronegatifannya tidak nol sedang molekul non polar adalah molekul yang dibentuk oleh atom-atom yang sesisih keelektronegatifannya nol. Molekul non polar, tidak pernah mempunyai sifat menghantarkan arus listrik, sedang molekul polar dapat menghantarkan arus listrik jika dilarutkan dalam pelarut polar misalnya air. Apakah perbedaan mendasar antara senyawa polar dengan senyawa ionik ? Perbedaan senyawa ionik dengan senyawa kovalen polar adalah: 1. senyawa ionik dibentuk oleh ion-ion sedang senyawa polar adalah senyawa kovalen, jadi dibentuk oleh atom-atom yang dalam keadaan larut dalam air dapat menghasilkan ion-ion. 2. senyawa ionik dapat menghantarkan arus listrik baik dalam keadaan murni maupun dalam keadaan sebagai larutan, sedang senyawa polar hanya dapat menghantarkan arus listrik jika dalam keadaan larutan, itupun pelarut harus air sebab jika berada dalam air senyawa polar akan terurai menjadi ion-ion.
Menentukan kepolaran untuk molekul yang terdiri atas dua atom memang tampak sederhana, tetapi untuk molekul yang poliatomik, peninjauannya menjadi agak kompleks. Untuk itu marilah kita mengambil contoh NH3 dan BH3. Dengan hanya mengamati rumus kimianya secara sekilas, maka kita akan segera mengira bahwa kedua molekul tersebut mempunyai kepolaran yang hampir sama, setidaknya jika salah satu polar, maka yang lain juga polar meskipun kepolarannya tidak persis sama, dan jika yang satunya non polar, maka yang lainnya juga non polar. Tetapi faktanya tidak demikian. NH3 ternyata merupakan molekul polar sedang BH3 bersifat non polar.
Untuk memahami kedua molekul ini kita harus kembali memperhatikan struktur kedua molekul tersebut. Bertolak dari Struktur Lewis atom B, maka struktur BH3 adalah :
H *▪
H ▪* B
▪* H
sedang struktur amoniak adalah:
H ▪ ▪* ▪ *▪ H ▪* H
N
Dalam molekul BH3 terdapat 3 ikatan B-H. Masing-masing ikatan B-H ini pasti polar. Mengapa molekul BH3 secara keseluruhan bersifat non polar, ini diduga karena bentuk molekul BH3 adalah bentuk segitiga sama sisi yang merupakan bentuk simetris. Jadi kesimetrisanlah yang menyebabkan suatu molekul menjadi non polar. Sementara itu karena N pada amoniak mempunyai struktur Lewis yang tidak simetris, mengakibatkan bentuk molekul NH3 tidak simetris. Ini pangkal penyebab kepolaran NH3. Dugaan ini diperkuat oleh fakta bahwa semua molekul yang simetris bersifat non polar dan semua molekul yang tidak simetris bersifat polar. Masalahnya sekarang adalah bagaimana cara yang mudah untuk mengetahui kesimetrisan ? Sebenarnya ada teori yang lebih akurat, yang membahas bentuk-bentuk geometris molekul, tetapi teori ini belum kita bahas sekarang. Cara yang paling sederhana yang dapat kita manfaatkan sekarang adalah dengan memperhatikan struktur Lewis dari atom sentral molekul tersebut. Jika kita kembali melihat struktur Lewis yang sudah kita bahas pada awal bab ini, maka kita dapat melihat bahwa pada golongan 2A, 3A dan 4A, unsur-unsurnya mempunyai struktur Lewis dengan distribusi elektron yang simetris. Unsur-unsur ini akan menghasilkan bentuk yang simetris sehingga molekulmolekul yang atom sentralnya golongan 2A, 3A, 4A pasti mempunyai bentuk yang simetris dan bersifat non polar. Contoh lain untuk kasus ini adalah BeF2 dan H2O. Atom sentral molekul BeF2 adalah atom Be yang mengikat dua atom lain yaitu F, sedang atom sentral pada H2O adalah O yang juga mengikat dua atom lain yaitu H. Tetapi, Be adalah unsur golongan
dua A yang struktur Lewisnya simetris sedang O adalah golongan 6A yang struktur Lewisnya tidak simetris. Jadi BeF2 bersifat non polar sedang H2O bersifat polar.
b. Penyimpangan Terhadap Kaidah Oktet Hampir semua molekul dan ion selain hidrogen memenuhi kaidah oktet setelah mengalami proses pembentukan ikatan kimia. Pada NaCl baik ion Na+ maupun Clmempunyai 4 pasang pada lintasan terluar. Pada NH3, atom N juga memiliki struktur oktet. Tetapi ada pula molekul-molekul yang kenyataannya eksis, tetapi tidak memenuhi kaidah oktet. Contoh yang paling mencolok adalah molekul kovalen yang atom sentralnya 2A dan 3A. Sebagai contoh adalah BeF2 yang dari 2A dan BF3 yang dari 3A. Atom Be yang golongan 2A, mempunyai elektronvalensi 2 yang terdistribusi atas dua elektron tunggal dengan jarak 1800 sebelah menyebelah terhadap Be sedang F elektron valensinya 7, dengan distribusi satu tunggal dan 3 berpasangan. Struktur BeF2 adalah: ▪▪ ▪▪ ▪▪ F *▪ Be*▪ F ▪▪ ▪`▪ ▪▪ Dari struktur di atas tampak bahwa F sudah oktet tetapi Be baru 2 pasang atau baru 4 elektron jadi belum oktet. Untuk BF3 karena B golongan 3 A dengan 3 elektron terluar yang terdistribusi atas 3 elektron tunggal, maka strukturnya adalah:
F ▪▪* ▪ ▪ ▪▪ B ▪▪ F * * F ▪▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪▪ Tampak bahwa atom B belum oktet karena di sekitar B baru ada 3 pasang elektron. Selain senyawa kovalen yang berasal dari 2A dan 3A, yang juga menyimpang dengan golongan 5A yang mengikat 5 atom lain, misalnya PX5, AsX5, SbX5 dengan X adalah halogen. Dari molekul-molekul di atas tampak bahwa P, As dan Sb mengikat 5 atom lain, berarti paling tidak ada lima ikatan yang berhubungan dengan P, As atau Sb tersebut. Satu ikatan adalah sepasang elektron sekutu, jadi P, As dan Sb yang mengikat 5 atom lain akan mempunyai lima pasang elektron atau sepuluh elektron. Jadi P, As dan Sb yang mengikat 5 atom lain sudah melampaui susunan oktet.
