Ikatan Atom

1. Ikatan Primer

Ada tiga macam ikatan yang dikelompokkan sebagai ikatan primer yaitu ikatan ion,ikatan kovalen, dan ikatan metal. Ketiga macam ikatan ini disebut sebagai ikatan primer karena ikatan ini kuat.

•       Ikatan Ion

Sesuai dengan namanya, ikatan ini terjadi karena adanya tarik-menarik antara dua ion yang berlawanan tanda. Ion itu sendiri terbentuk karena salah satu atom yang akan membentuk ikatan memberikan elektron kepada atom pasangannya yang memang memiliki kemampuan untuk menerima elektron. Dengan demikian terjadilah pasangan ion positif dan negatif, dan mereka saling terikat. Atom nonmetal memiliki hanya sedikit orbital p yang setengah terisi dan ia mampu menarik elektron luar ke dalam salah satu orbital yang setengah kosong tersebut. Atom F misalnya dengan konfigurasi 1s2 2s2 2p5 hanya memiliki satu dari tiga orbital p yang terisi satu elektron. Atom ini mampu menarik satu elektron luar untuk memenuhi orbital p sehingga menjadi ion F− dengan orbital p yang terisi penuh. Sebaliknya, atom metal memiliki satu atau lebih elektron yang terikat longgar yang berada di tingkat energi yang terletak di atas tingkat energi yang terisi penuh; misalnya Li dengan konfigurasi 1s2 2s1 mudah melepaskan satu elektron dan menjadi ion Li+ dengan orbital 1s terisi penuh. Li dan F membentuk ikatan ion menjadi LiF. Ikatan ion terbentuk oleh adanya gaya tarik elektrostatik antara ion positif dan ion negatif.  Ikatan ion adalah ikatan tak berarah. Setiap ion positif menarik semua ion negatif yang berada di sekelilingnya dan demikian pula sebaliknya. Jadi setiap ion akan dikelilingi oleh ion yang berlawanan sebanyak yang masih memungkinkanpembatasan jumlah ion yang mengelilingi ion lainnya terkait dengan faktor geometris dan terpeliharanya kenetralan listrik pada padatan yang terbentuk. Ikatan ini berasal dari gaya tarik elektrostatik antara ion yang bermuatan berlawnan [Kation (+) dan anion (-)]. (Hukum Coulomb)

Untuk sebagian besar unsur, proses pelepasan atau penambatan elektron adalah proses    endotermik (membutuhkan energi). Ini berarti bahwa bentuk ion adalah kurang stabil dibandingkan atom yang tak bermuatan.

Na ---> Na⁺  +  (-)  -  energi

½O₂ +  2 (-) ---> O^-2  -  energi

Senyawa yang memiliki derajat paling tinggi dalam ikatan ionik adalah yang terbentuk oleh reaksi antara unsur alkali dengan halogen.

Contoh:   Na  +  Cl ---> NaCl.

Keduanya memiliki perbedaan elektronegativitas yang besar, sehingga pasangan elektron yang membentuk ikatan lebih banyak tertarik oleh atom Cl.

Makin besar perbedaan elektro-negativitasnya makin besar pula karakter ioniknya. Namun ada kekecualian untuk F dan Cs, F memiliki elektro-negativitas paling kuat, sedang Cs memiliki elektro-negativitas paling lemah, sehingga ikatannya tidak sepenuhnya ionik. Bagaimana pun juga ikatan kovalen murni ada dalam molekul yang tersusun oleh molekul yang sama (H₂, Cl₂, C-C) atau molekul yang tersusun dari atom yg memiliki elektro-negativitas yang hampir sama, contoh: C-H.

 

       

Ikatan Kovalen

 Contoh yang paling sederhana untuk ikatan kovalen adalah ikatan

dua atom H membentuk molekul hidrogen, H2. Atom H pada ground state memiliki energi paling rendah. Namun karena elektron bermuatan negatif, maka jika ada atom H kedua yang mendekati, elektron di atom yang pertama dapat lebih dekat ke inti atom H kedua. Demikian pula halnya dengan elektron di atom H kedua dapat lebih dekat ke inti atom H pertama. Kejadian ini akan menurunkan total energi dari kedua atom dan terbentuklah molekul H2. Syarat yang diperlukan untuk terjadinya ikatan semacam ini adalah bahwa kedua elektron yang terlibat dalam terbentuknya ikatan tersebut memiliki spin yang berlawanan agar prinsip eksklusi Pauli dipenuhi.Energi total terendah dari dua atom H yang berikatan tersebut tercapai bila kedua elektron menempati orbital s dari kedua atom. Hal ini terjadi pada jarak tertentu,yang memberikan energi total minimum. Apabila kedua inti atom lebih mendekat lagi akan terjadi tolak-menolak antar intinya; dan jika saling menjauh energi total akan meningkat pula. Oleh karena itu ikatan ini stabil.

2.1. Ikatan dengan non logam

            Pada prinsipnya semua ikatan kimia berasal dari gaya tarik menarik inti (nucleus) yang bermuatan + terhadap e yang bermuatan negatif, Gaya tarik menarik ini ditentukan oleh Hukum Coulomb.

                                        F = 

               

                        F              : Gaya tarik menarik atau tolak menolak

                        Q1 dan Q2 : Muatan partikel 1 dan 2

                        r               : Jarak antara partikel 1 dan 2

                        k              : Konstante dielektrik

Bila Q1 dan Q2 bermuatan sama, maka keduanya akan tolak-menolak, sebaliknya bila Q1 dan Q2 bermuatan berlawanan akan terjadi tarik menarik.

Ikatan kovalen terbentuk, karena hampir semua unsur memiliki ruang kosong dan orbit luar berenergi rendah. Makin rendah energi suatu orbit, nakin tinggi stabilitas elektron yang ada di dalamnya. Semua unsur non-logam memiliki paling tidak 4 dari 8elektron yang mungkin berada pada orbit luar, kecuali: H, He, dan B.

        Perbedaan unsur non-logam dengan logam adalah tidak memiliki kelebihan ruang kosong yang berenergi rendah untuk penyebaran elektron yang akan disharing. Elektron yang dapat disharing dalam unsur non-logam tidak mengalami “delocalised” seperti pada ikatan metalik (ikatan logam). Jadi elektron ini tinggal terlokalisir dalam kedekatan antar 2 inti (ikatan kovalen).

Contoh: pembentukan H₂ dari 2 atom H. Pada molekul H₂ ada 3 gaya yang bekerja yaitu:

a). Gaya tolak-menolak antara 2 inti

b). Gaya tolak-menolak antara 2 elektron

c). Gaya tarik-menarik antara inti dari satu atom dengan elektron dari atom yang lainnya. Besarnya gaya c ini lebih besar dari jumlah gaya a dan b.

Ikatan kovalen pada H₂, 2 elektron disharing oleh 2 atom dan orbit dari 2 elektron itu juga disharing oleh 2 atom.Ikatan kovalen: gaya tarik-menarik bersih (net) yang terjadi ketika setiap atom memasok 1 elektron yang tidak berpasangan untuk dipasangkan dengan yang lain, dan ada satu ruang kosong untuk menerima elektron dari atom yang lain, sehingga 2 elektron ditarik oleh kedua inti atom tersebut.

2.2. Valensi atau kekuatan penggabungan

        Valensi suatu atom adalah jumlah ikatan kovalen yang dapat terbentuk. Contoh: valensi H = 1, He = 0, F = 1, O = 2, Li =1.

2.3. Ikatan non-logam dengan logam

        Pasangan elektron yang membentuk suatu ikatan antara atom logam dan non-logam terletak pada orbit yang overlap antara 2 atom tersebut. Karena atom non logam tidak mempunyai ruang kosong dengan energi rendah, maka elektron akan tersebar pada daerah orbit yang overlap.

        Atom dari unsur yang berbeda memiliki kemampuan yg berbeda dalam menarik pasangan elektron dalam suatu ikatan kovalen.

F, O, Cl    : kemampuan menariknya kuat

Na, K       : kemampuan menariknya lemah.

Elektro-negativitas: kemampuan relatif suatu unsur untuk memenuhi muatan listrik yang negatif.

·        Ikatan Metal

 Terbentuknya ikatan metal pada dasarnya mirip dengan ikatan kovalen yaitu menurunnya energi total pada waktu terbentuknya ikatan.Perbedaannya adalah bahwa ikatan metal terjadi pada sejumlah besar atom sedangkan ikatan kovalen hanya melibatkan sedikit atom bahkan hanya sepasang. Perbedaan yang lain adalah bahwa ikatan metal merupakan ikatan tak berarah sedangkan ikatan kovalen merupakan ikatan berarah. Kumpulan dari sejumlah besar atom yang membentuk ikatan ini menyebabkan terjadinya tumpang-tindih tingkattingkat

energi. Atom metal memiliki elektron valensi yang tidak begitu kuat terikat pada intinya.Oleh karena itu jarak rata-rata elektron valensi terhadap inti atom metal bebas bisa lebih besar dari jarak antar atom pada padatan metal. Hal ini berarti bahwa dalam padatan, elektron valensi selalu lebih dekat dengan salah satu inti atom lain dibandingkan dengan jarak antara elektron valensi dengan inti atom induknya dalam keadaan bebas. Hal ini menyebabkan energi potensial  dalam padatan menurun.Selain dari itu, energi kinetik elektron valensi juga menurun dalam padatan karena fungsi Ψ*Ψ lebih menyebar dalam ruang. Penurunan energi, baik energi potensial maupun energi kinetik, inilah yang menyebabkan terbentuknya ikatan metal. Karena setiap elektron valensi tidak terikat (tidak terkait) hanya antara dua inti atom (tidak seperti pada ikatan kovalen) maka ikatan metal merupakan ikatan tak berarah, dan elektron valensi bebas bergerak dalam padatan. Padatan metal sering digambarkan sebagai “gas elektron” yang mempertahankan ion-ion positif tetap terkumpul.Secara umum, makin sedikit elektron valensi yang dimiliki oleh satu atom dan makin longgar tarikan dari intinya, akan semakin mudah terjadi ikatan metal.Material dengan ikatan metal seperti tembaga, perak dan emas, memiliki konduktivitas listrik dan konduktivitas panas yang tinggi karena elektron valensi yang sangat mudah bergerak. Metal-metal ini tak tembus pandang karena “elektronbebas” ini menyerap energi photon. Mereka juga memiliki reflektivitas tinggi karena “elektron-bebas” melepaskan kembali energi yang diserapnya pada waktu mereka kembali pada tingkat energi yang lebih rendah.Makin banyak elektron valensi yang dimiliki atom dan makin erat terikat pada inti atom, ikatan atom cenderung menuju ikatan kovalen walaupun ikatan metal masih terjadi. Metal-metal transisi (yaitu atom-atom dengan orbital d yang tidak penuh terisi elektron seperti besi, nikel, tungten, dan titanium) memiliki karakter  ikatan kovalen yang melibatkan hibridisasi elektron pada orbital yang lebih dalam.

2.    Ikatan Sekunder

Ikatan sekunder merupakan ikatan yang lemah dibandingkan dengan ikatan primer.Ikatan sekunder terbentuk oleh adanya gaya tarik elektrostatik antar dipole.

·        Ikatan Hidrogen

 Ikatan hidrogen terbentuk oleh hidrogen antara dua atom atau grup atom yang sangat elektronegatif seperti oksigen, nitrogen, dan fluor. Atom

hidrogen menjadi ujung positif dari dipole, dan membentuk ikatan yang agak kuat (walaupun masih jauh dari ikatan primer) dengan ujung negatif dari dipole yang lain. Dipole adalah molekul di mana titik pusat muatan positif tidak berimpit dengan titik pusat muatan negatif. Ikatan hidrogen hanya terbentuk antara atom yang sangat elektronegatif, karena atom inilah yang dapat membentuk dipole yang kuat. Ikatan hidrogen merupakan ikatan berarah.

Molekul HF misalnya, ikatan kovalen yang terjadi antara atom F 1s2 2s2 2p5 dan atom H 1s1 menghasilkan dipole dengan atom F sebagai ujung yang bermuatan negatif dan atom H sebagai ujung yang bermuatan positif. Ujung positif dari molekul HF akan menarik ujung negatif molekul HF yang lain, dan terbentuklahikatan dipole antara kedua molekul.

Contoh lain adalah molekul H2O. Atom O 1s2 2s2 2p4 memiliki dua orbital p yang setengah terisi untuk berikatan kovalen dengan dua atom H. Karena elektron yang membentuk ikatan kovalen lebih sering berada di antara atom O dan H, maka atom O cenderung menjadi ujung negatif dari dipole sedangkan atom H menjadi ujung positif. Setiap ujung positif molekul H2O menarik ujung negatif dari molekul H2O yang lain, dan terbentuklah ikatan dipole antara molekul-molekul H2O.

·        Ikatan van der Waals

Selain ikatan hidrogen yang merupakan ikatan yang terbentuk antara dipole-dipole permanen dan merupakan ikatan berarah, terdapat ikatan antar dipole yang terjadi antara dipole-dipole yang tidak permanen dan disebut ikatan van der Waals. Ikatan ini merupakan ikatan tak berarah dan jauh lebih lemah dari ikatan hidrogen. Dipole tidak permanen terbentuk karena pada saat-saat tertentu ada lebih banyak elektron di satu sisi dari inti atom dibandingkan dengan sisi yang lain. Pada saat-saat itulah pusat muatan positif atom tidak berimpit dengan pusat muatan negatif dan pada saat-saat itulah terbentuk dipole. Jadi dipole ini adalah dipole yang fluktuatif. Pada saat-saat dipole terbentuk, terjadilah gaya tarik antar dipole.

Ikatan van der Waals terjadi antar molekul gas, yang menyebabkan gas menyimpang dari hukum gas ideal. Ikatan ini pulalah yang memungkinkan gas membeku pada temperatur yang sangat rendah. Walaupun ikatan sekunder lebih lemah dari ikatan primer, namun sering kali cukup kuat untuk menjadi penentu susunan akhir dari atom dalam padatan. Ikatan sekunder ini berperan penting terutama pada penentuan struktur dan beberapa sifat polimer.

Dari bermacam-macam ikatan dapat disimpulkan sbb:

a). Senyawa dengan ikatan kovalen yang dominan, elektron dari ikatan berada pada atom yang membuat ikatan. Diantara molekul yang berbeda ada ikatan yang lemah yang disebut “gaya van der Waals”. Hal yang sama terjadi untuk senyawa dengan “ikatan kovalen koordinat”. Molekul yang berbeda membentuk satuan-satuan yang terpisah. Dalam molekul ini jarak antar atom dalam molekul lebih kecil dari jarak antara atom dan molekul didekatnya.

b). Senyawa dengan ikatan metalik dan ionik yang dominan, ikatan itu dibuat oleh elektron-elektron yang disharing. Dalam logam gaya tarik berasal dari “delocalised electron”, sedang dalam senyawa ionik berasal dari gaya tarik menarik antara ion positif dan negatif. Dalam senyawa ini, partikel-partikel bermuatan diposisikan pada jarak yg sama satu dengan yang lainnya, sehingga tidak ada kemungkinan untuk membedakan atau memisahkan molekul yang utuh (discrete). Dalam logam, setiap atom biasanya diposisikan pada jarak yang sama dari 6, 8 atau 12 atom yang lainnya yang menunjukkan bahwa ikatan dengan seluruh atom-atom yang berbeda ini memiliki kekuatan yang sama.