MOLEKUL STRUKTUR ATOM DAN MOLEKUL L AT PENDEKATAN

MOLEKUL STRUKTUR ATOM DAN MOLEKUL L. AT

PENDEKATAN BORN-OPPENHEIMER • Persamaan Schrodinger hanya eksak untuk atom hidrogen saja. Untuk molekul tidak bisa diterapkan. • Agar molekul bisa dianalisis maka digunakan pendekatan Born-Oppenheimer (B-Opp) • Molekul yang paling sederhana : dua inti dan satu elektron. Untuk sistem ini, B-Opp menyarankan agar inti – karenan sangat berat – dianggap diam terhadap gerakan elektron. • Jadi, dua inti dianggap punya jarak R yang tetap dan persamaan Schrodinger hanya diterapkan pada elektron (atau elektron-2) saja.

• Dengan menyelesaikan pers Sch pada jarak R tertentu, akan didapat harga energi sistem. Lalu, Rnya diubah dan pers Sch diselesaikan lagi, didapat energi lagi, dst. Hingga diperoleh kurva energi potensial. • Bahas Gambar 14. 1. Disebut kurva energi potensial karena energi kinetik inti-nya adalah nol. • Dari kurva didapat panjang ikatan setimbang dan energi disosiasi ikatan. • Dibawah ini nanti akan dijelaskan Teori Ikatan Valensi

Molekul Hidrogen (H 2) FUNGSI GELOMBANG SPASIAL •

• Pembentukan ikatan dalam H 2 terjadi karena kemungkinan besar elektron-2 terletak diantara kedua inti H. • Bahas Gambar 14. 2 • Distribusi elektron yang diungkapkan oleh pers 2 adalah jenis ikatan σ. Bentuknya adalah silindris bila dilihat dari sumbu yang menghubungkan kedua inti. • Bahas Gambar 14. 3

PERAN SPIN ELEKTRON • Keadaan dengan energi yang lebih rendah (dan karenanya akan terbentuk ikatan) hanya dapat dicapai jika spin elektron yang terlibat dalam molekul H 2 adalah berpasangan. • Lihat Justification 14. 2 : • Fungsi gel ikatan valensi total kedua elektron adalah Ψ (1, 2) = {A(1)B(2) + A(2)B(1)} σ (1, 2) σ adalah komponen spin dari fungsi gelombang • Jika tanda (1) dan (2) disaling-pindahkan, maka ψ (2, 1) = {A(2)B(1) + A(1)B(2)} σ (2, 1) = {A(1)B(2) + A(2)B(1)} σ (2, 1)

Molekul diatomik homonuklir • Fitur terpenting dari teori ikatan valensi adalah memasangkan elektron-2 dan mengakumulasi kerapatan elektron-2 pada daerah antar-inti sehingga dapat terbentuk ikatan. • Lihat molekul N 2. Konfigurasi elektron valensi-nya adalah : 2 s 22 px 12 py 12 pz 1 • Bahas Gambar 14. 4. • Fungsi gelombang ikatan σ adalah ψ = A(1)B(2) + A(2)B(1) dengan A dan B (sekarang) adalah kedua orbital 2 pz.

• Elektron-2 pada orbital 2 py dan 2 px dari masing-2 inti N saling menggabung tidak secara diametralsilindrikal tetapi secara berdampingan sehingga membentuk dua ikatan π. • Jadi ada 1 ikatan σ dan 2 ikatan π sehingga hasil akhirnya adalah N≡N dan ini sesuai struktur Lewis. • Kalau mau bahas Gambar 14. 6

Molekul-2 polyatomik • Lihat molekul H 2 O. • Konfigurasi elektron valensi O adalah 2 s 22 px 22 py 12 pz 1. • Kedua elektron tidak berpasangan pada 2 p masing-2 dapat berpasangan dengan satu elektron dari orbital 1 s dari kedua atom H. Masing-2 pasangan tsb membentuk sebuah ikatan σ (kenapa ? ) • Oleh karena orbital 2 py dan 2 pz telah membentuk sudut 900, maka kedua ikatan σ juga membentuk sudut 900. Bahas Gambar 14. 7 • Scr eksperimental sudutnya tidak tegak lurus.

• Terangkan bentuk ruang NH 3 dengan teori ikatan valensi !

Promosi • Lihat konfigurasi atom C : 2 s 22 px 12 py 1. Menurut teori ikatan valensi, maka harusnya C hanya dapat berikatan dengan 2 ‘tangan’ dengan atom lain. Tapi nyatanya C dapat berikatan dengan 4 atom yg lain. • Maka diusulkan adanya proses promosi yang sesungguhnya tidak riil, yakni eksitasi elektron-2 ke keadaan orbital yang lebih tinggi. • Untuk C, setelah promosi, konfigurasinya menjadi : 2 s 12 px 12 py 12 pz 1. Keempat elektron ini dapat berpasangan dgn 4 elektron yang berasal dari 4 atom yg lain ; spt pada CH 4. Terjadi 4 ikatan σ baru.

Hibridisasi • Penjelasan dgn promosi kurang memuaskan karena 4 ikatan σ itu terdiri dari 2 jenis. Apa saja ? • Maka dimunculkan konsep orbital hibrid, yang terbentuk dari kesaling-penggangguan-nya 4 orbital asli milik C : 2 s dan 2 px , 2 py , 2 pz. • Kombinasi linier hasil ke-saling-penggangguan tsb menghasilkan 4 orbital hibrida : h 1 = s + p x + py + pz h 2 = s - px - py + p z h 3 = s - px + p y - p z h 4 = s + p x - py - pz • Krn ke 4 orbitalnya ekivalen, sudutnya jadi 109, 47 0 3

• Lihat molekul etena, H 2 C═CH 2. • Konfigurasi atom C dipromosi jadi 2 s 12 p 3. Beda dengan CH 4, orbital hibrid yang terjadi adalah antara 1 orbital s dgn 2 orbital p (kenapa ? ) sehingga : h 1 = s + 21/2 py h 2 = s + (3/2)1/2 px – (1/2)1/2 py h 3 = s – (3/2)1/2 px – (1/2)1/2 py • Bahas Gambar 14. 11. Ingat, ini untuk setiap atom C. • Orbital pz (p yang ketiga) tidak ikut dalam hibridisasi dan terletak tegak lurus bidang planar yang lain

• Pembentukan ikatan : - Ke-6 orbital hibrid dari ke-2 atom C saling membentuk 3 ikatan σ (2 dgn 1 s dari H dan 1 dgn atom C yang lain). - Orbital pz dari ke-2 atom C saling berikatan membentuk ikatan π • Bahas Gambar 14. 12 • Untuk molekul etuna HC ≡ CH, atom-atom C nya terhibridisasi sp. • Bahas Gambar 14. 13.

TEORI ORBITAL MOLEKUL • Teori ini lebih bisa diterima • Elektron tidak dianggap milik salah satu atom tetapi dianggap dapat ‘berada’ di semua lokasi di seluruh molekul, elektron adalah milik bersama molekul • Pembahasan dimulai dari molekul yang paling sederhana : H 2+ (dua inti H dengan satu elektron), lalu berkembang ke molekul-2 yang lebih kompleks.

MOLEKUL TER-SEDERHANA : H 2+ •

Kombinasi Linier Atom-atom Orbital •

Orbital Ikatan (dari ψ+) •

• Orbital σ yang menjadi ‘wadah’ tempat elektron ini adalah satu contoh Orbital Ikatan. Akan terjadi ikatan bila ia ditempati oleh elektron (elektron σ) • Dalam hal H 2+, adalah satu elektron saja sehingga konfigurasi molekulnya ditulis sebagai 1σ1. • Perubahan energi orbital 1σ terhadap jarak antar atom, R, mengikuti Gambar 14. 17.

Orbital Anti Ikatan (dari ψ-) •

STRUKTUR MOLEKUL DIATOMIK Prosedur Umum Untuk Penyusunan Letak Elektron Dalam Orbital-orbital Molekul : • Susun orbital molekul dari orbital-2 atom yang ada (dari N orbital atom didapat N orbital molekul) • Susun semua elektron milik kedua atom pada orbital 2 molekul untuk mencapai energi total terendah • Sesuai prinsip Pauli : maks 2 per-orbital, dan berpasangan • Bila ada orbital yang terdegenerasi, isi dulu semua orbital satu-satu sebelum mengisi dobel

Molekul Hidrogen dan Helium • Molekul H 2 membentuk diagram tingkat energi orbital molekul seperti Gambar 14. 23. Satu elektron dari H 1 s dan satu elektron dari H 1 s yang lain membentuk orbital molekul 1σ dan 2σ*. Hanya terisi satu orbital. • Molekul Helium membentuk orbital molekul yang sama, 1σ dan 2σ*. Karena elektron totalnya 4, semua orbitalnya terisi. Konfigurasinya adalah 1σ2σ*. Bahas Gambar 14. 24. • ‘Oleh karena suatu anti-ikatan adalah sedikit lebih anti ikatan dari pada suatu ikatan yang ikatan, maka molekul He 2 punya energi yg lebih tinggi dari pada energi atom 2 nya yang terpisah, shg He 2 tidak stabil.

Orde Ikatan • Orde ikatan, b, adalah ukuran kekuatan ikatan dalam molekul diatomik : b = ½ (n-n*) n dan n* : jumlah elektron di ikatan dan anti ikatan • Untuk H 2, b = 1 sehingga ada ikatan tunggal, H–H Untuk He 2, b = 0 sehingga tidak ada ikatan Harga b untuk N 2, HCl dan CH : 3, 1 dan 1. Dll. • Kekuatan ikatan diukur dengan energi disosiasi ikatan, De (energi untuk memisahkan dua atom dalam molekul diatomik)

Molekul Diatomik Periode 2 •

• Karena atom A dan atom B adalah identik, homonuclear kan, maka energi kedua orbital 2 s-nya akan sama. Demikian juga dengan energi kedua orbital 2 pz-nya. • Kedua orbital 2 s akan overlap dan membentuk orbital ikatan dan orbital anti-ikatan, yakni 1σ dan 2σ*. Kedua orbital 2 pz akan overlap langsung dengan sangat kuat Kenapa ? membentuk orbital ikatan dan anti-ikatan, yakni 3σ dan 4σ*. • Bahas Gambar 14. 29.

Orbital π • Sekarang, apa yang dialami oleh orbital atom 2 px dan 2 py ? • Orbital-2 ini terletak tegak lurus dari sumbu antar atom sehingga dapat melakukan overlap dengan cara berdampingan ; yang dapat konstruktif atau destruktif. • 2 orbital atom px akan memberikan orbital molekul πx ikatan dan πx anti-ikatan. Demikian juga halnya dengan 2 orbital atom py, membentuk πy dan πy*. • Bahas Gambar 14. 29 (dgn π). Yg ini khusus untuk O 2 dan F 2.

• Oleh karena sesungguhnya 4 orbital atom (2 s dan 2 p) secara bersamaan menghasilkan 4 orbital molekul, dan energi tiap atom dapat berbeda besarnya, maka tiap molekul dapat memiliki tingkat-2 energi yang berbeda. • Bahas Gambar 14. 30 • Bahas Gambar 14. 31 (untuk N 2)

Struktur konfigurasi molekul diatomik • Berdasar Gambar 14. 29, konfigurasi molekul O 2 adalah 1σ22σ23σ21π42π*2 dengan orde ikatan 2. • 2 elektron terakhir masing-2 mengisi 2πx*1 dan 2πy*1 sehingga spin-nya adalah paralel. Kenapa ? Selanjutnya, dapat dikatakan bahwa O 2 bersifat paramagnetik. • Prediksi terhadap sifat paramagnetik ini tidak dapat dilakukan oleh teori Ikatan Valensi. • Bagaimana dengan F 2 ? Bgmn dengan N 2 dan Ne 2 ? • Harga b rendah berarti Denya juga rendah.