Ikatan kimia dan bentuk molekul

  1  . Identitas :

• Nama Guru       : Desi Amalia, S. Pd, Gr.
• Mata Pelajaran  : Kimia
• Kelas                 : XI A2,3,5
• Pertemuan         : Minggu ke 12

2. Materi  : Ikatan Kimia

3. Capaian Pembelajaran  :  Pada akhir fase F, Peserta didik memiliki kemampuan untuk memahami perhitungan kimia, sifat, struktur dan interaksi partikel dalam membentuk berbagai senyawa termasuk pengolahan dan penerapannya dalam keseharian; memahami konsep laju reaksi dan kesetimbangan reaksi kimia; memahami konsep larutan dalam keseharian; memahami konsep termokimia dan elektrokimia; memahami kimia organik termasuk penerapannya dalam keseharian. Konsep-konsep tersebut memungkinkan peserta didik untuk menerapkan dan mengembangkan keterampilan inkuiri sains mereka.

4. Tujuan Pembelajaran  : 

Tujuan yang ingin dicapai dari pembelajaran ini adalah, 

Peserta didik mampu:   Menjelaskan terbentuknya ikatan ion, ikatan kovalen, dan ikatan logam Membuat dan mengevaluasi struktur Lewis untuk senyawa sederhana. Menjelaskan konsep ikatan koordinasi.

5. Metode Pembelajaran  : Diskusi dan kooperatif,ceramah

6. Pengembangan Materi  : 

     Materi : 

IKATAN KIMIA

 

Perhatikan dua contoh senyawa berikut. “ C₁₈H₂₄O₆ dan C₁₉H₂₈O₆ “ “Apa yang membedakan kedua senyawa itu?” Tentunya Jumlah atom C dan atom H. Kedua senyawa tersebut adalah dua senyawa yang berbeda.

Gambar 1. Struktur hormon estrogen pada wanita (Sumber: belajaraktif.com)

 

Yang pertama adalah estrogen yaitu hormon yang bertanggung jawab atas sifat kewanitaan. Sedangkan yang kedua adalah testosteron yaitu hormon yang bertanggung jawab atas sifat kelaki-lakian. Hal yang menarik di sini adalah adanya interaksi antara C, H, O yang sedikit beda jumlah atom bisa menyebabkan perbedaan jenis kelamin. Mirip, tapi sama sekali berbeda, bukan? Bayangkan! ikatan kimia antar 118 atom unsur dalam SPU bisa menghasilkan berapa milyar senyawa yang berbeda? Mengapa mereka saling berinteraksi? Bagaimana mereka saling berinteraksi? Yuk ikutin pembahasan ikatan kimia pada modul ini, semangat …!

 

1. Kestabilan unsur-unsur

Unsur-unsur dialam umumnya tidak stabil sehingga ditemukan dalam bentuk senyawanya. Atom-atom unsur tersebut saling berikatan membentuk molekul unsur atau molekul senyawa, untuk mencapai keadaan yang lebih stabil. Gas mulia merupakan unsur golongan VIII A dan bersifat inert. Hal ini karena gas mulia sulit bereaksi dengan atom unsur lainnya. Di alam, gas mulia berada sebagai atom tunggal. Atom-atom gas mulia bersifat stabil karena kulit terluarnya terisi penuh oleh elektron. Perhatikan Tabel 1 konfigurasi elektron gas mulia.

 

Tabel 1. Konfigurasi elektron beberapa unsur gas mulia

G.N. Lewis (Amerika) dan W. Kossel (Jerman) menjelaskan bahwa kestabilan suatu atom unsur dalam ikatan kimianya, terkait dengan upaya atom unsur tersebut untuk memiliki konfigurasi elektron seperti gas mulia terdekat.

- Dikemukakan bahwa jumlah elektron pada kulit terluar dari dua atom yang berikatan akan berubah sedemikian rupa sehingga konfigurasi elektron kedua atom tadi sama dengan konfigurasi elektron gas mulia yaitu mempunyai 8 elektron pada kulit terluarnya. Pernyataan ini disebut aturan oktet

- Unsur-unsur dengan nomor atom kecil seperti H dan Li, stabil dengan 2 elektron valensi seperti He, disebut aturan duplet

 

Aturan duplet : konfigurasi elektron stabil dengan 2 elektron pada kulit terluar.

Aturan oktet : konfigurasi elektron stabil dengan 8 elektron pada kulit terluar

 

Suatu atom dapat mencapai kestabilan konfigurasi elektron gas mulia dengan cara melepaskan elektron, menangkap elektron, atau berbagi elektron.

Contoh:

-        Unsur natrium, ₁₁Na : 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹ , mempunyai elektron valensi satu, sesuai kaidah oktet unsur ini akan stabil dengan cara melepaskan 1e tersebut membentuk ion Na⁺

Na → Na⁺ + e

1s² 2s² 2p⁶ ( sama dengan konfigurasi elektron ₁₀Ne )

-        Unsur ₁₃Al : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹ , mempunyai elektron valensi tiga, sesuai kaidah oktet unsur ini akan stabil dengan cara melepaskan 3e tersebut membentuk ion Al³⁺ .

Al → Al³⁺ + 3e

1s² 2s² 2p⁶ ( sama dengan konfigurasi elektron ₁₀Ne )

-        Unsur ₈O : 1s² 2s² 2p⁴ , mempunyai elektron valensi 6, sesuai kaidah oktet unsur ini akan stabil dengan cara menyerap 2e membentuk ion O^2-

O + 2e → O^2–

1s² 2s² 2p⁶ ( sama dengan konfigurasi elektron ₁₀Ne )

-        Unsur ₁₇Cl : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ , mempunyai elektron valensi 7, sesuai kaidah oktet unsur ini akan stabil dengan cara menyerap 1 elektron membentuk ion Cl^– 

Cl + e → Cl^–

1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ ( sama dengan konfigurasi elektron ₁₈Ar )

 

Jadi unsur logam akan melepaskan elektron valensinya membentuk ion positif (+), sedangkan unsur nonlogam akan menangkap elektron membentuk ion negatif (-)

Pada saat atom-atom membentuk ikatan, hanya elektron-elektron pada kulit terluar yang berperan yaitu elektron valensi. Elektron valensi dapat digambarkan dengan struktur Lewis yaitu lambang kimia suatu atom atau ion yang dikelilingi oleh titik-titik elektron valensi. Coba cermati tabel berikut :

 

Tabel 2. Struktur Lewis unsur-unsur golongan utama (Sumber : Setiyana, 2015)

 

Contoh soal

Gambarkan simbol Lewis untuk atom ₁₇Cl, ₈O dan ₁₁Na !

 

Jawab

Unsur	Konfigurasi elektron	Elektron valensi	Rumus lewis
17Cl	1s2 2s2 2p6 3s2 3p5	7
8O	1s2 2s2 2p4	6
11Na	1s2 2s2 2p6 3s1	1

 

2. Pembentukan ikatan ion

Ikatan ion atau elektrovalen umumnya terbentuk antara atom logam dan non logam. Hal ini terjadi karena atom unsur logam cenderung melepas elektron membentuk ion positif (+) dan atom unsur non logam cenderung menangkap elektron sehingga membentuk ion negatif (-).  Ikatan antara ion positif dengan ion negatif melalui gaya elektrostatis disebut ikatan ion.  Perhatikan gambar berikut:

 

Gambar 1.  Unsur-unsur pembentuk anion dan kation (Sumber :  Masterton, Hurley, 2010)

 

Contohnya a. Senyawa garam dapur, NaCl , terbentuk dari ikatan ion antara  atom Na dengan atom Cl.

- ₁₁Na  :  1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

Na   →   Na⁺   +  e

- ₁₇Cl   :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Cl  +  e    →   Cl^-

-  Ikatan ion

Na⁺  +  Cl^-  →  NaCl

 

Ilustrasi pembentukan ikatan ion

b. Senyawa garam dapur, NaCl , terbentuk dari ikatan ion antara  atom Na dengan atom Cl.

- ₂₀Ca  :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s²

Ca   →   Ca²⁺   +  2e

- ₁₇Cl   :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

Cl  +  e    →   Cl^-

- Ikatan ion

Ca²⁺  +  2Cl^-  →  CaCl₂

 

Ilustrasi pembentukan ikatan ion

3. Sifat fisis senyawa ion

Sifat fisis senyawa ion ditentukan oleh gaya elektrostatis yang kuat antara ion positif dan negatif senyawa tersebut. Dalam fase padat, membentuk struktur kristal.  Contoh Susunan ion-ion Na⁺ dan Cl^- yang membentuk struktur kristal NaCl.

Setiap ion Na⁺ dikelilingi oleh 6 ion Cl^- dan setiap ion Cl^- dikelilingi oleh 6 ion Na⁺.

Gambar 2. Ilustrasi struktur kristal NaCl (Sumber : Setiyana, 2015)

 

Beberapa sifat fisis senyawa ion lainnya adalah :

a. Bersifat keras tetapi rapuh

Jika  senyawa ion dikenakan suatu energi, misalnya dipukul menggunakan palu, lapisan yang terkena pukulan akan bergeser. Ion-ion yang muatannya sama akan saling menolak. Tolak-menolak antar ion inilah yang menyebabkan kekuatan ikatan ion akan berkurang sehingga senyawa ion bersifat mudah rapuh. Perhatikan ilustrasi berikut:

Gambar 2. Ilustrasi sifat rapuh senyawa ion (Sumber : Setiyana, 2015)

 

b. Mempunyai titik leleh dan titik didih yang tinggi.

Ikatan ion  antara kation dan anion sangat kuat. Untuk memutuskan ikatan ion diperlukan energi yang cukup besar. inilah penyebab senyawa ion mempunyai titik didih dan titik leleh yang cukup tinggi. Contohnya : NaCl mempunyai titik leleh 801 oC dan titik didih 1.465 oC.

c. Larut  dalam pelarut air, tetapi umumnya tidak larut dalam pelarut organik.

d. Bersifat konduktor listrik

Tidak menghantarkan listrik pada fase padat, tetapi menghantarkan listrik dalam fase cair (lelehannya) atau jika larut dalam air.

 

1. Pembentukan ikatan kovalen

Ikatan kovalen terbentuk akibat kecenderungan atom-atom untuk menggunakan elektron bersama (share elektron) agar memiliki konfigurasi elektron seperti gas mulia terdekat.  Atom-atom yang berikatan kovalen umumnya adalah antara atom-atom non logam.

Penggunaan pasangan elektron dalam ikatan kovalen dapat digambarkan dengan struktur Lewis. Struktur Lewis menggambarkan jenis atom-atom dalam molekul dan bagaimana atom-atom tersebut terikat satu sama lain.

 

a. Ikatan kovalen tunggal

Ikatan kovalen tunggal adalah ikatan kovalen yang melibatkan penggunaan 1 pasangan elektron (2 elektron) oleh dua atom yang saling berikatan. Contohnya pembentukan senyawa HCl dan CH₄

-        Pembentukan HCl Konfigurasi elektron ₁H  :  1s¹  sehingga elektron valensinya = 1. Untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah duplet) diperlukan 1 elektron . Konfiguarsi elektron  ₁₇Cl  :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵ sehingga CI mempunyai elektron valensi = 7. Untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 1 elektron, maka struktur Lewis pembentukan HCl

 

-        Pembentukan CH₄

Konfigurasi elektron ₁H  :  1s¹  sehingga elektron valensinya = 1. Untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah duplet) diperlukan 1 elektron.  ₆C  :  1s² 2s² 2p²  sehingga elektron valensinya = 4. Untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 4 elektron, maka struktur Lewis pembentukan CH₄

 

b. Ikatan kovalen rangkap dua dan rangkap tiga

Ikatan kovalen rangkap dua adalah ikatan kovalen yang melibatkan penggunaan bersama 2  pasangan elektron (4 elektron) oleh dua atom yang saling berikatan, jika pasangan elektron yang digunakan bersama sebanyak 3 pasang disebut ikatan kovalen rangkap tiga. Contoh:

- Pembentukan O₂

Konfigurasi elektron ₁₆O  :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴  sehingga elektron valensinya = 6,  untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 2 elektron, maka struktur Lewis pembentukan O₂

- Pembentukan N₂

Konfigurasi elektron ₇N  :  1s² 2s² 2p³  sehingga elektron valensinya = 5, untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 3 elektron ., maka struktur Lewis pembentukan N₂

 

Contoh soal

Jelaskan pembentukan senyawa Cl₂ dan CO₂ menggunakan  struktur lewis!

 

Jawab

1) Pembentukan  senyawa Cl₂

Konfigurasi elektron ₁₇Cl  :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵  sehingga elektron valensinya = 7,  untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 1 elektron, maka struktur Lewis pembentukan Cl₂

2) Pembentukan CO₂

Konfigurasi elektron ₁₆O  :  1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴  sehingga elektron valensi-nya = 6,  untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 2 elektron. Konfigurasi elektron  ₆C  :  1s² 2s² 2p²  sehingga elektron valensinya = 4. Untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil (sesuai kaidah oktet) diperlukan 4 elektron, maka struktur Lewis pembentukan CO₂

2. Ikatan kovalen koordinasi

Ikatan kovalen koordinasi adalah Ikatan kovalen yang pasangan elektron yang digunakan untuk berikatan  hanya berasal dari salah satu atom. Coba perhatikan contoh pembentukan ikatan kovalen koordinasi pada ion H₃O⁺  berikut :

- Reaksi  :  H₂O + H⁺ →  H₃O⁺

- Struktur Lewis  :

(Tanda panah, →  , menunjukkan pasangan elektron ikatan kovalen koordinat berasal dari atom oksigen) - Keterangan: Ion hidronium, H₃O⁺ dibentuk dari molekul H₂O yang mengikat ion H⁺ . Pada molekul H2O, atom oksigen mempunyai dua pasang elektron bebas sedangkan ion H⁺  tidak mempunyai elektron.  Ikatan kovalen koordinasi terbentuk oleh salah satu pasangan elektron bebas dari oksigen dengan ion H⁺.

 

Ikatan kovalen koordinat terbentuk jika pasangan elektron yang digunakan bersama berasal dari salah satu atom

 

Contoh soal:

Jelaskan bagaimana pembentukan ikatan kovalen koordinasi pada ion  NH₄⁺.

Jawab

Reaksi :  NH₃ + H⁺ →  NH₄⁺

Ion NH₄⁺  dibentuk dari molekul NH₃ yang mengikat  ion H+. Pada molekul NH₃ atom nitrogen mempunyai sepasang elektron bebas yang digunakan untuk mengikat ion H+  sehingga terbentuk ikatan kovalen koordinasi.

Struktur Lewis  :

(Tanda panah, →  , menunjukkan pasangan elektron ikatan kovalen koordinat berasal dari atom nitrogen)

 

3. Sifat-sifat fisis ikatan kovalen

a.       Senyawa kovalen ada yang membentuk struktur molekul sederhana misalnya CH₄ dan H₂O, ada juga yang membentuk struktur molekul raksasa seperti SiO₂.

Selain itu ada atom-atom yang membentuk struktur kovalen raksasa contohnya karbon dalam intan.

b.       Titik didih senyawa kovalen bervariasi, ada yang rendah dan sangat tinggi.

Tabel 3. Titik didih beberapa senyawa kovalen (Sumber : Visual encyclopedia)

c.       Metana memiliki fase gas, pada setiap molekulnya terdapat ikatan kovalen yang relatif kuat. Di antara molekul-molekul CH4 terdapat gaya antarmolekul yang lemah. Pada saat dipanaskan, masing-masing molekul CH4 mudah berpisah, sehingga titik didih metana rendah. d. Pada intan, atom C dengan C lainnya berikatan kovalen sangat kuat, membentuk struktur raksasa sehingga titik didihnya tinggi.  Senyawa dengan struktur molekul raksasa tidak larut dalam air dan tidak menghantarkan listrik kecuali grafit yaitu karbon pada batu baterai dan isi pensil

 

4. Ikatan logam

Pernahkan kalian bertanya mengapa kawat tembaga dapat digunakan sebagai penghantar listrik dalam kabel? Atau emas, perak dapat digunakan untuk perhiasan dalam bentuk yang indah? Benarkah semua itu berkaitan dengan sifat ikatan logam? Yuk simak penjelasan berikut:

Atom logam mempunyai keelektronegatifan rendah, artinya mereka cenderung mudah melepaskan elektron terluarnya. Jika atom logam melepaskan elektron maka terbentuk kation atau ion positif. Elektron-elektron dari atom logam ditemukan di dalam kisi-kisi logam dan bebas bergerak diantara semua kation, membentuk lautan elektron. Gaya elektrostatik antar muatan (+) logam dan muatan (–) dari elektron akan menggabungkan kisi-kisi logam tersebut.

Tarik-menarik dari kation di dalam lautan elektron yang bertindak sebagai perekat dan menggabungkan kation-kation disebut ikatan logam.

Gambar 4. Ilustrasi ikatan logam

 

Beberapa sifat  fisis logam antara lain:

-        Penghantar listrik dan panas yang baik Elektron yang bebas bergerak pada lautan elektron menyebabkan logam dapat menghantarkan listrik, sehingga logam banyak digunakan sebagai penghantar listrik dalam kabel.

-        Mempunyai titik leleh dan titik didih yang tinggi Atom logam dengan atom logam tersusun rapat membentuk struktur raksasa sehingga logam mempunyai titik leleh dan kekerasan yang tinggi. Dengan demikian logam banyak digunakan sebagai penghantar panas.

-        Bersifat keras namun tidak mudah patah Hal ini menyebabkan logam mudah dibentuk dengan ditempa dan digunakan untuk perhiasan atau pajangan dengan bentuk yang indah