IKATAN KIMIA: KARAKTERISTIK, CARA PEMBENTUKANNYA, JENIS - KIMIA - 2025

The ikatan kimia adalah gaya yang berhasil menyatukan atom yang membentuk materi. Setiap jenis materi memiliki karakteristik ikatan kimia, yang terdiri dari partisipasi satu atau lebih elektron. Jadi, gaya yang mengikat atom dalam gas berbeda, misalnya dari logam.

Semua unsur dalam tabel periodik (kecuali helium dan gas mulia ringan) dapat membentuk ikatan kimia satu sama lain. Namun, sifat ini dimodifikasi tergantung dari unsur mana elektron yang membentuknya berasal. Parameter penting untuk menjelaskan jenis ikatan adalah elektronegativitas.

Sumber: Oleh Ymwang42 (bicara) .Ymwang42 di en.wikipedia, dari Wikimedia Commons

Perbedaan elektronegativitas (ΔE) antara dua atom tidak hanya menentukan jenis ikatan kimianya, tetapi juga sifat fisikokimia senyawa tersebut. Garam dicirikan dengan memiliki ikatan ionik (ΔE tinggi), dan banyak senyawa organik, seperti vitamin B ₁₂ (gambar atas), memiliki ikatan kovalen (ΔE rendah).

Dalam struktur molekul yang lebih tinggi, setiap garis mewakili ikatan kovalen. Irisan tersebut menunjukkan bahwa tautan muncul dari bidang (menuju pembaca), dan yang digarisbawahi di belakang bidang (menjauh dari pembaca). Perhatikan bahwa ada ikatan rangkap (=) dan atom kobalt berkoordinasi dengan lima atom nitrogen dan rantai samping R.

Tetapi mengapa ikatan kimia seperti itu terbentuk? Jawabannya terletak pada stabilitas energi dari atom dan elektron yang berpartisipasi. Stabilitas ini harus menyeimbangkan tolakan elektrostatis yang dialami antara awan elektron dan inti, dan tarikan yang diberikan oleh inti pada elektron dari atom tetangga.

Definisi ikatan kimia

Banyak penulis telah memberikan definisi tentang ikatan kimia. Di antara semuanya, yang paling penting adalah pendapat fisikokimiawan GN Lewis, yang mendefinisikan ikatan kimia sebagai partisipasi sepasang elektron di antara dua atom. Jika atom A · dan · B dapat menyumbangkan satu elektron, maka ikatan tunggal A: B atau A - B akan terbentuk di antara keduanya.

Sebelum pembentukan ikatan, baik A dan B dipisahkan oleh jarak yang tidak terbatas, tetapi ketika keduanya terikat sekarang ada gaya yang menahan keduanya dalam senyawa diatomik AB dan jarak (atau panjang) ikatan.

karakteristik

Sumber: Gabriel Bolívar

Apa karakteristik gaya yang mengikat atom ini? Ini lebih bergantung pada jenis hubungan antara A dan B daripada pada struktur elektroniknya. Misalnya, link A - B adalah directional. Apa artinya? Bahwa gaya yang diberikan oleh penyatuan pasangan elektron dapat direpresentasikan pada sumbu (seolah-olah itu adalah silinder).

Juga, ikatan ini membutuhkan energi untuk putus. Jumlah energi ini dapat dinyatakan dalam satuan kJ / mol atau cal / mol. Setelah energi yang cukup diberikan ke senyawa AB (dengan panas, misalnya), ia akan berdisosiasi menjadi atom A · dan · B yang asli.

Semakin stabil ikatannya, semakin banyak energi yang dibutuhkan untuk memisahkan atom yang terikat.

Sebaliknya, jika ikatan dalam senyawa AB bersifat ionik, A ⁺ B ^- , maka ikatan tersebut merupakan gaya non-arah. Mengapa? Karena A ⁺ memberikan gaya tarik pada B ^- (dan sebaliknya) yang lebih bergantung pada jarak yang memisahkan kedua ion di ruang daripada pada lokasi relatifnya.

Bidang ini daya tarik dan tolakan menyatukan ion lain untuk membentuk apa yang dikenal sebagai kisi kristal (gambar atas: A ⁺ kation kebohongan dikelilingi oleh empat B ^- anion , dan ini dikelilingi oleh empat A ⁺ kation, dan sebagainya).

Bagaimana ikatan kimia terbentuk?

Senyawa homonuklir AA

Sumber: Gabriel Bolívar

Agar sepasang elektron membentuk ikatan, ada banyak hal yang harus diperhatikan terlebih dahulu. Inti atom, katakanlah A, memiliki proton dan karenanya positif. Ketika dua atom A sangat berjauhan, yaitu pada jarak antar inti yang besar (gambar atas), mereka tidak mengalami tarikan apapun.

Saat dua atom A mendekati intinya, mereka menarik awan elektron dari atom tetangga (lingkaran ungu). Ini adalah gaya tarik-menarik (A pada lingkaran ungu tetangga). Namun, dua inti A saling tolak menolak karena keduanya positif, dan gaya ini meningkatkan energi potensial ikatan (sumbu vertikal).

Ada jarak antar inti di mana energi potensial mencapai minimum; yaitu, gaya tarik dan tolak (dua atom A di bagian bawah gambar) seimbang.

Jika jarak ini berkurang setelah titik ini, ikatan tersebut akan menyebabkan dua inti saling tolak dengan sangat kuat, membuat senyawa AA tidak stabil.

Jadi agar ikatan terbentuk harus ada jarak antar inti yang memadai secara energetik; dan selanjutnya, orbital atom harus tumpang tindih dengan benar agar elektron dapat berikatan.

Senyawa heteronuklir AB

Bagaimana jika alih-alih dua atom A, salah satu A dan yang lainnya B bergabung? Dalam kasus ini, grafik atas akan berubah karena salah satu atom akan memiliki lebih banyak proton daripada yang lain, dan awan elektron akan memiliki ukuran yang berbeda.

Karena ikatan A - B terbentuk pada jarak antar inti yang sesuai, pasangan elektron akan ditemukan terutama di sekitar atom yang paling elektronegatif. Ini adalah kasus pada semua senyawa kimia heteronuklir, yang merupakan sebagian besar dari senyawa yang diketahui (dan akan diketahui).

Meskipun tidak disebutkan secara mendalam, ada banyak variabel yang secara langsung mempengaruhi bagaimana pendekatan atom dan ikatan kimia terbentuk; beberapa termodinamika (apakah reaksinya spontan?), elektronik (seberapa penuh atau kosong orbital atom) dan lainnya kinetik.

Jenis ikatan kimia

Tautan memiliki serangkaian karakteristik yang membedakannya satu sama lain. Beberapa di antaranya dapat dibingkai dalam tiga klasifikasi utama: kovalen, ionik, atau logam.

Meskipun ada senyawa yang ikatannya termasuk dalam satu jenis, banyak senyawa yang sebenarnya terdiri dari campuran karakter masing-masing. Fakta ini disebabkan oleh perbedaan elektronegativitas antar atom yang membentuk ikatan. Jadi, beberapa senyawa mungkin kovalen, tetapi memiliki beberapa karakter ionik dalam ikatannya.

Demikian juga, jenis ikatan, struktur, dan massa molekul merupakan faktor kunci yang menentukan sifat makroskopis materi (kecerahan, kekerasan, kelarutan, titik lebur, dll.).

-Ikatan kovalen

Ikatan kovalen adalah yang telah dijelaskan sejauh ini. Di dalamnya, dua orbital (masing-masing satu elektron) harus tumpang tindih dengan inti yang dipisahkan oleh jarak antar inti yang sesuai.

Menurut teori orbital molekul (TOM), jika tumpang tindih orbital frontal, ikatan sigma σ akan terbentuk (disebut juga ikatan sederhana atau sederhana). Sedangkan jika orbital dibentuk oleh tumpang tindih lateral dan tegak lurus terhadap sumbu internuklir, kita akan memiliki ikatan π (ganda dan rangkap tiga):

Sumber: Gabriel Bolívar

Tautan sederhana

Ikatan σ, seperti dapat dilihat pada gambar, terbentuk di sepanjang sumbu internuklir. Meskipun tidak ditampilkan, A dan B mungkin memiliki ikatan lain, dan oleh karena itu lingkungan kimianya sendiri (bagian berbeda dari struktur molekul). Jenis tautan ini dicirikan oleh kekuatan rotasinya (silinder hijau) dan dengan menjadi yang terkuat dari semuanya.

Misalnya, ikatan tunggal dalam molekul hidrogen dapat berputar pada sumbu internuklear (H - H). Demikian pula, molekul CA-AB hipotetis bisa.

Tautan C - A, A - A, dan A - B berputar; tetapi jika C atau B adalah atom atau sekelompok atom besar, rotasi A - A terhalang secara sterik (karena C dan B akan bertabrakan).

Ikatan tunggal ditemukan di hampir semua molekul. Atomnya dapat mengalami hibridisasi kimia selama tumpang tindih orbitalnya frontal. Kembali ke struktur vitamin B ₁₂ , garis tunggal (-) menunjukkan ikatan tunggal (misalnya, ikatan –CONH ₂ ).

Tautan ganda

Ikatan rangkap membutuhkan atom untuk (biasanya) hibridisasi sp ² . Ikatan p murni, tegak lurus dengan tiga orbital hibrid sp ² , membentuk ikatan rangkap, yang ditampilkan sebagai lembaran keabu-abuan.

Perhatikan bahwa ikatan tunggal (silinder hijau) dan ikatan rangkap (lembaran abu-abu) hidup berdampingan pada waktu yang sama. Namun, tidak seperti ikatan tunggal, ikatan rangkap tidak memiliki kebebasan rotasi yang sama di sekitar sumbu inti. Ini karena, untuk memutar, tautan (atau foil) harus putus; proses yang membutuhkan energi.

Selain itu, ikatan A = B lebih reaktif daripada A - B. Panjangnya lebih pendek dan atom A dan B berada pada jarak antar inti yang lebih pendek; oleh karena itu, ada tolakan yang lebih besar antara kedua inti. Memutuskan ikatan tunggal dan rangkap membutuhkan lebih banyak energi daripada yang dibutuhkan untuk memisahkan atom dalam molekul A - B.

Dalam struktur vitamin B ₁₂ beberapa ikatan rangkap dapat diamati: C = O, P = O, dan di dalam cincin aromatik.

Ikatan rangkap tiga

Ikatan rangkap tiga bahkan lebih pendek dari ikatan rangkap dan rotasinya lebih terhambat secara energetik. Di dalamnya, dua ikatan π terbentuk tegak lurus satu sama lain (lembaran keabu-abuan dan ungu), serta satu ikatan.

Biasanya, hibridisasi kimiawi atom A dan B harus sp: dua orbital sp berjarak 180º, dan dua orbital p murni tegak lurus dengan yang pertama. Perhatikan bahwa ikatan rangkap tiga terlihat seperti pemukul, tetapi tanpa daya rotasi. Ikatan ini dapat direpresentasikan secara sederhana sebagai A≡B (N≡N, molekul nitrogen N ₂ ).

Dari semua ikatan kovalen, inilah yang paling reaktif; tetapi pada saat yang sama, atom yang membutuhkan lebih banyak energi untuk pemisahan lengkap atomnya (· A: +: B ·). Jika vitamin B ₁₂ memiliki ikatan rangkap tiga dalam struktur molekulnya, efek farmakologisnya akan berubah secara dramatis.

Enam elektron berpartisipasi dalam ikatan rangkap tiga; dalam dua kali lipat, empat elektron; dan secara sederhana atau sederhana, dua.

Pembentukan satu atau lebih ikatan kovalen ini bergantung pada ketersediaan elektronik atom; yaitu, berapa banyak elektron yang dibutuhkan orbitalnya untuk memperoleh satu oktet valensi.

Ikatan non-polar

Ikatan kovalen terdiri dari pembagian yang sama dari sepasang elektron antara dua atom. Tetapi ini benar hanya dalam kasus di mana kedua atom memiliki elektronegativitas yang sama; yaitu, kecenderungan yang sama untuk menarik kerapatan elektron dari lingkungannya menjadi suatu senyawa.

Ikatan nonpolar dicirikan oleh perbedaan elektronegativitas nol (ΔE≈0). Ini terjadi dalam dua situasi: dalam senyawa homonuklir (A ₂ ), atau jika lingkungan kimia di kedua sisi ikatan ekivalen (H ₃ C - CH ₃ , molekul etana).

Contoh ikatan nonpolar terlihat pada senyawa berikut:

-Hidrogen (H - H)

-Oksigen (O = O)

-Nitrogen (N≡N)

-Fluorin (F - F)

-Chloro (Cl - Cl)

-Acetylene (HC≡CH)

Ikatan kutub

Jika ada perbedaan keelektronegatifan ΔE yang mencolok antara kedua atom, momen dipol terbentuk di sepanjang sumbu ikatan: A ^{δ +} –B ^δ- . Dalam kasus senyawa heteronuklir AB, B adalah atom yang paling elektronegatif, dan oleh karena itu, ia memiliki kerapatan elektron yang lebih tinggi δ-; sedangkan A, yang paling elektronegatif, memiliki kekurangan muatan δ +.

Agar ikatan polar terjadi, dua atom dengan keelektronegatifan berbeda harus bergabung; dan dengan demikian, membentuk senyawa heteronuklir. A - B menyerupai magnet: ia memiliki kutub positif dan negatif. Hal ini memungkinkannya untuk berinteraksi dengan molekul lain melalui gaya dipol-dipol, di antaranya adalah ikatan hidrogen.

Air memiliki dua ikatan kovalen polar, H - O - H, dan geometri molekulnya bersudut, yang meningkatkan momen dipolnya. Jika geometrinya linier, lautan akan menguap dan air akan memiliki titik didih yang lebih rendah.

Fakta bahwa suatu senyawa memiliki ikatan polar tidak berarti ia bersifat polar . Sebagai contoh, karbon tetraklorida, CCl ₄ , memiliki empat ikatan kutub C - Cl, tetapi karena pengaturan tetrahedronnya, momen dipol akhirnya dibatalkan secara vektor.

Tautan Dative atau Koordinasi

Ketika sebuah atom melepaskan sepasang elektron untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain, maka kita berbicara tentang ikatan datif atau koordinasi. Misalnya, memiliki B: pasangan elektron yang tersedia, dan A (atau A ⁺ ), kekosongan elektronik, ikatan B: A akan terbentuk.

Dalam struktur vitamin B ₁₂ , lima atom nitrogen dihubungkan ke pusat logam Co melalui jenis ikatan kovalen ini. Nitrogen ini melepaskan pasangan elektron bebasnya ke kation Co ³⁺ , logam berkoordinasi dengannya (Co ³⁺ : N–)

Contoh lain dapat ditemukan dalam protonasi molekul amonia untuk membentuk amonia:

H ₃ N: + H ⁺ => NH ₄ ⁺

Perhatikan bahwa dalam kedua kasus itu adalah atom nitrogen yang menyumbang elektron; oleh karena itu, ikatan kovalen datif atau koordinasi terjadi ketika atom saja yang menyumbang pasangan elektron.

Dengan cara yang sama, molekul air dapat diprotonasi menjadi kation hidronium (atau oksonium):

H ₂ O + H ⁺ => H ₃ O ⁺

Berbeda dengan kation amonium, hidronium masih memiliki pasangan elektron bebas (H ₃ O: ⁺ ); namun, sangat sulit untuk menerima proton lain untuk membentuk dikation hidronium yang tidak stabil, H ₄ O ²⁺ .

Ikatan -Ionic

Sumber: Pixabay

Dalam foto adalah bukit garam putih. Garam dicirikan dengan memiliki struktur kristal, yaitu simetris dan teratur; titik leleh dan titik didih tinggi, konduktivitas listrik tinggi saat meleleh atau larut, dan juga, ion-ionnya terikat kuat oleh interaksi elektrostatis.

Interaksi ini membentuk apa yang dikenal sebagai ikatan ionik. Pada gambar kedua A ⁺ kation dikelilingi oleh empat B ^- anion ditunjukkan , tapi ini adalah representasi 2D. Dalam tiga dimensi, A ⁺ harus memiliki anion B lain ^{- di} depan dan di belakang bidang, membentuk berbagai struktur.

Jadi, A ⁺ bisa memiliki enam, delapan, atau bahkan dua belas tetangga. Jumlah tetangga yang mengelilingi ion dalam kristal dikenal sebagai bilangan koordinasi (NC). Untuk setiap NC, jenis susunan kristal diasosiasikan, yang pada gilirannya membentuk fasa padat garam.

Kristal simetris dan segi yang terlihat pada garam disebabkan oleh kesetimbangan yang dibentuk oleh interaksi elektrostatis tarikan (A ⁺ B ^- ) dan tolakan (A ⁺ A ⁺ , B ^- B ^- ).

Latihan

Tetapi mengapa A + dan B ^- , atau Na ⁺ dan Cl ^- , membentuk ikatan kovalen Na - Cl? Karena atom klor jauh lebih elektronegatif daripada logam natrium, yang juga dicirikan dengan sangat mudah melepaskan elektronnya. Ketika unsur-unsur ini bertemu, mereka bereaksi secara eksotermis untuk menghasilkan garam meja:

2Na (s) + Cl ₂ (g) => 2NaCl (s)

Dua atom natrium melepaskan elektron valensi tunggalnya (Na ·) ke molekul diatomik Cl ₂ , sehingga membentuk anion Cl ^- .

Interaksi antara kation natrium dan anion klorida, meskipun menunjukkan ikatan yang lebih lemah daripada ikatan kovalen, mampu menjaga ikatan kuat dalam padatan; dan fakta ini tercermin pada titik leleh garam yang tinggi (801ºC).

Ikatan logam

Sumber: Pixnio

Jenis ikatan kimia terakhir adalah logam. Ini dapat ditemukan di bagian logam atau paduan apa pun. Ia dicirikan dengan menjadi istimewa dan berbeda dari yang lain, karena fakta bahwa elektron tidak berpindah dari satu atom ke atom lainnya, melainkan melakukan perjalanan, seperti laut, melalui kristal logam.

Jadi, atom logam, katakanlah tembaga, menggabungkan orbital valensinya satu sama lain untuk membentuk pita konduksi; di mana elektron (s, p, dof) melewati atom dan menahannya erat-erat.

Bergantung pada jumlah elektron yang melewati kristal logam, orbital yang disediakan untuk pita, dan pengemasan atomnya, logam bisa lunak (seperti logam alkali), keras, berkilau, atau konduktor listrik yang baik dan panas.

Gaya yang menyatukan atom-atom logam, seperti yang membentuk manusia kecil dalam gambar dan laptopnya, lebih besar daripada gaya garam.

Hal ini dapat dibuktikan secara eksperimental karena kristal garam dapat dibagi menjadi beberapa bagian sebelum terjadi gaya mekanis; sedangkan potongan logam (terdiri dari kristal yang sangat kecil) berubah bentuk.

Contoh tautan

Empat senyawa berikut mencakup jenis ikatan kimia yang dijelaskan:

-Sodium fluoride, NaF (Na ⁺ F ^- ): ionik.

-Sodium, Na: metalik.

-Fluorin, F ₂ (F - F): kovalen nonpolar, karena terdapat nol nullE antara kedua atom karena keduanya identik.

-Hidrogen fluorida, HF (H - F): kovalen polar, karena dalam senyawa ini fluor lebih elektronegatif daripada hidrogen.

Ada senyawa, seperti vitamin B ₁₂ , yang memiliki ikatan polar dan kovalen ionik (dalam muatan negatif gugus fosfatnya –PO ₄ ^- -). Dalam beberapa struktur kompleks, seperti gugus logam, semua jenis tautan ini bahkan dapat hidup berdampingan.

Materi menawarkan dalam semua contoh manifestasinya dari ikatan kimia. Dari batu di dasar kolam dan air yang mengelilinginya, hingga kodok yang bersuara di tepinya.

Meskipun ikatannya sederhana, jumlah dan susunan spasial atom dalam struktur molekul memberi jalan bagi keragaman senyawa yang kaya.

Pentingnya ikatan kimia

Apa pentingnya ikatan kimia? Jumlah konsekuensi yang tak terhitung jumlahnya yang akan dilepaskan dari ketiadaan ikatan kimia menyoroti pentingnya yang sangat besar di alam:

-Tanpa itu, warna tidak akan ada, karena elektronnya tidak akan menyerap radiasi elektromagnetik. Partikel debu dan es yang ada di atmosfer akan menghilang, dan oleh karena itu warna biru langit akan menjadi gelap.

-Carbon tidak dapat membentuk rantai tanpa akhir, yang darinya miliaran senyawa organik dan biologis berasal.

- Protein bahkan tidak dapat didefinisikan dalam asam amino penyusunnya. Gula dan lemak akan hilang, seperti halnya senyawa karbon pada organisme hidup.

-Bumi tidak akan memiliki atmosfer, karena dengan tidak adanya ikatan kimia dalam gasnya, tidak akan ada gaya untuk menyatukannya. Juga tidak akan ada interaksi antarmolekul sedikit pun di antara mereka.

-Gunung mungkin menghilang, karena batuan dan mineralnya, meskipun berat, tidak dapat menampung atom mereka yang dikemas di dalam struktur kristal atau amorfnya.

-Dunia akan terdiri dari atom soliter yang tidak mampu membentuk zat padat atau cair. Ini juga akan mengakibatkan lenyapnya semua transformasi materi; artinya, tidak akan ada reaksi kimia. Gas hanya sekilas di mana-mana.

Referensi

1. Harry B. Gray. (1965). Elektron dan Ikatan Kimia. WA BENJAMIN, INC. HAL 36-39.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hlm 233, 251, 278, 279.
3. Nave R. (2016). Ikatan Kimia. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Jenis Ikatan Kimia. (3 Oktober 2006). Diambil dari: dwb4.unl.edu
5. Pembentukan ikatan kimia: Peran elektron. . Diperoleh dari: cod.edu
6. Yayasan CK-12. (sf). Energi dan Pembentukan Ikatan Kovalen. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
7. Quimitube. (2012). Ikatan kovalen koordinat atau datif. Dipulihkan dari: quimitube.com