ORBITAL DAN PERANANNYA DALAM IKATAN KOVALEN

         A.    Hibridisasi Orbital

Dalam kimia, hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya orbital-orbital atom membentuk orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom. Konsep orbital-orbital yang terhibridisasi sangatlah berguna dalam menjelaskan bentuk orbital molekul dari sebuah molekul.

Ada tiga cara di mana proses pencampuran dapat terjadi.

a.       orbital 2s digabung ketiga orbital 2p. Ini dikenal sebagai hibridisasi sp3;

b.      orbital 2s digabung dengan dua orbital 2p. Hal ini dikenal sebagai hibridisasi sp2;

c.       orbital 2s digabung dengan salah satu orbital 2p. Hal ini dikenal sebagai hibridisasi sp.

Teori hibridisasi dikenal oleh kimiawan Linus Pauling dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH4).  Secara sejarah , konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik.
Orbital adalah sebuah model representasi dari tingkah laku elektron-elektron dalam molekul. Dalam hibridisasi yang sederhana, pendekatan ini didasarkan pada orbital-orbital atom hidrogen. Orbital-orbital yang terhibridisasikan disebut sebagai gabungan dari orbital-orbital atom yang bertumpang tindih satu sama lainnya dengan proporsi yang bervariasi. Orbital-orbital hidrogen digunakan sebagai dasar skema hibridisasi karena ia adalah salah satu dari sedikit orbital yang persamaan Schrödingernya memiliki penyelesaian analitis yang diketahui. Orbital-orbital ini kemudian diasumsikan terdistorsi sedikit untuk atom-atom yang lebih berat seperti karbon, nitrogen, dan oksigen. Dengan asumsi-asumsi ini, teori hibridisasi barulah dapat diaplikasikan. Pada molekul-molekul yang terdiri dari karbon, nitrogen, dan oksigen, teori hibridisasi menjadikan penjelasan strukturnya lebih mudah. Teori  hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O (kadang kala juga P dan S). Pembentukan ikatan dalam senyawa harus sesuai dengan aturan hibridisasi yaitu: 

1.      Orbital yang bergabung harus mempunyai tingkat energi sama atau hampir sama .

2.       Orbital hybrid yang terbentuk sama banyaknya dengan orbital yang bergabung.

3.      Dalam hibridisasi yang bergabung adalah orbital bukan electron

Pada transisi elektronik inti-inti atom dapat dianggap berada pada posisi yang tepat. Hal ini dikenal dengan prinsip Franck-Condon. Disamping itu dalam proses transisi ini tidak semua elektron ikatan terpromosikan ke orbital antiikatan.

Berdasarkan jenis orbital tersebut maka, jenis-jenis transisi elektronik dibedakan menjadi empat macam, yakni:

1) Transisi σ → σ*

2) Transisi π → π*

3) Transisi n → π*

4) Transisi n → σ*

Keterangan :

· σ : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan tunggal

· π : senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap

· n menyatakan orbital non-ikatan: untuk senyawa-senyawa yang memiliki elektron bebas.

· σ* dan π* merupakan orbital yang kosong (tanpa elektron), orbital ini akan terisi elektron ketika telah atau bila terjadi eksitasi elektron atau perpindahan elektron atau promosi elektron dari orbital ikatan.

B.     Hibridisasi  Nitrogen dan Oksigen

Pembentukan orbital sp3 digambarkan dengan diagram orbital, setiap kotak menyatakan orbital, elektron dinyatakan oleh panas, arah panah merupakan spin elektron. Dalam metana(CH4) masing-masing orbital sp3 dari karbon bertumpang tindih dengan orbital 1s dari hidrogen membentuk orbital molekul sp3-s yang simetris sekeliling sumbu yang lewat inti karbon dan hidrogen. Ikatan antara C dan H ini merupakan ikatan sigma.

Orbital Hibrida Nitrogen Secara elektronika nitrogen sama dengan karbon, dan orbital atom dari nitrogen berhibridisasi menurut cara yang sangat bersamaan dengan karbon. Amonia (NH3) mengandung atom nitrogen sp3 yang terikat pada 3 atom hidrogen. Seperti halnya karbon, nitrogen juga dapat berhibridisasi sp2 dan sp. Perbedaan penting antara nitrogen dan karbon adalah satu orbital dari nitrogen terisi penuh sepasang elektron bebas Contohnya nitrogen dalam N₂ memiliki 2 domain elektron (satu pasang elektron bebas dan ikatan rangkap 3), maka hibridisasi tiap N adalah sp.

Alkohol, amina, alkil halida, dan eter semuanya mengandung ikatan sigma yang melibatkan nitrogen, atau oksigen. Ikatan antara atom-atom karbon dibentuk oleh tumpang tindih setengah penuh orbital hibridisasi sp³ dari setiap atom. Ikatan yang melibatkan atom hidrogen (misalnya O-H dan N-H) dibentuk oleh tumpang tindih dari setengan penuh orbital 1s dari hidrogen dan setengah penuh orbital sp³ dari oksigen atau nitrogen.

C.     Sistem Konjugasi

Sistem konjugasi terjadi dalam senyawa organik yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan memengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi elektron. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi ini bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan sistem konjugasi ini. Contohnya, fenol (C₆H₅OH memiliki sistem 6 elektron di atas dan di bawah cincin planarnya sekaligus di sekitar gugus hidroksil. Sistem konjugasi secara umumnya akan menyebabkan delokalisasi elektron di sepanjang orbital p yang paralel satu dengan sama lainnya. Hal ini akan meningkatkan stabilitas dan menurunkan energi molekul secara keseluruhan .

D.    Benzena Dan Resonansi

Benzena merupakan sikloheksena yaitu senyawa siklik yang memiliki ikatan rangkap dua aromatik dengan rumus struktur C6H12. Benzena dilambangkan dalam dua bentuk, yang pertama adalah struktur Kekulé dan yang lainnya adalah heksagon dengan lingkaran di dalamnya untuk menggambarkan adanya resonansi ikatan ʋ atau distribusi elektron yang tersebar merata didalam cincin benzena. 

Resonansi adalah delokalisasi elektron pada molekul atau ion poliatomik tertentu dimana ikatannya tidak dapat dituliskan dalam satu struktur Lewis. Struktur molekul atau ion yang mempunyai delokaliasi elektron disebut dengan struktur resonan.

Resonansi Benzena adalah senyawa siklik dengan 6 atom karbon yang tergabung dalam cincin. A B Dengan 6 elektron p, benzena mengandung 3 ikatan phi yang dapat digambarkan menurut A, dimana ikatannya bergantian antara ikatan tunggal dan ikatan rangkap. Keenam electron phi terdelokalisasi sempurna dalam awan muatan elektron yang berbentuk seperti kue donat yang disebut awan phi aromatik. Pergeseran Elektron Benzena bukan satu-satunya yang rumus ikatan valensi tunggalnya kurang cocok. Gugus nitro (-NO2) adalah salah satu contoh yang baik untuk diterangkan struktur resonansinya. Bila menulis struktur resonansi, inti-inti atom sebuah molekul tidak bertukar posisi, hanya electron yang terdelokalisasi. Pergeseran dapat terjadi dengan cara : 

1. Dari suatu ikatan phi ke sebuah atom disebelahnya  

2. Dari suatu ikatan phi ke posisi ikatan sebelahnya

3. Dari suatu atom ke posisi ikatan sebelahnya