Hibridisasi adalah
penyetaraan tingkat energi melalui penggabungan antarorbita lsenyawa kovalen
atau kovalen koordinasi. Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus
Pauling dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana (CH4). Secara
historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana,
namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini
dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur
senyawa organik. Teori hibridisasi tidaklah sepraktis teori orbital
molekul dalam hal perhitungan kuantitatif. Masalah-masalah pada hibridisasi
terlihat jelas pada ikatan yang melibatkan orbital d, seperti yang terdapat pada
kimia koordinasi dan kimia organologam. Walaupun skema hibridisasi pada logam
transisi dapat digunakan, ia umumnya tidak akurat. Sangatlah penting untuk
dicatat bahwa orbital adalah sebuah model representasi dari tingkah laku
elektron-elektron dalam molekul. Dalam kasus hibridisasi yang sederhana,
pendekatan ini didasarkan pada orbital-orbital atom hidrogen. Orbital-orbital
yang terhibridisasikan diasumsikan 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. Perlu dicatat bahwa kita
tidak memerlukan hibridisasi untuk menjelaskan molekul,namun untuk
molekul-molekul yang terdiri dari karbon, nitrogen, dan oksigen,
teorihibridisasi 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). Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan
dalam metana
a.
Hibridisasi sp3
Hibridisasi menjelaskan atom-atom
yang berikatan dari sudut pandang sebuah atom. Untuk sebuah karbon yang
berkoordinasi secara tetrahedral (seperti metana,CH4), maka karbon haruslah
memiliki orbital-orbital yang memiliki simetri yang tepat dengan 4 atom
hidrogen. Konfigurasi keadaan dasar karbon adalah 1s2 2s2 2px1 2py1 atau lebih
mudah dilihat:
(Perhatikan bahwa orbital 1s
memiliki energi lebih rendah dari orbital 2s, dan orbital2s berenergi sedikit
lebih rendah dari orbital-orbital 2p) Teori ikatan valensi memprediksikan,
berdasarkan pada keberadaan dua orbital yang terisi setengah, bahwa C akan
membentuk dua ikatan kovalen, yaitu CH2. Namun, metilena adalah molekul yang
sangat reaktif (lihat pula: karbena), sehingga teori ikatan valensi saja tidak
cukup untuk menjelaskan keberadaan CH4. Lebih lanjut lagi, orbital-orbital
keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH4. Walaupun eksitasi
elektron 2s ke orbital 2p secara teori mengijinkan empat ikatan dan sesuai
dengan teori ikatan valensi (adalah benar untuk O2), hal ini berarti akan ada
beberapa ikatan CH4 yang memiliki energi ikat yang berbeda oleh karena perbedaan
aras tumpang tindih orbital. Gagasan ini telah dibuktikan salah secara
eksperimen, setiap hidrogen pada CH4 dapat dilepaskan dari karbon dengan energi
yang sama. Untuk menjelaskan keberadaan molekul CH4 ini, maka teori hibridisasi
digunakan. Langkah awal hibridisasi adalah eksitasi dari satu (atau lebih)
elektron :
Proton yang membentuk inti atom
hidrogen akan menarik salah satu elektron valensi karbon. Hal ini menyebabkan
eksitasi, memindahkan elektron 2s ke orbital2p. Hal ini meningkatkan pengaruh
inti atom terhadap elektron-elektron valensi dengan meningkatkan potensial inti
efektif. Kombinasi gaya-gaya ini membentuk fungsi-fungsi matematika yang baru
yang dikenal sebagai orbital hibrid. Dalam kasus atom karbon yang berikatan dengan empat
hidrogen, orbital 2s (orbital inti hampir tidak pernah terlibat dalam ikatan)
"bergabung" dengan tiga orbital 2p membentuk hibrid sp3 (dibaca
s-p-tiga) menjadi
Pada CH4, empat orbital hibrid sp3 bertumpang tindih dengan
orbital 1s hidrogen, menghasilkan empat ikatan sigma. Empat ikatan ini memiliki
panjang dan kuat ikat yang sama, sehingga
sesuai dengan pengamatan.
Sebuah pandangan alternatifnya
adalah dengan memandang karbon sebagai anion C4−. Dalam kasus ini, semua orbital karbon
terisi:
Jika kita merekombinasi
orbital-orbital ini dengan orbital-s 4 hidrogen (4 proton, H+) dan mengijinkan
pemisahan maksimum antara 4 hidrogen (yakni tetrahedal), maka kita bisa melihat
bahwa pada setiap orientasi orbital-orbital p, sebuah hidrogen tunggal akan
bertumpang tindih sebesar 25% dengan orbital-s C dan 75% dengan tiga orbital-p
C. HaL ini sama dengan persentase relatif antara s dan p dari orbital hibrid sp3 (25% s dan 75% p). Menurut
teori hibridisasi orbital, elektron-elektron valensi metana seharusnya memiliki
tingkat energi yang sama, namun spektrum fotoelekronnya [3] menunjukkan bahwa
terdapat dua pita, satu pada 12,7 eV (satu pasangan elektron) dan satu pada 23
eV (tiga pasangan elektron). Ketidakkonsistenan ini dapat dijelaskan apabila
kita menganggap adanya penggabungan orbital tambahan yang terjadi ketika
orbital-orbital sp3 bergabung dengan 4 orbital hidrogen.
b.
Hibridisasi sp2
Senyawa karbon ataupun molekul lainnya dapat
dijelaskan seperti yang dijelaskan pada metana. Misalnya etilena (C2H4) yang
memiliki ikatan rangkap dua di antara karbon-karbonnya. Struktur Kekule metilena
akan tampak seperti:
Karbon akan melakukan hibridisasi
sp2 karena orbtial-orbital hibrid hanya akan membentuk ikatan sigma dan satu
ikatan pi seperti yang disyaratkan untuk ikatan rangkap dua di antara
karbon-karbon. Ikatan hidrogen-karbon memiliki panjang dan kuat
ikat yang sama. Hal ini sesuai dengan data percobaan. Dalam hibridisasi sp2,
orbital 2s hanya bergabung dengan dua orbital 2p :
membentuk 3 orbital sp2 dengan satu
orbital p tersisa. Dalam etilena, dua atom karbon membentuk sebuah ikatan sigma
dengan bertumpang tindih dengan dua orbital sp2 karbon lainnya dan setiap karbon
membentuk dua ikatan kovalen dengan hidrogen dengan tumpang tindih s-sp2 yang
bersudut 120°. Ikatan pi antara atom karbon tegak lurus dengan bidang molekul
dan dibentuk oleh tumpang tindih2p-2p (namun, ikatan pi boleh terjadi maupun
tidak). Jumlah huruf p tidaklah seperlunya terbatas pada bilangan bulat,
yakni hibridisasi seperti sp2.5 juga dapat terjadi. Dalam kasus ini, geometri
orbital terdistorsi dari yang seharusnya. Sebagai contoh, seperti yang
dinyatakan dalam kaidah Bent, sebuah ikatan cenderung untuk memiliki huruf-p
yang lebih banyak ketika ditujukan ke substituen yang lebih elektronegatif.
c.
Hibridisasi sp
Ikatan kimia dalam senyawa seperti alkuna dengan
ikatan rangkap tiga dijelaskan dengan
hibridisasi sp
Dalam model ini, orbital 2s hanya
bergabung dengan satu orbital-p, menghasilkandua orbital sp dan menyisakan dua
orbital p. Ikatan kimia dalam asetilena (etuna)terdiri dari tumpang tindih
sp-sp antara dua atom karbon membentuk ikatan sigma,dan dua ikatan pi tambahan
yang dibentuk oleh tumpang tindih p-p. Setiap karbon juga berikatan dengan
hidrogen dengan tumpang tindih s-sp bersudut 180°.
Bentuk-bentuk Molekul
 |
| hibridisasi sp |
 |
| hibridisasi sp2 |
 |
| hibridisasi sp3 |
0 komentar:
Posting Komentar