hibridisasi orbital dan peranannya

hibridisasi adalah sebuah konsep bersatunya orbital-orbital atom membentuk orbital hibrid yang baru yang sesuai dengan penjelasan kualitatif sifat ikatan atom.

Tahap-tahap proses hibridisasi berlangsung:

·         Elektron mengalami promosi ke orbital yang tingkat energinya lebih tinggi. Misalnya pada Be : dari 2s ke 2p)

·         Orbital-orbital bercampur atau berhibridisasi membentuk orbital hibrida yang ekivalen.

·         Dalam hibridisasi, yang bergabung adalah orbital bukan elektron; dan

·         Sebagian besar orbital hibrid bentuknya mirip tetapi tidak selalu identik.

Hibridisasi sp terjadi pada senyawa yang mempunyai ikatan rangkap 3, mempunyai 2 ikatan pi ) dan 1 Ikatan sigma (σ), hibridisasi sp² terjadi pada senyawa yang mempunyai ikatan rangkap 2 serta mempunyai 1 ikatan pi (π) dan 1 Ikatan sigma (σ), dan hibridisasi sp³ mempunyai ikatan rangkap 1 mempunyai 1 Ikatan sigma (σ) dan tidak mempunyai ikatan pi).

Perbedaan ikatan sigma dan ikatan pi adalah:

·         Ikatan sigma (ikatan σ)

ü  Ikatan kovalen yang dibentuk oleh tumpang tindih orbital atom sepanjang sumbu antar inti.

ü  Orbital tumpang tindih berorientasi sepanjang sumbu antar inti.

ü   ikatan adalah berotasi simetris sekitar sumbu antar inti

ü  Orbital p dapat membentuk jenis ikatan.

ü  Hal ini lebih kuat dari ikatan pi

·         Ikatan pi (Ikatan π)

ü  Ikatan kovalen yang dibentuk oleh tumpang tindih lateral dua orbital p yang saling paralel tetapi berorientasi tegak lurus terhadap sumbu antar inti.

ü  Orbital tumpang tindih berorientasi tegak lurus terhadap sumbu antar inti.

ü   Ikatan ini tidak berotasi simetris sekitar sumbu antar inti.

ü   Hanya p orbital yang dapat membentuk ikatan ini.

ü   Hal ini lebih lemah dari ikatan sigma.

ü  Ikatan pi menyebabkan ikatan sigma tidak stabil.

ü  Ikatan pi menyebabkan pergeseran tempat sehingga yang tidak berpasangan akan  mempunyai energy yang lebih tinggi di bandingkan yang tidak berpasangan.

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. Senyawa yang terkonjugasi adalah senyawa yang mempunyai ikatan rangkap.

Pada reaksi ozonolisis (ikatan bisa terputus) ikatan C-C menjadi C-O, maka C-O lebih kuat karena O mempunyai keelektronegatifan yang lebih besar dan afinitas elektronnya besar dan jumlah elektronnya pun lebih banyak.

Isomerisasi cis dan trans

           

                        Cis-2-butena                                        Trans-2-butena

·         Dari segi titik didihnya cis mempunyai titik didih yang lebih tinggi, tetapi yang mudah mendidih adalah trans karena titik didihnya rendah. Isomer cis memiliki titik didih lebih tinggi dibandingkan dengan isomer trans. Alasan untuk ini adalah gaya antarmolekul kuat dalam isomer cis.

·         Dari segi strukturnya trans lebih stabil dibandingkan cis

·         Dan yang lebih mudah mencair adalah cis karena cis mempunyai titik didih yang lebih tinggi dibandingkan trans isomer trans memiliki titik lebur yang lebih tinggi. Jadi energi yang lebih tinggi diperlukan untuk mencairkan molekul yang memberikan titik lebur yang lebih tinggi.

·         Kerapatan electron atau keboleh jadian menemukan electron lebih banyak cis dibandingkan trans.

·         Trans ikatannya lebih mudah diputus

·         Cis intensitas ikatannya lebih tinggi dibandingkan trans .

Persyaratan Senyawa Aromatik:

1.      Molekul harus siklik dan datar .

2.      memiliki orbital p yang tegak lurus pada bidang cincin (memungkinkan terjadinya delokalisasi elektron pi).

3.      memiliki orbital p yang tegak lurus pada bidang cincin (memungkinkan terjadinya delokalisasi elektron pi)

siklooktatetraena  tidak aromatik 8 elektron pi.

 Aturan Huckel

            Dalam tahun 1931 seorang ahli kimia Jerman Erich Huckel,mengusulkan bahwa untuk menjadi aromatik suatu senyawa datar,monosiklik (satu cincin) harus memilki elketron pi sebanyak 4n + 2,dengan n adalah sebuahn bilangan bulat. Menurut aturan Huckel,suatu cincin dengan elektron pi sebanyak 2,6,10 atau 14 dapat bersifat aromatik,tetapi cincin dengan 8 atau 12 elektron pi,tidak dapat. Siklooktatetraena (dengan 8 elektron pi) tidak memnuhi aturan Huckel untuk aromatisitas.

Mengapa dengan 6 atau 10 elektron pi bersifat aromatik,sedangkan 8 elektron pi tidak ?

Agar bersifat aromatik, semua elektron pi harus berpasangan,sehingga dimungkinkan overlapping (tumpang tindih) yang optimal sehingga terjadi delokalisasi sempurna.

            Seandainya siklooktatetraena datar dan memiliki sistem pi yang serupa dengan sistem pi benzena,maka orbital π1,π2, dan π3 akan terisi dengan enam elektron pi.Dua elektron pi sisanya masing-masing akan menempati orbital berdegenerasi π4 dan π5 (aturan Hund).Maka tidak semua elektron pi akan berpasangan dan tumpang tindih tidak akan maksimal.Jadi sikooktatetraena tidak akan bersifat aromatik. Senyawa aromatis harus memenuhi kriteria:

—   siklis

—   mengandung awan elektron p yang terdelokalisasi di bawah dan di atas bidang molekul

—   ikatan rangkap berseling dengan ikatan tunggal

—   mempunyai total elektron p sejumlah 4n+2, dimana n harus bilangan bulisal: bila jumlah elektron p suatu cincin siklik = 12, maka n=2,5 maka bukan senyawa aromatis

Pada senyawa aromatik lebih dominan serangan elektrofilik dari pada nukloefil karena senyawa aromatik umumnya bertindak sebagai parsial negative. Gugus yang melekat pada senyawa aromatik akan menjadi pengarah serangan elektrofilik tersebut, yang nantinya akan mempengaruhi laju dan posisi serangan. Ada tiga macam pengarah dalam serangan elektrofilik,yaitu pengarah orto, pengarah meta, dan pengarah para.

Jika laju reaksi bergantung pada serangan elektrofilik pada cincin aromatik, maka substituen yang bersifat pendonasi elektron ke cincin akan meningkatkan rapatan elektronnya, dan dengan demikian mempercepat reaksi, inilah yang disebut sebagai pengarah orto (activator). Sedangkan substituen yang bersifat menarik elektron dari cincin akan menurunkan rapatan elektron dalam cincin dan dengan begitu memperlambat reaksi (pengarah meta/ deactivator). Khusus untuk senyawa halogen, unsure-unsurnya merupakan pengarah orto, para tetapi sebagai deactivator. Hal ini disebabkan karena unsure halogen memiliki pasangan elektron bebas, pasangan elektron bebas inilah yang dapat menstabilkan muatan positif di sebelahnya sehingga halogen pengarah orto, para, tetapi karena sifat halogen sebagai penarik elektron dikatakan halogen sebagaipendeaktivator