Ikatan Kimia

A.      Keadaan Stabil Atom Unsur

Pada tahun 1916, G.N. Lewis dan W. Kossel menjelaskan alasan atom unsur-unsur golongan VIIIA (gas mulia) sulit bereaksi dengan unsur lain atau bersifat sangat stabil. Hubungan antara konfigurasi elektron gas mulia dengan kestabilannya selanjutnya menjadi keadaan yang ingin dicapai oleh unsur-unsur lain. Unsur-unsur tersebut akan berikatan secara kimia dengan atom unsur lainnya sehingga tercapai keadaan stabil seperti gas mulia. Konfigurasi elektron unsur-unsur gas mulia ditunjukkan oleh tabel berikut.

No.	Unsur Gas Mulia	Jumlah Elektron pada Kulit Atom (Konfigurasi Elektron)
		K	L	M	N	O	P
	2He	2
	10Ne	2	8
	18Ar	2	8	8
	36Kr	2	8	18	8
	54Xe	2	8	18	18	8
	86Rn	2	8	18	32	18	8

Unsur gas mulia He memiliki 2 elektron valensi. Unsur-unsur yang memiliki nomor atom kecil, seperti H dan Li akan berusaha mencapai kestabilan dengan memiliki 2 elektron valensi seperti unsur He. Kecenderungan untuk memiliki 2 elektron valensi ini dinamakan kaidah Duplet.

Unsur-unsur gas mulia selain He memiliki 8 elektron valensi. Unsur-unsur lain cenderung berusaha memperoleh konfigurasi elektron seperti gas mulia untuk mencapai kestabilan. Kecenderungan ini dinamakan kaidah Oktet.

Untuk memenuhi kaidah Duplet atau kaidah Oktet, atom-atom unsur akan menerima/melepas elektron atau menggunakan elektron bersama. Peristiwa ini mengakibatkan terbentuknya ikatan kimia. Unsur-unsur dari golongan alkali dan alkali tanah cenderung melepaskan elektron terluarnya untuk mencapai kestabilan sehingga membentuk ion positif. Unsur-unsur yang cenderung membentuk ion positif termasuk unsur elektropositif. Unsur-unsur dari golongan kalkogen dan halogen cenderung menangkap elektron untuk mencapai kestabilan sehingga membentuk ion negatif. Unsur-unsur yang cenderung membentuk ion negatif termasuk unsur elektronegatif.

B.       Ikatan Ion

Ikatan ion merupakan ikatan kimia yang terbentuk akibat kecenderungan atom-atom untuk menerima atau melepas elektron agar memiliki konfigurasi elektron seperti gas mulia terdekat. Senyawa yang memiliki ikatan ion dinamakan senyawa ion. Senyawa ion umumnya tersusun dari atom-atom unsur logam dan unsur nonlogam. Unsur logam cenderung untuk melepas elektron membentuk ion positif, sedangkan unsur nonlogam cenderung menerima elektron membentuk ion negatif.

Serah terima elektron dalam ikatan ion dapat digambarkan menggunakan lambang Lewis. Lambang Lewis suatu unsur dituliskan dengan lambang unsur yang dikelilingi oleh oleh sejumlah tanda yang menyatakan jumlah elektron valensi unsur tersebut. Tanda tersebut dapat berupa tanda titik, tanda silang, atau tanda lainnya. Misal pembentukan ikatan ion pada senyawa NaCl.

₁₁Na (2.8.1) → Na⁺ (2.8) + e^-

₁₇Cl (2.8.7) + e^- → Cl^- (2.8.8) 

 Na⁺  + Cl^-→ NaCl

Ikatan ion mudah terjadi jika atom-atom unsur yang berikatan mempunyai perbedaan elektronegativitas lebih besar dari 1,7. Semakin besar perbedaan elektronegativitas, ikatan kimia yang terbentuk semakin bersifat ionik. Ikatan ion umumnya terbentuk antara unsur-unsur golongan IA dan IIA (unsur logam) dengan unsur-unsur golongan VIA dan VIIA (unsur nonlogam). Kaidah Oktet tidak dapat diterapkan untuk unsur-unsur berikut.

1.        Unsur-unsur logam transisi

Misal unsur Cu dapat membentuk ion Cu⁺ dan Cu²⁺. Konfigurasi elektron ion-ion tersebut tidak sama dengan konfigurasi elektron unsur gas mulia terdekat dengan unsur Cu.

2.        Unsur-unsur logam setelah golongan transisi

Misal unsur Sn (golongan IVA) dapat membentuk ion Sn²⁺ dan Sn⁴⁺. Konfigurasi elektron ion-ion tersebut tidak sama dengan konfigurasi elektron unsur gas mulia terdekat dengan unsur Sn.

C.      Ikatan Kovalen

Berbagai zat kimia yang ada di alam mempunyai ikatan kovalen. Misal karbohidrat yang terdapat pada kue, nasi, dan kentang. Karbohidrat dalam makanan tersebut dapat berupa senyawa-senyawa sukrosa dan glukosa. Keduanya merupakan senyawa yang berikatan kovalen.

Ikatan kovalen merupakan ikatan yang terjadi antara unsur nonlogam dengan unsur nonlogam lain dengan cara pemakaian bersama pasangan elektron. Ada perkecualian yaitu unsur logam Be yang cenderung berikatan secara kovalen dengan atom unsur nonlogam. Jumlah elektron valensi yang digunakan untuk berikatan tergantung pada kebutuhan tiap atom untuk mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia.

Atom-atom yang bergabung melaui ikatan kovalen dinamakan molekul. Jika atom-atom tersebut berasal dari unsur sejenis maka dinamakan molekul unsur. Contoh H₂, O₂, Cl₂, P₄, dan S₈. Jika atom-atom tersebut berasal dari unsur-unsur berbeda jenis maka dinamakan molekul senyawa. Contoh HCl, CO₂, CH₄, dan H₂SO₄.

Penggunaan bersama pasangan elektron dalam ikatan kovalen dapat dituliskan menggunakan struktur Lewis. Penulisan struktur Lewis menggunakan simbol-simbol, seperti titik, tanda silang, atau tanda lainnya. Contoh penulisan struktur Lewis terbentuknya ikatan kovalen pada senyawa HCl.

₁H: 1

₁₇Cl: 2.8.7

Berdasarkan bentuk ikatannya, ikatan kovalen dibagi menjadi tiga, yaitu ikatan kovalen normal, ikatan kovalen koordinasi, serta ikatan kovalen polar dan nonpolar.

1. Ikatan kovalen normal

     Pasangan elektron yang digunakan pada pembentukan ikatan kovalen berasal dari kedua atom. Jumlah ikatan yang terdapat dalam suatu molekul dapat diramalkan dengan menghitung jumlah elektron yang digunakan bersama-sama. Berdasarkan jumlah ikatannya, ikatan kovalen dibagi menjadi tiga sebagai berikut.

a.       Ikatan kovalen tunggal

Ikatan kovalen tunggal adalah ikatan kovalen yang terbentuk karena pemakaian bersama satu pasang elektron. Ikatan ini dilambangkan dengan satu garis lurus. Contoh ikatan pada senyawa CH₄.

₆C: 2.4

₁H: 1

b.      Ikatan kovalen rangkap dua

Ikatan kovalen rangkap dua adalah ikatan kovalen yang terbentuk karena pemakaian bersama dua pasang elektron. Ikatan ini dilambangkan dengan dua garis lurus. Contoh ikatan pada senyawa CO₂.

₆C: 2.4

₈O: 2.6

c.       Ikatan kovalen rangkap tiga

Ikatan kovalen rangkap tiga adalah ikatan kovalen yang terjadi karena pemakaian bersama tiga pasang elektron. Ikatan ini dilambangkan dengan tiga garis lurus. Contoh ikatan pada senyawa N₂.

₇N: 2.5

2.  Ikatan Kovalen Koordinasi

     Ikatan kovalen koordinasi adalah ikatan kovalen dengan pasangan elektron yang digunakan bersama berasal dari salah satu atom yang berikatan. Ikatan ini dapat terjadi antara suatu atom yang mempunyai pasangan elektron bebas dan sudah mencapai konfigurasi oktet dengan atom lain yang membutuhkan dua elektron untuk mencapai konfigurasi oktet. Contoh pada senyawa SO₃.

    

Tanda panah (→) menunjukkan sumber pasangan elektron yang digunakan bersama.

3. Ikatan Kovalen Polar dan nonpolar

     Ikatan kovalen polar adalah ikatan kovalen yang atom-atomnya memiliki parsial positif dan negatif. Pasangan elektron dalam ikatan kovalen polar digunakan secara tidak seimbang sehingga terjadi kepolaran muatan. Ikatan kovalen nonpolar adalah ikatan kovalen yang pasangan elektron dalam ikatan kovalen digunakan secara seimbang sehingga tidak terjadi pengkutuban atau kepolaran muatan. Kepolaran suatu molekul secara umum dijelaskan sebagai berikut.

a.  Suatu molekul dwiatom bersifat nonpolar apabila memiliki ikatan kovalen nonpolar. Contoh molekul H₂, Cl₂,dan O₂.

b.  Suatu molekul dwiatom bersifat polar apabila memiliki ikatan kovalen polar. Contoh molekul HCl dan HF.

c.  Suatu molekul poliatom bersifat nonpolar apabila bentuk molekulnya simetris. Contoh CCl₄, CO₂, dan BCl₃.

d.  Suatu molekul poliatom bersifat polar apabila bentuk molekulnya tidak simetris. Contoh H₂O, NH₃, dan CHCl₃.     

 D.      Ikatan Logam

Menurut teori lautan elektron, atom logam harus berikatan dengan banyak atom logam lainnya untuk mencapai konfigurasi elektron gas mulia. Misal atom Na yang memiliki 1 elektron valensi harus berikatan dengan minimum 7 atom Na lainnya untuk dapat memiliki 8 elektron. Tempat kedudukan elektron valensi dari suatu atom Na dapat saling tumpang tindih dengan tempat kedudukan elektron valensi dari atom-atom Na lainnya. Tumpang tindih tersebut memungkinkan elektron valensi dari setiap atom Na bergerak bebas dalam ruang di antara ion-ion Na⁺ membentuk lautan elektron. Oleh karena muatannya berlawanan, akan terjadi gaya tarik-menarik antara ion-ion Na⁺ dan elektron-elektron bebas tersebut. Akibatnya, terbentuk ikatan akibat penggunaan bersama elektron-elektron valensi antaratom logam. Ikatan tersebut dinamakan ikatan logam. Semakin besar jumlah muatan positif ion logam maka semakin banyak jumlah elektron bebasnya sehingga semakin besar kekuatan ikatan logam. Hal ini yang dapat menjelaskan bahwa logam Na lebih lunak daripada logam Al. Logam natrium dan aluminium terbentuk dari atom-atom  yang bergabung melalui ikatan logam.

E.       Sifat Fisis Senyawa Ion, Senyawa Kovalen, Logam

Sifat fisis suatu zat ditentukan oleh gaya antarpartikel penyusun zat. Sifat fisis senyawa ion, senyawa kovalen, dan logam sebagai berikut.

1.    Sifat fisis senyawa ion

       Sifat fisis senyawa ion ditentukan oleh gaya elektrostatis yang kuat dan sama ke segala arah. Sifat-sifat fisis senyawa ion sebagai berikut.

a.    Berwujud padatan pada suhu kamar

       Adanya gaya elektrostatis yang kuat antar ion-ion positif dan negatif mengakibatkan posisi ion-ion dalam kisi kristal senyawa ion bersifat tetap. Ion-ion tersebut tidak dapat bergerak bebas.

b.    Bersifat keras tetapi rapuh

       Kristal senyawa ion bersifat keras karena lapisan-lapisannya mengandung ion-ion positif dan negatif yang terikat oleh gaya elektrostatis yang kuat ke segala arah. Akan tetapi, jika diberi gaya dari luar, lapisan-lapisan dalam kristal dapat bergeser, ion sejenis saling tumpang tindih lalu tolak-menolak, terjadi pemisahan, dan kristal hancur.

c.    Mempunyai titik leleh dan titik didih tinggi

       Saat terkena suhu tinggi, ion-ion dalam senyawa ion dapat memperoleh energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya elektrostatis sehingga dapat bergerak.

d.    Larut dalam pelarut air dan tidak larut dalam pelarut organik

       Senyawa ion dapat larut dalam air karena sama-sama bersifat polar. Kepolaran air mampu mengatasi gaya elektrostatis dalam senyawa ion sehingga terjadi pemisahan ion-ion atau pelarutan. Senyawa ion umumnya tidak larut dalam pelarut organik, seperti alkohol yang bersifat nonpolar.

e.    Tidak menghantarkan listrik dalam fase padat, tetapi menghantarkan listrik dalam fase cair atau larutan

            Suatu zat dapat menghantarkan listrik jika berbentuk ion-ion yang dapat bergerak bebas dengan membawa muatan listrik. Dalam bentuk padat, ion positif dan negatif senyawa ion tidak dapat bergerak bebas. Sementara itu, dalam bentuk cair dan larutan, ion-ion tersebut dapat bergerak bebas sehingga dapat menghantarkan listrik.

2.    Sifat fisis senyawa kovalen

Gaya antarmolekul (gaya Van der Waals) menentukan sifat fisis senyawa kovalen. Beberapa sifat fisis senyawa kovalen sebagai berikut.

a.         Pada suhu kamar berwujud gas, cairan, atau padatan lunak

Molekul-moleku dalam senyawa kovalen terikat oleh gaya antarmolekul yang lemah sehingga dapat bergerak relatif lebih bebas.

b.        Bersifat lunak dan tidak rapuh

Gaya antarmolekul yang lemah pada senyawa kovalen dalam fase padat mengakibatkan molekul-molekul dalam struktur kristal mudah bergeser. Akibatnya, senyawa kovalen bersifat lunak dan tidak rapuh.

c.         Mempunyai titik didih dan titik leleh yang rendah

Pada suhu rendah, molekul-molekul dapat memperoleh energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya antarmolekul kovalen yang relatif lemah.

d.        Umumnya tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik

Senyawa kovalen umumnya tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik, kecuali senyawa kovalen yang bersifat polar.

e.         Umumnya tidak dapat menghantarkan listrik

Senyawa kovalen tidak memiliki ion atau elektron yang bergerak bebas untuk membuat muatan listrik. Akan tetapi, beberapa senyawa kovalen polar yang larut dalam air akan terhidrolisis membentuk ion-ion sehingga dapat menghantarkan listrik.

3.    Sifat fisis logam

       Sifat fisis logam ditentukan oleh kekuatan ikatan logam, kerapatan struktur, dan keberadaan elektron bebas. Beberapa sifat fisis logam sebagai berikut.

a.    Pada suhu kamar berwujud padat

       Atom-atom logam mempunyai ikatan kuat dan bentuk struktur kristal yang rapat sehingga tidak bebas bergerak seperti zat cair, kecuali Hg.

b.    Bersifat keras tetapi lentur atau tidak mudah patah jika ditempa

       Adanya ikatan yang kuat dan struktur yang rapat mengakibatkan logam bersifat kuat, keras, dan rapat. Akan tetapi adanya elektron-elektron bebas mengakibatkan logam bersifat lentur atau tidak mudah patah.

c.    Menghantarkan listrik dan panas dengan baik (konduktor)

       Jika diberi tegangan, elektron-elektron bebas yang membawa muatan listrik akan bergerak dari kutub negatif menuju kutub positif. Jika dipanaskan, elektron-elektron akan memperoleh energi kinetik yang cukup untuk bergerak cepat. Elektron-elektron akan bertumbukan dengan elektron-elektron lainnya. Akibatnya, terjadi transfer energi bagian yang bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah.

d.    Mempunyai permukaan mengilap

       Pada saat cahaya jatuh pada permukaan logam, elektron-elektron bebas akan menyerap energi cahaya tersebut. Elektron-elektron akan melepas kembali energi tersebut dalam bentuk radiasi elektromagnetik dengan frekuensi sama dengan cahaya semula. Akibatnya, pantulan cahaya yang datang akan membuta permukaan logam terlihat mengilap.