NOTA KURSUS: BAB 4

KIMIA ASAS SEMESTER 1 (SK017)

(Note: Academic content is in Bahasa Malaysia in accordance of the main language used in the delivery of lessons in the Academic Year 2003. Teaching will only be fully conducted in English as of 2004.)

Prepared by Mr. Lau Kah Pew

BAB 4 : IKATAN KIMIA

4.1 PENGENALAN KEPADA IKATAN KIMIA

4.2 ELEKTRONVALENS & STRUKTUR LEWIS

4.3 GEOMETRI MOLEKUL

4.4 KEKUTUBAN IKATAN

4.4.1 Kekutuban Dalam Molekul Ringkas

4.4.2 Kekutuban Dlm Molekul Poliatom

4.5 IKATAN KOVALEN

4.5.1 Pembentukan Orbital-Orbital Hibrid

4.6.2 Jenis-jenis Penghibridan

4.5.3 Penghibridan dalam molekul-molekul yang mempunyai pasangan elektron pencil

4.5.4 Penghibridan dalam molekul-molekul yang mempunyai ikatan dubel dan tripel.

4.6 DAYA ANTARA MOLEKUL

|| 1 || 2 || 3 || 4 | 4.1 | 4.2 | 4.3 | 4.4 | 4.5 | 4.6 || 5 || 6 || 7 ||

4.5 IKATAN KOVALEN

PPEPV atau VSPER amat berguna dalam meramal bentuk sesuatu molekul tetapi ia tidak menawarkan penjelasan untuk...

- MENGAPA sesuatu pasangan elektron boleh membentuk ikatan kovalen dan

- BAGAIMANA ikatan ini boleh terbentuk

Teori-teori moden yang menawarkan penjelasan kepada persoalan-persoalan di atas adalah berasaskan Teori Kuantum Mekanik.

Satu daripada teori ikatan kovalen yang telah berkembang daripada Teori Kuantum Mekanik adalah TEORI IKATAN VALENS (VALENCE BOND THEORY)

Menurut TEORI IKATAN VALENS,

ikatan antara dua atom berlaku apabila sepasang elektron yang bertentangan spin dikongsi oleh dua orbital atom yang bertindihan.

Lebih besar pertindihan orbital menghasilkan ikatan kovalen yang lebih kuat.

Misalnya, pembentukan molekul H₂;

Orbital 1s daripada dua atom H yang berlainan bertindih apabila dua atom tersebut menghampiri satu sama lain. Pengisian satu e daripada kedua-dua atom H tersebut dalam orbital yang bertindih ini membentuk Ikatan Kovalen.

Adakalanya pertindihan berlaku antara dua orbital yang berlainan jenis.

Bagi HF, pertindihan berlaku antara orbital 1s daripada atom H dengan orbital 2p daripada atom F.

Kembali ke atas...

4.5.1 Pembentukan Orbital-Orbital Hibrid

Jika diaplikasikan prinsip-prinsip bagi teori Ikatan Valens untuk pembentukan molekul yang terdiri daripada atom C dan H, kita dapati bahawa...

Pengujaan e daripada atom C menyebabkan e dalam petala ke-2 tersebar dengan sekata secara tunggal dalam setiap orbital

Menurut teori ikatan valens, pembentukan CH₄ melibatkan pertindihan antara orbital 1s daripada 4 atom H berlaku ke atas orbital-orbital 2s, dan tiga orbital 2p pada atom C.

Oleh kerana orbital-orbital 2p adalah tersusun sepanjang paksi x, y dan z (pada sudut 90^o antara satu sama lain); dan orbital 2s berbentuk sfera, dijangka bahawa 3 ikatan kovalen C-H mempunyai sudut ikatan 90^o dan satu lagi mempunyai sudut yang > 120^o

Kajian mendapati bahawa pada CH₄, keempat-empat ikatan C-H mempunyai sudut ikatan 109.5^o dan membentuk geometri molekul tetrahedral.

Untuk menyelaraskan dapatan kajian dan pemerhatian dengan Teori Ikatan Valens, konsep penghibridan orbital diperkenalkan.

Orbital hibrid terbentuk daripada “gabungan” dua atau lebih bilangan dan jenis orbital.

*JENIS ORBITAL HIBRID*	*TERBENTUK DARIPADA GABUNGAN...*
sp	1 orbital s + 1 orbital p
sp²	1 orbital s + 2 orbital p
sp³	1 orbital s + 3 orbital p
sp³d	1 orbital s + 3 orbital p + orbital d
sp³d²	1 orbital s + 3 orbital p + 2 orbital d

Rujukan Tambahan:

http://www.science.uwaterloo.ca/~cchieh/cact/c120/hybrid.html

http://wine1.sb.fsu.edu/chm1045/notes/Geometry/Hybrid/Geom05.htm

http://www.chm.davidson.edu/ChemistryApplets/AtomicOrbitals/HybridOrbitals.html

Kembali ke atas...

4.5.2 Jenis-jenis Penghibridan

a) Orbital Hibrid sp

Akibat gabungan DUA orbital

(1 orbital s + 1 orbital p) ,

maka penghibridan sp menghasilkan DUA orbital yang boleh menempatkan pasangan elektron pada aras tenaga yang sama. Demikian jika terbentuk dua ikatan kovalen, ianya adalah pada kekuatan dan jarak ikatan yang sama panjang.

Contoh: BeCl₂

Pengujaan elektron 2s untuk membentuk elektron tunggal ...

JIKA pembentukan ikatan kovalen berlaku pada keadaan ini, dijangka pemerhatian adalah:

Dua pasangan elektron ikatan (ikatan kovalen) yang tidak sama aras tenaga (oleh itu tak sama panjang dan tak sama kuat!)
Bentuk molekul tidak linear sekata.

Dalam BeCl₂ sebenar, pemerhatian di atas adalah TIDAK BENAR!

BeCl₂ adalah molekul linear dan kedua-dua ikatan kovalennya adalah sama kuat dan sama panjang.

Oleh itu, penjelasan yang mungkin adalah pembentukan orbital hibrid sp.

Kembali ke atas...

b) Orbital Hibrid sp²

Akibat gabungan TIGA orbital:

(1 orbital s + 2 orbital p)

maka penghibridan sp² menghasilkan TIGA orbital yang boleh menempatkan pasangan elektron pada aras tenaga yang sama.

Demikian jika terbentuk TIGA ikatan kovalen, ianya adalah pada kekuatan dan jarak ikatan yang sama panjang dan mengambil geometri SEGITIGA SESATAH.

Contoh: BH₃

Pengujaan elektron 2s untuk membentuk elektron tunggal ...

JIKA pembentukan ikatan kovalen berlaku pada keadaan ini, dijangka pemerhatian adalah:

Dua Jenis pasangan elektron ikatan (ikatan kovalen) yang tidak sama aras tenaga (oleh itu tak sama panjang dan tak sama kuat!)
Bentuk molekul tidak berbentuk segitiga sesatah yang sekata.

Dalam BH₃ sebenar, pemerhatian di atas adalah TIDAK BENAR!

BeH₃ adalah molekul segitiga sesatah yang sekata (ketiga-tiga sudut ikatan adalah 120^o) dan ketiga-tiga ikatan kovalennya adalah sama kuat dan sama panjang.

Oleh itu, penjelasan yang mungkin adalah pembentukan orbital hibrid sp².

Pertindihan orbital hibrid sp² pada atom boron dengan orbital 1s daripada 3 atom hidrogen dalam pembentukan molekul BH₃.

Kembali ke atas...

c) Orbital Hibrid sp³

Akibat gabungan EMPAT orbital:

(1 orbital s + 3 orbital p)

maka penghibridan sp³ menghasilkan EMPAT orbital yang boleh menempatkan pasangan elektron pada aras tenaga yang sama.

Demikian jika terbentuk EMPAT ikatan kovalen, ianya adalah pada kekuatan dan jarak ikatan yang sama panjang dan mengambil geometri TETRAHEDRON.

Contoh: CH₄

Pengujaan elektron 2s untuk membentuk elektron tunggal ...

Penghibridan orbital 2s dengan 3 orbital 2p menghasilkan 4 orbital hibrid sp³.

CH₄ adalah molekul tetrahedral yang sekata (ketiga-tiga sudut ikatan adalah 109.5^o) dan keempat-empat ikatan kovalennya adalah sama kuat dan sama panjang.

Kembali ke atas...

d) Orbital Hibrid sp³d

Akibat gabungan LIMA orbital:

(1 orbital s + 3 orbital p + 1 orbital d),

maka penghibridan sp³d menghasilkan LIMA orbital yang boleh menempatkan pasangan elektron pada aras tenaga yang sama.

Demikian jika terbentuk LIMA ikatan kovalen, ianya adalah pada kekuatan dan jarak ikatan yang sama panjang serta membentuk geometri asas yang berbentuk BIPIRAMID TRIGON.

Contoh: PBr₅

Pengujaan elektron 3s untuk membentuk elektron tunggal ...

Penghibridan orbital 3s, 3 orbital 3p dan 1 orbital 3d untuk menghasilkan 5 orbital hibrid sp³d.

PBr₅adalah molekul berbentuk bipiramid trigon dan kelima-lima ikatan kovalennya adalah sama kuat dan sama panjang.

Kembali ke atas...

e) Orbital Hibrid sp³d²

Akibat gabungan ENAM orbital:

(1 orbital s + 3 orbital p + 2 orbital d),

maka penghibridan sp³d² menghasilkan ENAM orbital yang boleh menempatkan pasangan elektron pada aras tenaga yang sama.

Demikian jika terbentuk ENAM ikatan kovalen, ianya adalah pada kekuatan dan jarak ikatan yang sama panjang serta membentuk geometri asas yang berbentuk OKTAHEDRON.

Contoh: SF₆

Pengujaan elektron 3s untuk membentuk elektron tunggal ...

Penghibridan orbital 3s, 3 orbital 3p dan 1 orbital 3d untuk menghasilkan 5 orbital hibrid sp³d.

SF₆ adalah molekul berbentuk OKTAHEDRON dan keenam-enam ikatan kovalennya adalah sama kuat dan sama panjang.

Kembali ke atas...

RINGKASAN

Kembali ke atas...

4.5.3 Penghibridan dalam molekul-molekul yang mempunyai pasangan elektron pencil

Penghibridan juga boleh digunakan untuk menjelaskan bentuk geometri sesuatu molekul serta sudut ikatan antara atom-atomnya.

Misalnya sudut ikatan H─N─H dalam molekul NH₃ adalah 107^o, dan pada molekul air pula sudut ikatan H─O─H-nya adalah 104.5^o. Kedua-dua molekul tersebut mempunyai sudut ikatan yang dijangkakan dalam molekul yang mana atom pusatnya mempunyai hibrid sp³.

Contoh: NH₃

Pengujaan elektron tidak perlu kerana semua orbital 2p mengandungi sekurang-kurangnya satu elektron ...

Penghibridan orbital 2s dengan 3 orbital 2p menghasilkan 4 orbital hibrid sp³.

Oleh itu, NH₃ didapati membentuk 4 orbital hibrid sp³ yang mempunyai aras tenaga yang sama untuk membentuk geometri asas tetrahedron.

Satu daripada orbital sp³-nya mengandungi pasangan elektron pencil. Oleh itu, geometri molekulnya adalah piramid trigon.

Contoh: H₂O

Pengujaan elektron tidak perlu kerana semua orbital 2p mengandungi sekurang-kurangnya satu elektron ...

Penghibridan orbital 2s dengan 3 orbital 2p menghasilkan 4 orbital hibrid sp³.

Oleh itu, H₂O didapati membentuk 4 orbital hibrid sp³ yang mempunyai aras tenaga yang sama untuk membentuk geometri asas tetrahedron.

Dua daripada orbital sp³-nya mengandungi pasangan elektron pencil. Oleh itu, geometri molekulnya adalah bentuk “V”.

Kembali ke atas...

4.5.4 Penghibridan dalam molekul-molekul yang mempunyai ikatan dubel dan tripel.

Terdapat 2 jenis Ikatan Kovalen dari segi pertindihan orbital:

IKATAN KOVALEN SIGMA (σ)
IKATAN KOVALEN PI (π)

a) Ikatan Kovalen Sigma (σ)

Ikatan kovalen yang terbentuk akibat pertindihan orbital s, p atau orbital-orbital hibrid di mana ketumpatan elektron paling tinggi pada kawasan di sepanjang paksi antara dua nukleus atom yang terikat bersama.

b) Ikatan Kovalen Pi (π)

Ikatan kovalen yang terbentuk akibat pertindihan orbital s, p atau orbital-orbital hibrid di mana ketumpatan elektron paling tinggi pada dua kawasan; di atas dan di bawah paksi antara dua yang terikat bersama.

Penghibridan Dan Ikatan Kovalen Dubel

Pembentukan kedua-dua ikatan kovalen σ dan π dapat dilihat dengan jelas dalam molekul etena (C₂H₄).

Kedua-dua atom C dalam etena mengalami penghibridan sp².

Pengujaan elektron 2s untuk membentuk elektron tunggal ...

Penghibridan orbital 2s dengan 2 orbital 2p menghasilkan 3 orbital hibrid sp².

Oleh itu pada setiap atom C terdapat elektron tunggal yang berupaya membentuk ikatan kovalen pada tiga orbital hibrid sp² dan satu orbital 2p bakinya.

Pembentukan Ikatan Kovalen σ

Pembentukan ikatan kovalen σ dan π

Penghibridan Dan Ikatan Kovalen Tripel

Pembentukan kedua-dua ikatan kovalen σ dan π dalam sebatian yang mempunyai ikatan kovalen tripel dapat dilihat dengan jelas dalam molekul etuna (C₂H₂).

Kedua-dua atom C dalam etena mengalami penghibridan sp.