Ikatan Kovalen
Unsur-unsur logam dan bukan logam cenderung membentuk senyawa ion untuk
mencapai keadaan stabil melalui serah terima elektron sehingga tercapai
konfigurasi elektron seperti gas mulia. Di alam, banyak senyawa yang
terbentuk dari unsur-unsur bukan logam seperti gas oksigen (O2), nitrogen (N2), dan metana (CH4). Bagaimanakah molekul-molekul tersebut dibentuk?
3.1. Ikatan Kovalen
Menurut Lewis, atom-atom bukan logam dapat membentuk ikatan dengan
atom-atom bukan logam melalui penggunaan bersama pasangan elektron
valensinya. Apa yang dimaksud dengan penggunaan bersama pasangan
elektron valensi? Mengapa ikatan antar-atom bukan logam tidak melalui
serah-terima elektron?
Tabel 3. Beberapa Unsur Bukan Logam yang Dapat Membentuk
Ikatan Kovalen
IA
|
IVA
|
VA
|
VIA
|
VIIA
|
H
|
C
|
N
|
O
|
F
|
|
|
P
|
S
|
Cl
|
|
|
|
|
Br
|
|
|
|
|
I
|
Atom-atom bukan logam umumnya berada pada golongan VA–VIIA, artinya
atom-atom tersebut memiliki elektron valensi banyak (5–7). Jika elektron
valensinya banyak, apakah yang akan dilakukan atom-atom golongan
VA–VIIA untuk mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia? Untuk
mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia, atom-atom cenderung
mengadakan saham (saling menyumbang), setiap atom menyumbang elektron
valensi untuk digunakan bersama. Ikatan yang terbentuk melalui
penggunaan bersama pasangan elektron valensi dinamakan ikatan kovalen.
Senyawa yang dibentuk dinamakan senyawa kovalen. Untuk menyatakan
elektron valensi dalam ikatan kovalen, Lewis menggunakan rumus titik
elektron.
Ikatan kovalen tunggal adalah ikatan yang terbentuk dari penggunaan
bersama sepasang elektron (setiap atom memberikan saham satu elektron
untuk digunakan bersama).
Contoh :
Atom H dapat berikatan kovalen dengan Cl membentuk HCl. Perhatikan konfigurasi elektron atom H dan Cl berikut.
1H = 1 dan 17Cl = 2 8 7
Agar elektron valensi atom H mirip dengan atom He (2) maka diperlukan
satu elektron. Demikian pula atom Cl, agar mirip dengan konfigurasi
elektron atom Ar (2 8 8), diperlukan satu elektron. Oleh karena kedua
atom tersebut masing-masing memerlukan satu elektron maka cara yang
paling mungkin adalah setiap atom memberikan satu elektron valensi untuk
membentuk sepasang elektron ikatan. Perhatikan Gambar 2.
|
Gambar 2. Pembentukan ikatan kovalen tunggal pada molekul HCl |
Contoh Soal Pembentukan Ikatan Kovalen Tunggal (2) :
Tuliskan pembentukan ikatan kovalen tunggal antara atom C dan H dalam molekul CH4.
Penyelesaian :
Konfigurasi elektron atom 1H = 1.
Konfigurasi elektron atom 6C = 2 4.
Atom C akan stabil jika mengikat empat elektron membentuk konfigurasi
mirip dengan atom Ne (2 8). Empat elektron ini dapat diperoleh dengan
cara menyumbangkan empat atom H. Jadi, setiap atom H memberikan saham 1
elektron valensinya.
Proses pembentukan ikatan antara atom C dan H dapat dijelaskan sebagai berikut :
Pada CH4, setiap atom H memiliki 2 elektron valensi (seperti He) dan atom C memiliki 8 elektron valensi (seperti Ne). Dalam molekul CH4 terdapat 4 pasang elektron ikatan atau 4 ikatan kovalen tunggal.
Sepasang elektron ikatan dapat dinyatakan dengan satu garis. Misalnya,
pada molekul HCl, sepasang elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk
H–Cl. Pada molekul
CH4 , keempat pasang elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk seperti ditunjukkan pada Gambar 3.
|
Gambar 3. Garis yang menyatakan pasangan elektron ikatan. |
3.3.
Ikatan Kovalen Rangkap
Dalam ikatan kovalen, selain ikatan kovalen tunggal juga terdapat
ikatan kovalen rangkap dua dan
ikatan kovalen rangkap tiga. Ikatan kovalen rangkap dua terbentuk dari dua elektron valensi yang disahamkan oleh setiap atom, misalnya pada molekul
O2. Ikatan kovalen rangkap tiga terbentuk dari tiga elektron valensi yang disahamkan oleh setiap atom, misalnya dalam molekul
N2.
Dapatkah Anda menggambarkan pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dan rangkap tiga pada molekul
O2 dan
N2 ? Konfigurasi elektron atom
8O = 2 6. Atom O akan stabil jika konfigurasi elektronnya serupa dengan
10Ne =
2 8. Agar stabil maka atom O memerlukan 2 elektron tambahan.
Kedua elektron ini diperoleh dengan cara patungan 2 elektron valensi
dari masing-masing atom O membentuk ikatan kovalen rangkap dua
(perhatikan Gambar 4).
|
Gambar 4. Pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dalam molekul O2. |
Contoh Soal Ikatan Kovalen Rangkap (2) :
Gambarkan pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dalam molekul CO2 .
Penyelesaian :
Konfigurasi elektron atom 6C = 2 4.
Untuk membentuk konfigurasi Ne (2 8), diperlukan 4 elektron tambahan.
Ke-4 elektron ini diperoleh dari atom O. Setiap atom O menyumbang 2
elektron valensi sehingga membentuk dua buah ikatan kovalen rangkap dua.
Berdasarkan uraian dan contoh soal tersebut, dapatkah Anda
menyimpulkan hubungan jumlah ikatan rangkap dengan nomor golongan dalam
sistem periodik?
Contoh ikatan kovalen rangkap :
Atom N yang terdapat dalam golongan VA membentuk ikatan kovalen rangkap
tiga. Atom O dan S yang terdapat dalam golongan VIA membentuk ikatan
kovalen rangkap dua. Atom halogen (F, Cl, Br, I) membentuk ikatan
kovalen tunggal.
Dalam molekul diatom homointi, seperti
H2, Cl2,
N2, O2, dan sejenisnya, kedua inti atom
saling menarik pasangan elektron dengan ikatan sama besar sebab skala
keelektronegatifan setiap atomnya sama. Untuk mengingat skala
keelektronegatifan atom, simak kembali Bab
Sistem Periodik Unsur-Unsur.
Apakah yang terjadi jika atom H dan atom Cl berikatan? Anda tahu bahwa
atom Cl lebih elektronegatif daripada atom H. Kelektronegatifan Cl = 3,0
dan H =2,1. Oleh karena atom Cl memiliki daya tarik terhadap pasangan
elektron yang digunakan bersama lebih kuat maka pasangan elektron
tersebut akan lebih dekat ke arah atom klorin. Apa akibatnya terhadap
atom H maupun atom Cl dalam molekul HCl jika pasangan elektron pada
ikatan itu lebih tertarik kepada atom klorin?
Gejala tersebut menimbulkan terjadinya pengkutuban muatan. Oleh karena
pasangan elektron ikatan lebih dekat ke arah atom Cl maka atom Cl akan
kelebihan muatan negatif. Dengan kata lain, atom Cl membentuk kutub
negatif. Akibat bergesernya pasangan elektron ikatan ke arah atom Cl
maka atom H akan kekurangan muatan negatif sehingga atom H akan
membentuk kutub positif.
Oleh karena molekul HCl bersifat netral maka besarnya muatan negatif
pada atom Cl harus sama dengan muatan positif pada atom H. Selain itu,
kutub positif dan kutub negatif dalam molekul kovalen bukan pemisahan
muatan total seperti pada ikatan ion, melainkan secara
parsial, dilambangkan dengan δ .
Jika dalam suatu ikatan kovalen terjadi pengkutuban muatan maka ikatan
tersebut dinamakan ikatan kovalen polar. Molekul yang dibentuknya
dinamakan molekul polar. Sebaran muatan elektron pada molekul polar
terdapat di antara rentang ikatan kovalen murni seperti
H2 dan ikatan ion seperti NaCl, perhatikan Gambar 5.
|
Gambar 5. Rentang kepolaran ikatan berada di antara ikatan kovalen murni dan ikatan ion. |
Dengan demikian, dapat dikatakan bahwa dalam molekul-molekul kovalen
polar terjadi pemisahan muatan secara parsial akibat
perbedaan keelektronegatifan dari atom-atom yang membentuk molekul.
Bagaimana menentukan bahwa suatu molekul tergolong kovalen nonpolar atau
kovalen polar? Untuk menjawab masalah ini diperlukan pengetahuan
tentang keelektronegatifan unsur-unsur.
Kepolaran molekul berkaitan dengan kemampuan suatu atom dalam molekul
untuk menarik pasangan elektron ikatan ke arahnya. Kemampuan tersebut
dinyatakan dengan skala keelektronegatifan. Selisih nilai
keelektronegatifan dua buah atom yang berikatan kovalen memberikan
informasi tentang ukuran kepolaran dari ikatan yang dibentuknya. Jika
selisih keelektronegatifan nol atau sangat kecil, ikatan yang terbentuk
cenderung kovalen murni. Jika selisihnya besar, ikatan yang terbentuk
polar. Jika selisihnya sangat besar, berpeluang membentuk ikatan ion.
Selisih keelektronegatifan antara atom H dan H (dalam molekul H2) ; atom H dan Cl (dalam HCl); dan atom Na dan Cl (dalam NaCl) berturut-turut adalah 0; 0,9; dan 2,1.
Contoh Soal Menentukan Kepolaran Senyawa (3) :
Manakah di antara senyawa berikut yang memiliki kepolaran tinggi?
a. CO
b. NO
c. HCl
Kunci Jawaban :
Keelektronegatifan setiap atom adalah
C = 2,5; O = 3,5; N = 3,0; Cl = 3,0; H = 2,1
Pada molekul CO, selisih keelektronegatifannya adalah 3,5 – 2,5 = 1,0.
Pada molekul NO, selisih keelektronegatifannya adalah 3,5 – 3,0 = 0,5.
Pada molekul HCl, selisih keelektronegatifannya adalah 3,0 – 2,1 = 0,9.
Jadi, kepolaran molekul dapat diurutkan sebagai berikut: CO > HCl > NO.
Praktikum Kimia Membuktikan Kepolaran Molekul (2) :
Tujuan :
Membuktikan kepolaran suatu molekul atau senyawa polar yang memiliki muatan parsial.
Alat :
- Buret
- Batang fiber/sisir plastik
- Kain wol
Bahan :
- Metanol
- Bensin
- Air
- Benzena
Langkah Kerja :
- Alirkan setiap senyawa (metanol, bensin, air, dan benzena) melalui buret secara bergantian.
- Pasang batang fiber atau sisir yang digosok-gosokkan pada kain wol terhadap jalannya aliran senyawa.
- Amati apa yang terjadi.
Pertanyaan :
- Senyawa manakah yang menunjukkan senyawa polar?
- Mengapa senyawa kovalen polar dapat dibelokkan ke arah batang fiber atau sisir yang telah digosok-gosokkan pada kain?
- Apa yang dapat Anda simpulkan dari analisis percobaan tersebut?
3.5.
Ikatan Kovalen Koordinasi
Dalam ikatan kovalen terjadi penggunaan bersama pasangan
elektron valensi untuk mencapai konfigurasi elektron seperti gas mulia
(oktet atau duplet). Jika pasangan elektron yang dipakai pada ikatan
kovalen berasal hanya dari salah satu atom, mungkinkah ini terjadi?
Berdasarkan gejala kimia, ternyata ada senyawa kovalen yang memiliki
sepasang elektron untuk digunakan bersama yang berasal dari salah satu
atom. Ikatan seperti ini dinamakan
ikatan kovalen koordinasi.
Tinjauan ion amonium,
NH4+. Ion ini dibentuk dari amonia (
NH3) dan ion hidrogen melalui ikatan kovalen koordinasi, seperti yang ditunjukkan berikut ini.
Pada ion amonium, sepasang elektron yang digunakan bersama antara atom nitrogen dan ion
H+ berasal dari atom nitrogen. Jadi, dalam ion amonium terdapat ikatan kovalen koordinasi.
Jika ikatan kovalen dinyatakan dengan garis maka ikatan
kovalen koordinasi dinyatakan dengan anak panah. Arah anak panah yaitu
dari atom yang menyediakan pasangan elektron menuju atom
yang menggunakan pasangan elektron tersebut. Perhatikan reaksi berikut.
Contoh Soal Menentukan Ikatan Kovalen Koordinasi (4) :
Pada struktur senyawa SO3, manakah yang merupakan ikatan kovalen koordinasi ?
Pembahasan :
Pada senyawa
SO3, atom S mengikat 3 atom O.
Konfigurasi elektron 16S : 2 8 6
Konfigurasi elektron 8O : 2 6
Untuk mencapai konfigurasi oktet, atom S kekurangan 2 elektron, demikian
pula atom O. Salah satu atom O mengadakan saham 2 elektron dengan atom
S membentuk ikatan rangkap dua. Oleh karena S dan O sudah mencapai oktet
maka kedua atom O yang lain menggunakan pasangan elektron dari atom S
untuk berikatan membentuk ikatan kovalen koordinasi. Dalam bentuk garis
diungkapkan sebagai berikut.