Definisi tautan kimia, karakteristik, bagaimana mereka dibentuk, tipe

itu ikatan kimia itu adalah kekuatan yang berhasil menjaga atom yang membentuk materi bersama. Setiap jenis materi memiliki ikatan kimia yang khas, yang terdiri dari partisipasi satu atau lebih elektron. Dengan demikian, gaya yang menggabungkan atom dalam gas berbeda, misalnya, dari logam.

Semua elemen dari tabel periodik (dengan pengecualian helium dan gas mulia ringan) dapat membentuk ikatan kimia satu sama lain. Namun, sifat ini dimodifikasi tergantung pada elemen apa yang berasal dari elektron yang membentuknya. Parameter penting untuk menjelaskan jenis tautan adalah keelektronegatifan.

Perbedaan elektronegativitas (ΔE) antara dua atom tidak hanya menentukan jenis ikatan kimia, tetapi juga sifat fisikokimia senyawa. Garam ditandai dengan memiliki ikatan ion (ΔE tinggi), dan banyak senyawa organik, seperti vitamin B₁₂ (gambar atas), ikatan kovalen (ΔE rendah).

Dalam struktur molekul atas, masing-masing garis mewakili ikatan kovalen. Irisan menunjukkan bahwa tautan muncul dari pesawat (ke arah pembaca), dan yang digarisbawahi dari pesawat (jauh dari pembaca). Perhatikan bahwa ada ikatan rangkap (=) dan atom kobalt terkoordinasi dengan lima atom nitrogen dan rantai samping R.

Tapi mengapa ikatan kimia seperti itu terbentuk? Jawabannya terletak pada stabilitas energi dari atom dan elektron yang berpartisipasi. Stabilitas ini harus menyeimbangkan tolakan elektrostatik yang dialami antara awan elektronik dan inti, dan daya tarik yang diberikan oleh inti atom pada elektron-atom tetangga..

Indeks

• 1 Definisi ikatan kimia
• 2 Karakteristik
• 3 Bagaimana mereka terbentuk
  • 3.1 Senyawa Homonuklear A-A
  • 3.2 Senyawa heteronuklear A-B
• 4 Jenis
  • 4.1 - Tautan Covalent
  • 4.2 - Tautan ionik
  • 4.3 Tautan logam
• 5 Contoh
• 6 Pentingnya ikatan kimia
• 7 Referensi

Definisi ikatan kimia

Banyak penulis telah memberikan definisi ikatan kimia. Dari mereka semua yang paling penting adalah fisikokimia G. N. Lewis, yang mendefinisikan ikatan kimia sebagai partisipasi sepasang elektron antara dua atom. Jika atom A · dan · B dapat menyediakan satu elektron, maka tautan sederhana A: B atau A-B akan terbentuk di antara mereka.

Sebelum pembentukan rantai, baik A dan B dipisahkan oleh jarak yang tidak terbatas, tetapi ketika menghubungkan sekarang ada kekuatan yang menyatukan mereka dalam senyawa diatomik AB dan jarak (atau panjang) sambungan.

Fitur

Apa karakteristik yang dimiliki gaya ini yang menyatukan atom? Ini lebih tergantung pada jenis tautan antara A dan B daripada pada struktur elektroniknya. Misalnya, tautan A-B adalah arah. Apa maksudmu Bahwa gaya yang diberikan oleh penyatuan pasangan elektron dapat diwakili pada sumbu (seolah-olah itu adalah sebuah silinder).

Demikian juga, tautan ini membutuhkan energi untuk memutuskan. Jumlah energi ini dapat dinyatakan dalam satuan kJ / mol atau kal / mol. Setelah energi yang cukup telah diterapkan pada senyawa AB (dengan panas, misalnya), ia akan berdisosiasi menjadi atom A · dan · B asli.

Semakin stabil tautan, semakin besar jumlah energi yang dibutuhkan untuk memisahkan atom-atom yang bergabung.

Di sisi lain, jika ikatan dalam senyawa AB adalah ion, A⁺B^-, maka itu akan menjadi kekuatan non-directional. Mengapa Karena A⁺ memberikan kekuatan yang menarik pada B^- (dan sebaliknya) yang lebih tergantung pada jarak yang memisahkan kedua ion di ruang daripada di lokasi relatif mereka.

Bidang tarik-menarik dan tolakan ini mengumpulkan ion-ion lain untuk membentuk apa yang dikenal sebagai kisi kristal (gambar atas: kation A⁺ kebohongan dikelilingi oleh empat anion B^-, dan keempat kation ini A⁺ dan sebagainya).

Bagaimana mereka terbentuk

Senyawa Homonuklear A-A

Untuk sepasang elektron untuk membentuk ikatan ada banyak aspek yang harus dipertimbangkan terlebih dahulu. Inti, untuk mengatakan orang-orang dari A, memiliki proton dan karena itu positif. Ketika dua atom A saling berjauhan, yaitu, pada jarak internuklear yang besar (gambar atas), mereka tidak mengalami daya tarik apa pun..

Ketika mereka mendekati dua atom A, nukleinya menarik awan elektronik dari atom tetangga (lingkaran ungu). Ini adalah kekuatan yang menarik (A di atas lingkaran ungu tetangga). Namun, dua inti A ditolak dengan menjadi positif, dan gaya ini meningkatkan energi potensial ikatan (sumbu vertikal).

Ada jarak internuklear di mana energi potensial mencapai minimum; yaitu, baik gaya tarik dan gaya tolak seimbang (dua atom A di bagian bawah gambar).

Jika jarak ini menurun setelah titik ini, hubungan akan menyebabkan dua inti menolak dengan sangat kuat, senyawa A-A yang tidak stabil..

Jadi, agar sambungan yang terbentuk harus ada jarak internuklear yang memadai dengan energi; dan di samping itu, orbital atom harus tumpang tindih dengan benar sehingga elektron saling terhubung.

Senyawa heteronuklear A-B

Bagaimana jika alih-alih dua atom A bergabung dengan A dan yang lain dari B? Dalam hal ini grafik atas akan berubah karena salah satu atom akan memiliki lebih banyak proton daripada yang lain, dan ukuran awan elektronik berbeda.

Ketika ikatan A-B terbentuk pada jarak internuklear yang tepat, pasangan elektron akan ditemukan terutama di sekitar atom yang paling elektronegatif. Ini terjadi dengan semua senyawa kimia heteronuklear, yang merupakan sebagian besar dari yang diketahui (dan akan diketahui).

Meskipun tidak disebutkan secara mendalam, ada banyak variabel yang secara langsung mempengaruhi bagaimana pendekatan atom dan ikatan kimia terbentuk; beberapa bersifat termodinamika (apakah reaksi spontan?), elektronik (seberapa penuh atau kosong orbital atom) dan kinetika lainnya.

Jenis

Tautan menyajikan serangkaian karakteristik yang membedakan mereka satu sama lain. Beberapa dari mereka dapat dibingkai dalam tiga klasifikasi utama: kovalen, ionik atau logam.

Meskipun ada senyawa yang tautannya termasuk satu jenis, banyak sebenarnya terdiri dari campuran karakter masing-masing. Fakta ini disebabkan oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom yang membentuk ikatan. Dengan demikian, beberapa senyawa dapat bersifat kovalen, tetapi dalam ikatannya terdapat karakter ionik tertentu.

Juga, jenis ikatan, struktur, dan massa molekul adalah faktor kunci yang menentukan sifat makroskopik material (kecerahan, kekerasan, kelarutan, titik lebur, dll.).

-Ikatan kovalen

Ikatan kovalen adalah yang telah dijelaskan sejauh ini. Di dalamnya, dua orbital (masing-masing satu elektron) harus bertumpang tindih dengan nuklei yang terpisah pada jarak nukleus yang tepat.

Menurut teori orbital molekul (TOM), jika tumpang tindih orbitalnya frontal, ikatan sigma σ akan terbentuk (yang juga disebut tautan sederhana atau sederhana). Sementara jika orbital terbentuk oleh tumpang tindih lateral dan tegak lurus terhadap sumbu internuklear, tautan π (ganda dan rangkap tiga) akan muncul:

Tautan sederhana

Link σ seperti yang dapat dilihat pada gambar dibentuk di sepanjang sumbu internuclear, Meskipun tidak diperlihatkan, A dan B mungkin memiliki hubungan lain, dan karenanya, lingkungan kimianya sendiri (bagian struktur molekul yang berbeda). Jenis tautan ini ditandai oleh kekuatan putarannya (silinder hijau) dan dengan menjadi yang terkuat dari semuanya.

Sebagai contoh, ikatan sederhana molekul hidrogen dapat berputar pada sumbu internuklear (H-H). Dengan cara yang sama, molekul CA-AB hipotetis dapat melakukannya.

Tautan C-A, A-A dan A-B berputar; tetapi jika C atau B adalah atom atau sekelompok atom besar, rotasi A-A terhalang secara sterik (karena C dan B akan hancur).

Ikatan sederhana ditemukan di hampir semua molekul. Atom mereka dapat memiliki hibridisasi kimia apa pun selama orbitalnya tumpang tindih. Kembali ke struktur vitamin B₁₂, setiap baris tunggal (-) menunjukkan tautan tunggal (misalnya, tautan -CONH₂).

Tautan ganda

Ikatan rangkap mensyaratkan bahwa atom memiliki (biasanya) hibridisasi sp². Ikatan p murni, tegak lurus terhadap tiga orbital hibrid sp², membentuk ikatan rangkap, yang ditampilkan sebagai lembaran keabu-abuan.

Perhatikan bahwa kedua tautan tunggal (silinder hijau) dan tautan ganda (lembaran abu-abu) ada bersamaan pada saat yang bersamaan. Namun, tidak seperti tautan sederhana, ganda tidak memiliki kebebasan rotasi yang sama di sekitar sumbu internuklear. Ini karena, untuk memutar, tautan (atau lembaran) harus diputus; proses yang membutuhkan energi.

Juga, tautan A = B lebih reaktif daripada A-B. Panjang yang ini lebih kecil dan atom A dan B berada pada jarak internuklear yang lebih kecil; oleh karena itu, ada tolakan yang lebih besar antara kedua inti. Memecah kedua tautan, tunggal dan ganda, membutuhkan lebih banyak energi daripada yang dibutuhkan untuk memisahkan atom-atom dalam molekul A-B.

Dalam struktur vitamin B₁₂ beberapa ikatan rangkap dapat diamati: C = O, P = O, dan dalam cincin aromatik.

Tautan tiga kali lipat

Ikatan rangkap tiga bahkan lebih pendek dari ikatan rangkap dan putarannya lebih lemah secara energetik. Di dalamnya, dua tautan π tegak lurus terbentuk (lembaran abu-abu dan ungu), serta tautan sederhana.

Biasanya, hibridisasi kimia atom-atom A dan B harus sp: dua orbital sp yang dipisahkan oleh 180 °, dan dua orbital p murni yang tegak lurus dengan yang pertama. Perhatikan bahwa ikatan rangkap tiga menyerupai palet, tetapi tanpa daya rotasi. Tautan ini dapat dengan mudah direpresentasikan sebagai molekul A≡B (N≡N, N-nitrogen₂).

Dari semua ikatan kovalen, ini adalah yang paling reaktif; tetapi pada saat yang sama, yang membutuhkan lebih banyak energi untuk pemisahan atom-atomnya secara lengkap (· A: +: B ·). Jika vitamin B₁₂ memiliki ikatan rangkap tiga dalam struktur molekulnya, efek farmakologisnya akan berubah secara drastis.

Dalam ikatan rangkap tiga, enam elektron berpartisipasi; dalam ganda, empat elektron; dan secara sederhana atau sederhana, dua.

Pembentukan satu atau lebih ikatan kovalen ini tergantung pada ketersediaan elektronik atom; yaitu, berapa banyak elektron yang membutuhkan orbitalnya untuk memperoleh oktet valensi.

Tautan non-polar

Ikatan kovalen terdiri dari pembagian yang adil dari sepasang elektron antara dua atom. Tetapi ini hanya benar dalam kasus di mana kedua atom memiliki keelektronegatifan yang sama; yaitu, kecenderungan yang sama untuk menarik kerapatan elektronik dari lingkungannya dalam suatu senyawa.

Ikatan non-polar ditandai oleh perbedaan nol elektronegativitas (ΔE≈0). Ini terjadi dalam dua situasi: dalam senyawa homonuklear (A₂), atau jika lingkungan kimia di kedua sisi tautan setara (H₃C-CH₃, molekul etana).

Contoh tautan non-polar terlihat dalam senyawa berikut:

-Hidrogen (H-H)

-Oksigen (O = O)

-Nitrogen (N≡N)

-Fluorin (F-F)

-Klorin (Cl-Cl)

-Asetilena (HC≡CH)

Tautan kutub

Ketika ada perbedaan yang ditandai dalam keelektronegatifan ΔE antara kedua atom, momen dipol terbentuk di sepanjang sumbu tautan: A^δ+-B^δ-. Dalam kasus senyawa heteronuklear AB, B adalah atom yang paling elektronegatif, dan karenanya, memiliki kerapatan elektron tertinggi δ-; sedangkan A, yang paling tidak elektronegatif, kekurangan muatan δ+.

Agar ikatan kutub terjadi, dua atom dengan elektronegativade yang berbeda harus digabungkan; dan dengan demikian, membentuk senyawa heteronuklear. A-B menyerupai magnet: memiliki kutub positif dan kutub negatif. Hal ini memungkinkannya untuk berinteraksi dengan molekul lain melalui gaya dipol-dipol, di antaranya adalah ikatan hidrogen.

Air memiliki dua ikatan kovalen polar, H-O-H, dan geometri molekulnya bersudut, yang meningkatkan momen dipolnya. Jika geometrinya linier, lautan akan menguap dan air akan memiliki titik didih yang lebih rendah.

Fakta bahwa suatu senyawa memiliki ikatan kutub, itu tidak menyiratkan bahwa itu kutub. Misalnya, karbon tetraklorida, CCl₄, memiliki empat mata rantai C-Cl, tetapi dengan pengaturan tetrahedral dari mereka, momen dipol akhirnya membatalkan secara vectorially.

Tautan datif atau koordinasi

Ketika sebuah atom menghasilkan sepasang elektron untuk membentuk ikatan kovalen dengan atom lain, kita kemudian berbicara tentang ikatan datif atau ikatan koordinasi. Misalnya, memiliki B: pasangan elektron tersedia, dan A (atau A⁺), lowongan elektronik, tautan B: A terbentuk.

Dalam struktur vitamin B₁₂ lima atom nitrogen terikat pada pusat logam Co dengan jenis ikatan kovalen ini. Nitrogen ini memberikan pasangan elektron bebasnya ke Co kation³⁺, mengoordinasikan logam dengan mereka (Co³⁺: N-)

Contoh lain dapat ditemukan dalam protonasi molekul amonia untuk membentuk amonium:

H₃N: + H⁺ => NH₄⁺

Perhatikan bahwa dalam kedua kasus itu adalah atom nitrogen yang menyumbang elektron; oleh karena itu, ikatan kovalen atau ikatan koordinasi terjadi ketika sebuah atom menyumbang pasangan elektron.

Demikian pula, molekul air dapat terprotonasi untuk berubah menjadi kation hidronium (atau oksonium):

H₂O + H⁺ => H₃O⁺

Berbeda dengan kation amonium, hidronium masih memiliki pasangan elektron bebas (H₃O:⁺); Namun, sangat sulit untuk menerima proton lain untuk membentuk dihidrogen hidronium yang tidak stabil, H₄O²⁺.

-Ikatan ionik

Gambar menunjukkan bukit garam putih. Garam ditandai dengan memiliki struktur kristal, yaitu, simetris dan teratur; titik leleh dan titik didih tinggi, konduktivitas listrik tinggi ketika melelehkan atau melarutkan, dan juga, ion mereka sangat terikat oleh interaksi elektrostatik.

Interaksi ini membentuk apa yang dikenal sebagai ikatan ionik. Pada gambar kedua, kation A ditunjukkan⁺ dikelilingi oleh empat anion B^-, tapi ini adalah representasi 2D. Dalam tiga dimensi, A⁺ harus memiliki anion lain B^- maju dan belakang pesawat, membentuk berbagai struktur.

Jadi, A⁺ dapat memiliki enam, delapan, atau bahkan dua belas tetangga. Jumlah tetangga yang mengelilingi ion dalam kristal dikenal sebagai nomor koordinasi (N.C). Untuk setiap N.C jenis susunan kristal dikaitkan, yang pada gilirannya merupakan fase padat dari garam.

Kristal simetris dan faceted terlihat dalam garam adalah karena keseimbangan yang ditetapkan oleh interaksi tarik-menarik (A⁺ B^-) dan tolakan (A⁺ A⁺, B^- B^-elektrostatik).

Pelatihan

Tapi, mengapa A + dan B^-, atau Na⁺ dan Cl^-, tidak membentuk ikatan kovalen Na-Cl? Karena atom klor jauh lebih elektronegatif daripada logam natrium, yang juga ditandai dengan sangat mudah melepaskan elektronnya. Ketika unsur-unsur ini ditemukan, mereka bereaksi secara eksotermik untuk menghasilkan garam dapur:

2Na + Cl₂(g) => 2NaCl (s)

Dua atom natrium menghasilkan elektron valensi uniknya (Na ·) ke molekul diatomik Cl₂, untuk membentuk anion Cl^-.

Interaksi antara kation natrium dan anion klorida, meskipun mereka mewakili ikatan yang lebih lemah dari yang kovalen, mampu membuat mereka terikat kuat di padatan; dan fakta ini tercermin pada titik leleh tinggi garam (801ºC).

Tautan logam

Jenis ikatan kimia terakhir adalah logam. Ini dapat ditemukan pada potongan logam atau paduan. Ini ditandai dengan menjadi istimewa dan berbeda dari yang lain, karena elektron tidak berpindah dari satu atom ke atom lainnya, tetapi mereka berjalan, seperti laut, kristal logam.

Jadi, atom-atom logam, untuk mengatakan tembaga, menyatukan orbital valensi mereka satu sama lain untuk membentuk pita konduksi; dimana elektron (s, p, d atau f) melewati atom dan menjaganya tetap terikat.

Tergantung pada jumlah elektron yang transit melalui kristal logam, orbital yang disediakan untuk pita, dan pengemasan atom mereka, logam dapat lunak (seperti logam alkali), keras, cerah, atau konduktor listrik yang baik panas.

Kekuatan yang menyatukan atom-atom logam, seperti yang membentuk manusia kecil dalam gambar dan laptop-nya, lebih unggul dari pada garam.

Ini dapat diverifikasi secara eksperimental karena kristal garam dapat dibagi menjadi beberapa bagian sebelum kekuatan mekanik; sementara sepotong logam (terdiri dari kristal yang sangat kecil) cacat.

Contohnya

Empat senyawa berikut mencakup jenis ikatan kimia yang dijelaskan:

-Sodium fluoride, NaF (Na⁺F^-): ionik.

-Sodium, Na: metalik.

-Fluorin, F₂ (F-F): kovalen non-polar, karena ada ΔE nol di antara kedua atom karena keduanya identik.

-Hidrogen fluorida, HF (H-F): kovalen polar, karena dalam senyawa ini fluor lebih elektronegatif daripada hidrogen.

Ada senyawa, seperti vitamin B₁₂, yang memiliki ikatan kovalen polar dan ionik (dalam muatan negatif gugus fosfat -PO-nya₄^--). Dalam beberapa struktur yang kompleks, seperti cluster logam, semua jenis tautan ini dapat hidup berdampingan.

Materi menawarkan contoh ikatan kimia dalam semua manifestasinya. Dari batu di dasar kolam dan air yang mengelilinginya, hingga kodok yang bersuara di tepinya.

Sementara keterkaitannya mungkin sederhana, jumlah dan pengaturan spasial atom-atom dalam struktur molekul membuka jalan bagi keanekaragaman senyawa yang kaya..

Pentingnya ikatan kimia

Apa pentingnya ikatan kimia? Jumlah konsekuensi yang tak terhitung yang akan melepaskan ketiadaan ikatan kimia menyoroti pentingnya yang sangat besar di alam:

-Tanpanya, warna tidak akan ada, karena elektronnya tidak akan menyerap radiasi elektromagnetik. Partikel-partikel debu dan es yang ada di atmosfer akan menghilang, dan karenanya, warna biru langit akan berubah menjadi gelap.

-Karbon tidak dapat membentuk rantai tak berujung, dari mana triliunan senyawa organik dan biologis berasal.

-Protein bahkan tidak dapat didefinisikan dalam asam amino penyusunnya. Gula dan lemak akan lenyap, begitu pula senyawa karbon dalam organisme hidup.

-Bumi akan kehabisan atmosfer, karena tanpa adanya ikatan kimia dalam gas-gasnya, tidak akan ada kekuatan untuk menyatukannya. Juga tidak akan ada interaksi antarmolekul sedikit di antara mereka.

-Gunung-gunung mungkin lenyap, karena bebatuan dan mineral mereka, meskipun berat, tidak dapat mengandung atom-atom mereka yang dikemas di dalam struktur kristal atau amorf mereka..

-Dunia akan dibentuk oleh atom soliter yang tidak dapat membentuk zat padat atau cair. Ini juga akan mengakibatkan hilangnya semua transformasi materi; artinya, tidak akan ada reaksi kimia. Hanya gas sekilas di mana-mana.

Referensi

1. Harry B. Gray. (1965). Elektron dan Ikatan Kimia. A. BENJAMIN, INC. P 36-39.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hal 233, 251, 278, 279.
3. Kapal R. (2016). Ikatan Kimia. Diperoleh dari: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
4. Jenis Ikatan Kimia. (3 Oktober 2006). Diambil dari: dwb4.unl.edu
5. Pembentukan ikatan kimia: Peran elektron. [PDF] Diperoleh dari: cod.edu
6. Yayasan CK-12. (s.f.). Pembentukan Energi dan Ikatan Covalent. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
7. Quimitube (2012). Tautan yang terhubung atau datif. Diperoleh dari: quimitube.com