TEORI ORBITAL MOLEKUL

TEORI ORBITAL MOLEKUL

 

I.       PENDAHULUAN

 

A.    Deskripsi Singkat

Bab ini akan membahas tentang Teori Orbital Molekul yang digunakan dalam menjelaskan pembentukan senyawa kompleks serta sifat kemagnetannya.

 

B.     Relevansi

Bab ini terkait erat dengan materi pada bab-bab sebelumnya. Pemahaman mahasiswa terhadap bab ini akan memudahkan mereka dalam mempelajari pembentukan senyawa kompleks yang melibatkan interaksi kovalen.

 

C.    Kompetensi Dasar

      Setelah mempelajari bab ini diharapkan mahasiswa dapat:

1.      Menggambar diagram tingkat energi dari suatu kompleks

2.      Meramalkan sifat kemagnetan dari suatu kompleks.

 

II.    PENYAJIAN

 

A.    Uraian Materi

Meskipun teori medan kristal dapat menjelaskan sejumlah besar fakta tentang senyawa kompleks, teori ini mempunyai cacat yang serius yaitu anggapan bahwa interaksi antara ion pusat dengan ligan hanyalah merupakan interaksi elektrostatik adalah tidak tepat. Bila pembentukan suatu kompleks hanyalah melibatkan interaksi elektrostatik maka kompleks-kompleks seperti [Ni(CO)₄], [Fe(CO)₅] dan [Cr(CO)₆] dimana baik ion pusat maupun ligannya tidak bermuatan tidak mungkin terbentuk. Disamping itu medan yang ditimbulkan oleh ligan-ligan yang netral seharusnya lebih lemah dibandingkan medan yang ditimbulkan oleh ligan yang bermuatan negatif. Hasil eksperimen dengan metode resonansi spin elektron menunjukan adanya pemakaian bersama pasangan elektron oleh atom pusat dengan ligan. Hal ini menunjukan bahwa pembentukan suatu senyawa kompleks juga melibatkan interaksi kovalen.

Teori orbital molekul merupakan teori yang paling komplit karena menyangkut baik interaksi elektrostatik maupun kovalen. Sayangnya teori ini merupakan teori yang rumit. Asumsi dari teori orbital molekul adalah pada pembentukan senyawa kompleks orbital-orbital dari atom pusat dengan orbital-orbital dari ligan akan mengalami tumpangsuh (overlap) dan membentuk orbital-orbital molekul. Berdasarkan pendekatan kombinasi linier orbital-orbital atom, orbital-orbital molekul senyawa kompleks dianggap merupakan kombinasi linier dari orbital-orbital atom pusat dan orbital-orbital ligan. Karena kombinasi linier dari orbital-orbital atom pusat dan orbital-orbital ligan yang perbedaan tingkat energinya besar dapat diabaikan maka dalam menggambarkan orbital molekul senyawa kompleks cukup digambarkan orbital-orbital valensinya. Untuk memudahkan dalam mempelajari orbital molekul senyawa kompleks perlu diawali dengan penjelasan tentang pembentukan orbital molekul kompleks sederhana [AB]⁺ berikut.

Andaikata basa Lewis; B yang memiliki satu pasang elektron bebas dan asam Lewis A⁺ yang memiliki dua orbital hibrida sp dan sebuah elektron mengadakan interaksi maka berdasarkan teori medan kristal akibat interaksi tersebut dua orbital hibrida dari A⁺ akan mengalami  kenaikan tingkat energi.

Apabila orbital hibrida A⁺ tersebut adalah orbital A₁ dan A₂ dan pada waktu interaksi terjadi A₁ berhadapan langsung dengan : B sedangkan A₂ tidak, maka berdasarkan teori medan kristal orbital A₁ dan A₂ akan mengalami pemisahan seperti pada gambar di bawah.

 

 

 

 

 

 

 

Transisi elektron dapat terjadi dari orbital A₂ ke orbital A₁ dengan energi transisi sebesar ΔE₁.

Apabila orbital dari basa ;B diberi simbol B, maka berdasarkan teori ikatan kovalen murni pembentukan orbital bonding (orbital ikatan),Ψ_b, dan orbital anti bonding (orbital anti ikatan), Ψ_a, adalah

            Ψ_b  =  A₁ + B

            Ψ_a  =  A₁  - B

Orbital A₂ yang tidak digunakan dalam pembentukan ikatan akan menjadi orbital non bonding (orbital bukan ikatan). Tingkat energi dari [AB]⁺ akan seperti pada gambar dibawah ini.

 

 

 

 

 

 

Tingkat energi [AB]⁺ adalah minimal apabila distribusi elektron pada kompleks tersebut adalah Ψ_b² Ψ_n¹ Ψ_a⁰. transisi dengan energi terendah adalah dari orbital non bonding ke orbital anti bonding dengan energi transisi sebesar ΔE₂.

Berdasarkan teori orbital molekul, maka pembentukan [AB]⁺ akan melibatkan baik interaksi elektrostatik maupun interaksi kovalen dan diagram orbital molekul dari [AB]⁺ dapat ditunjukan dengan gambar dibawah ini.

 

 

 

 

 

 

 

Gambar 5.1. Diagram orbital molekul kompleks [AB]⁺

1.      Kompleks Oktahedral

            Diagram tingkat energi orbital-orbital molekul pada kompleks oktahedral adalah seperti di bawah ini:    

    Orbital atom            OA                              MO                              Orbital ligan

                                                                        t*_1u

 

 

                                                                        a*_1g

 

                                         t_1u

 

      p                                                                e*_g

                                         a_1g                          

     s

                                         e_g

 

      d                                  t_2g                          t_2g

                                                                                                                       

 

                                                                        e_g

 

                                                                        t_1u

 

 a_1g

                                                                       

            Logam                                            kompleks                          ligan

 

 

Gambar 5.2 Diagram orbital molekul kompleks oktahedral

 

Sebagaimana pada sistem [AB]⁺ pada waktu terjadi interaksi antara ion pusat dengan ligan-ligan, maka semua tingkat energi orbital-orbital atom pusat akan mengalami kenaikan. Tiga orbital p yang adalah tetap degenerate meskipun tingkat energinya naik karena tiga orbital tersebut terletak pada sumbu dan interaksinya dengan ligan-ligan sama kuat. Orbital d dari ion pusat akan mengalami pemisahan menjadi orbital t_2g dan e_g. Pada waktu orbital molekul terbentuk, orbital t2g menjadi orbital nonbonding, orbital eg, orbital s dan tiga orbital p dari ion pusat akan tumpangsuh dengan orbital-orbital dari ligan dan membentuk 6 orbital bonding dan 6 orbital nonbonding. Elektron-elektron dari ligan akan menempati 6 orbital bonding yang ada dan membentuk 6 ikatan sigma sedangkan elektron-elektron dari ion pusat akan menempati orbital nonbonding dan orbital antibonding (e_g*).

            Untuk ion kompleks [Co(NH₃)₆]³⁺ distribusi elektron-elektron dari orbital d ion pusat dan elektron-elektron dari ligan adalah seperti pada gambar di bawah ini.

                  Orbital atom         OA             MO               Orbital ligan

                                                                       

 

 

                                                           

 

                                        

                                                                   10Dq >P

                                                                       

                                                           

                                        

 

                                                            

                                                                                                                       

                        Co³⁺                                                                                      6 NH₃

            Ion kompleks [Co(NH₃)₆]³⁺ bersifat diamagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan.

2.      Kompleks Tetrahedral

             Diagram orbital molekul kompleks tetrahedral adalah seperti pada gambar di bawah ini.

 

                                                                 a₁

                                                                 t_2g

                       4s

 

                                                                   e_g

                        e_g

                       t_2g

 

                                                                 t_2g

 

                                                                 a₁

        orbital atom logam                       OM                           orbital ligan

 

Gambar 5.3. Diagram Orbital molekul kompleks tetrahedral

 

Pada diagram tersebut orbital eg merupakan orbital nonbonding. Empat orbital bonding yang ada merupakan hasil tumpangsuh antara 1 orbital s dan 3 orbital d dari ion pusat dengan 4 orbital dari ligan. Pada diagram di atas harga 10 Dq <>2g serta membentuk ikatan sigma sedangkan elektron-elektron dari ion pusat akan menempati orbital e_g dan t_2g^* yang ada.

 

B.     Soal-Soal Latihan

1.      Gambarkan diagram orbital molekul ion kompleks [Fe(H₂O)₆]³⁺ dan ramalkan sifat magnetiknya.

2.      Gambarkan diagram orbital molekul ion kompleks [NiCl₄]^2- dan ramalkan sifat magnetiknya.

 

 

C.     Petunjuk Jawaban Latihan

1.      Kompleks [Fe(H₂O)₆]³⁺ ion pusatnya adalah Fe³⁺. Kompleks ini merupakan ion kompleks oktahedral dengan medan lemah, harga 10 Dq <>

2.      Ion kompleks [NiCl₄]^2- memiliki ion pusat Ni²⁺. Merupakan ion kompleks tetrahedral dengan medan lemah. Diagram tingkat energi mengikuti diagram tingkat energi yangcocok untuk ion kompleks ini. Jika elektron dalam orbital semuanya sudah berpasangan maka ion kompleks tersebut bersifat diamagnetik.

 

D.  Rangkuman

Teori orbital molekul didasarkan atas asumsi yaitu pada pembentukan senyawa kompleks terjadi interaksi antara orbital-orbital atom pusat dan orbital-orbital dari ligan. Orbital molekul suatu kompleks dapat diperoleh dari kombinasi linear orbital-orbital atom pusat dan ligan.

Berdasarkan teori orbital molekul interaksi antara atom pusat dan ligan merupakan gabungan dari interaksi elektrostatik dan kovalen. Teori orbital molekul dapat menjelaskan pembentukan ikatan, sifat magnetik dan perubahannya karena perubahan temperatur, kestabilan dan warna atau spektra senyawa kompleks. Teori ini lebih baik dalam menjelaskan fakta-fakta tentang senyawa kompleks dibandingkan dengan teori ikatan valensi atau teori medan kristal. Akan tetapi teori ini lebih rumit.        

 

 

 

III.       PENUTUP

 

A.  Tes Formatif

Petunjuk: Pilihlah sebuah jawaban dari 4 alternatif jawaban yang disediakan.

1.      Berdasarkan  teori orbital molekul pada pembentukan senyawa kompleks interaksi antara ligan-ligan dan atom pusat merupakan.

a.       interaksi elektrostatik

b.      interaksi kovalen

c.       interaksi elketrostatik dan kovalen

d.      interaksi ion-dipol

2.      Berdasarkan teori orbital molekul ion kompleks dibawah yang bersifat diamagnetik adalah ...

a. [NiCl₄]^2-             b. [Ni(NH₃)₄]²⁺            c. [Fe(CN)₆]^3-              d. [PtCl₄]^2-

3.      Berdasarkan teori orbital molekul ion kompleks dibawah ini yang bersifat paramagnetik adalah ...

a. [Fe(H₂O)₆]³⁺                                          c. [Co(en)₃]³⁺

b. [Co(NH₃)₆]³⁺                                         d. [Pt(CN)₄]^2-

4.      Ion kompleks [Co(CN)₆]^3- bersifat ...

a.                               paramagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan

b.                              paramagnetik karena adanya 4 elektron yang tidak berpasangan

c.                               diamagnetik karena adanya 4 elektron yang tidak berpasangan

d.                              diamagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan

5.      Ion kompleks [PtCl₄]^2- bersifat ...

a.       paramagnetik karena adanya 2 elektron yang tidak bepasangan

b.      paramagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan

c.       diamagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan

d.      diamagnetik karena adanya 2 elektron yang tidak berpasangan

6.      Ion kompleks [Ni(en)₂]²⁺ bersifat ... 

a.       paramagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan

b.      paramagnetik karena adanya 2 elektron yang tidak berpasangan

c.       diamagnetik karena semua elektron yang ada berpasangan

d.      diamagnetik karena adanya 2 elektron yang tidak berpasangan

 

B.   Umpan Balik dan Tindak Lanjut

Untuk mengetahui tingkat keberhasilan anda dalam menjawab soal-soal yang ada, bandingkan hasil jawaban anda dengan kunci jawaban dibagian akhir modul ini. Hitunglah jawaban yang benar. Kemudian gunakan rumus dibawah untuk mengetahui tingkat penguasaan anda terhadap materi ini. rumus:

      Tingkat penguasaan  = Jumlah jawaban yang benar   x 100%

                                                 Jumlah soal tes formatif

 

            Arti tingkat penguasaan yang anda capai:

90% - 100% = baik sekali

80% - 90%  = baik

70% - 80%  = sedang

< style="mso-spacerun:yes">  = kurang

jika anda mencapai tingkat penguasaan 80% ke atas. Anda dapat malanjutkan ke kegiatan belajar selanjutnya. Tetapi jika tingkat penguasaan anda masih dibawah 80% sebaiknya anda mengulang Kegiatan Belajar ini dengan sungguh-sungguh, terutama bagian yang belum anda kuasai.

 

C.    Kunci Jawaban

1.      c

2.      d

3.      a

4.      d

5.      c

6.      b

 

 

DAFTAR PUSTAKA

 

Companion, A. L. 1964. Chemical Bonding. New York: McGraw-Hill Book Company.

 

Cotton, F. A. and Wilkinson, G. 1980. Advanced Inorganic Chemistry, a Comprehensive Text, 4^th Ed. New York: Jhon Wiley & Sons.

 

DeKock, R. L. and Gray, H. B. 1980. Chemical Structure and Bonding. Menlo Park: The Benjamin/Cummings Publishing Company.

 

Douglas, B. E., Mc Daniel, D. H., and Alexander, J.J. 1983. Problems for Inorganic Chemistry. New York: Jhon Wiley & Sons, Inc.

 

Effendi. 1998. Kimia Koordinasi. Malang: FMIPA IKIP Malang 

Effendi. 2003. Teori VSEPR dan Kepolaran Molekul. Malang: Bayu Media Publishing.

 

Huheey, J. E., Keiter, E. A., R. L. 1993. Inorganic Chemistry, Principles of Structure and Reactivity, 4^th Ed. New York: Harper Collins College Publisher

 

Sugiyarto, K.H. 2000. Kimia Anorganik, Dasar-Dasar Kimia Anorganik. Yogyakarta: FMIPA Universitas Negeri Yogyakarta.

 

 

 

 

 

SENERAI

 

Orbital molekul suatu kompleks   :     orbital yang diperoleh dari kombinasi linear orbital-orbital atom pusat dan ligan.