ikatan kovalen, juga disebut ikatan molekul, adalah ikatan kimia yang melibatkan pembagian pasangan elektron antar atom. Pasangan elektron ini dikenal sebagai pasangan bersama atau pasangan ikatan, dan keseimbangan stabil gaya menarik dan menjijikkan di antara atom, ketika mereka berbagi elektron, dikenal sebagai ikatan kovalen. [sumber yang lebih baik diperlukan] Untuk banyak molekul, pembagian elektron memungkinkan setiap atom untuk mencapai ekuivalen cangkang luar penuh, sesuai dengan konfigurasi elektronik yang stabil.
Ikatan kovalen mencakup banyak jenis interaksi, termasuk ikatan σ-ikatan, ikatan,, ikatan logam-ke-logam, interaksi agostik, ikatan bengkok, dan ikatan tiga-pusat dua-elektron. Istilah ikatan kovalen berasal dari tahun 1939. Awalan bersama berarti bersama-sama, terkait dalam tindakan, bermitra ke tingkat yang lebih rendah, dll.; dengan demikian "ikatan co-valent", pada dasarnya, berarti bahwa atom berbagi "valensi", seperti yang dibahas dalam teori ikatan valensi.
Di dalam molekul H
2, atom hidrogen berbagi dua elektron melalui ikatan kovalen. Kovalensi adalah yang terbesar di antara atom-atom elektronegativitas yang sama. Jadi, ikatan kovalen tidak selalu mensyaratkan bahwa dua atom memiliki elemen yang sama, hanya bahwa mereka memiliki elektronegativitas yang sebanding. Ikatan kovalen yang mensyaratkan pembagian elektron lebih dari dua atom dikatakan terdelokalisasi.
Sejarah
Istilah kovalen dalam kaitannya dengan ikatan pertama kali digunakan pada tahun 1919 oleh Irving Langmuir dalam sebuah artikel Journal of American Chemical Society berjudul "Pengaturan Elektron dalam Atom dan Molekul". Langmuir menulis bahwa "kita akan melambangkan dengan istilah kovalensi jumlah pasangan elektron yang diberikan atom tertentu dengan tetangganya.
Ide ikatan kovalen dapat ditelusuri beberapa tahun sebelum 1919 ke Gilbert N. Lewis, yang pada tahun 1916 menggambarkan pembagian pasangan elektron di antara atom. Dia memperkenalkan notasi Lewis atau notasi elektron titik atau struktur titik Lewis, di mana elektron valensi (yang di kulit terluar) direpresentasikan sebagai titik di sekitar simbol atom. Pasangan elektron yang terletak di antara atom merupakan ikatan kovalen. Beberapa pasang mewakili banyak ikatan, seperti ikatan rangkap dan ikatan rangkap tiga. Suatu bentuk representasi alternatif, tidak ditampilkan di sini, memiliki pasangan elektron pembentuk ikatan yang direpresentasikan sebagai garis padat.
Lewis mengusulkan bahwa atom membentuk ikatan kovalen yang cukup untuk membentuk kulit elektron terluar (atau tertutup) yang penuh. Dalam diagram metana yang ditunjukkan di sini, atom karbon memiliki valensi empat dan oleh karena itu dikelilingi oleh delapan elektron (aturan oktet), empat dari karbon itu sendiri dan empat dari hidrogen terikat padanya. Setiap hidrogen memiliki valensi satu dan dikelilingi oleh dua elektron (satu aturan duet) - satu elektronnya sendiri ditambah satu dari karbon. Jumlah elektron sesuai dengan cangkang penuh dalam teori kuantum atom; kulit terluar dari atom karbon adalah cangkang n = 2, yang dapat menahan delapan elektron, sedangkan cangkang luar (dan satu-satunya) atom hidrogen adalah cangkang n = 1, yang hanya dapat menahan dua cangkang.
Sementara gagasan pasangan elektron bersama memberikan gambaran kualitatif yang efektif dari ikatan kovalen, mekanika kuantum diperlukan untuk memahami sifat ikatan ini dan memprediksi struktur dan sifat molekul sederhana. Walter Heitler dan Fritz London dikreditkan dengan penjelasan mekanika kuantum pertama yang berhasil dari ikatan kimia (molekul hidrogen) pada tahun 1927. Pekerjaan mereka didasarkan pada model ikatan valensi, yang mengasumsikan bahwa ikatan kimia terbentuk ketika ada tumpang tindih yang baik antara orbital atom yang berpartisipasi atom.
bentuk alternatif representasi, tidak ditampilkan di sini, memiliki pasangan elektron pembentuk ikatan diwakili sebagai garis padat.
Lewis mengusulkan bahwa atom membentuk ikatan kovalen yang cukup untuk membentuk kulit elektron terluar (atau tertutup) yang penuh. Dalam diagram metana yang ditunjukkan di sini, atom karbon memiliki valensi empat dan oleh karena itu dikelilingi oleh delapan elektron (aturan oktet), empat dari karbon itu sendiri dan empat dari hidrogen terikat padanya. Setiap hidrogen memiliki valensi satu dan dikelilingi oleh dua elektron (satu aturan duet) - satu elektronnya sendiri ditambah satu dari karbon. Jumlah elektron sesuai dengan cangkang penuh dalam teori kuantum atom; kulit terluar dari atom karbon adalah cangkang n = 2, yang dapat menahan delapan elektron, sedangkan cangkang luar (dan satu-satunya) atom hidrogen adalah cangkang n = 1, yang hanya dapat menahan dua cangkang.
Sementara gagasan pasangan elektron bersama memberikan gambaran kualitatif yang efektif dari ikatan kovalen, mekanika kuantum diperlukan untuk memahami sifat ikatan ini dan memprediksi struktur dan sifat molekul sederhana. Walter Heitler dan Fritz London dikreditkan dengan penjelasan mekanika kuantum pertama yang berhasil dari ikatan kimia (molekul hidrogen) pada tahun 1927. Pekerjaan mereka didasarkan pada model ikatan valensi, yang mengasumsikan bahwa ikatan kimia terbentuk ketika ada tumpang tindih yang baik antara orbital atom yang berpartisipasi atom.
Jenis ikatan kovalen
Orbital atom (kecuali untuk orbital s) memiliki sifat pengarahan tertentu yang mengarah ke berbagai jenis ikatan kovalen. Obligasi Sigma (σ) adalah ikatan kovalen terkuat dan disebabkan oleh tumpang tindih orbital pada dua atom yang berbeda. Ikatan tunggal biasanya ikatan σ. Ikatan pi (π) lebih lemah dan karena lateral tumpang tindih antara orbital p (atau d). Ikatan ganda antara dua atom yang diberikan terdiri dari satu σ dan satu π ikatan, dan ikatan rangkap tiga adalah satu ikatan σ dan dua π.
Ikatan kovalen juga dipengaruhi oleh elektronegativitas atom yang terhubung yang menentukan polaritas kimia dari ikatan. Dua atom dengan elektronegatifitas yang sama akan membuat ikatan kovalen nonpolar seperti H-H. Hubungan yang tidak setara menciptakan ikatan kovalen polar seperti dengan H − Cl. Namun polaritas juga membutuhkan asimetri geometris, atau dipol lain dapat membatalkan menghasilkan molekul non-polar.
Struktur kovalen
Ada beberapa jenis struktur untuk zat kovalen, termasuk molekul individu, struktur molekul, struktur makromolekul dan struktur kovalen raksasa. Molekul individu memiliki ikatan kuat yang mengikat atom bersama-sama, tetapi ada kekuatan tarik yang dapat diabaikan di antara molekul. Zat kovalen tersebut biasanya berupa gas, misalnya, HCl, SO2, CO2, dan CH4. Dalam struktur molekul, ada kekuatan tarik yang lemah. Zat kovalen seperti itu adalah cairan suhu mendidih rendah (seperti etanol), dan padatan bersuhu rendah (seperti yodium dan CO2 padat). Struktur makromolekul memiliki sejumlah besar atom yang dihubungkan oleh ikatan kovalen dalam rantai, termasuk polimer sintetis seperti polietilena dan nilon, dan biopolimer seperti protein dan pati. Struktur kovalen jaringan (atau struktur kovalen raksasa) mengandung sejumlah besar atom yang dihubungkan dalam lembaran (seperti grafit), atau struktur 3 dimensi (seperti intan dan kuarsa). Zat-zat ini memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi, sering rapuh, dan cenderung memiliki tahanan listrik yang tinggi. Unsur-unsur yang memiliki elektronegativitas tinggi, dan kemampuan untuk membentuk tiga atau empat ikatan pasangan elektron, sering membentuk struktur makromolekul besar seperti itu.
Ikatan satu dan tiga elektron
Ikatan dengan satu atau tiga elektron dapat ditemukan pada spesies radikal, yang memiliki jumlah elektron ganjil. Contoh paling sederhana dari ikatan 1-elektron ditemukan dalam kation dihidrogen,H+
2. Satu ikatan elektron sering memiliki sekitar setengah energi ikatan dari ikatan 2-elektron, dan oleh karena itu disebut "ikatan setengah". Namun, ada pengecualian: dalam kasus dilithium, ikatan ini sebenarnya lebih kuat untuk 1-elektron Li+
2dibandingkan untuk 2-elektron Li2.. Pengecualian ini dapat dijelaskan dalam hal hibridisasi dan efek inner shell. Contoh paling sederhana dari ikatan tiga elektron dapat ditemukan dalam dimer kation helium, He +
2. Ini dianggap sebagai "ikatan setengah" karena hanya terdiri dari satu elektron bersama (bukan dua); dalam istilah orbital molekul, elektron ketiga berada dalam orbital anti-ikatan yang membatalkan setengah dari ikatan yang dibentuk oleh dua elektron lainnya. Contoh lain dari sebuah molekul yang mengandung ikatan 3-elektron, di samping dua ikatan 2-elektron, adalah oksida nitrat, NO. Molekul oksigen, O2 juga dapat dianggap memiliki dua ikatan 3-elektron dan satu ikatan 2-elektron, yang bertanggung jawab untuk paramagnetismnya dan urutan ikatan formalnya 2. Klorin dioksida dan analognya yang lebih berat bromida dioksida dan yodium dioksida juga mengandung ikatan tiga elektron.
Molekul dengan ikatan elektron-ganjil biasanya sangat reaktif. Jenis ikatan ini hanya stabil antara atom dengan elektronegativitas yang sama.
Resonansi
Artikel utama: Resonansi (kimia)
Ada situasi di mana struktur Lewis tunggal tidak cukup untuk menjelaskan konfigurasi elektron dalam sebuah molekul, maka superposisi struktur diperlukan. Dua atom yang sama dalam molekul semacam itu dapat terikat secara berbeda dalam struktur yang berbeda (ikatan tunggal dalam satu, ikatan rangkap di yang lain, atau bahkan tidak sama sekali), menghasilkan urutan ikatan non-bilangan bulat. Ion nitrat adalah salah satu contohnya dengan tiga struktur yang setara. Ikatan antara nitrogen dan oksigen masing-masing adalah ikatan ganda dalam satu struktur dan satu ikatan dalam dua lainnya, sehingga urutan ikatan rata-rata untuk setiap interaksi N-O adalah
2 + 1 + 13 = 43.
