Persen Karakter Orbital s, p, dan d dalam Orbital Hibrida dan Contohnya

Persen karakter orbital s, orbital p, dan orbital d dalam orbital hibrida turut mempengaruhi sifat-sifat molekul baik kereaktifan dan sifat fisiknya. Dalam teori ikatan valensi terdapat istilah hibridisasi. Hibridisasi dalam ilmu kimia dapat diartikan sebagai penggabungan beberapa orbital dalam suatu atom untuk membentuk orbital baru dengan memberikan karakter tertentu ketika membentuk ikatan dengan atom lain.



Teori ikatan valensi sendiri merupakan teori yang menjelaskan sifat ikatan kimia dalam molekul , ikatan antara atom menggunakan sudut pandang  elektron valensi (kulit terluar) setiap atom. Apa hubungannya karakter-karakter orbital yang terlibat dalam hibridisasi?

Beberapa tulisan dalam blog ini mungkin akan sangat berguna untuk menyimak bahasan selanjutnya.

• Hibridisasi Molekul dengan Jumlah Elektron Ganjil
• Menentukan Orbital Hibrida dengan ½(V+X–K+A)
• Cara Cepat Menentukan Orbital Hibrida Atom dari Struktur Molekulnya
• Kalkulator Penentuan Orbital Hibrida Atom Pusat & Bentuk Molekul
• Metode Jari untuk Menentukan Orbital Hibrida, Bentuk Molekul, dan Kepolaran Molekul

Hal penting mengenai hibridisasi:

• Hibridisasi ini merupakan konsep murni bersifat hipotesis, pemikiran yang berupaya menjelaskan gejala suatu sifat dalam molekul-molekul.
• Orbital-orbital yang mengalami hibridisasi harus memiliki energi yang hampir sama, tidak boleh beda jauh.
• Orbital yang kosong, terisi setengah penuh, bahkan yang terisi penuh elektron dapat terlibat hibridisasi.
• Jika n jumlah orbital mengalami hibridisasi mereka akan menghasilkan n orbital hibrida.
• Orbital hibridisasi memiliki kemampuan tumpang tindih yang lebih baik sehingga membentuk ikatan yang kuat.
• Hanya pembentukan ikatan sigma saja yang dimungkinkan oleh orbital hibridisasi, namun tidak untuk pembentukan ikatan pi.

Tipe-tipe hibridisasi

Perhitungan persen karakter orbital dalam orbitala hibrida:

$\%~ karakter~orbital~s = \dfrac{jumlah~orbital~s}{total~orbital~dalam~orbital~hibrida} \times 100\%$

$\% ~karakter~orbital~p =  \dfrac{jumlah~orbital~p}{total~orbital~dalam~orbital~hibrida} \times 100\%$

$\%~ karakter~orbital~d =  \dfrac{jumlah~orbital~d}{total~orbital~dalam~orbital~hibrida} \times 100\%$

Contoh:
Orbital hibrida sp³ → 1 orbital s + 3 orbital p
Orbital hibrida sp³d → total orbital hibrida = 1 + 3 = 4
% karakter s = 1/4 × 100% = 25%
% karakter p = 3/4 × 100% = 75%

Orbital hibrida sp³d → 1 orbital s + 3 orbital p + 1 orbital d
Orbital hibrida sp³d → total orbital hibrida = 1 + 3 + 1 = 5
% karakter s = 1/5 × 100% = 20%
% karakter p = 3/5 × 100% = 60%
% karakter d = 1/5 × 100% = 20%

Tabel Hibridisasi, % Karakter, Geometri Elektron, Sudut Ikatan, dan Contoh 

Tipe Hibridisasi	Jumlah Orbital s dan % Karakter	Jumlah Orbital p dan % Karakter	Jumlah Orbital d dan % Karakter	Jumlah semua orbital	Geometri Elektron	Sudut Ikatan	Contoh
sp	1	1	-	2	Linier	180°	CO, CO2, BeCl2, BeF2, N2, C2H2, CN–
	50% (1/2)	50% (1/2)
sp2	1	2	-	3	Segitiga Datar	120°	SO2, SO3, H2CO3, NO3–, CH3+
	33,3% (1/3)	66,6% (2/3)
sp3	1	3	-	4	Tetrahedral	109° 28'	CH4, CCl4, SnCl4, NH3, H2O, ClO3–, SO42–
	25% (1/4)	75% (3/4)
dsp2	1	2	1	4	Segiempat Datar	90°	[Ni(CN)4]2–, [Pt(Cl)4]2–
	25% (1/4)	50% (3/4)	25% (1/4)
sp3d	1	3	1	5	Bipiramida Segitiga	90° & 120°	PF3, PCl5, IF5
	20% (1/5)	60% (3/5)	20% (1/5)
dsp3	1	3	1	5	Bipiramida Segitiga	90° & 120°
	20% (1/5)	60% (3/5)	20% (1/5)
sp3d2	1	3	2	6	Oktahedral/ Bipiramida Segiempat	90°	SF6, SeF6, AlF6–
	16,67% (1/6)	50% (3/6)	33,33% (2/6)
d2sp3	1	3	2	6	Oktahedral/ Bipiramida Segiempat	90°	[Fe(CN)6]4–, dan in kompleks  lainnya
	16,67% (1/6)	50% (3/6)	33,33% (2/6)
sp3d3	1	3	3	7	Bipiramida Segilima	72° & 90°	IF7
	14,28% (1/7)	42,86% (3/7)	42,86% (3/7)

Berikut adalah informasi-informasi kunci yang dapat didasarkan pada persentase karakter s dan p dalam orbital hibrida:

1. Kestabilan Ikatan
   • Prinsip: Semakin tinggi karakter s dalam orbital hibrida, semakin kuat ikatan yang dibentuknya.
   • Alasan: Orbital s lebih dekat ke inti atom dibandingkan orbital p dengan bilangan kuantum utama (n) yang sama. Elektron dalam orbital s mengalami gaya tarik inti yang lebih besar, sehingga lebih "tertahan" dan stabil.
   • Contoh:
   • Ikatan C-H pada metana (CH₄): Orbital hibrida pada C adalah sp³ (25% s, 75% p). Ikatan C-H kuat.
   • Ikatan C-H pada etuna (C₂H₂): Orbital hibrida pada C adalah sp (50% s, 50% p). Ikatan C-H pada etuna lebih kuat dan lebih pendek daripada pada metana karena karakter s-nya dua kali lebih besar.
2. Panjang Ikatan
   • Prinsip: Semakin tinggi karakter s, semakin pendek ikatannya.
   • Alasan: Karena elektron lebih dekat dan tertarik lebih kuat ke inti atom, ikatan yang terbentuk akan lebih "kompak" dan jarak antar inti atom (bond length) menjadi lebih pendek.
   • Contoh:
   • C-C pada etana (H₃C-CH₃): Hibridisasi sp³. Panjang ikatan ~1,54 Å.
   • C=C pada etena (H₂C=CH₂): Hibridisasi sp² (33% s). Panjang ikatan ~1,33 Å.
   • C≡C pada etuna (HC≡CH): Hibridisasi sp (50% s). Panjang ikatan ~1,20 Å.
   • Tren: Semakin tinggi karakter s, semakin pendek ikatan C-C.
3. Keelektronegatifan Atom
   • Prinsip: Semakin tinggi karakter s, semakin elektronegatif atom tersebut.
   • Alasan: Orbital s memiliki kerapatan elektron yang lebih tinggi di dekat inti. Hal ini membuat inti atom kurang tersaring dari muatan positifnya, sehingga daya tarik inti terhadap elektron ikatan dari atom lain menjadi lebih besar.
   • Contoh:
   • Atom Karbon dalam keadaan berbeda:
   • Karbon sp³ (seperti dalam alkana): Keelektronegatifan ~2,5.
   • Karbon sp² (seperti dalam alkena/arena): Keelektronegatifan ~2,7 - 2,8.
   • Karbon sp (seperti dalam alkuna): Keelektronegatifan ~3,3.
   • Konsekuensi: Dalam molekul seperti vinil klorida (H₂C=CH-Cl), karbon sp² yang terikat pada Cl akan menarik elektron lebih kuat, mempengaruhi reaktivitas molekul.
4. Sudut Ikatan
   • Prinsip: Persentase karakter s dan p menentukan geometri orbital hibrida, yang pada akhirnya menentukan sudut ikatan.
   • Alasan: Orbital hibrida dirancang untuk memaksimalkan jarak antar elektron valensi (Teori VSEPR). Komposisi s dan p menentukan arah di mana orbital hibrida tersebut "mengarah".
   • sp: 50% s, 180° (linier)
   • sp²: 33% s, 120° (trigonal planar)
   • sp³: 25% s, 109,5° (tetrahedral)
   • Penyimpangan: Jika ada pasangan elektron bebas (lone pair) yang menempati orbital hibrida, karakter s-nya akan lebih tinggi karena pasangan elektron bebas "lebih suka" berada dekat dengan inti. Ini menyebabkan sudut ikatan antar atom menyempit.
   • Contoh: Air (H₂O). Oksigen memiliki hibridisasi ~sp³, tetapi karena dua orbital ditempati pasangan elektron bebas, sudut ikatan H-O-H adalah 104,5°, bukan 109,5°. Pasangan elektron bebas tersebut memiliki karakter s yang lebih dari 25%.
5. Sifat Asam-Basa
   • Prinsip: Semakin tinggi karakter s pada atom yang mengikat H, semakin asam senyawa tersebut.
   • Alasan: Karakter s yang tinggi meningkatkan keelektronegatifan atom, yang membuat atom tersebut lebih kuat menarik pasangan elektron ikatan. Hal ini mempermudah pelepasan proton (H⁺) karena ikatan menjadi lebih polar dan konjugat basanya lebih stabil.
   • Contoh (Perbandingan Keasaman Hidrokarbon):
   • Etuna (HC≡CH): Hibridisasi sp pada C.pKa ~25 (paling asam).
   • Etena (H₂C=CH₂): Hibridisasi sp² pada C.pKa ~44.
   • Etana (H₃C-CH₃): Hibridisasi sp³ pada C.pKa ~50 (paling tidak asam).

Molekul	Hibridisasi C	Karakter s	Biloks C	Panjang Ikatan C-C
Etana(H₃C–CH₃)	sp³	25%	-3	~1,54 Å
Etena(H₂C=CH₂)	sp²	~33%	-2	~1,33 Å
Etuna(HC≡CH)	sp	50%	-1	~1,20 Å
TREN		MENINGKAT	MENINGKAT	MENURUN

Jadi bagaimana hubungan antara karakter orbital (terutama orbital s dalam orbital hibrida ) dan bilangan oksidasi yang tinggi?

Keduanya adalah konsekuensi dari penyebab yang sama, tetapi karakter s adalah penjelasan sebab-akibat yang lebih langsung dan fundamental.

Alur Logika yang Benar:

1. Penyebab Utama: Untuk membentuk ikatan rangkap dua dan rangkap tiga, atom karbon harus mengubah hibridisasinya(dari sp³ → sp² → sp).
2. Dampak pada Karakter s:
• Perubahan hibridisasi ini secara langsung meningkatkan persentase karakter s dalam orbital yang digunakan untuk berikatan.
• Karakter s yang lebih tinggi secara fisik menarik elektron ikatan lebih dekat ke inti, yang langsung menyebabkan ikatan memendek dan menguat.
3. Dampak pada Biloks:
• Perubahan hibridisasi juga menentukan berapa banyak atom Hidrogen yang dapat diikat oleh satu atom karbon.
• sp³ → 3 H (Etana), sp² → 2 H (Etena), sp → 1 H (Etuna).
• Karena setiap ikatan C-H "memberi" biloks -1 pada C, maka jumlah H yang berkurang menyebabkan biloks C meningkat(-3 → -2 → -1).

Jadi, skenarionya adalah:
Hibridisasi Berubah → (menyebabkan) → Karakter s Meningkat & Jumlah Hidrogen (kasus alkana/alkena/alkuna) Berubah → (menghasilkan) → Panjang Ikatan Memendek & Biloks Meningkat.

Mengapa pada SF₆ dengan karakter s kecil tetapi punya ikatan relatif pendek?

Ada dua penjelasan yang saling melengkapi:

1. Pengecilan Jari-jari
   • Konsep: Semakin tinggi biloks (muatan positif) suatu atom pusat, semakin sedikit elektron yang mengelilingi inti atom.
   • Akibat: Daya tarik inti terhadap elektron-elektron yang tersisa menjadi jauh lebih kuat karena daya tarik ini tidak lagi tersaring secara efektif oleh elektron yang hilang. Ini menyebabkan awan elektron "ditarik" lebih dekat ke inti, sehingga jari-jari atom/ion efektifnya mengecil.
   • Analogi: Bayangkan sebuah magnet (inti atom) yang dikelilingi bola styrofoam (awan elektron). Jika Anda mengurangi ketebalan bola styrofoam, magnet bisa menarik benda logam dari luar lebih kuat dan dari jarak yang lebih dekat.
2. Peningkatan Karakter Ionik dan Interaksi Elektrostatik
   • Konsep: Biloks yang tinggi pada atom pusat membuatnya sangat elektropositif.
   • Akibat: Ini meningkatkan karakter ionik dalam ikatan kovalen. Ikatan menjadi lebih dari sekadar pemakaian elektron bersama, tetapi juga memiliki komponen tarik-menarik elektrostatik yang kuat antara atom pusat bermuatan positif parsial dengan ligan bermuatan negatif parsial. Gaya tarik Coulomb ini menarik atom-atom lebih berdekatan.

Demikian, CMIIW, terima kasih.