Ikatan Kimia | 136 PETA KONSEP TAJUK

Ikatan Kimia | 136

UNIT 9

IKATAN KIMIA

HASIL PEMBELAJARAN

Di akhir unit ini, anda dapat,

1. Membeza sifat-sifat dan pembentukan ikatan ionik dan ikatan kovalen. 2. Menjelaskan asas Teori Lewis daripada aspek istilah, simbol dan struktur. 3. Melukis struktur Lewis sebatian ionik dan kovalen. 4. Meramal jenis ikatan kimia dalam sesuatu molekul. 5. Mengenal pasti ikatan dan molekul berkutub dan tidak berkutub. 6. Mengenal pasti formula struktur molekul berasaskan cas formal dan struktur resonan. 7. Melukis formula struktur molekul berdasarkan penyimpangan Hukum Oktet.

PETA KONSEP TAJUK

IKATAN KIMIA

Aturan oktet dan simbol

Lewis

Sifat-sifat

sebatian ionik

Ikatan ionik Ikatan kovalen Ikatan logam

Sifat-sifat sebatian

kovalen

Kovalen berkutub

Kovalen tak berkutub

Ikatan Kimia | 137

9.1 Pengenalan

Rajah 9.1 di bawah menunjukkan hari bahagia bagi sepasang pengantin baru. Mungkin ada di antara anda telah melalui detik ini. Apakah maksud tersirat disebalik peristiwa ini? Dua pasangan insan ini telah mempunyai suatu ikatan yang sah dan akan hidup menjalani kehidupan suami isteri dengan tenang dan mempunyai rumah tangga yang harmoni dan stabil.

Rajah 9.1 Pasangan pengantin baharu (gambar sekadar hiasan)

Dalam dunia kimia atom juga ingin mengalami peristiwa sedemikian. Atom-atom bergabung untuk membentuk molekul iaitu dengan membentuk suatu pasangan yang stabil. Gabungan atom-atom itu tadi tentulah berlaku melalui suatu ikatan. Bagaimanakah atom-atom tadi bergabung untuk membentuk ikatan? Pada asasnya terdapat 3 jenis ikatan kimia yang utama, iaitu

1. Ikatan ionik atau elektrovalen, di mana ion positif berpadu dengan ion negatif oleh daya elektrostatik.

2. Ikatan kovalen, di mana berasaskan perkongsian elektron valens. 3. Ikatan logam, di mana atom-atom logam terikat dengan atom-atom logam lain.

Mari kita perhatikan senario ini:

Seorang anak sedang membantu ibunya di dapur mendapati amat mudah untuk mencairkan seketul mentega dalam masa beberapa saat berbanding proses menghancurkan seketul garam kasar yang sama saiz dengan menggunakan api yang kecil (Rajah 9.2). Pada pendapat anda, mengapakah keadaan ini boleh berlaku?

Rajah 9.2 Mentega ‘Kak Pah’ dan garam ‘Pak Jantan’

Mentega dan garam adalah 2 bahan yang berbeza sifatnya. Struktur garam adalah lebih keras, padat dan memerlukan tenaga yang tinggi untuk mencairkannya. Manakala mentega pula bersifat lebih lembut dan mudah cair. Perlakuan ini menunjukkan bahawa terdapat perbezaan jenis ikatan yang membentuk kedua-dua bahan tersebut. Lantas apakah jenis ikatan yang wujud dalam kedua-dua bahan itu?

Ikatan Kimia | 138

Oleh kerana garam bersifat keras maka semestinya ikatan yang wujud di dalamnya adalah dari jenis ikatan yang kuat. Ikatan yang kuat dan sukar diputuskan ini dikenali sebagai ikatan ionik. Sebaliknya ikatan kovalen adalah dari jenis ikatan yang lemah.

Situasi dimana atom-atom bergabung akan menghasilkan perbezaan yang signifikan kepada sifat fizikal dan sifat kimia bahan tersebut. Contohnya, grapit bersifat rapuh dan mudah patah manakala berlian merupakan salah satu bahan terkuat dalam dunia dan digunakan sebagai material untuk memotong. Bagaimanakah bahan yang berasal dari atom yang sama, atom C tetapi mempunyai sifat yang sangat berbeza? Jawapannya tersembunyi di sebalik ikatan yang terbentuk dalam bahan itu.

9.2 Definisi ikatan kimia

Ikatan di antara atom atau antara molekul terjadi dengan cara berikut:

a) Atom yang pertama melepaskan elektron, sedangkan atom yang lain menerima elektron (serah terima elektron).

b) Penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari atom masing-masing yang berikatan.

c) Penggunaan bersama pasangan elektron yang berasal dari salah satu atom yang berikatan.

Tujuan pembentukan ikatan kimia adalah untuk mencapai kestabilan sesuatu unsur.

Elektron yang berperanan pada pembentukan ikatan kimia adalah elektron valens dari suatu atom/unsur yang terlibat.

Salah 1 petunjuk dalam pembentukan ikatan kimia adalah adanya 1 golongan unsur yang stabil iaitu kumpulan VIII A atau kumpulan 18 (gas adi).

Jadi, dalam pembentukan ikatan kimia; atom-atom akan membentuk konfigurasi elektron seperti pada unsur gas adi.

Unsur gas adi mempunyai elektron valensi sebanyak 8 (oktet) atau 2 (duplet, iaitu atom Helium).

Jadual 7.1 Susunan elektron dalam unsur Kumpulan 18

Kala Unsur Nombor Atom

K L M N O P

1 He 2 2

2 Ne 10 2 8

3 Ar 18 2 8 8

4 Kr 36 2 8 18 8

5 Xe 54 2 8 18 18 8

6 Rn 86 2 8 18 32 18 8

Kecenderungan unsur-unsur untuk menjadikan konfigurasi elektronnya sama seperti gas adi terdekat dikenal dengan istilah Aturan Oktet.

Ikatan Kimia | 139

9.3 Aturan oktet dan simbol Lewis Apabila suatu elektron menderma, menambah atau berkongsi elektron valens, konfigurasi elektronnya menyerupai konfigurasi elektron suatu gas adi yang terletak di hujung pada kala yang sama atau dihujung pada kala yang sebelumnya dalam jadual berkala unsur. Pembentukan ikatan kimia bagi mencapai konfigurasi elektron gas adi adalah bagi memenuhi aturan yang dikenali sebagai aturan oktet kerana semua atom unsur gas adi mempunyai 8 elektron valens ( kecuali He) atau susunan oktet. Aturan ini menyatakan bahawa dalam pembentukan sebatian kimia, suatu atom akan menyingkir, menambah atau berkongsi elektron sehingga 8 elektron (oktet) ada pada petala valensnya. Simbol Lewis atau simbol titik elektron Lewis yang digunakan untuk menjelaskan aturan tersebut adalah terdiri daripada simbol kimia unsur yang dikelilingi oleh titik. Setiap titik mewakili satu elektron valens. Mengikut aturannya, 4 elektron valens yang pertama hendaklah dituliskan secara terpisah mengelilingi atom unsur manakala elektron kelima dan seterusnya mungkin berpasangan. Contoh 1: 6C 1s2 2s2 2p2 atau [He] 2s2 2p2 4 elektron valens

Contoh 2: 11Na 1s2 2s2 2p2 3s1 atau [Ne] 3s1 1 elektron valens Perhatikan pula atom oksigen, O 8O 1s2 2s2 2p4 atau [He] 2s2 2p4 6 elektron valens

Jadual 9.2 di bawah menunjukkan sebahagian unsur-unsur dalam Jadual Berkala. Berdasarkan pengetahuan dan maklumat yang anda telah perolehi sila lengkapkan Jadual ini.

Jadual 9.2 Simbol Lewis bagi unsur dalam Jadual Berkala

Kumpulan 1 2 13 14 15 16 17 18

Elektron Valens

1 3 5 7

Kala 2 Be C O Ne

Simbol Lewis

B

F

CTitik tunggal dituliskan di sekeliling

atom C sehingga maksimum 4.

Na

OSetelah 4 elektron dilukis, baki 2

elektron dilukis secara berpasangan

Ikatan Kimia | 140

9.4 Struktur Lewis Struktur Lewis merupakan gabungan dari Simbol Lewis yang menunjukkan proses perpindahan atau perkongsian elektron valens dalam sesuatu ikatan kimia seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 9.3 .

Jadual 7.3 Simbol Lewis vs Struktur Lewis

Ikatan Kimia Simbol Lewis Struktur Lewis

Ikatan Ion (perpindahan elektron valens)

Li +x

x

x

xBr

x xx

x

xLi

+

x

xBr

x xx -

Ikatan Kovalen (perkongsian elektron valens)

H

+x

x

x

+

x

x

xClx x

x

x

x

xFx x

x

H

x

x

x

xCl

x x

H +

x

HH

x

x

x

xCl

x

xx

x

x

x

xCl x

x

Hx

x

x

xF

x

xx

9.5 Ikatan ionik

Ikatan ion terhasil jika atom unsur yang memiliki tenaga ionisasi yang kecil melepaskan elektron valensnya (membentuk kation) dan atom unsur lain yang mempunyai afiniti elektron yang besar menerima elektron tersebut (membentuk anion). Kedua-dua ion tersebut kemudian saling berikatan dengan ikatan ion. Ikatan ion terhasil dari daya tarikan elektrostatik di antara ion yang bercas positif (unsur logam) dengan ion yang bercas negatif (unsur bukan logam). Unsur- unsur ini membentuk ion-ion melalui perpindahan elektron daripada atom logam kepada atom bukan logam. Perpindahan elektron untuk membentuk ion-ion yang berlawanan cas berlaku kerana unsur logam cenderung menderma elektron manakala unsur bukan logam cenderung untuk menerima elektron bagi mencapai kestabilan. Ini berlaku kerana terdapat perbezaan keelektronegatifan yang besar antara unsur logam dan bukan logam. Sebagai contoh, kita tinjau pembentukan sebatian natrium klorida daripada tindak balas natrium dan klorin. Konfigurasi elektron natrium dan klorin adalah

Na11 = 2, 8, 1

Cl17 = 2, 8, 7

Atom Na melepaskan 1 elektron valensnya sehingga konfigurasi elektronnya sama dengan gas adi. Atom Cl menerima 1 elektron pada petala terluarnya sehingga konfigurasi elektronnya sama dengan

gas adi.

eNaNa

CleCl

(2,8,1) (2,8) (2,8,7) (2,8,8)

Jelaskah anda sekarang perbezaan antara Simbol Lewis dan Struktur Lewis? Bilakah kita akan

menggunakannya?

Ikatan Kimia | 141

Na + Cl

**

**

*

*Cl

*)Na(

Oleh kerana sebatian ion terdiri daripada paduan kation dan anion maka struktur Lewis sebation ion adalah gabungan bagi kedua-dua ion yang membentuk sebatian berkenaan (Jadual 9.4).

Jadual 9.4 Struktur Lewis Sebatian Ion

Simbol lewis unsur

Proses pemindahan elektron valens Konfigurasi elektron akhir Struktur lewis

K Kalium

xx

x

Clxx

xx

Klorin

Kxx

x

Clxx xx

+

2.8.8.1 2.8.7 [Ar] 4s1 [Ne] 3s2 3p5 Tindak balas adalah 1:1 Satu atom kalium diperlukan untuk membekalkan satu elektron kepada atom klorin untuk mencapai oktet.

K+

+xx

xClx

x xx -

KCl

2.8.8 2.8.8 Kalium klorida [Ar] [Ar]

K+

xx

xClx

x xx -

Na Natrium

x

x

Oxx xx

Oksigen

Nax

x

Oxx xx

+

Na 2.8.1 2.6 [Ne] 3s1 [He] 2s2 2p4

Tindak balas adalah 2:1 Dua atom natrium diperlukan untuk membekalkan 2 elektron kepada atom oksigen bagi mencapai oktet

Na

+

x

xOx

x

xx -

Na2O2

2.8 2.8 Natrium oksida [Ne] [Ne]

Na

+

2x

xOx

x xx -

Al

Aluminium

x

xx

x

F

x xx

Fluorin

x

x

Al

x

x

F

x xx

+ x

xx

x

F

x xx

x

xx

x

F

x

xx

2.8.3 2.7 [Ne] 3s2 3p1 [He] 2s2 2p3 Tindak balas adalah 1:3 Tiga atom fluorin diperlukan untuk menerima 3 elektron dari atom aluminium bagi mencapai octet

x

xAl

3++

x

xF

x xx -

AlF33

2.8 2.8 Aluminium fluorida [Ne] [Ne]

Al3+

x

x

x

xF

x xx -

3

Ikatan Kimia | 142

9.6 Sifat umum sebatian ion

Sifat penting bagi sebatian ionik ialah daya yang memegang bersama bersama ion-ionnya adalah daya elektrostatik yang kuat dan tidak terarah. Oleh sebab itu, sebatian ionik selalu didapati sebagai pepejal yang keras. Sebatian ionik adalah pepejal berhablur yang mempunyai takat lebur dan takat didih yang tinggi. Misalnya, natrium klorida melebur pada 801 oC dan mendidih pada 1467 oC. Takat lebur yang tinggi itu kerana tenaga yang banyak diperlukan bagi mengatasi daya elektrostatik yang kuat di antara ion-ion dalam hablur.

Kewujudan ion yang bebas bergerak membolehkan sesuatu sebatian mengalirkan elektrik. Oleh itu, sebatian ionik dalam keadaan lebur atau dalam aqueus boleh mengalirkan elektrik. Sebatian ionik mudah melarut dalam pelarut berkutub, misalnya air. Untuk sesuatu pepejal itu melarut, kekisi mesti dipecahkan dimana tenaga yang kuantitinya sama dengan tenaga kekisi diperlukan. Tenaga ini dinamakan tenaga pemecahan kekisi. Peranan pelarut ialah mensolvat ion-ion iaitu suatu proses dimana tenaga dibebaskan dan dinamakan tenaga pensolvatan. Jika pelarut itu ialah air, maka tenaga tersebut dinamakan tenaga penghidratan. Dengan demikian, dua faktor tersebut merupakan faktor penting menentukan samada pepejal inik mudah larut atau tidak. Jika tenaga pemecahan kekisi melebihi tenaga pensolvatan, selalunya dapat diramalkan pepejal tersebut tidak mudah larut dalam air.

Untuk memahami bagaimana ikatan itu terbentuk, imbas kembali tentang tenaga pengionan dan tenaga afiniti elektron. Perhatikan tindak balas antara logam natrium dengan gas klorin untuk menghasilkan sebatian natrium klorida seperti dalam persamaan 9.1.

(p) NaCl (g) Cl2

1 (p) Na 2

Tindak balas ini adalah eksotermik yang hebat!. Bagaimana ianya berlaku? Telah dibincangkan dalam bahagian lalu, iaitu mengenai tenaga pengionan I1 dan tenaga afiniti, EA1 . I1 bagi logam natrium adalah 495 kJ/mol, manakala EA1 klorin ialah 349 kJ/mol. Setelah terbentuk ion positif natrium dan ion negatif klorida, tenaga tarikan elektrostatik antara kedua-dua ion tadi pula memainkan peranan. Tenaga ini disebut tenaga kekisi. Tenaga kekisi adalah tenaga diperlukan untuk menyempurnakan pemisahan satu mol sebatian pepejal ion kepada ion-ion gasnya (Rajah 9.3). Tenaga terbabit dengan saling tindak balas elektrostatik ini tertakluk kepada Hukum Coulomb yang diberi oleh persamaan 9.2 di bawah.

2

ClNatikelektrosta

r

q KqE

-

Ini bermaksud tenaga kekisi bertambah dengan kenaikan cas ion-ion. Ia juga meningkat dengan mengecilnya saiz ion. Dengan mengambil kira ketiga-tiga tenaga, iaitu tenaga pengionan, tenaga afiniti dan tenaga kekisi, barulah terjawab kenapa ikatan ionik melibatkan tenaga yang tinggi dan kita mendapat gambaran yang lebih jelas dalam proses pembentukan sebatian ion.

(9.1)

(9.2)

Ikatan Kimia | 143

Na+(g) + e + Cl(g)

I1 (Na)

EA1(Cl)

Na+(g) + Cl-(g)

Na(g) + Cl(g)

Na(g) + 1/2Cl2(g)

Na(p) + 1/2Cl2(g)

NaCl(p)

Hfo[Cl(g)]

Hfo[Na(g)]

Tenaga

-Ten

aga k

ekis

i N

aCl

(dib

ebas

kan

)

Ten

aga

kek

isi

NaC

l (d

isera

p)

Hfo[NaCl(p)]

Na(p) Na(g)Hf

o

Na(g)I1

Na+(g) + e

1/2Cl2(g)Hf

o

Cl(g)

Cl(g) + eEA1 Cl-(g)

Na+(g) + Cl-(g) NaCl(g)

NaCl(g) NaCl(p)

I1 - tenaga pengionan pertama

EA1 - tenaga afiniti pertama

Hfo - haba pembentukan piawai

tenaga kekisi

Rajah 9.3 Tenaga kekisi bagi NaCl

9.7 Ikatan kovalen Ikatan kovalen terjadi apabila dua atom berkongsi minimum sepasang elekron. Sebatian yang dibentuk melalui kaedah ini disebut sebatian kovalen. Elektron yang dikongsi bersama bagi membentuk ikatan dinamakan elektron ikatan. Elektron valens yang tidak mengambil bahagian dalam membentuk ikatan dinamakan elektron bukan ikatan atau elektron tersendiri. Terdapat tiga jenis daya elektrostatik yang terlibat dalam pembentukan ikatan kovalen itu iaitu;

a. tarikan antara nukleus dan elektron b. tolakan antara elektron c. tolakan antara nukleus

Ikatan kovalen dalam sesuatu molekul (intramolekular) adalah sangat kuat tetapi tarikan antara molekul (intermolekular) adalah lemah (Rajah 9.4).

daya intermolekularantara molekul

O

H

H

H

O

H

daya intramolekularantara atom

Rajah 9.4 Molekul air, H2O

Info: Untuk penjelasan lanjut sila rujuk Raymond Chang,

2007, ms 368.

Ikatan Kimia | 144

9.8 Sifat-sifat sebatian ionic dan kovalen

Gabungan unsur-unsur akan menentukan kekuatan sesuatu ikatan. Ciri-ciri ketara hasil gabungan ini ditunjukkan dalam Jadual 9.5.

Jadual 9.5 Ciri-ciri ikatan ion dan kovalen

Item Ikatan ion Ikatan kovalen

Gabungan unsur-unsur Logam dan bukan logam Bukan logam dan bukan logam

Proses pembentukan Perpindahan elektron valens Perkongsian elektron valens

Daya terlibat Daya elektrostatik Daya van der Waals

Kekuatan ikatan Kuat Lemah

Takat didih Tinggi Rendah

Kelarutan Larut dalam pelarut berkutub Larut dalam pelarut tak berkutub

Kekonduksian elektrik Baik Lemah

Contoh Sebatian ion; NaCl, MgBr, AlF3 Molekul kovalen; H2, CO2, O2, F2, CCl4, CH2=CH2

9.9 Struktur Lewis sebatian ion dan kovalen Seterusnya gambaran perpindahan dan perkongsian elektron yang masing-masingnya menghasilkan ikatan jenis ion dan kovalen boleh dilihat melalui Teori Lewis yang akan dibincangkan dalam tajuk seterusnya.

Jadual 9.6 Struktur Lewis sebatian kovalen

Langkah Kaedah Neutral Ion positif Ion negatif L1 Tambahkan bilangan

elektron valens bagi semua atom Bagi ion positif – jumlah elektron valens ditolak dengan nilai cas positif Bagi ion negatif – jumlah elektron valens ditambah dengan nilai cas negatif

Cth: CCl4 4 + (4 x 7) = 32 e valens

Cth: NH4+ 5 + (4 x 1) – 1 = 8 e valens

Cth: PO43-

5 + (4 x 6) + 3 = 32 e valens

L2 Tentukan atom pusat Perhatian!!! Atom yang lebih elektropositif cenderung untuk menjadi atom pusat. Contoh: Atom karbon

Atom pusat C Atom hujung Cl

Atom pusat N Atom hujung H

Atom pusat P Atom hujung O

Ikatan Kimia | 145

(C) sentiasa menjadi atom pusat berbanding atom hidrogen (H)

L3 Lukiskan struktur rangka dengan menyambungkan atom pusat dan atom hujung dengan ikatan tunggal

C ClCl

Cl

Cl

H

NH H

H

O

PO O

O

L4 Jumlah elektron valens ditolakkan dengan bilangan elektron ikatan dalam struktur rangka.(Ingat: satu ikatan tunggal mewakili dua elektron valens)

32 e valens– 8 e ikatan = 24 e

8 e valens -8 e ikatan = 0 e

32 e valens– 8 e ikatan = 24 e

L5 Elektron yang selebihnya hendaklah ditaburkan kepada atom hujung dahulu supaya ia mendapat 8e (oktet) kecuali bagi atom hidrogen yang memerlukan 2 elekton sahaja (dublet)

x

xx

Clxx xx

Cxx

x

Clxx

xx

x

Cl xx

xx

x

Clxx

xx

H

NH H

H

x

xx

Oxx xx

Pxx

x

Oxx

xx

x

O xx

xx

x

Oxx xx

3-

L6 Sekiranya masih ada lebihan elektron maka elektron tersebut diletakkan pada atom pusat

Cth:PBr3

Br

Br BrP

L7 Seandainya atom pusat tidak mencapai oktek maka ikatan tunggal hendaklah ditukarkan kepada ikatan berganda (gandadua atau gandatiga). Atom yang boleh bentuk ikatan gandadua ialah O, S, Se, N, C dan P. Atom yang boleh bentuk ikatan gandatiga ialah C dan N.

H NC

Ikatan Kimia | 146

Tandakan (√) pada ikatan yang bersesuaian Sebatian

Ikatan ion Ikatan kovalen

Bromin, Br2

Ammonia, NH3

Magnesium klorida, MgCl2

Aluminium oksida, Al2O3

Berdasarkan idea asas Teori Lewis jelaskan dengan menggunakan ayat anda sendiri pembentukan sebatian berikut. Penjelasan mesti merangkumi konfigurasi elektron, keadaan oktet, simbol dan Struktur Lewis.

i. Pembentukan O2 ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

ii. Pembentukan N2 ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

iii. Pembentukan CO2 ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________

iv. Pembentukan MgBr2

_______________________________________________________________ _______________________________________________________________ _______________________________________________________________

9.10 Ikatan kovalen berkutub dan tidak berkutub

Untuk menjelaskan perbezaan antara ikatan kovalen berkutub dan tidak berkutub mari kita perhatikan molekul berikut:

H2, HCl, Cs+F- Bolehkah anda kelaskan molekul di atas kepada ikatan kovalen berkutub dan tidak berkutub? Ya, molekul H2 terdiri dari ikatan kovalen tidak berkutub. Ini kerana elektron ikatan dalam molekul H2 akan dikongsikan sama rata antara kedua-dua atom H tersebut. Ini menyebabkan ketumpatan elektron yang sekata terhasil dikedua hujung ikatan di mana elektron ikatan tertarik sama rata pada kedua-dua nukelus atom H.

Tips: Pengetahuan tentang sifat logam dan bukan logam sesuatu unsur boleh membantu anda meramalkan jenis ikatan kimia yang terlibat. Ini bermakna anda perlu mengingat kedudukan unsur penting dalam Jadual Berkala seperti unsur kumpulan 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 dan 18 serta unsur pada kala 1, 2 dan 3.

Ikatan Kimia | 147

Bagaimanapun jika dua atom yang berbeza bergabung seperti HCl didapati nukleus salah satu atom akan menarik elektron ikatan lebih kuat berbanding nukleus bagi atom yang satu lagi. Tarikan terhadap elektron ikatan yang tidak sama kuat tadi akan menyebabkan elektron ikatan tersebar tidak sekata antara kedua-dua atom H dan Cl. Contohnya, atom klorin menarik elektron ikatan dengan kuat berbanding atom H dan menyebabkan awan elektron lebih cenderung tertarik ke arah atom Cl dan akhirnya Cl akan berlebihan elektron dan bercas separa negatif. Manakala atom hidrogen kekurangan elektron dan bercas separa positif.

Hδ+ → Cl δ-

Ikatan yang terdiri dari cas separa positif dan negatif dikedua-dua hujung atom yang berlainan dikenali

sebagai ikatan kovalen berkutub.Sebagai kesimpulan fenomena perkongsian elektron yang tidak sekata

(atau sama rata) ini dikenali dengan konsep kekutuban ikatan.

Konsep kekutuban ikatan ini sangat berkait dengan faktor keelektronegatifan unsur yang membentuk ikatan kovalen bagi sesuatu molekul itu. Apakah yang dimaksudkan dengan keelektonegatifan? Bagaimana untuk mendapat nilai keelektronegatifan? Keelektronegatifan ialah ukuran kemampuan sesuatu atom untuk menarik elektron valens. Keelektronegatifan bergantung kepada bilangan proton dalam nukleus dan bilangan elektron valens. Setiap atom mempunyai nilai keelektronegatifan masing-masing. Berdasarkan Skala Pauling dalam Jadual 9.7 atom F mempunyai nilai EN tertinggi iaitu 4.0 manakala Li mempunyai EN terendah iaitu 1.0. Justeru itu perbezaan nilai keelektronegatifan, EN dapat memberitahu kita jenis sesuatu ikatan samada ikatan kovalen tidak berkutub, kovalen berkutub atau ikatan ion.

Jadual 9.7 Nilai Keelektronegatifan Unsur

Unsur Keelektronegatifan Unsur Keelektronegatifan

H 2.1 Na 0.9

Li 1.0 Mg 1.2

Be 1.5 Cs 0.7

B 2.0 Al 1.5

C 2.5 Si 1.8

N 3.0 P 2.1

O 3.5 S 2.5

F 4.0 Cl 3.0

Info penting: Saiz atom dan bilangan proton dalam nukleus atom unsur-unsur yang berlainan adalah berbeza, maka pasangan elektron ikatan tidak mungkin akan tersebar dengan sekata apabila dua atom yg berlainan membentuk ikatan bersama-sama.

Info: Pasangan elektron dikongsi sama rata dalam ikatan antara 2 atom daripada unsur

yang sama

Tips: EN besar – ikatan jenis ion EN kecil – ikatan jenis kovalen EN sederhana – ikatan jenis kovalen berkutub.

Ikatan Kimia | 148

Maka apakah jenis ikatan bagi Cs+F-? Baiklah daripada Jadual di atas didapati nilai EN bagi H2, HCl dan CsF masing-masing adalah 0.0, 0.9 dan 3.3. Oleh kerana nilai EN CsF adalah besar maka ikatan dalam CsF merupakan

ikatan ion. Dengan lain perkataan semakin besar perbezaan nilai keelektronegatifan antara dua atom yang terikat maka ikatan tersebut lebih berkutub. Ringkasan perbezaan ikatan kovalen berkutub, kovalen tidak berkutub dan ikatan ion ditunjukkankan seperti dalam Jadual 9.8.

Jadual 9.8 Perbezaan ikatan kovalen berkutub, kovalen tidak berkutub dan ikatan ion

Ikatan kovalen berkutub Ikatan kovalen tidak berkutub Ikatan ion

H ― H Hδ+ → Br δ-

Cs+F-

.H H

.

.H Br

. Cs+ F-*

.

Perkongsian elektron sama rata

Perkongsian elektron tidak sama rata

Elektron disingkir daripada Cs dan diterima oleh F (elektron tidak

dikongsi)

Awan elektron pada kedua-dua nukleus didapati sama pada setiap masa.

Awan elektron pada kedua-dua nukleus tidak sama. Ia lebih lama berada pada nukleus atom yang di sebelah kanan. Nukleus atom Br mempunyai bilangan proton yang lebih banyak berbanding atom H maka pasangan elektron ikatan cenderung tertarik lebih hampir kepada nukleus atom Br

Tidak terdapat cas separa δ+ dan δ-

δ+ bermakna cas separa positif (H

tidak suka elektron)

δ- bermakna cas separa negatif (Br suka elektron) → arah kekutuban

kekutuban paling tinggi sehingga setiap atom membtk ion yang bercas

+ = nukleus atom Kesimpulannya unsur yang suka elektron akan cenderung menarik elektron dan bercas separa negatif dan sebaliknya unsur yang tidak suka elektron akan kurang menarik elektron dan bercas separa positif.

Manakah atom dalam ikatan berikut yang bercas separa positif (a) N-S (b) Si-I (c) N-Br (d) C-Cl

Berdasarkan nilai keelektronegatifan susunkan ikatan berikut mengikut kekutuban menaik P-H, H-O, C-Cl

Ikatan Kimia | 149

Seterusnya mari kita kelaskan ikatan dalam contoh berikut kepada berkutub dan tidak berkutub.

N2, Cl2, CO, NO, SCl, F2, SiCl

Jenis ikatan Contoh

Berkutub

Tidak berkutub

Perbincangan di atas hanya melibatkan molekul ringkas yang terdiri daripada dua atom sahaja. Bagi

molekul ringkas seperti I2 dan O2 jenis ikatan akan mengambarkan kekutuban molekul itu sendiri .Tetapi,

bagaimanakah pula kekutuban bagi molekul poliatom seperti CO2, H2O, NH3, CH4 dan lain-lain lagi.

Bagi molekul poliatom, kekutubannya ditentukan oleh dua faktor iaitu ikatan dalam molekul dan juga bentuk

geometri molekul tersebut. Sebagai contoh molekul CCl4. Molekul ini didapati tidak berkutub walaupun ikatan

antara C-Cl adalah ikatan kovalen berkutub. Oleh itu, perlu diingat sekiranya ikatan antara atom tersebut

berkutub ini tidak bermaksud molekul tersebut juga mesti berkutub. Terdapat faktor lain seperti geometri

molekul yang perlu diambilkira untuk menentukan molekul tersebut berkutub ataupun tidak. Penjelasan lanjut

mengenai kekutuban molekul boleh diperolehi dalam Unit 8.

9.11 Cas formal

Kita telah pun mempelajari struktur Lewis digunakan untuk melukis formula struktur bagi sesuatu unsur,

sebatian/ molekul dan ion. Namun begitu terdapat sesetengah molekul yang mempunyai lebih daripada satu

lukisan struktur Lewis.

Contohnya molekul metanal, CH2O yang dapat dilukiskan dengan dua lukisan struktur lewis

seperti di bawah:

C

HH

O

. .

....

C

HH

O ....

Kedua-kedua lukisan struktur Lewis bagi CH2O adalah BENAR. Namun begitu struktur Lewis I adalah lebih

stabil berbanding II kerana ianya memberikan stuktur yang neutral. Manakala struktur II memperlihatkan

pemisahan cas positif dan negatif. Oleh itu struktur II adalah tidak stabil. Bagi memudahkan anda untuk

mengenal pasti formula struktur manakah yang lebih tepat dan stabil maka anda hendaklah mengambilkira

taburan elektron pada setiap atom dalam molekul tersebut.Taburan elektron boleh ditentukan dengan

A

Tips: Untuk mengenal pasti ikatan berkutub atau tidak anda hanya perlu ingat sekiranya unsur dari jenis yang sama mereka adalah tidak berkutub. Sebaliknya unsur yang berbeza akan menghasilkan ikatan berkutub.

Ikatan Kimia | 150

mengira cas formal setiap atom dalam struktur Lewis melalui Persamaan 9.3. Contoh pengiraan cas fomal

bagi molekul metanal, CH2O ditunjukkan dalam Jadual 9.9.

(ikatan)] e 2

1 (pencil) [e - (valens) e formal Cas

Jadual 9.9 Pengiraan cas formal

Struktur lewis Cas formal Ciri – ciri struktur yang

stabil

Penerangan

C

HH

O ....

A

Cas formal C = 4 – [ 0 + ½ (8) ] = 0

Cas formal O = 6 – [ 4 + ½ (4) ] = 0

Cas formal H = 1 – [ 0 + ½ (2) ] = 0

i. cas formal menghampiri

sifar atau sifar

ii. cas formal negatif

hendaklah diletakkan

pada unsur yang paling

elektronegatif

Struktur A lebih stabil

kerana cas formal

adalah sifar bagi setiap

atom.

. .

C

HH

O ....

B

Cas formal C = 4 – [ 0 + ½ (6) ] = +1

Cas formal O = 6 – [ 6 + ½ (2) ] = -1

Cas formal H = 1 – [ 0 + ½ (2) ] = 0

Struktur B kurang stabil

kerana terdapat cas

formal tidak sifar.

Merujuk kepada kedua-dua struktur lewis bagi molekul CO2 dan N2O di bawah, tentukan formula

struktur manakah yang lebih stabil?

i. C OO

OO C

A B

ii.

..

..

..

..

..

.. ..

..N N O N N O

A B

Info: e (valens) = bilangan elektron valens dalam atom e (pencil) = bilangan elektron pencil yang dimiliki oleh setiap atom e (ikatan) = bilangan elektron yang dikongsikan

(9.3)

Tip: Dengan menggunakan persamaan 9.3, kirakan cas formal setiap atom dalam kedua-dua struktur tersebut

Ikatan Kimia | 151

9.12 Resonans dan kestabilan struktur

Apakah perkaitan antara Struktur Lewis dan Struktur Resonans?

Dalam perbincangan di atas kita boleh menentukan kestabilan bagi molekul yang terdiri daripada 2 atau

lebih lukisan struktur lewis berdasarkan cas formal. Mengambilkira contoh molekul metanal di atas, kedua-

dua struktur lewis tersebut bukanlah struktur sebenar metanal. Jadi, apakah struktur sebenar metanal?

Struktur sebenar metanal adalah gabungan antara kedua-dua stuktur lewis tersebut yang dikenali sebagai

resonans hibrid.

C

HH

O

. .

....

C

HH

O ....

. .

C

HH

O ....

Struktur resonans / penyumbang resonans resonans hibrid / struktur sebenar

Sekarang mari perhatikan ion karbonat, CO32- yang boleh digambarkan oleh tiga struktur yang setara (Rajah

9.6) Jika hanya satu struktur bagi mewakili ion karbonat, maka kita dapati panjang ikatan gandadua C=O

akan lebih pendek dan lebih kuat daripada ikatan tunggal C-O. Bagaimanapun daripada eksperimen

menunjukkan bahawa molekul mempunyai sudut ikatan 120o dan panjang ikatan C-O yang sama (129 pm).

Ini bermakna perkongsian elektron antara ketiga-tiga struktur menghasilkan struktur resonans hibrid

(struktur sebenar) dengan kestabilan yang tinggi. Jika diteliti dalam ketiga-tiga struktur resonans itu didapati

susunan atom-atomnya tetap sama HANYA berbeza dari segi susunan (taburan) elektronnya sahaja.

Perbezaan susunan elektron ini dikaitkan dengan konsep pentaksetempatan elektron yang berkait dengan

kestabilan bagi sesuatu molekul.

. .

C

O ....

O

. .

.. . . O..

..

. .

C

O ....

O

. .

... . O

. .. .

C

O ....

O

. .

.. . . O

. .. .

Struktur resonans

..O

. .. .

. .

C

O ....

O

. .

.. . .

Fenomena yang sama juga dapat dilihat dalam benzena, C6H6. Data eksperimen menunjukkan semua

panjang ikatan C-C adalah sama iaitu 139 pm (antara ikatan C-C, 154 pm dan ikatan C=C, 135 pm). Semua

ikatan mempunyai ciri yang sama disebabkan berlakunya fenomena pentaksetempatan elektron.

Info: Struktur resonans adalah sama dengan Struktur Lewis bagaimanapun pewakilan oleh struktur Lewis agak terhad dengan gambaran elektron yang statik.

Info: Struktur Resonans ditunjukkan dengan anak panah dua arah (↔).

resonans hibrid

Ikatan Kimia | 152

Pentaksetempatan elektron bermaksud elektron pi (2 elektron daripada ikatan pi) itu dikongsikan secara

menyeluruh bersama keenam-enam atom karbon iaitu ia tidak terhad kepada mana-mana ikatan C–C. Oleh

itu struktur sebenar benzena/resonans hibrid digambarkan dengan satu bulatan ditengah-tengah gelang

tersebut.

HC

HC

CH

CH

CH

HC

HC

HC

CH

CH

CH

HC

HC

HC

CH

CH

CH

HC

Struktur resonans resonans ‘hibrid’

Mari kita cuba latihan di bawah:

Antara spesies berikut manakah merupakan pasangan struktur resonans .

i) O OCH3 C CH3 C

ii) CH2 C

O - H

CH2

O

CH3 C CH3

Jawapan i) Pasangan struktur resonans ii) Pasangan isomer struktur.

Baiklah setelah kita mengenali struktur resonans, mari kita lihat kaedah untuk melukis struktur resonans.

L1: Lukiskan struktur Lewis bagi spesis yang diberi contohnya ion asetat.

C

C

O

C

H

H

H

HH

..

.. ..

Info: Pentaksetempatan elektron dalam struktur resonans meningkatkan kestabilan sesuatu spesies.

Tips: Bilangan struktur resonans boleh diramalkan berdasarkan bilangan atom O hujung. Sebagai contoh molekul O3 mempunyai 2 atom hujung oksigen maka bilangan struktur resonannya adalah 2. Ion NO3

-

mempunyai 3 atom hujung oksigen maka bilangan struktur resonans ialah 3.

Sekaligus Ini juga struktur

resonan yang pertama

untuk ion asetat

Ikatan Kimia | 153

L2: Untuk melukis struktur resonans yang seterusnya, anda hanya perlu mengerakkan elektron berikut

(elektron pi, elektron pencil atau elektron tunggal).

Contoh pergerakkan elektron (anak panah melengkung mewakili pergerakan elektron)

O

. . ..

O.... ..

O.... .. O

.. . .

H2C

C

CH3H3C

C

CH2

elektron pi bergerak ke atom berjiran

elektron pencil bergerak ke ikatan berjiran

elektron pi bergerak ke ikatan berjiran

L3: Lukisan struktur resonans mesti mematuhi peraturan yang sama seperti dalam lukisan Struktur

Lewis

..O

C

L4: Struktur resonans hibrid lebih stabil daripada struktur resonans individu.

Ion asetat mempunyai dua struktur resonans iaitu A dan B. Struktur resonans A terdiri daripada

ikatan gandadua karbon – oksigen manakala struktur resonans B mengandungi ikatan gandadua karbon

– karbon. Struktur B lebih stabil daripada A kerana cas negatif berada pada atom yang lebih

elektronegatif iaitu atom oksigen.

C

C

O

C

H

H

H

HH

..

.. ..

C

C

O

C

H

H

H

HH

.... ..

A B

..C

C

O

C

H

H

H

HH

.... ..

Peringatan: Lukisan struktur resonans sering menjadi masalah kepada pelajar. Rujukan yang cukup

dan latihan yang kerap akan membantu pelajar untuk menguasai konsep ini.

Info: Struktur resonan hanya melibatkan pergerakan elektron bukan atom

Info: Elektron ini akan bergerak ke atom berhibrid sp2 (iaitu karbon berikatan gandadua atau karbon yang bercas positif). Elektron tidak akan sesekali bergerak kepada karbon hibrid sp3

Aturan oktet dan aturan elektron valens mesti dipatuhi. Jika tidak struktur resonans itu tidak sah.

Resonan hibrid ion asetat yang lebih stabil daripada kedua-dua struktur resonans A dan B.

Ikatan Kimia | 154

Lukiskan struktur resonans bagi spesis berikut: a) CH3COOˉ b) OCNˉ

Jawapan

a)

b)

9.13 Penyimpangan daripada Hukum Oktet

Bagi kebanyakan molekul, atom pusatnya mengandungi lapan elektron iaitu memenuhi Hukum Oktet. Bagaimanapun untuk pengetahuan anda terdapat ion atau molekul yang menyimpang dari Hukum Oktet contohnya molekul NO yang mengandungi bilangan elektron yang ganjil. Selain kes di atas ada dua keadaan lagi yang menyimpang daripada Hukum Oktet iaitu molekul dengan bilangan elektron yang kurang daripada lapan seperti BCl3 dan molekul dengan bilangan elektron lebih daripada lapan iaitu XeF4 (Rajah 9.8).

Ion/molekul yang menyimpang daripada Hukum Oktet

bilangan elekton ganjil

bilangan elekton kurang dari 8

bilangan elekton lebih dari 8

ON N O

B

Cl

Cl Cl

Xe

F

F

F

F

Rajah 9.8 Penyimpangan daripada Hukum Oktet

C

H

H

H C

O

O

C

H

H

H C

O

O

O C N O C N O C N

2-

Ikatan Kimia | 155

Baiklah sekarang cuba anda lukiskan struktur lewis bagi XeF2, SeF4, TeF6, BeBr2, dan XeF5+.

Kelaskan molekul-molekul tersebut berdasarkan penyimpangan Hukum Oktet.

Ikatan Kimia | 156

Latihan:

9.1 Lukiskan simbol Lewis untuk spesies berikut a) Ba b) Ba2+ c) P d) P3-

9.2 Tunjukkan bagaimana ikatan sebatian berikut terbentuk dengan menggunakan

simbol titik Lewis. a) Ca dan Cl b Na dan I c) PH3 9.3 Lukiskan struktur lewis dan kirakan cas formal setiap atom dalam molekul berikut : a) O3

b) CO c) HNO3

9.4 Lukiskan struktur resonans bagi spesis berikut: a) NO2

- b) COCl2 c) 9.5 Susunkan struktur resonans berikut berdasarkan keutamaan sebagai penyumbang utama kepada struktur sebenar molekul tersebut. Jelaskan.

..

.. ..

C ..

..O

OCH3CH3

..

..

C ..

..O

OCH3CH3

..

..

..

C

..O

OCH3CH3

I II III Jawapan:

9.1 a) Ba. .

b) Ba

2+

c) P..

.. .

d) ..

.. P.. ..

3-

....

C

..O

NCH3

H

H

Ikatan Kimia | 157

9.2 a)

b)

c)

9.3 a) O OO

b)

.. ..O C

c)

..

N..

..

..

.. ..

H O

O

O

..

9.4 a) OO N O ON

b)

c)

9.5 I > III > II

Struktur I penyumbang major kerana molekul adalah neutral dan semua atom mematuhi hukum oktet (8 elektron) Struktur 2 penyumbang minor kerana terdapat pemisahan cas dan atom karbon kekurangan elektron. Struktur 3 penyumbang kedua besar kerana walaupun wujud pemisahan cas tetapi terdapat lebih ikatan (atom tidak mengalami kekurangan elektron) seperti dalam struktur 2.

. Ca 2+Ca. . ...

.. Cl.. ..

-

..Cl.. ..

....Cl..

.... Cl

.. ..-

Ca 2+..

.. Cl.. ..

-

2

Na +Na . ...I.. ..

..

.. I.. ..

-Na +

.... I

.. ..

-

...P..

3 H*...P..

*** H

H

H

....Cl

..

..

OCl C

....Cl

..

OCl C

..

..

..

C

....O

NCH3

H

H

..

..

C

..O

NCH3

H

H

..

..

C

..O

NCH3

H

H

Ikatan Kimia | 158

Rujukan

Brady, J. E. and Senese, F. (2004). Chemistry - Matter and Its Changes 4th Edition. New Jersey: John Wiley & Sons Inc. Chang, R. (2002). Chemistry, McGraw-Hill, (7th edition), Singapore. Ebbing, D. D. And Gammon, S. D. (1999). General Chemistry 6th Edition. Boston: Houghton Mifflin Company Hill, J. W. and Kolb, D. K. (1998). Chemistry for Changing Times 8th Edition. New Jersey: Pearson Prentice Hall Inc. McMurry, J. E. and Fay, R. C. (2010). General Chemistry - Atoms First. New Jersey: Pearson Prentice Hall Inc. Petrucci, R. H., Harwood, W. S. and Herring, F. G. (2002). General Chemistry - Principles and Modern Application 8th Edition. London: Prentice Hall. Zumdahl, S. S and Zumdahl, S. A. (2007). Chemistry. 7th Edition. Boston: Houghton Mifflin Company