Teori Pengikatan. Teori Pengikatan. Ikatan Kimia

Transcript

1 Teori Pengikatan Rujukan: Brady, J.E. Russel, J.W and olum J.R. (2000). Chemistry: Matter and Its Changes. John Wiley & Sons. 3rd Edition. Teori Pengikatan Ikatan elektrovalen Ikatan kovalen Struktur Lewis Teori Penolakan pasangan elektron (VSEPR) Bentuk molekul Teori ikatan valens Teori orbital molekul Ikatan antara molekul ikatan / Van der Waals Ikatan logam & kekonduksian Pengikatan dlm kompleks logam peralihan Ikatan Kimia Pada umumnya terdapat dua jenis ikatan kimia iaitu: ikatan ionik yang terbentuk daripada perpindahan elektron dan ikatan kovalen yang terhasil daripada perkongsian elektron. Ikatan-ikatan lain ialah seperti ikatan yang wujud di dalam pepejal seperti ikatan logam, ikatan-ikatan antara molekul seperti ikatan hidrogen dan daya Van der Waals. 1

2 IKATAN INIK (ELEKTRVALEN) Contoh: Na Na Na + + e - + e - - Berlaku tarikan elektrostatik diantara kedua-dua ion membentuk Na Pembentukan ikatan melibatkan penurunan di dlm tenaga keupayaan sebatian stabil. Tbls pembentukan adalah eksotermik. Tenaga kekisi Contoh: pembentukan Na (lihat rajah dalam rujukan) Na stabil sebab tenaga kekisi ( f = ) Tenaga kekisi = jumlah keupayaan apabila ion-ion untuk pembentukan 1 mol sebatian bergabung didlm hablur. Na + (g) + - (g) Na (p) = (tenaga kekisi) f = tenaga pengikatan + ten. pengionan + afiniti elektron + ten. kekisi Pembentukan kation dan anion Logam kation (unsur kiri) (lihat J. Berkala) Bukan logam anion (unsur kanan) Na Na + + e -? Na + e Na -? + e -? + + e? Gabungan TP & AE mudah diatasi oleh tenaga kekisi untuk menurunkan tenaga upaya keseluruhan. 2

3 Aturan ktet Na Na + + e Na Na e + e e - 2- Kecenderungan untuk mencapai gas nadir. Aturan oktet = kecenderungan atom untuk mengurang atau menambah e sehingga mencapai oktet elektron (8e). Contoh Na Na + + e 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 Na + e 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Ca Ca e 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 =? + 2e 2-1s 2 2s 2 2p 4 1s 2 2s 2 2p 6 =? Ca Unsur Peralihan? Aturan oktet hanya sesuai untuk logam-logam kumpulan IA dan IIA dan anion bukan logam (A1) Untuk unsur-unsur peralihan aturan lain digunakan Elektron pertama yg dikeluarkan adalah dari (n ) jika lebih dari 1 elektron dikeluarkan, pengeluaran mengikut turutan sub-petala dgn tenaga tinggi dahulu s < p < d < f contoh: Sn [Kr] 4d 10 5s 2 5p 2 Sn 2+ [Kr] Sn 4+ [Kr] e [Ar] 3d 6 4s 2 e 2+ [Ar] e 3+ [Ar] 3

4 Simbol Lewis Perwakilan elektron titik Mewakili e valens di sekitar simbol unsur dgn titik (pangkah kecil) Li Li Li Na K Rb Cs Li Be B C N Ne Cara meletak elektron Perhatian Nombor kumpulan = bil. e valens 4e atau kurang diletak, seterusnya. Contoh : As kump VA (kump 15) As As As Simbol Lewis Sebatian Ionik Na + Na Ca + Ca

5 IKATAN KVALEN Banyak daripada sebatian adalah bukan ionik Contoh: Air bentuk molekul Gula C molekul besar Berlaku pada unsur-unsur (tenaga pengionan besar). berlaku melalui perkongsian elektron. + 2e sekitar setiap atom Struktur formula Lewis - Ikatan kovalen Ikatan tunggal Perkongsian e cuba mencapai setiap atom. (mengikut oktet) (kecuali ) C + 4 C + Perkongsian sepasang e = ikatan tunggal C N Ikatan tunggal diwakilkan dgn garis dlm struktur Lewis Ikatan gandaan C C Struktur Lewis C Perkongsian 4e - ikatan gandadua N N N N N N Perkongsian 6e (3 pasangan) ikatan gandatiga 5

6 Kepolaran ikatan dan keelektronegatifan Ikatan polar (berkutub) e tidak dikongsi secara sama rata diantara 2 atom. Elektron cenderung kpd unsur yg kurang sifat logam. Biasanya dituliskan δ δ molekul berkutub, µ (momen dipol) Ini disebabkan diantara atomatom yg membentuk ikatan. Keelektronegatifan Keelektronegatifan (EN) = ukuran kebolehan atom yang berikat untuk. Linus Pauling EN Pertambahan EN EN sifat logam EN dan kepolaran Perbezaan EN ukuran sifat kepolaran ikatan EN = EN = Contoh: - EN = 0.8, - EN = 1.4 -Br, -, N-, P-? Susun ikut kenaikan kepolaran 6

7 Pengecualian ktet Spesies dengan bilangan elektron ganjil ktet tidak lengkap Pengembangan oktet Contoh molekul N Spesies elektron ganjil N radikal dan C 3 C ktet tak lengkap Contoh: B 3 B B B B Data tenaga menunjukkan kecenderungan kepada ttp data panjang ikatan (130 pm) menunjukkan ada komponen ikatan dubel. Ini menunjukkan berlaku. 7

8 Pengembangan oktet Utk atom pusat lebih besar terutamanya bila terdapat orbital d dlm petala valens. Contoh: P 5, S 6, S S S Data panjang ikatan Ikatan kovalen koordinat Apabila kedua-dua elektron yg membentuk ikatan dtg dari atom yg sama. Contoh: N + N N + B N B Walaubagaimanapun setelah terbentuk ikatan tidak dapat dibezakan ikatan kovalen koordinat drp ikatan kovalen. Melukis struktur Lewis 1. Buatkan struktur skeleton (rangka) 2. Jumlahkan e valens 3. Buatkan ikatan tunggal 4. Lengkapkan oktet atom-atom yang terikat pd atom pusat dgn meletakkan e secara berpasangan. 5. Letakkan e yg lebih pada atom pusat secara berpasangan. 6. Jika atom pusat tidak oktet, buat ikatan gandadua (dubel) atau ikatan ganda tiga (tripel). 8

9 Contoh: CN C 1 N = C = e- N = 2 C N (4e) 3 4 (10e) 6 C N Contoh: S 3 dan S 4 S 6e S 24e Ttp tak oktet S S 8e 32e Pengembangan oktet Cas formal (C) C = bil. e valensi ½ (bil. e ikatan) - bil. e pencil atom neutral, ion, sedapat-dapatnya cuba capai C = 0 utk setiap atom. Tetapi kalau tak dapat: C mesti seminima mungkin C ve untuk atom paling elektronegatif dan +ve untuk atom paling kurang elektronegatif jumlah C = cas ion poliatom atau 0 untuk molekul neutral 9

10 CN atau NC? C N N C C = C N C = N C Akan didapati bahawa atom ditengah paling rendah ke elektronegatifan Latihan: N 2 S 4 (C = ) C = ) S ( = 0) ( = -1) Struktur Lewis 2 S 4 Struktur 1 Struktur 2 2+ S Memenuhi oktet tetapi cas formal bukan kosong Struktur Lewis lain utk 2 S 4 dimana C = 0 utk setiap atom Struktur 2 tiada pemisahan cas dan berdasarkan data panjang ikatan ia lebih mungkin berlaku. 10

11 Latihan Manakah struktur Lewis yang betul? N atau N Resonans Contoh: 3 atau mana betul? Contoh: N 3 - N Bentuk molekul Terdapat 5 bentuk geometri asas dimana bentukbentuk lain boleh diterbitkan: (lihat rajah) Bentuk linear 180 Segitiga sesatah 120 Tetrahedral Trigonal bipiramid 120 & 90 ktahedral 90 11

12 Meramalkan bentuk molekul (TERI VSEPR) Teori penolakan pasangan elektron (Valence shell electron pair repulsion theory) Atom pusat lazimnya dikelilingi oleh pasangan elekton spt berikut 2 pasang e linear 3 trigonal planar(tigasegi sesatah) 4 tetrahedral 5 trigonal bipyramid 6 oktahedral Perlu diketahui bilangan pasangan e- disekitar atom pusat gunakan struktur Lewis Contoh Be 2 Be 2 pasang e (ikatan) B 3 3 pasang e (ikatan) C 4 C 4 pasang e (ikatan) N 3 dan 2 N 4 psg e jadi geometri asas psgn elektron ialah tetrahedral Ttp 2 daripadanya psgn pencil. Berlaku kesan penolakan di antara psgn e dan perubahan sudut ikatan. 107 N

13 Kesan tolakkan psgn e Pasangan elekton samaada didlm orbital ikatan atau pasangan tersendiri sentiasa menjauhkan antara satu dgn lain supaya kesan penolakan diantaranya diminimumkan. Pasangan elektron tersendiri dari pasangan pengikatan. Kesan tolakan Psgn tersendiri psgn tersendiri psgn tersendiri psgn pengikatan psgn ikatan psgn ikatan Langkah menggunakan VSEPR 1. Lukiskan struktur Lewis 2. Tentukan bilangan psgn e sekeliling atom pusat. Kenal pasti e tersendiri dan pengikatan. 3. Bina geometri psgn e sekeliling atom pusat linear, trigonal planar, tetrahedral dsb. 4. Tentukan geometri (bentuk) molekulnya. 1. Struktur Lewis Contoh: I 4 - I = = 36e Cas 1= I -1 2 psg pencil 2. 6 psg e 4 psg ikatan 3. Geometri pasangan e oktahedral I -1 Sudut psgn pencil 90 o Sudut psgn pencil 180 o 13

14 TERI IKATAN VALENS Berdasarkan pertindihan orbital. Ikatan di antara 2 atom terbentuk apabila sepasang e dgn spin berpasangan dikongsikan di antara 2 orbital atom yang bertindih. Atom-atom cenderung utk menyusun diri supaya pertindihan orbital yg maksimum berlaku kerana ini menghasilkan: Contoh Pertindihan orbital 1s-1s dalam 2. Pertindihan 1s - 2p dalam. Pertindihan 1s dan 3p. Pertindihan p dan p dalam 2. (lihat rajah dalam rujukan) Penghibridan (orbital kacukan) Gambaran ringkas pertindihan orbital tidak dapat menerangkan semua struktur molekul misalnya: C + sepatutnya C 2 1s 2 2s 2 2p x1 2p y 1 1s 1 Wbp tidak wujud C 2 ttp C 4. Berlaku pengacukkan orbital s dan p membentuk set orbital baru yang boleh menerima 4e daripada 4. Lihat rajah pembentukan orbital kacukan sp, sp 2 dan sp 3 ikatan ikatan σ (sigma) 14

15 Penghibridan sp 3 2p E 2s sp 3 C (dalam C 4 atau C 2 6 ) 4 ikatan σ (sigma) Penghibridan sp 2 2p rbital 2p tak terhibrid E rbital hibrid sp 2 2s C (dalam C 2 4 ) 3 Ikatan σ 1 C-C dan 2 C- 1 ikatan π C-C Penghibridan sp 3 2p 2 rbital 2p tak terhibrid E rbital hibrid sp 2s C (dalam C 2 2 ) 2 Ikatan σ 1 C-C dan 1 C- 2 ikatan π C-C 15

16 Penghibridan apabila atom pusat tidak oktet Berlaku apabila atom pusat memerlukan 5 atau lebih orbital ikatan Contoh S 6 3s 3p 3d sp 3 d 2 Pengikatan dgn Menggunakan VSEPR utk meramal penghibridan Struktur Lewis bilangan pasangan e- (atom pusat) Bil psgn e 2 geometri psgn e linear orbital hibrid 3 segitiga sesatah 4 tetrahedral Geometri psgn e VSEPR 5 6 trigonal bipiramid oktahedral rbital hibrid Contoh: S 4 S 5 psgn e : sp 3 d geometri pasangan e: trigonal bipiramid geometri molekul: tetrahedral terherot 16

17 TERI RBITAL MLEKUL Berdasarkan gabungan matematik orbital atom untuk membentuk orbital molekul. ψ 1s - ψ 1s anti ikatan ψ 1s, ψ 1s ψ 1s + ψ 1s ikatan E 2 A memberikan 2 M bil A = orbital ikatan menstabilkan molekul orbital antiikatan menyahstabilkan molekul Rajah gabungan 2 orbital s membentuk σ 1s dan σ 1s * Rajah aras tenaga dan tertib Ikatan σ 1s * σ 1s * 1s 1s 1s 1s e e σ 1s σ 1s 2 e 2 Tertib ikatan (TI) = bil e ikatan bil. e- anti ikatan 2 utk 2, TI = dan e 2, TI = Ikatan dikira stabil jika TI 0 Gabungan orbital p Gabungan orbital p-p berlaku melalui pertindihan bucu dan sisi menghasilkan M (σ, σ*, 2π dan 2π*) Untuk molekul dwiatom homonukleus kalaan kedua terdapat 2 skema yang berbeza pada kedudukan orbital σ 2p dan π 2p. 17

18 Contoh N 2 σ 2p * Sifat magnet 2 σ 2p * π 2p * π 2p * σ 2p π 2p π 2p σ 2s * σ 2p σ 2s * σ 2s diamagnet σ 2s paramagnet Aturan pembentukan M dlm TM Bilangan M terbentuk = bilangan A bergabung Pembentukan 2M drp 2A, satu M ikatan pada kedudukan tenaga rendah & satu M antiikatan pada tenaga lebih tinggi. Elektron masuk dgn meminimumkan tenaga. Bil. e utk setiap M 2 (Pauli) Elektron masuk secara tunggal dulu bagi orbital sama tenaga sebelum berpasangan (und) Konfigurasi e molekul N 2 : (σ 2s ) (σ 2s *) (π 2p ) (σ 2p ) 2 : (σ 2s ) (σ 2s *) (σ 2p ) (π 2p ) (π 2p *) Pengikatan dlm Sebatian Koordinat Ikatan yang terdapat pada kompleks logam peralihan dapat menerangkan. Berdasarkan teori ikatan valens. Suatu ikatan terbentuk bila 2 orbital bertindih dan berkongsi sepasang e dalam daerah pertindihan. Kompleks terjadi hasil pertindihan orbital ligan yang mengandungi pasangan elektron dengan orbital kosong pada ion logam. Terbentuklah ikatan kovalen koordinat. 18

19 Contoh [Cr(2) 6 ] 3+ blue violet ion oktahedral 24Cr [Ar]: Cr 3+ [Ar] 3d 4s 4p 4d [Cr( 2 ) 6 ] 3+ d 2 sp 3 paramagnet Kompleks orbital dalaman kerana orbital 3d digunakan dlm pbtkn kompleks [Ni( 2 ) 6 ] 2+ Contoh 28Ni [Ar]: Ni 2+ [Ar]: 3d 4s 4p 4d [Ni( 2 ) 6 ] 2+ sp 3 d 2 paramagnet Kompleks orbital luaran kerana orbital 4d digunakan dlm pbtkn kompleks IKATAN DALAM PEPEJAL Pepejal Logam bukan logam Metalloid 19

20 Teori Jalur Pepejal Contoh: pepejal Na 1 atom Na 1 orbital 1s 2 atom Na 2 orbital 1s banyak atom Na banyak orbital 1s (jalur (band)) jalur 1s jalur 2s Penuh dan setempat jalur 2p jalur 3s separuh penuh nyah tempat jalur 3p kosong nyah tempat Rajah Kekonduksian Elektron pada jalur penuh tidak dapat bergerak manakala e pd jalur separuh penuh boleh bergerak Jalur valens (JV) (lihat Rajah) jalur yg mengandungi elektron petala valens Jalur konduksi (JK) jalur yg kosong atau separuh penuh e- boleh bergerak Dlm Na, JK = JV pengalir baik Dlm Mg JV 3s penuh JK 3p bertindih dgn JV pengalir Penebat spt kaca, intan, getah, JV dan JK terpisah jauh Semikonduktor spt Si, Ge, JV dan JK terpisah ttp dekat mengkonduksi jika diberi haba atau cahaya 20