ORBITAL HIBRIDA NITROGEN

Orbital dan peranannya dalam ikatan kovalen

A.     Orbital hibrida dari nitrogen dan oksigen

Nitrogen adalah nonlogam; arsen dan antimon adalah semilogam; dan bismuth adalah logam. Nitrogen hanya menunjukkan sedikit kemisripan dengan kelompok lainnya. Ini dapat dilihat dari rumus unsure dan senyawanya. Molekul nitrogen secara elementer adalah N₂. Hal serupa, terdapat pada asam okso +5, dimana nitrogen adalah HNO₃ dan merupakan zat pengoksidasi. Karena itu, asam nitrat, HNO₃ direduksi menjadi NO₂ (biloks +4), NO (+2), N₂ (0), dan NH₃ (-3).

Nitrogen relatif kurang reaktif pada suhu kamar, disebabkan kekuatan ikatan pada N≡N. Namun, pada suhu yang dinaikkan secara perlahan, nitrogen berekasi dengan sejumlah unsure dengan oksigen menghasilkan nitrit oksida.

N_2(g) + O_2(g)          2NO_(g)

Reaksi ini digunakan dalam industri (proses Haber), dan sebagai sumber  komersial senyawa nitrogen. Hampir semua nitrogen di alam terdapat sebagai gas nitrogen. Atmosfer terdiri dari 78,1% massa N₂. Komponen nitrogen dari udara dipisahkan melalui pencairan, diikuti distilasi. Nitrogen merupakan komponen yang mudah menguap dalam udara cair, sehingga nitrogen merupakan gas pertama dalam distilasi yang meninggalkan cairan gas lain, terutama oksigen dengan gas mulia. Nitrogen cair digunakan sebagai pembeku, seperti makanan dan bahan yang terbuat dari karet, serta untuk membekukan bahan biologi. Hampir semua gas nitrogen untuk gas pelindung, yang bertujuan untuk mencegah bahan bersentuhan langsung oksigen selama pemrosesan atau penyimpanan. Oleh karena itu, komponen elektronik sering dibuat dalam atmosfer nitrogen.

Nitrogen membentuk senyawa pada semua keadaan oksidasi. Amonia, NH₃, merupakan senyawa/gas  tak berwarna dengan cirri iritasi dan berbau menyengat. Amonia dibuat secara komersial melalui prosses Haber dari N₂ dan H_2. Sejumlah amonia dapat dibuat di laboratorium melalui reaksi garam amonia dengan basa kuat, seperti NaOH atau Ca(OH)₂.

NH₄⁺ + OH^-           NH_3(g) + H₂O_(l)

Oksida nitrat bereaksi cepat dengan oksigen menghasilkan nitrogen dioksida. Nitrogen dioksida, NO₂ adalah gas berwarna coklat kemerahan, dan cairannya menguap pada 21ºC. Zat tersebut berada dalam keadaan kesetimbangan dengan senyawa dinitrogen tetroksida, N₂O₄.  Reaksi ini bersifat eksoterm, sehingga dinitrogen tetroksida lebih dominan pada suhu rendah. Pada suhu di atas 140ºC bercampur dengan nitrogen dioksida.

B.     Ikatan rangkap terkonjugasi

Ikatan rangkap terkonjugasi merupakan ikatan antar atom karbon atau yang terjadi pada senyawa organik yang secara kovalen ikatan atar atomnya merupakan ikatan rangkap dua dan tunggal bergantian, dimana terjadinya delokalisasi electron agar tingakt energinya lebih stabil atau bias disebut dengan stabilisasi struktur.

Jika dibandingkan kestabilan ikatan C-C dengan ikatan C-O, ikatan antar atom C-O lebih kuat dan stabil dikarenakan jumlah elektron atom O yang di sumbangkan lebih banyak dari pada atom C yang hanya berjumlah 4 elektron yang mengakibatkan keelektronegatifan dan afinitas elektron iktan atom C-O lebih dibandingkan ikatan antar atom C-C.

1.      Isomer geometri Cis dan Trans. Isomer geometri terbagi menjadi dua yakni Cis dan Trans. Bila subtituen terletak pada bidang yang sama maka disebut cis, sedangkan trans bila subtituen terletak pada bidang yang bersebrangan. Struktur trans lebih stabil dibandingkan dengan cis karena makin besar halangan sterik maka energinya makin besar inilah yang terjadi pada struktur cis. Contohnya cis-2-butena dan trans-2-butena :

Tetapi pada cis-2 butena :

-          Memiliki titik lebur kecil yang berarti akan  lebih cepat mencair karena jika halangan steritnya besar maka mempunyai energi kinetik besar dan molekul akan cepat merenggang sehingga akan cepat mencair.

-          Memiliki titik didih yang lebih besar. Walaupun sebenarnya cis kurang stabil, tapi memiliki kerapatan (kebolehjadian menemukan elektron ) yang lebih besar , maka intensitas berikatan lebih besar jadi sulit untuk diputus sehingga membutuhkan titik didih yang lebih besar untuk memutuskan ikatan tersebut.

Dan pada trans-2 butena :

-          Memiliki titik leleh yang lebih besar yang berarti akan lama mencair karena jika halangan steritnya kecil maka mempunyai energy kinetic yang lebih kecil dan molekul akan lambat merenggang sehingga akan lama mencair.

-          Memiliki titik didih yang lebih kecil . walaupun trans sebenarnya stabil tapi memiliki kerapatan yang lebih kecil, maka intensitas berikatan akan lebih kecil jadi mudah untuk diputus sehingga membutuhkan titik didih yang kecil untuk memutuskan ikatan tersebut.

C.     Benzena  dan resonansi

Benzena pertama kali disintesis oleh Michael Faraday tahun 1825 dari gas yang pada saat itu dipakai sebagai pengisi lampu penerang. Pada tahun 1834, diketahui bahwa benzena memiliki rumus  molekul C₆H₆ , sehingga disimpulkan bahwa  benzena memiliki ikatan rangkap yang lebih banyak darpada alkena maupun alkuna. Ikatan rangkap pada benzena tidak dapat di adisi, tetapi benzena dapat bereaksi secara substitusi.

Pada tahun 1865, Friedrich August Kekule dapat menjelaskan struktur benzena. Menurutnya, keenam atom karbon pada benzena tersusun secara melingkar membentuk segienam beraturan dengan sudut ikatan masing-masing 120º. Ikatan antar atom karbon adalah ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal bergantian.

Analisis sinar X terhadap struktur benzena menunjukkan bahwa panjang ikatan antaratom karbon pada benzena sama, yaitu 0,139 nm dan panjang ikatan tunggal C-C adalah adalah 0,154 nm. Jadi, ikatan karbon-karbon pada olekul benzena berada diantara ikatan rangkap dua dan ikatan tunggal. Hal ini menggugurkan struktur menurut Kekule.

Berdasarkan hasil analisis sinar X maka diusulkan bahwa ikatan rangkap dua karbon-karbon pada molekul, benzena tidak terlokalisasi pada karbon karbon tertentu melainkan dapat berpindah-pindah. Gejala ini dinamakan juga resonansi. Untuk menggambarkan ikatan rangkap dua yang terdelokalisasi pada molekul benzena dinyatakan dengan lingkaran seprti ditunjukkan gambar 1.1 .

Teori resonansi dapat menerangkan mengapa benzena sukar diadisi. Sebab, ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam benzena tidak terlokalisasi dan membentuk semacam cincin yang kokoh terhadap atom H tanpa mengganggu cincin karbonnya.

Pada suhu kamar, senyawa benzena berwujud cair, tak berwarna, dan mudah terbakar. Titik didih benzena 80°C dan titik bekunya 5,5°C. Benzena paling banyak digunakan sebagai pelarut senyawa karbon yang nonpolar, seperti heksana atau karbon tetraklorida.Semua senyawa karbon mengandung cincin benzena digolongkan sebagai turunan benzena. Beberapa turunan benzene ditunjukkan pada gambar 1.2 berikut.

1.      Tatanama turunan benzena

Pada mulanya istilah aromatic diterapkan terhadap senyawa yang memiliki bau harum (manis). Sekarang, istilah tersebut diberikan kepada senyawa benzena dan turunannya. Hidrokarbon aromatic yang berkaitan dengan benzena kadang-kadang disebut arena juga arena.

Tatanama senyawa turunan benzena didarkan pada sistem penomoran, dimana atom karbon dalam gugus pengganti atom H pada benzena sekecil mungkin. Sebagai contoh, perhatikan penamaan senyawa berikut.

Apabila terdapat dua gugus atom atom atau lebih yang menggantikan atom H dengan gugus berbeda, maka penamaan gugus gugus didahulukan secara alphabet diikuti nama benzena. Contoh :

Gugus C₆H₅ -, yaitu benzena yang kehilangan satu atom hidrogen dikenal sebagai gugus fenil. Jadi C₆H₅ –CH=CH₂ dinamakan feniletana; C₆H₅ –NH₂ disebut fenilamina, dan C₆H₅ –OH dinamakan fenilmetanol.

2.      Reaksi dan kegunaan benzena

Benzena cenderung menjalani reaksi substitusi daripada reaksi adisi. Dengan adanya katalis besi  (III) klorida atau aluminium klorida, benzena dapat beraksi dengan klorin ataupun bromine pada suhu kamar membentuk senyawa halobenzena. Persamaannya :

      + Br₂    FeCl₃                 Br + HBr

Campuran dengan volume yang sama dari asam nitrat pekat dan asam sulfat pekat dikenal sebagai campuran nitrasi. Jika campuran ini ditambahakan kedalam benzena, kemudian dikocok secara perlahan akan terjadi rekasi yang eksotermal. Jika suhu dikendalikan pada 55°C, maka hasil reaksi utama adalah nitrobenzena, suatu cairan berwarna kuning pucat. Persamaan reaksinya :

      + HNO₃                   H₂SO₄/55°C              NO₂ + H₂O

Fungsi asam sulfat dalam campuran nitrasi diatas adalah untuk menghasilkan kation nitril, NO₂⁺ dari asam nitrat. Persamaannya :

2H₂SO₄  +  HNO₃                    2HSO₄⁺  + H₃O⁺  + NO₂⁺

Apabila campuran nitrasi dan benzena dipanaskan pada suhu diatas 60°C selama lebih kurang satu jam, maka gugus nitro yang kedua akan menstubtitusi atom H pada cincin benzena. Setelah campuran reaksi dituangkan ke dalam air, padatan kuning pucat 1,3-dinitrobenzena akan terbentuk.

Dalam industry kimia, benzena digunkan sebagai bahan baku pada pembuatan fenol, propanon, nitrobenzene, fenilamina, pewarna (celup), nilon, plastik dan lain-lain. Seperti ditunjukkan pada diagram berikut.

DAFTAR PUSTAKA

Sunarya, 2012. Kmia Dasar II. Bandung: CV Yrama Widya

https://ulthawindaraekawardanni.wordpress.com/2016/09/12/hibridisasi-orbital-dan-ikatan-rangkap-terkonjugasi/

http://welajulia26.blogspot.co.id/2016/09/normal-0-false-false-false-en-us-x-none.html