Konsep Hibridisasi

Konsep hibridisasi digunakan untuk menjelaskan bentuk geometri molekul. Bentuk molekul itu sendiri ditentukan melalui percobaan atau mungkin diramalkan berdasarkan teori tolakan elektron seperti bahasan di atas. Sebagai contoh, kita perhatikan molekul metana (CH4) mempunyai struktur tetrahedral yang simetris. Masing-masing ikatan karbon hidrogen mempunyai jarak yang sama yaitu 1,1 angstrom dan sudut antara setiap pasang elektron adalah 109,5°.

                                                                
Karbon mempunyai nomor atom 6 sehingga konfigurasi elektronnya: 1s² 2s² 2p². Konfigurasi elektron atom karbon tersebut dapat digambarkan sebagai berikut.

Bentuk hibridisasi CH4 adalah sp³ atau tetrahedron (bidang 4). Dalam atom karbon tersebut terdapat dua orbital yang masing-masing mengandung sebuah elektron yaitu 2p¹x dan 2p¹y .

Bentuk suatu molekul dapat diketahui melalui eksperimen, misalnya bentuk molekul CH4, BF3, NH3, dan H2O.

 

Pada molekul CH4 terdapat 4 pasang elektron terikat dan tidak terdapat pasangan elektron bebas.

Pada molekul BF3 terdapat 3 pasang elektron terikat dan tidak terdapat pasangan elektron bebas.

Pada molekul NH3 terdapat 3 pasang elektron terikat dan 1 pasang elektron bebas.

Pada molekul H2O terdapat 2 pasang elektron terikat dan 2 pasang elektron bebas.

Berdasarkan tabel di atas, maka dapat dinyatakan bahwa molekul dipengaruhi oleh banyaknya pasangan elektron terikat dan banyaknya elektron bebas.

Bagaimanakah hibridisasi dalam molekul yang memiliki pasangan elektron bebas pada atom pusatnya, misalnya H₂O dan NH₃. Hal ini dapat dijelaskan dengan orbital hibrida sp³ pada atom pusatnya. Tinjau molekul H₂O dengan atom O sebagai atom pusat:

Dua orbital ikatan dalam molekul H₂O dapat dipandang sebagai tumpang tindih orbital 1s dari atom H dan satu orbital sp³ dari atom O membentuk dua orbital ikatan sigma O–H. Bentuk struktur orbital hibrida sp³ yang terjadi dalam molekul H₂O dapat diperhatikan pada Gambar 15.

Gambar 15. Struktur orbital hibrida sp3 pada atom oksigen dalam H2O. Dua orbital ikatan O-H dibentuk melalui tumpang tindih dua orbital sp3 dari atom O dan orbital 1s dari atom H membentuk ikatan sigma terlokalisasi. Dua orbital sp3 lainnya dihuni oleh dua pasang elektron bebas.

Terdapat delapan elektron valensi dalam molekul H₂O, enam dari atom O dan dua dari atom H. Empat elektron valensi menghuni dua orbital ikatan sigma O–H. Empat elektron lainnya menghuni dua orbital sp³ yang tidak berikatan dan membentuk dua pasang elektron bebas pada atom oksigen.

Menurut teori domain elektron, sudut ikatan H–O–H dalam molekul H₂O lebih kecil dari sudut tetrahedral murni sebab pasangan elektron bebas menolak lebih kuat terhadap pasangan elektron ikatan sehingga terjadi distorsi bentuk molekul dari tetrahedral murni. Jadi, jelas bahwa dalam molekul H₂O terjadi hibridisasi sp³ ada atom oksigen.

Orbital hibrida sp³ dapat dibentuk melalui kombinasi orbital s dan tiga orbital p. Orbital sp³ yang dibentuk ekuivalen dalam ukuran maupun tingkat energinya. Akibatnya, keempat orbital hibrida sp³ membentuk tetrahedral yang simetris di sekitar atom pusat dan molekul yang dibentuk melalui orbital hibrida sp³ memiliki struktur tetrahedral. Orientasi orbital hibrida sp³ ditunjukkan pada Gambar 13. berikut.

Gambar 13. Hibridisasi orbital 2s dan tiga orbital 2p membentuk orbital hibrida sp3. Keempat orbital hibrida sp3 setara satu sama lain. Hal ini mendorong geometri elektron pada atom pusat membentuk struktur tetrahedral dengan sudut 109,5°.

Oleh karena keempat orbital setara maka struktur yang terbentuk adalah tetrahedral. Masing-masing elektron valensi dalam orbital hibrida sp³ tidak berpasangan dengan spin sejajar (aturan Hund). Molekul CH₄ dibentuk melalui tumpang tindih orbital hibrida sp³ dari atom C dan orbital 1s dari atom H membentuk empat orbital ikatan sigma terlokalisasi. Bentuk molekul CH₄ adalah tetrahedral, sama seperti struktur orbital hibrida sp³ (lihat Gambar 14).

Gambar 14. Empat orbital ikatan terlokalisasi dalam CH4 dibentuk melalui tumpang tindih orbital hibrida sp3 pada atom C dan 1s dari atom H.

Sebagaimana diramalkan oleh teori domain elektron, bentuk molekul CH₄ tetrahedral dan keempat ikatan C–H setara. Keempat orbital ikatan terlokalisasi dalam CH₄ dibentuk melalui tumpang tindih orbital sp³ dan orbital 1s dari atom hidrogen.

N₂

Dari hibridisasi di atas diketahui bahwa orbital yang akan mengadakan tumpang tindih adalah orbital 2p_x, 2p_y, dan 2p_z dari kedua atom N.

Tumpang tindih antara 2 orbital P_x memberikan ikatan sigma (karena muatan (+) pada masing masing orbital akan saling bertumpang tindih/adu kepala)

Tumpang tindih antara 2 orbital P_y dan P_z akan memberikan ikatan phi (terjadi tumpang tindih lateral sehingga terbentuk bidang simpul)

Jadi pada teori ini, kestabilan ikatan kovalen dapat dijelaskan dengan terjadinya tumpang tindih “overlapping” orbital-orbital atom. Dengan konsep hibridiasi pun dapat jelaskan bentuk molekul yang diramalkan dalam teori VSEPR, namun disayangkan untuk kasus-kasus tertentu, semisal pada senyawa  CO₂, pada teori ini senyawa tersebut akan bersifat diamagnetic tetapi pada kenyataannya berdasarkan hasil percobaan, CO₂ merupakan senyawa para magnetic akibat 2 pasang electron yang tidak berpasangan (lonepair electron).

Menurut Linus Pauling, dalam kaitanya dengan pembentukan senyawa kompleks :

• Teori ini mengaitkan antara proses hibidisasi dan betuk struktur senyawa kompleks.
• Teori ini mengungkapkan ikatan dalam senyawa kompleks merupakan ikatan kovalen koordinasi hasil overlap antara orbital ligan yang berisi PEB dan ion logam pusat yang orbitalnya kosong, ion pusat menyediakan orbital kosong melalui proses hibridisasi.
• Dalam teori ini pembentukan semyawa kompleks dapat dipandang sebagai reaksi asam-basa lewis.