Ikatan kovalen

Ikatan kovalen adalah sejenis ikatan kimia yang memiliki karakteristik berupa pasangan elektron yang saling terbagi (pemakaian bersama elektron) di antara atom-atom yang berikatan. Singkatnya, stabilitas tarikan dan tolakan yang terbentuk di antara atom-atom ketika mempergunakan bersama elektron dikenal sebagai ikatan kovalen.
Ikatan kovalen termasuk di dalamnya berbagai jenis ikatan, yaitu ikatan sigma, ikatan pi, ikatan logam-logam, interaksi agostik, dan ikatan tiga pusat dua elektron.^[1][2] Istilah bahasa Inggris untuk ikatan kovalen, covalent bond, pertama kali muncul pada tahun 1939.^[3] Awalan co- berarti bersama-sama, berasosiasi dalam sebuah aksi, berkolega, dll.; sehingga "co-valent bond" artinya adalah atom-atom yang saling berbagi "valensi", seperti yang dibahas oleh teori ikatan valensi. Pada molekul H₂, atom hidrogen berbagi dua elektron via ikatan kovalen. Kovalensi yang sangat kuat terjadi di antara atom-atom yang memiliki elektronegativitas yang mirip. Oleh karena itu, ikatan kovalen tidak seperlunya adalah ikatan antara dua atom yang berunsur sama, melainkan hanya pada elektronegativitas mereka. Oleh karena ikatan kovalen adalah saling berbagi elektron, maka elektron-elektron tersebut perlu ter-delokalisasi. Lebih jauh lagi, berbeda dengan interaksi elektrostatik ("ikatan ion"), kekuatan ikatan kovalen bergantung pada relasi sudut antara atom-atom pada molekul poliatomik.
Ikatan kovalen dibagi menjadi dua, yaitu ikatan kovalen polar dan ikatan kovalen nonpolar. Ikatan kovalen polar terjadi jika salah satu atom yang berikatan mempunyai elektronegativitas yang jauh lebih besar daripada yang lain. Ikatan kovalen nonpolar terjadi jika kedua atom berikatan mempunyai afinitas elektron yang sama.^[4]

Diagram MO

yang melukiskan ikatan kovalen (kiri) dan ikatan kovalen polar (kanan) pada sebuah molekul diatomik. Panah-panah mewakili elektron-elektron yang berasal dari atom-atom yang terlibat.

Sejarah

Istilah bahasa Inggris "covalence" pertama kali digunakan pada tahun 1919 oleh Irving Langmuir di dalam artikel Journal of American Chemical Society yang berjudul The Arrangement of Electrons in Atoms and Molecules:^[5]

“

(p.926)… we shall denote by the term covalence the number of pairs of electrons which a given atom shares with its neighbors.

”

Gagasan ikatan kovalen dapat ditilik beberapa tahun sebelum 1920 oleh Gilbert N. Lewis yang pada tahun 1916 menjelaskan pembagian pasangan elektron di antara atom-atom. Dia memperkenalkan struktur Lewis atau notasi titik elektron atau struktur titik Lewis yang menggunakan titik-titik di sekitar simbol atom untuk mewakili elektron valensi terluar atom. Pasangan elektron yang berada di antara atom-atom mewakili ikatan kovalen. Pasangan berganda mewakili ikatan berganda, seperti ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Terdapat pula bentuk alternatif lainnya di mana ikatan diwakili sebuah garis.

Konsep awal ikatan kovalen berawal dari gambar molekul

metana

sejenis ini. Ikatan kovalen tampak jelas pada

struktur Lewis

, mengindikasikan pembagian elektron-elektron di antara atom-atom.

Ketika gagasan pembagian pasangan elektron memberikan gambaran kualitatif yang efektif akan ikatan kovalen, mekanika kuantum diperlukan untuk mengerti sifat-sifat ikatan seperti ini dan memprediksikan struktur dan sifat molekul sederhana. Walter Heitler dan Fritz London sering diberi kredit atas penjelasan mekanika kuantum pertama yang berhasil menjelaskan ikatan kimia, lebih khususnya ikatan molekul hidrogen pada tahun 1927.^[6] Hasil kerja mereka didasarkan pada model ikatan valensi yang berasumsi bahwa ikatan kimia terbentuk ketika terdapat tumpang tindih yang baik di antara orbital-orbital atom dari atom-atom yang terlibat. Orbital-orbital atom ini juga diketahui memiliki hubungan sudut spesifik satu sama lain, sehingga model ikatan valensi dapat memprediksikan sudut ikatan yang terlihat pada molekul sederhana dengan sangat baik.

Derajat ikat

Derajat ikat atau orde ikat adalah sebuah bilangan yang mengindikasikan jumlah pasangan elektron yang terbagi di antara atom-atom yang membentuk ikatan kovalen. Istilah ini hanya berlaku pada molekul diatomik. Walaupun demikian, ia juga digunakan untuk mendeskripsikan ikatan dalam senyawa poliatomik.

1. Ikatan kovalen yang paling umum adalah ikatan tunggal dengan hanya satu pasang elektron yang terbagi di antara dua atom. Ia biasanya terdiri dari satu ikatan sigma. Semua ikatan yang memiliki lebih dari satu pasang elektron disebut sebagai ikatan rangkap atau ikatan ganda.
2. Ikatan yang berbagi dua pasangan elektron dinamakan ikatan rangkap dua. Contohnya pada etilena. Ia biasanya terdiri dari satu ikatan sigma dan satu ikatan pi.
3. Ikatan yang berbagi tiga pasang elektron dinamakan ikatan rangkap tiga. Contohnya pada hidrogen sianida. Ia biasanya terdiri dari satu ikatan sigma dan dua ikatan pi.
4. Ikatan rangkap empat ditemukan pada logam transisi. Molibdenum dan renium adalah unsur yang umumnya memiliki ikatan sejenis ini. Contoh ikatan rangkap ditemukan pada Di-tungsten tetra(hpp).
5. Ikatan rangkap lima telah ditemukan keberadaannya pada beberapa senyawa dikromium.
6. Ikatan rangkap enam ditemukan pada molibdenum dan tungsten diatomik.

Tentu saja kebanyakan ikatan tidak ter-lokalisasikan, sehingga klasifikasi di atas, walaupun sangat berguna dan digunakan secara luas, hanya berlaku pada keadaan yang sempit. Ikatan tiga pusat juga tidak dapat diterapkan menggunakan konvensi di atas.

Resonansi

Kebanyakan ikatan dapat dideskripsikan dengan menggunakan lebih dari satu struktur Lewis yang benar (misalnya pada ozon, O₃). Dalam diagram lewis (LDS: Lewis dot structure) O₃, atom pusat akan memiliki ikatan tunggal dengan satu atom dan ikatan rangkap dua dengan satu atom lainnya. Diagram LDS tidak dapat memberitahukan kita atom mana yang berikatan rangkap; atom pertama dan kedua yang berikatan dengan atom pusat memiliki probabilitas yang sama untuk memiliki ikatan rangkap. Dua struktur yang memungkinkan ini disebut sebagai struktur resonansi. Pada kenyataannya, struktur ozon adalah hibrid resonansi antara dua struktur resonansi yang memungkinkan. Daripada satu ikatan tunggal dan satu ikatan rangkap dua, sebenarnya terdapat dua ikatan 1,5 dengan kira-kira tiga elektron pada setiap atom.
Kasus resonansi yang khusus terlihat pada atom-atom yang membentuk cincin aromatik (contohnya benzena). Cincin aromatik terdiri dari atom-atom yang tersusun menjadi lingkaran (dihubungkan dengan ikatan kovalen) dan menurut LDS akan memiliki ikatan tunggal dan rangkap dua yang saling bergantian. Dalam kenyataannya, elektron-elektron cenderung secara merata berada di seluruh ruang cincin. Pembagian elektron pada struktur aromatik seringkali diwakili dengan cincin di dalam lingkaran atom.
Struktur titik Lewis (LDS) untuk molekul-molekul beresonansi diperlihatkan dengan menciptakan struktur titik untuk setiap bentuk yang memungkinkan, mengurung struktur-struktur tersebut, dan menghubungkan satu sama lain dengan tanda panah berkepala ganda.

Teori saat ini

Saat ini model ikatan valensi telah digantikan oleh model orbital molekul. Dalam model ini, setiap atom yang berdekatan akan memiliki orbital-orbital atom yang saling berinteraksi membentuk orbital molekul yang merupakan jumlah dan perbedaan linear orbital-orbital atom tersebut. Orbital-orbital molekul ini merupakan gabungan antara orbital atom semula dan biasanya berada di antara dua pusat atom yang berikatan.
Dengan menggunakan mekanika kuantum, adalah mungkin untuk menghitung struktur elektronik, aras energi, sudut energi, jarak ikat, momen dipol, dan spektrum elektromagnetik dari molekul sederhana dengan akurasi yang sangat tinggi. Jarak dan sudut ikat dapat dihitung seakurat yang diukur. Untuk molekul-molekul kecil, perhitungan tersebut cukup akurat untuk digunakan dalam menentukan kalor pembentukan termodinamika dan energi aktivasi kinetika.