Polarisasi Ikatan Kovalen Menghasilkan Molekul Polar dan Nonpolar

 A. Polarisasi Ikatan Kovalen

Pasangan elektron yang digunakan pada pembentukan ikatan kovalen, terletak diantara dua inti atom yang berikatan. Oleh sebab itu, pasangan elektron ini akan ditarik oleh kedua inti atom tersebut. Tarikan ini akan mempengaruhi distribusi elektron di antara kedua inti yang berikatan. Kemampuan menarik elektron kearah dirinya tergantung pada keelektronegatifan masing-masing unsur yang berikatan. 

Berdasarkan perbedaan keelektronegatifan, ikatan digolongkan menjadi dua jenis yaitu:

1. Ikatan kovalen nonpolar, yaitu ikatan dimana kedua atom yang berikatan memiliki kemampuan (kekuatan) yang sama dalam hal menarik elektron ke arah dirinya sehingga elektron ikatan terdistribusi secara merata di kedua inti. Contoh molekul yang memiliki ikatan kovalen polar yaitu H₂, Cl₂ dan N₂ .

Gambar ikatan kovalen nonpolar pada molekul H₂, N₂ dan Cl₂

2. Ikatan kovalen polar, yaitu ikatan dimana atom yang berikatan memiliki kemampuan (kekuatan) yang berbeda dalam hal menarik elektron ke arah dirinya sehingga elektron ikatan terdistribusi tidak merata pada kedua inti. Ikatan kovalen polar terjadi jika kedua atom yang berikatan berbeda misalnya pada HF, HCl dan HI. Semakin besar perbedaan keelektronegatifan unsur-unsur yang berikatan, semakin polar ikatan yang terbentuk bahkan mendekati sifat ionik. Misalnya HCl. Atom H dan Cl sama-sama menarik pasangan elektron ikatan, tetapi keelektronegatifan Cl lebih besar dibanding atom H maka distribusi elektron ikatan lebih terkonsentrasi pada Cl.

Gambar Ikatan kovalen polar pada HCl dan bentuk molekul HCl

Uji Kompetensi

1.      Jelaskan apa yang dimaksud dengan:

(a) ikatan kovalen nonpolar

(b) kovalen polar

2.      Tunjukan menggunakan gambar, jenis ikatan yang terdapat dalam molekul:

(a) F₂

(b) P₄

(c) HBr

(d) CO₂

3.      Sebutkan 4 senyawa yang memiliki ikatan kovalen polar dan ikatan kovalen nonpolar.

B.   Molekul Polar dan Molekul Nonpolar

Molekul dibedakan menjadi dua jenis yaitu molekul polar dan molekul nonpolar. Senyawa yang tersusun dari unsur yang sama akan memiliki ikatan kovalen nonpolar dan molekul yang dimiliki selalu bersifat nonpolar. Demikian juga senyawa yang tersusun dari dua unsur yang berbeda akan memiliki ikatan kovalen polar dan molekul polar. Tetapi senyawa yang tersusun dari 3 atau lebih unsur walaupun memiliki ikatan kovalen polar, molekul yang dimiliki belum tentu bersifat polar. Oleh sebab itu, kepolaran suatu molekul tergantung pada dua hal yaitu keelektronegatifan dan bentuk molekul.

1.   Kepolaran Molekul dan Keelektronegatifan

Tarikan elektron ikatan karena adanya perbedaan keelektronegatifan akan menyebabkan terbentuknya kutub negatif pada atom yang lebih elektronegatif dan kutub positif pada atom yang kurang elektronegatif (lebih elektropositif). Kutub positif dan kutub negatif yang terbentuk disebut muatan parsial, dan digambarkan menggunakan simbol delta (δ). Muatan parsial negatif (δ^-) diberikan pada atom yang lebih elektronegatif dan muatan parsial positif (δ⁺) diberikan pada atom yang kurang elektronegatif. Berikut contoh menggambar muatan parsial pada molekul HCl.

Gambar tarikan elektron oleh atom yang lebih elektronegatif sehingga terbentuk parsial postif dan parsial negatif

Dari contoh di atas terlihat bahwa terdapat muatan positif dan negatif  pada tanda delta (δ) yang digunakan. Tanda tersebut tidak sama dengan +1 atau -1 seperti pada simbol ion, tetapi tanda ini hanya menggambarkan bahwa elektron ikatan tidak sepenuhnya dipindahkan ke atom Cl.

Molekul yang disusun oleh dua atom yang sama, molekulnya selalu bersifat nonpolar. Misalnya H₂, N₂ dan Cl₂. Hal ini disebabkan, dua atom tersebut tidak memiliki perbedaan keelektronegatifan. Sedangkan molekul yang disusun oleh dua atom yang berbeda, molekulnya selalu bersifat polar karena adanya perbedaan keelektronegatifan. Misalnya HCl, HBr dan HF.

2.   Kepolaran Molekul dan Bentuk Molekul

Kepolaran molekul dinyatakan menggunakan suatu besaran yang disebut momen dipol (µ). Besarnya momen dipol suatu molekul ditentukan menggunakan persamaan berikut.

µ = Q x r                     

1 D = 3,33 x 10^-30 C.m (coulombmeter)

µ =  0                   ⟶   molekul nonpolar

µ > 0 atau µ ≠ 0   ⟶  molekul polar

keterangan: 

µ          =          momen dipol (D, debye)

Q         =          selisih muatan (Coulomb)

r           =          jarak antara muatan positif dengan muatan negatif (m)

Harga momen dipol diperoleh melalui eksperimen. Dengan mengetahui momen dipol suatu senyawa, maka besarnya muatan parsial yang dimiliki molekul dapat dhitung menggunakan persamaan di atas. Semakin besar momen dipol, semakin polar senyawa yang bersangkutan bahkan mendekati ke sifat ionik.

Momen dipol merupakan suatu besaran vektor yang digambarkan menggunakan moment ikatan. Momen ikatan terbentuk jika dua atom yang berikatan dalam suatu senyawa memiliki perbedaan keelektronegatifan. Elektron ikatan ditarik oleh atom yang lebih elektronegatif menunjukan arah momen ikatan dan ditunjukan menggunakan tanda dari atom yang kurang elektronegatif menuju atom yang lebih elektronegatif. Jika jumlah vektor moment-moment ikatan lebih besar dari nol, maka molekul tersebut bersifat polar, sebaliknya jika jumlah vektor moment-moment ikatan sama dengan nol, maka molekul tersebut bersifat nonpolar.

Molekul-molekul yang disusun oleh tiga atau lebih atom, kepolaran molekul ditentukan pula oleh bentuk molekul. Hal ini disebabkan senyawa-senyawa tertentu walaupun memiliki ikatan kovalen polar tetapi molekulnya bersifat nonpolar. Contoh CCl₄ dan CO₂.

a.   Molekul CCl₄

Bentuk molekul adalah tetrahedaral dengan C sebagai atom pusat dan dikelilingi oleh 4 atom Cl, seperti yang ditunjukan pada Gambar.

Gambar Molekul CCl₄

Perbedaan keelektronegatifan C dan Cl adalah sebesar 3 – 2,5 = 0,5. Jadi ikatan C–Cl termasuk ikatan kovalen tepatnya ikatan kovalen polar karena perbedaan keelektronegatifan <1,7. Walaupun ikatan C–Cl berupa ikatan kovalen polar, tetapi molekulnya bersifat nonpolar. Hal ini disebabkan, bentuk tetrahedral dari molekul CCl₄ dapat dikatakan simetris karena memiliki pusat simetri pada atom C.

Bentuk simetris CCl₄ menyebabkan momen ikatan yang terbentuk akan saling meniadakan atau saling menguatkan (perhatikan tanda panah pada Gambar). Hal ini dapat diandaikan, suatu benda yang berada di tengah-tengah ditarik dari empat sudut dengan kekuatan sama, maka benda tersebut tidak akan bergerak. Karena hal inilah molekul CCl₄ bersifat nonpolar. Jika salah satu atom Cl pada CCl₄ diganti oleh atom lain misalnya H, maka sifat molekul yang awalnya nonpolar berubah menjadi polar. Hal ini disebabkan kepolaran ikatan C-H berbeda dengan kepolaran ikatan C-Cl, sehingga momen ikatan yang terbentuk tidak saling meniadakan. Tetapi apabila semua atom C diganti oleh atom H maka molekulnya bersifat nonpolar karena kepolaran C–H sama.

b.   Molekul CO₂ dan Molekul H₂O

Molekul CO₂ mempunyai bentuk linear dengan C sebagai atom pusat, seperti pada Gambar berikut.

Gambar Molekul CO₂

Atom O lebih elektronegatif dibanding C, sehingga elektron ikatan lebih tertarik kearah atom  O. Momen ikatan dari C ke O. Namun, atom C mengikat 2 atom yang sejenis maka momen ikatan yang terbentuk tertarik ke arah yang berlawanan dengan kekuatan yang sama atau saling meniadakan, sehingga molekul CO₂ bersifat nonpolar.

Molekul H₂O walaupun rumus molekulnya mirip dengan CO₂ tetapi bersifat polar. Hal ini disebabkan molekul H₂O tidak berbentuk linier seperti molekul CO₂ sehingga momen ikatan yang terbentuk tidak saling menguatkan atau tidak saling meniadakan. Molekul H₂O tidak linier karena Atom O yang bertindak sebagai atom pusat masih memiliki pasangan elektron bebas. Umumnya molekul-molekul yang arah momen ikatan menuju atom pusat dan pada atom pusat terdapat pasangan elektron bebas cenderung bersifat polar.

Gambar Molekul H₂O

c.   Cara Menguji Kepolaran Molekul

Gambar Pengaruh medan magnet terhadap molekul polar dan molekul nonpolar pada suatu zat

Dalam laboratorium, kepolaran molekul suatu senyawa dapat dilakukan melalui beberapa langkah berikut.

1)      Siapkan buret dan beberapa zat yang akan dibuktikan kepolarannya.

2)      Isilah buret dengan zat yang ingin diketahui kepolarannya.

3)      Bukalah kran buret, sehingga zat keluar secara perlahan.

4)      Dekatkan batang magnet atau penggaris plastik atau batang polietilena yang telah digosok-gosok pada kain sehingga terjadi magnet elektrostatis pada zat yang dikeluarkan dari buret.

5)      Amati.

Apabila tetesan zat ditarik ke arah magnet maka zat tersebut bersifat polar demikian sebaliknya apabila zat yang keluar tidak tertarik kearah magnet maka zat tersebut bersifat nonpolar.

Uji Kompetensi

1.      Apa yang dimaksud dengan

(a) molekul polar

(b) molekul nonpolar.

2.      Tunjukan muatan parsial positif dan negatif pada molekul

(a) HBr

(b) H₂O

3.      Tentukan polar atau nonpolar molekul-molekul berikut.

a. N₂

b. H₂

c. HF

d. CH₄

e. Cl₂

f. CO₂

g. H₂O

h. NH₃

4.      Jelaskan mengapa molekul CCl₄ nonpolar walaupun ikatan C-Cl polar.

5.      Berdasarkan bentuk molekul jelaskan mengapa molekul CO₂ nonpolar.

6.      Berdasarkan bentuk molekul jelaskan polar atau nonpolar molekul H₂O.