Mengapa tolakan antar-elektron tidak memporakporandakan molekul?

Sekedar sharing pengalaman kuliah S2 Ilmu Kimia minggu ini pas sub bagian ikatan kimia. Pertanyaan ini muncul dari mahasiswa yang ikut kuliah tersebut. Mengapa elektro-elektron yang bermuatan sama tidak saling tolak menolak pada suatu atom hingga terpisah malahan mereka stabil di sekitar inti ? Dosenku tentu saja menjawabnya  cuman aku yang memorinya pas2an tidak ingat jawabannya beliau tapi  aku ingat dosenku bilang inilah kesempatan kalau mau mendapatkan nobel di bidang kimia. Soalnya beberapa pertanyaan di kimia yang masih dijawab dengan pemikiran2, asumsi2 dan semua itu tentu saja membutuhkan pembuktian kedepannya baik dengan perhitungan2, percobaan dll. Kalau terbukti maka nobel kimia bisa ditangan tuch. Siapa yang berminat ?

Pertanyaan yang menurutku mirip ini ternyata muncul juga di milis kimia yang diinisiasi oleh Bapak Muhamad A. Martoprawiro. Beliau adalah Dosen Kimia di ITB dan Ketua HKI (Himpunan Kimia Indonesia). Berikut email dari beliau yang saya ambil dari milis kimia dalam menjawab pertanyaan tersebut.

From:”Muhamad A. Martoprawiro via Chemist” <chemist@kimiawan.org>
Date:Thu, Feb 26, 2015 at 2:51 AM
Subject:[Chemist] Mengapa tolakan antar-elektron tidak memporakporandakan molekul?

Salam kimiawan,
Uraian di bawah ini sebetulnya berawal dari pertanyaan mantan mahasiswa S2, yang akhirnya harus berperan sebagai dosen Kimia Fisik di universitasnya. Karena pertanyaan dan jawaban lewat email, tentu tidak bisa diharapkan jawaban yang lengkap dan memuaskan. Tapi saya share saja, kalau-kalau ada yang ingin memperkayanya.

Komunikasi di bawah awalnya berlangsung lewat japri.

Silakan dinikmati .. 🙂

Salam,
Muhamad
🙂 menulis untuk anggota HKI setiap Rabu, kalau sempat

——-

PERTANYAAN:
Mengapa elektron dikatakan bermuatan negatif? Apakah itu benar atau hanya simbol saja? Sebab jika elektron bermuatan negatif, seharusnya elektron saling tolak menolak dalam ikatan kovalen? Dan tidak terbentuk ikatan.

Saya sudah mencari referensi dari buku Brady, tetapi dibuku tersebut hanya tertulis bahwa elektron ditemukan dari percobaan J.J. Thomson, dan dikatakan negatif karena dibelokkan ke kutub listrik positif dalam tabung katoda.

JAWABAN SINGKAT:
1
Saya mulai dengan atom dulu ya, misalnya atom karbon. Ke-enam elektron memang saling tolak, karena sama-sama bermuatan negatif. Kalau kita sederhanakan dengan ilmu listrik klasik: muatan inti jauh lebih besar dari muatan elektron, sehingga kalau pun ada saling tolak antar elektron, tarikan inti lebih dominan, sehingga elektron2 sekitar inti atom karbon bisa stabil di sekitar inti.

Terjadinya tingkat-tingkat energi elektron yang diskrit tentunya hanya bisa dijelaskan secara kuantum.

2
Sekarang tentang molekul. Kalau menggunakan penyederhanaan cara pandang fisika klasik, kita bisa menggunakan nalar yang serupa. Elektron memang saling tolak, tapi tarikan inti-inti jauh lebih kuat, sehingga elektron bisa cukup stabil berdekatan (walau tetap memelihara jarak).

Penyederhanaan lainnya: elektron bisa berpasangan, karena walaupun muatannya saling tolak (sama-sama negatif), tapi spinnya berlawanan, yang berarti kutub magnet yang dihasilkan dari spin itu, saling tarik (kutub utara elektron pertama menarik kutub selatan elektron kedua, dan sebaliknya). Tentu saja terjadi penyederhanaan yang berlebihan pada penjelasan ini.

3
Sebetulnya, kita tidak bisa terlalu menyederhanakannya. Kita harus menggunakan teori kuantum, yaitu lewat interaksi fungsi gelombang. Pada pembentukan ikatan, fungsi gelombang kedua elektron yang berinteraksi di antara kedua inti, bersifat “sefasa”, sehingga fungsi gelombangnya saling memperkuat. Nilai fungsi gelombang yang besar hasil “interferensi” tsb. Menyebabkan kerapatan elektron di antara kedua inti besar, karena kerapatan itu berbanding lurus dengan kuadrat nilai fungsi gelombang. Kerapatan yang besar di antara kedua inti inilah yang mendekatkan kedua inti, karena kerapatan itu menarik inti untuk saling mendekat ke arah tengah molekul. Dalam konteks teori orbital molekul (MO), interaksi inilah yang menghasilkan orbital ikatan.

Interaksi alternatif bisa terjadi, yaitu fungsi gelombangnya tidak sefasa, artinya, psi (fungsi gelombang) yang satu positif, psi elektron lainnya negatif. Ketika berinteraksi di daerah di antara kedua inti, keduanya saling meniadakan, sehingga kerapatan elektron menjadi rendah. Kerapatan yang rendah ini menyebabkan tidak ada yang menghalangi tolakan antar inti. Akibatnya kedua inti cenderung menjauh. Dalam konteks teori orbital molekul, interaksi inilah yang menghasilkan orbital anti-ikatan.

Orbital ikatan maupun orbital anti-ikatan dibahas dalam konteks pembahasan ikatan kovalen.

 

Pas coba diingat-ingat, jawaban di email tersebut intinya sama dengan jawaban dosenku. Dua dosen yang hebat di bidangnya (Anorganik)

Pelajaran yang bisa diambil dari  semua ini adalah belajar Kimia itu akan sangat menyenangkan kalau bisa mendapatkan dosen-dosen yang bisa menjelaskan pertanyaan2 kita  dengan kata2 yang mudah dimengerti dari materi yang sulit seperti Ikatan Kimia :-). Selamat belajar teman-teman.

Video “Indonesia – UK Inorganic Simposium”

Pada tanggal 3 Desember 2013,  Kelompok Keahlian Kimia Anorganik, Program Studi Kimia ITB bekerja sama dengan Himpunan Kimia Indonesia serta Royal Society of Chemistry (RSC) menyelenggarakan Simposium Kimia Anorganik Indonesia. Simposium ini bertujuan untuk merangsang pertukaran ide dan pengalaman antara semua peserta dan mengangkat topik fundamental di bidang kimia anorganik. link video dapat dilihat di:

  1. Graeme Hogarth, University College London, UK     “The Clean Production of Hydrogen? Biomimetics of the Iron-only Hydrogenase Enzyme”  Link
  2. Ismunandar, Institut Teknologi Bandung, Indonesia      “Oxide Ion Electrolytes”
  3.  Jason Love, University of Edinburgh, UK     “Pacman Macrocycles : New Complexes, Reactions, and Catalysts for Sustainable Chemistry” Link
  4. Rino R. Mukti, Institut Teknologi Bandung, Indonesia     “Rational Strategies for Synthesizing Current Industrial Demanding Hierarchically Porous Zeolite” Link
  5. Narsito, Universitas Gadjah Mada, Indonesia     “The Kinetics of MnO2 Photoreduction in the Presence of Humic Acids” Link
  6.  Asel Sartbaeva, University of Bath, UK     “Prediction and Design of Future Zeolyte Catalysts” Link
  7. Michael Ward, University of Sheffield, UK     “Host-Guest Chemistry of Polyhedral Coordination Cages” Link
  8. Agustino Zulys, University of Indonesia, Indonesia     “The Functionalization of Zn Complexes for Hydromanination Catalysis and for Highly Selective  Copper Ion’s Fluorescence Chemosensor” Link

Sumber :  http://www.itb.ac.id/news/4117.xhtml