Penjelasan Diagram Orbital Molekul: Orde Ikatan, Kemagnetan, dan Aturan Pencampuran s–p
Jawaban singkat: Diagram orbital molekul (OM) menunjukkan bagaimana orbital atom bergabung menjadi orbital ikatan dan antiikatan. Isi orbital dari bawah dengan aturan Hund, lalu gunakan orde ikatan = (elektron ikatan − elektron antiikatan) / 2. O₂ memiliki orde ikatan 2 dan 2 elektron tak berpasangan (paramagnetik). N₂ memiliki orde ikatan 3 dan bersifat diamagnetik. Untuk 14 elektron atau kurang, π2p berada di bawah σ2p. Generator diagram OM gratis menggambar diatomik apa pun dari H₂ hingga Ne₂, ditambah CO, NO, CN⁻, dan HF.
Istilah kunci dalam satu tempat
| Orbital molekul (OM) | Orbital yang tersebar di seluruh molekul, terbentuk dari penggabungan orbital atom. |
|---|---|
| OM ikatan | Energinya lebih rendah daripada orbital atom. Kerapatan elektron berada di antara inti. Label: σ, π. |
| OM antiikatan | Energinya lebih tinggi, dengan simpul di antara inti. Label: σ*, π*. |
| Orde ikatan | (elektron ikatan − elektron antiikatan) / 2. Orde ikatan 0 berarti tidak ada ikatan yang stabil. |
| Paramagnetik | Memiliki satu atau lebih elektron tak berpasangan dan tertarik ke dalam medan magnet. O₂ adalah contoh klasiknya. |
| Diamagnetik | Semua elektron berpasangan. Sedikit ditolak keluar dari medan magnet. N₂ dan F₂ adalah contohnya. |
| HOMO dan LUMO | OM terisi tertinggi dan OM kosong terendah. HOMO yang terisi setengah disebut SOMO. |
Aturan menggambar diagram OM
- Hitung elektronnya. Jumlahkan nomor atom, kurangi dengan muatan untuk kation dan tambahkan untuk anion. O₂ memiliki 16, O₂⁺ 15, O₂²⁻ 18.
- Pilih urutan orbital. Dengan 14 elektron atau kurang (Li₂ hingga N₂, CO, CN⁻, NO⁺) gunakan σ2s, σ*2s, π2p, σ2p, π*2p, σ*2p. Dengan lebih dari 14 elektron (O₂, F₂, Ne₂, NO, O₂⁻) gunakan σ2s, σ*2s, σ2p, π2p, π*2p, σ*2p.
- Isi dari bawah. Setiap orbital menampung 2 elektron dengan spin berlawanan (prinsip Pauli).
- Terapkan aturan Hund. Pada pasangan π atau π* yang terdegenerasi, letakkan satu elektron di setiap orbital sebelum berpasangan.
- Baca hasilnya. Orde ikatan dari rumus, kemagnetan dari elektron tak berpasangan, HOMO dan LUMO dari bagian atas pengisian.
Mengapa urutannya berubah setelah nitrogen
Perubahan ini disebabkan oleh pencampuran s–p. Pada B, C, dan N, energi 2s dan 2p berdekatan. Orbital σ2s dan σ2p memiliki simetri yang sama, sehingga berinteraksi dan mendorong σ2p ke atas, di atas π2p. Mulai dari oksigen, selisih 2s–2p lebih besar (sekitar 16 eV untuk O dan 21 eV untuk F), pencampurannya lemah, dan σ2p turun di bawah π2p.
Cara menggunakan generator diagram OM langkah demi langkah
- Buka generator diagram orbital molekul.
- Ketik spesi di Molekul atau ion, misalnya
O2,N2+,O2 2-,NO,CO, atauCN-. Atau pilih Atom 1, Atom 2, dan Muatan. - Atau tekan tombol contoh seperti B₂, C₂, O₂⁻, atau HF.
- Biarkan Urutan orbital pada Otomatis (aturan 14 elektron). Untuk melihat mengapa aturan ini penting, beralih ke No s–p mixing dan lihat B₂ menjadi diamagnetik.
- Baca orde ikatan, konfigurasi OM, HOMO, LUMO, dan kemagnetan di tabel hasil.
- Tekan Unduh SVG atau Unduh PNG untuk menyimpan diagram.
Contoh soal
1. Oksigen, O₂
16 elektron: KK σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p². Elektron ikatan = 10 (termasuk σ1s²), antiikatan = 6. Orde ikatan = (10 − 6)/2 = 2. Dua elektron π* berada di orbital terpisah dengan spin sejajar, sehingga O₂ memiliki 2 elektron tak berpasangan dan bersifat paramagnetik. Oksigen cair menempel di antara kutub magnet; nitrogen cair tidak.
2. Nitrogen, N₂
14 elektron: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p². Orde ikatan = (10 − 4)/2 = 3. Semua elektron berpasangan, sehingga N₂ diamagnetik. HOMO-nya σ2p dan LUMO-nya π*2p. Ikatan rangkap tiga menjelaskan energi ikatan yang tinggi, 945 kJ/mol.
3. B₂ dan C₂
B₂ memiliki 10 elektron: KK σ2s² σ*2s² π2p¹ π2p¹. Orde ikatan 1, 2 elektron tak berpasangan, paramagnetik. C₂ memiliki 12 elektron: KK σ2s² σ*2s² π2p⁴. Orde ikatan 2, diamagnetik. Paramagnetisme B₂ yang terukur adalah bukti eksperimen bahwa π2p berada di bawah σ2p untuk unsur ringan.
4. Deret oksigen
O₂⁺ (15 e) kehilangan satu elektron π*: orde ikatan 2,5, panjang ikatan 112 pm. O₂⁻, superoksida (17 e): orde ikatan 1,5, 133 pm. O₂²⁻, peroksida (18 e): orde ikatan 1, 149 pm, diamagnetik. Makin banyak elektron antiikatan, makin panjang dan lemah ikatannya.
5. NO dan NO⁺
NO memiliki 15 elektron dengan satu elektron di π*2p: orde ikatan 2,5, paramagnetik. Melepas elektron itu menghasilkan NO⁺ (14 e), isoelektronik dengan N₂: orde ikatan 3, diamagnetik, dan ikatannya memendek dari 115 pm menjadi 106 pm.
6. CO dan HF (heteronuklir)
CO memiliki 14 elektron seperti N₂: orde ikatan 3, diamagnetik. Oksigen lebih elektronegatif, sehingga orbital atomnya lebih rendah. HOMO (σ2p, disebut juga 3σ) sebagian besar berupa pasangan elektron bebas karbon, itulah sebabnya CO terikat pada logam melalui karbon. Pada HF, 1s H hanya tumpang tindih dengan satu orbital 2p F. Orbital F lainnya bersifat nonikatan, sehingga HF memiliki orde ikatan 1.
Tabel ringkasan
| Spesi | Elektron | Konfigurasi valensi | Orde ikatan | Kemagnetan |
|---|---|---|---|---|
| H₂ | 2 | σ1s² | 1 | diamagnetik |
| He₂⁺ | 3 | σ1s² σ*1s¹ | 0.5 | paramagnetik (1) |
| Li₂ | 6 | σ2s² | 1 | diamagnetik |
| Be₂ | 8 | σ2s² σ*2s² | 0 | tidak stabil |
| B₂ | 10 | σ2s² σ*2s² π2p² | 1 | paramagnetik (2) |
| C₂ | 12 | σ2s² σ*2s² π2p⁴ | 2 | diamagnetik |
| N₂, CO, CN⁻, NO⁺ | 14 | σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p² | 3 | diamagnetik |
| NO, O₂⁺ | 15 | … σ2p² π2p⁴ π*2p¹ | 2.5 | paramagnetik (1) |
| O₂ | 16 | σ2s² σ*2s² σ2p² π2p⁴ π*2p² | 2 | paramagnetik (2) |
| O₂⁻ | 17 | … π*2p³ | 1.5 | paramagnetik (1) |
| F₂, O₂²⁻ | 18 | … π*2p⁴ | 1 | diamagnetik |
| Ne₂ | 20 | … π*2p⁴ σ*2p² | 0 | tidak stabil |
Kesalahan umum
- Memakai urutan O₂ untuk B₂, C₂, atau N₂. Ini memberi kemagnetan yang salah untuk B₂ dan C₂.
- Memasangkan elektron di π* terlalu awal. O₂ lalu tampak diamagnetik, yang salah.
- Lupa mengubah jumlah elektron untuk ion.
- Menghitung elektron inti di satu sisi rumus tetapi tidak di sisi lain. Hitung semua elektron, atau hanya valensi, tetapi lakukan dengan cara yang sama untuk ikatan dan antiikatan.
- Mengira hanya spesi berelektron ganjil yang paramagnetik. O₂ (16) dan B₂ (10) berjumlah genap tetapi tetap paramagnetik.
Tips ujian
- JEE dan NEET: pelajari jalan pintas untuk diatomik periode kedua berdasarkan jumlah elektron total: 10 memberi 1, 12 memberi 2, 14 memberi 3, 15 memberi 2,5, 16 memberi 2, 17 memberi 1,5, 18 memberi 1, dan 20 memberi 0. Jumlah ganjil selalu paramagnetik. Dari jumlah genap, 10 (B₂) dan 16 (O₂, NO⁻) juga paramagnetik.
- JEE dan NEET: untuk mengurutkan panjang ikatan, urutkan orde ikatan secara terbalik: O₂²⁻ > O₂⁻ > O₂ > O₂⁺.
- AP Chemistry: teori OM menjelaskan hal yang tidak bisa dijelaskan struktur Lewis: O₂ paramagnetik meskipun struktur Lewis-nya menunjukkan semua elektron berpasangan.
- A-level dan IB: bersiaplah mendefinisikan ikatan σ dan π melalui tumpang tindih ujung-ke-ujung dan sisi-ke-sisi, serta menjelaskan mengapa ikatan π lebih lemah daripada ikatan σ.
- Universitas: gunakan label g dan u untuk diatomik homonuklir (σg, σu*, πu, πg*), dan kaitkan diagram OM dengan spektrum fotoelektron serta dengan ikatan balik CO pada karbonil logam.
Periksa jawaban apa pun dalam hitungan detik dengan generator diagram OM, lalu unduh diagramnya untuk catatan Anda.
Tanya jawab
Apa itu diagram orbital molekul?
Diagram energi yang menampilkan orbital atom dari dua atom di kedua sisi dan orbital molekul yang dibentuknya di tengah. Elektron digambar sebagai panah, dan diagram memberi orde ikatan, kemagnetan, HOMO, dan LUMO.
Bagaimana menghitung orde ikatan dari diagram OM?
Orde ikatan = (elektron di orbital ikatan − elektron di orbital antiikatan) / 2. Untuk O₂: (10 − 6)/2 = 2. Untuk N₂: (10 − 4)/2 = 3.
Mengapa O₂ bersifat paramagnetik?
Dua elektron terakhirnya menempati dua orbital π*2p yang terdegenerasi masing-masing satu, dengan spin sejajar (aturan Hund). Dua elektron tak berpasangan membuat O₂ paramagnetik.
Kapan σ2p berada di bawah π2p?
Untuk O₂, F₂, Ne₂, dan spesi lain dengan lebih dari 14 elektron. Untuk Li₂ hingga N₂ dan spesi dengan 14 elektron atau kurang, pencampuran s–p mendorong σ2p ke atas π2p.
Molekul diatomik mana yang memiliki orde ikatan 3?
N₂, CO, CN⁻, dan NO⁺. Semuanya memiliki 14 elektron dan konfigurasi KK σ2s² σ*2s² π2p⁴ σ2p².
Mengapa He₂ tidak ada?
He₂ memiliki 2 elektron ikatan dan 2 elektron antiikatan, sehingga orde ikatannya 0. Tidak ada ikatan bersih. He₂⁺ memiliki orde ikatan 0,5 dan memang ada.
Apakah B₂ paramagnetik atau diamagnetik?
B₂ paramagnetik dengan 2 elektron tak berpasangan, satu di setiap orbital π2p. Ini hanya terjadi jika π2p berada di bawah σ2p, sehingga B₂ menjadi bukti pencampuran s–p.