Resonansi

Resonansi

Kebanyakan struktur kimia dapat digambarkan dengan mudah menggunakan struktur Lewis maupun Kekule, akan tetapi masalah menarik akan muncul berhubungan dengan penggambaran struktur resonansi. Mari kita lihat struktur nitrometana. Dengan menggambarkan struktur Lewis dari nitrometana, kita membutuhkan ikatan rangkap pada satu oksigen dan ikatan tunggal pada oksigen yang lainnya. Tetapi pada atom oksigen yang manakah akan kita tempatkan ikatan rangkap atau tunggal tersebut? Oksigen yang bawahkah, atau yang atas? 

Gambar Resonansi dalam nitrometana

Nitrometana memiliki dua atom oksigen yang berbeda apabila kita menggambarkannya dengan struktur Lewis, padahal hasil eksperimen membuktikan bahwa kedua oksigen tersebut adalah ekuivalen. Kedua ikatan nitrogen-oksigen memiliki panjang ikatan yang sama, yaitu 122 pm, padahal panjang ikatan tunggal antara nitrogen-oksigen adalah 130 pm dan nitrogen-oksigen rangkap dua adalah 116 pm. Dengan kata lain, kedua struktur Lewis di atas adalah benar secara individual, tetapi struktur yang lebih tepat adalah intermediet dari keduanya. Bentuk intermediet tersebut dinamakan hibrida resonan. Masalah yang kemudian muncul adalah bahwa struktur Lewis dan struktur garis-ikatan tidak dapat menggambarkan dengan tepat bentuk dari hibrida resonan.

Kedua bentuk struktur Lewis secara individual disebut bentuk resonan, dan lambang dari resonansi adalah tanda panah dengan mata panah di kedua ujungnya ( ). Perbedaan bentuk resonan haya terdapat pada letak ikatan π dan pasangan elektron bebasnya. Atomatom itu sendiri tidak mengalami perubahan posisi.

Contoh lain yang menggambarkan dengan jelas mengenai resonansi adalah struktur benzen. Benzen memiliki enam atom karbon ekovalen dan membentuk sutau cincin aromatis.

Gambar Bentuk resonansi dari benzena

Masing-masing struktur benzen di atas adalah benar, tetapi akan lebih tepat digambarkan bentuk hibridanya, yaitu:

Gambar Bentuk hibrida dari benzena

Aturan penggambaran bentuk resonansi

Untuk menggambarkan bentuk resonansi dengan benar, kita harus mematuhi beberapa aturan berikut ini:

a. Masing-masing bentuk resonan adalah imajiner, tidak nyata. Bentuk yang nyata adalah bentuk hibrid.

b. Bentuk resonan hanya berbeda pada posisi ikatan π dan pasangan elektron bebas.

Dalam struktur resonansi tidak terjadi perubahan posisi atom. Lihat resonansi nitrometana, hanya posisi ikatan π dalam ikatan N=O dan pasangan elektron bebas dari O - saja yang berbeda satu sama lain.

Gambar Perpindahan ikatan π dan pasangan elelktron bebas dalam

 nitrometana

Hal yang sama juga terjadi dengan benzena. Elektron π dalam ikatan rangkap berpindah sebagaimana yang diperlihatkan dengan anak panah. Akan tetapi, atom karbon dan hydrogen tetap pada posisimasing-masing.

Gambar  Perpindahan elektron π dalam benzena

c. Bentuk resonan yang berbeda dari satu senyawa tidak memiliki ekivalensi

Contohnya adalah aseton yang direaksikan dengan suatu basa kuat. Hasilnya adalah anion aseton dan memiliki dua bentuk resonan. Yang satu memiliki ikatan rangkap C=O dengan muatan negatif pada salah satu karbon, sedangkan bentuk keduanya memiliki ikatan rangkap C=C dan muatan negatif pada atom oksigen. Kedua bentuk resonan tersebut tidak ekivalen, karenanya tidak memiliki bentuk hibrid dari

kedua resonsn tersebut.

Gambar  Struktur resonansi dari aseton

d. Bentuk resonansi harus valid berdasarkan struktur Lewis, dan mematuhi aturan valensi normal

Struktur resonansi seperti halnya struktur senyawa lain, harus memenuhi aturan oktet. Salah satu contohnya adalah satu dari resonan ion asetat tidak valid karena atom karbonnya memiliki lima ikatan dan sepuluh elektron ikatan 

Gambar Struktur resonansi dari anion asetat

e. Bentuk hibrida resonan lebih stabil dibandingkan bentuk resonan secara individual.

Dengan kata lain, resonansi akan mengarahkan pada stabilitas. Semakin banyak bentuk resonannya maka senyawa tersebut semakin stabil.

sumber : KIMIA ORGANIK 1 JILID 1 penulis: Stefanus Layli Prasojo, S.Farm., Apt.

More about → Resonansi

Asam dan Basa Organik

Asam dan Basa Organik

a. Asam Organik

Asam organik dicirikan oleh adanya atom hidrogen yang terpolarisasi positif. Terdapat dua macam asam organik, yang pertama adanya atom hidrogen yang terikat dengan atom oksigen, seperti pada metil alkohol dan asam asetat. Kedua, adanya atom hidrogen yang terikat pada atom karbon di mana atom karbon tersebut berikatan langsung dengan gugus karbonil (C=O), seperti pada aseton.

Metil alkohol mengandung ikatan O-H dan karenanya bersifat asam lemah, asam asetat juga memiliki ikatan O-H yang bersifat asam lebih kuat. Asam asetat bersifat asam yang lebih kuat dari metil alkohol karena basa konjugat yang terbentuk dapat distabilkan melalui resonansi, sedangkan basa konjugat dari metil alkohol hanya distabilkan oleh keelektronegativitasan dari atom oksigen.

Perbandingan keasaman metil alkohol dengan asam asetat

Keasaman aseton diperlihatkan dengan basa konjugat yang terbentuk distabilkan dengan resonansi. Dan lagi, datu dari bentuk resonannya menyetabilkan muatan negatif dengan memindahkan muatan tersebut pada atom oksigen.

Keasaman aseton

Senyawa yang disebut dengan asam karboksilat, memiliki gugus –COOH, terdapat sangat banyak di dalam organisme hidup dan terlibat dalam jalur-jalur reaksi metabolik. Asam asetat, asam piruvat, dan asam sitrat adalah contohnya. Perlu dicatat bahwa pH fisiologis adalah sekitar 7.3, sehingga asam karboksilat sebagian besar terdapat sebagai anionnya, yaitu anion karboksilat, -COO-.

beberapa contoh senyawa asam karboksilat

b. Basa Organik

Basa organik dicirikan dengan adanya atom dengan pasangan elektron bebas yang dapat mengikat proton. Senyawa-senyawa yang mengandung atom nitrogen adalah salah satu contoh basa organik, tetapi senyawa yang mengandung oksigen dapat pula bertindak sebagai basa ketika direaksikan dengan asam yang cukup kuat. Perlu dicatat bahwa senyawa yang mengandung atom oksigen dapat bertindak sebagai asam maupun basa, tergantung lingkungannya.

Misalnya aseton dan metil alkohol dapat bertindak sebagai asam ketika menyumbangkan proton, tetapi sebagai basa ketika atom oksigennya menerima proton.

contoh basa organik

Sumber: sumber : KIMIA ORGANIK 1 JILID 1 penulis: Stefanus Layli Prasojo, S.Farm., Apt.

More about → Asam dan Basa Organik

Asam Basa Bronsted-Lowry

Asam dan Basa Bronsted-Lowry

Konsep penting yang berhubungan dengan elektronegativitas dan polaritas adalah konsep asam dan basa. Sifat-sifat kimia dari suatu senyawa dapat dijelaskan oleh sifat asam basa dari senyawa yang bersangkutan.

Menurut definisi Bronsted-Lowry, suatu senyawa bersifat asam jika dapat menyumbangkan proton (H+), sedangkan basa berarti senyawa yang dapat menerima proton (H+). Contohnya, asam klorida (HCl) dilarutkan dalam air maka akan terjadi reaksi asam-basa. Asam klorida akan memberikan proton kepada molekul air. Hasilnya adalah H3O+ dan Cl- yang disebut asam konjugat dan basa konjugat. Asamasam mineral lain seperti asam sulfat, asam nitrat, dan hidrogen bromida dapat bertindak sebagai donor proton, oleh karenanya bersifat asam. Demikian juga dengan asam-asam karboksilat.

Contoh reaksi asam-basa Bronsted-Lowry

Asam-Basa Bronsted Lowry

Asam : Spesies dengan kecenderungan menyumbangkan proton

Basa :  Spesies dengan kecenderungan menerima proton

Asam klorida merupakan asam kuat, sehingga reaksi cenderung ke arah kanan (terion) atau bisa dikatakan reaksinya irreversibel. Untuk asam-asam lemah, misalnya asam asetat bereaksi reversibel dengan air. Proses kesetimbangan reaksi dapat dijelaskan menggunakan konstanta kesetimbangan (Keq; equilibrium constants).

CATATAN: Di dalam larutan air, asam klorida (dan asam kuat lainnya) memiliki pH lebih rendah dibandingkan asam asetat (dan asam lemah lainnya) karena asam klorida terdisosiasi lebih besar sehingga menghasilkan ion hidronium (H3O+) lebih banyak. 

Dalam larutan air, konsentrasi air cenderung tidak berubah, yaitu sekitar 55.5 M. Dengan demikian kita memperoleh persamaan baru yang disebut konstanta keasaman (Ka; acidity constants).

Konstanta keasaman diperoleh dengan mengalikan konstanta kesetimbangan dengan konsentrasi air.

Asam-asam kuat memiliki konstanta keasaman besar karena kesetimbangan bergeser ke arah kanan, sedangakan asam-asam lemah memiliki konstanta keasaman kecil. Umumnya keasaman dilambangkan dengan pKa yang merupakan nilai negatif logaritma dari konstanta keasaman.

pKa = - log Ka

Dengan demikian, asam-asam kuat memiliki nilai pKa rendah, sedangkan asam-asam lemah memiliki pKa tinggi. Sejauh ini yang dibicarakan adalah tentang keasaman, tetapi konsep yang sama dapat digunakan untuk menentukan kebasaan relatif suatu senyawa. Basa konjugat dari asam kuat adalah basa lemah, karena memiliki afinitas yang kecil terhadap proton.

Sebalikanya, basa konjugat dari asam lemah adalah basa kuat, karena memiliki afinitas yang besar terhadap proton. Contohnya, ion klorida (Cl-) adalah basa lemah, karena merupakan basa konjugat dari asam kuat (HCl). Ion asetat adalah basa lebih kuat karena merupakan basa konjugat dari asam lemah (asam asetat).

Contoh asam-basa dan konjugatnya

More about → Asam Basa Bronsted-Lowry

Muatan Formal

Muatan Formal

Dalam beberapa molekul, beberapa unsur memperlihatkan ikatan kovalen dengan jumlah yang tidak lazim. Dan menggambarkan struktur Lewis dengan benar dari senyawa-senyawa ini ternyata tidak dimungkinkan, kecuali bila kita memberikan muatan elektrostatik yang disebut muatan formal kepada beberapa unsur dalam molekul tersebut. Perhatikan struktur Lewis dari asam nitrat:

Gambar Asam Nitrat

Terdapat tiga oksigen yang terikat pada atom nitrogen. Atom nitrogen bb ketiga atom oksigen telah memiliki oktet lengkap, namun salah satu atom oksigen hanya diikat oleh satu ikatan kovalen bukannya dua ikatan seperti biasanya. Di dalam ikatan kovalen, masing-masing atom menyumbang satu elektron. Apabila semua elektron dalam ikatan kovalen dibagi untuk tiap atom, maka oksigen yang memiliki satu ikatan kovalen akan memiliki elektron valensi 7.

Padahal elektron valensi oksigen netral adalah 6, sehingga oksigen tersebut diberi muatan elektrostatik, atau muatan formal sebesar -1. Demikian juga dengan nitrogen yang hanya akan memiliki 4 elektron valensi, kurang 1 elektron dari elektron valensi nitrogen netral. Oleh karena itu, nitrogen diberi muatan formal = +1.

Gambar  Struktur Lewis asam nitrat

Muatan formal dapat dihitung menggunakan rumus:

Muatan formal = jumlah e- valensi atom netral – ½ (jumlah e- ikatan) – (jumlah e- bebas)

Contoh:

1. Muatan formal atom karbon dalam metana

Elektron valensi C = 4

Elektron ikatan C = 8

Elektron bebas C = 0

Jadi muatan formal atom C dalam metana = 4 – ½ (8) – 0 = 0

2. Asetonitriloksida

Berapa muatan formal dari atom N dan O pada molekul di atas?

Jawab:
a. Atom N 

Elektron valensi N = 5 

Elektron ikatan N = 8

Elektron bebas N = 0 

b. Atom O
Elektron valensi O = 6
Elektron ikatan O = 2
Elektron bebas O = 6

Jadi muatan formal atom N = 5 – 8/2 – 0 = +1

Jadi muatan formal atom O = 6 – 2/2 – 6 = -1

Jadi, dalam molekul asetonitriloksida terdapat muatan positif pada atom nitrogen dan muatan negatif pada atom oksigen. Meskipun asetonitriloksida merupakan molekul netral, tetapi terdapat muatan yang spesifik pada atom-atomnya. Kita dapat menyebut molekul tersebut sebagai molekul dipolar.

More about → Muatan Formal

Momen Dipol

Momen Dipol

Ketika terjadi ikatan polar maka molekul yang terbentuk juga bersifat polar. Nila. Polaritas secara keseluruhan dihasilkan dari polaritas ikatan dan pengaruh elektron bebas dalam molekul. Ukuran kuantitas dari polaritas suatu molekul disebut momen dipol. Momen dipol (μ), didefinisikan sebagai besarnya muatan (e) dikali jarak antar pusat (d), dan diberi satuan debye (D).

Sebagi contoh, jika satu proton dan satu elektron (muatan e = 4.8x 10-10 esu) sedangkan jarak keduanya adalah 1 A, sehingga momen dipolnya sebesar:

Natrium klorida memiliki momen dipol sangat besar karena terikat secara ionik. Nitrometana (CH3NO2) juga memiliki momen dipol yang besar karena memiliki dua muatan formal (dipolar). Air dan amonia juga memiliki momen dipol yang cukup besar. Pada tabel 2.1 terlihat bahwa oksigen dan nitrogen memiliki kecenderungan menarik elektron lebih besar dibandingkan hidrogen. Lagi pula pada oksigen dan nitrogen terdapat pasangan elektron bebas yang dapat memperbesar momen dipol.

Momen dipol air dan amonia

Besarnya momen dipol dari beberapa senyawa disajikan dalam tabel 2.2. Metana dan etana memiliki momen dipol sama dengan 0 (nol) atau tidak memiliki momen dipol. Hal ini dikarenakan strukturnya simetris, dan elektronegativitasan C dan H mirip. 

Tetraklorometana juga memiliki momen dipol 0, selain dikarenakan strukturnya yang simetris juga karena gaya tarik di dalam ikatannyasaling meniadakan, sehingga resultan gaya yang ditimbulkan sama dengan 0 (nol).

More about → Momen Dipol

Polarisasi dan Elektronegativitas

Polarisasi dan Elektronegativitas

Pada bab ini, kita akan mempelajari lebih lanjut tentang ikatan ionic dan ikatan kovalen. Ikatan dalam natrium klorida adalah ikatan ionic. Natrium menransfer elektron ke klorin menghasilkan Na+ dan Cl-, yang akan terikat satu sama lain karena adanya gaya tarik elektrostatik yang kuat. Ikatan C-C dalam etana merupakan contoh ikatan kovalen. Elektron dalam ikatan tersebut dimiliki bersama oleh kedua atom C. Akibatnya terjadi distribusi elektron yang simetris di dalam ikatan. Ikatan kovalen polar artinya elektron ikatan dipegang

lebih kuat oleh salah satu atom, mengakibatkan distribusi elektron di antara kedua atom tidak simetris.

Beberapa macam bentuk ikatan

Polaritas ikatan ditentukan oleh elektronegativitas atom-atom yang terlibat. Seperti yang terlihat pada tabel dibawah, karbon dan hidrogen memiliki elektronegativitas yang mirip, sehingga ikatan C-H relatif nonpolar. Unsur-unsur yang berada pada bagian kanan dalam tabel periodik, seperti oksigen, fluorin, dan klorin memiliki kemampuan menarik elektron (elektronegativitas) lebih besar dibandingkan dengan karbon. Dengan demikian, ketika atom karbon berikatan dengan salah satu dari atom tersebut maka terbentuk ikatan yang terpolarisasi.

Elektron akan cenderung tertarik ke atom yang lebih elektronegatif. Dalam molekul tersebut, atom karbon bermuatan parsial positif (+)dan atom yang lebih elektronegatif bermuatan parsial negatif(-).

Contohnya, ikatan C-Cl adalah ikatan polar.

Gambar Klorometana

Tanda panah digunakan untuk menunjukan arah polaritas. Berdasarkan kesepakatan, arah pergerakan elektron searah dengan arah panah.

Unsur-unsur yang berada pada bagian kiri dalam tabel periodik bersifat kurang elektronegatif dibandingkan karbon. Dengan demikian, ketika karbon berikatan dengan mereka, elektron akan cenderung tertarik ke karbon dan mengakibatkan atom karbon bermuatan parsial negatif.

Elektronegativitas beberapa unsur

Ketika kita membicarakan tentang kemampuan atom menyebabkan polarisasi ikatan, kita gunakan istilah efek induksi. Unsur-unsur elektropositif seperti litium dan magnesium menginduksi pemberian elektron, sedangkan unsur-unsur elektronegatif seperti oksigen dan klorin menginduksi penarikan elektron. Efek induksi sangat penting untuk memahami reaktivitas suatu senyawa.

More about → Polarisasi dan Elektronegativitas

Teori Orbital Molekul (Atom Karbon : Hibridisasi sp3)

Teori Orbital Molekul

Bagaimana atom-atom membentuk ikatan kovalen untuk menghasilkan suatu molekul? Model molekul Lewis, yang menjelaskan bagaimana atom-atom berusaha melengkapi keadaan oktet melalui pemakaian bersama elektron hanya menceritakan sebagian dari sejarah.

Teori orbital molekul mengkombinasikan kecenderungan atom untuk mencapai keadaan oktet dengan sifat-sifat geombangnya, menempatkan elektron-elektron pada suatu tempat yang disebut orbital. Menurut teori orbital molekul, ikatan kovalen dibentuk dari kombinasi orbital-orbital atom membentuk orbital molekuler; yaitu orbital yang dimiliki oleh molekul secara keseluruhan. Seperti orbital atom, yang menjelaskan volume ruang di sekeliling inti atom di mana elektron mungkin ditemukan, orbital molekuler menjelaskan volume ruang di sekeliling molekul di mana elektron mungkin ditemukan.

Orbital molekuler juga memiliki bentuk ukuran dan energi yang spesifik. Mari kita lihat pada contoh pertama kita dalam molekul hidrogen (H2). Orbital 1s dari satu atom hidrogen mendekati orbital 1s dari atom hidrogen kedua, kemudian keduanya melakukan overlap orbital. Ikatan kovalen terbentuk ketika dua orbital s mengalami overlap, disebut dengan ikatan sigma (σ). Ikatan sigma berbentuk silindris simetris , elektron dalam ikatan ini terdistribusi secara simetris/ berada di tengah antara dua atom yang berikatan.

orbital molekul

1. Atom Karbon

a. Hibridisasi sp3

Atom karbon memiliki dua orbital (2s dan 2p) untuk membentuk ikatan, artinya jika bereaksi dengan hidrogen maka akan terbentuk dua ikatan C-H. Faktanya, atom karbon membentuk empat ikatan C-H dan menghasilkan molekul metana dengan bentuk bangun ruang tetrahedron. Linus Pauling (1931) menjelaskan secara matematis bagaimana orbital s dan tiga orbital p berkombinasi atau terhibridisasi membentuk empat orbital atom yang ekuivalen dengan bentuk tetrahedral. Orbital yang berbentuk tetrahedral disebut dengan hibridisasi sp3. Angka tiga menyatakan berapa banyak tipe orbital atom yang berkombinasi, bukan menyatakan jumlah elektron yang mengisi orbital.

Atom karbon memiliki konfigurasi ground-state 1s2 2s2 2px1 2py1. pada kulit terluar terdapat dua elektron dalam orbital 2s, dan dua elektron tak perpasangan dalam orbital 2p:

Konfigurasi elektronik ground-state atom karbon

Dari konfigurasi di atas, maka atom karbon hanya dapat membentuk dua ikatan, contohnya CH2. Pada kenyataannya, molekul CH2 sangat jarang ditemukan dan lebih banyak terbentuk molekul CH4. Dari hasil eksperimen, diperoleh data bahwa kekuatan ikatan CH sebesar 100 kkal/mol. Dengan demikian, energi untuk membentuk ikatan C-H dalam CH2 sebesar 200 kkal/mol.

Alternatifnya adalah, satu elektron pada orbital 2s dipromosikan ke orbital 2pz. Konfigurasi baru ini memiliki satu elektron yang berada pada tingkat energi yang lebih tinggi dari ground-state. Energi yang dibutuhkan untuk mempromosikan elektron tersebut sebesar 96 kkal/mol.

Konfigurasi elektron atom karbon yang mengalami eksitasi

Pada posisi tereksitasi, karbon memiliki empat elektron tak berpasangan dan dapat membentuk empat ikatan dengan hidrogen. Meskipun membutuhkan energi sebesar 96 kkal/mol untuk mengeksitasi satu elektronnya terlebih dahulu, ikatan yang terbentuk dengan H (pada CH4) jauh lebih stabil dibandingkan ikatan C-H pada

molekul CH2. Ikatan C-H pada metana memiliki kekuatan ikatan 104 kkal/mol

dengan panjang ikatan 1.10 A. sudut ikatan H-C-H sebesar 109.50.

Struktur etana

Etana, C2H6, merupakan contoh paling sederhana dari molekul yang mengandung ikatan karbon-karbon.

Struktur Lewis dan Kekule dari etana

Ikatan karbon-karbon dalam etana memiliki panjang ikatan 1.54 A dan kekuatan ikatn 88 kkal/mol. Untuk ikatan C-H memiliki karakteristik yang sama dengan metana.

Struktur Etana

lanjut penjelasan : b. Hibridisasi sp2; Orbital dan Struktur Etilen pada post berikutnya

sumber : KIMIA ORGANIK 1 JILID 1 penulis: Stefanus Layli Prasojo, S.Farm., Apt.

More about → Teori Orbital Molekul (Atom Karbon : Hibridisasi sp3)

Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektron menggambarkan penataan energi terendah dari suatu atom. Dengan kata lain, konfigurasi elektron memperlihatkan bagaimana pengisian elektron dalam orbital. Elektron yang tersedia diisikan ke dalam orbital dengan mengikuti tiga aturan:

1. Orbital dengan energi paling rendah diisi pertama kali (prinsip Aufbau)

2. Hanya ada dua elektron yang dapat mengisi orbital yang sama, dan keduanya harus memiliki spin yang berlawanan (larangan Pauli)

3. Jika ada dua atau lebih orbital pada tingkat energi yang sama, satu elektron mengisi masing masing orbital secara paralel hingga semua orbital setengah penuh (aturan Hund)

Beberapa contoh penerapan ketiga aturan tersebut dapat dilihat pada tabel sebagai berikut :

Sumber : KIMIA ORGANIK 1 JILID 1 penulis: Stefanus Layli Prasojo, S.Farm., Apt.

More about → Konfigurasi elektron

Struktur Atom Dan Orbital Atom

Struktur Atom

Sebelum mulai mempelajari kimia organik, mari kita mengulas kembali beberapa pengertian umum tentang atom dan ikatan. Atom terdiri dari nukleus dengan muatan positif yang dikelilingi muatan negtif dari elektron pada jarak yang relatif jauh. Nukleus terdiri atas partikel subatomik yang disebut neutron, bermuatan netral, dan proton, bermuatan positif. Meskipun memiliki diameter yang sangat kecil – sekitar 10-14 hingga 10-15 meter (m) – nukleus berperan penting terhadap semua massa dari atom. Elektron memiliki massa yang dapat

diabaikan dan mengelilingi nukleus pada jarak sekitar 10-10 m. Dengan demikian, diameter dari suatu atom kira-kira 2 x 10-10 m atau 200 picometers (pm).

Suatu atom dapat dijelaskan dengan nomor atom (Z) yang menggambarkan jumlah proton dalam inti atom, dan nomor massa (A) yang menggambarkan jumlah total proton dan neutron. Setiap atom dalam senyawa apapun memiliki nomor atom tetap, misalnya 1 untuk hidrogen, 6 untuk karbon, 17 untuk klorida, dan sebagainya, tetapi mereka dapat memiliki nomor massa berbeda tergantung berapa banyak neutron yang dimilikinya. Atom-atom yang memiliki nomor atom sama tetapi nomor massa berbeda disebut isotop.

Orbital Atom

Berdasarkan model mekanika kuantum atom, perilaku spesifik dari suatu atom dapat dijelaskan menggunakan persamaan gelombang. Persamaan tersebut pada awalnya digunkan untuk menjelaskan pergerakan gelombang pada benda cair. Penyelesaian persamaan gelombang disebut fungsi gelombang atau orbital, dilambangkan dengan huruf Yunanai psi (ψ).

Ketika fungsi gelombang dikuadratkan (ψ2), orbital menjelaskan volume ruang di sekeliling inti di mana elektron paling mungkin ditemukan. Awan elektron tidak dapat dipastikan dengan jelas, tetapi kita dapat membuat batasan dengan mengatakan bahwa orbital menggambarkan tempat di mana elektron dapat ditemukan dengan probabilitas 90-95%.

Terdapat empat macam orbital yang berbeda, dilambangkan dengan orbital s, p, d, dan f. Dari keempat orbital tersebut, kita hanya akan mempelajari secara mendalam orbital s dan p, karena kedua orbital tersebut paling penting dalam kimia organik. Orbital s berbentuk sferis (bola), dengan inti berada di pusat. Orbital p berbentuk halter. Empat dari lima orbital d berbentuk daun semanggi, seperti yang tampak pada gambar 1. orbital d kelima berbentuk halter yang diperpanjang dengan bentuk donat mengelilingi pada bagian tengahnya.

Orbital elektron diatur dalam sel-sel yang berbeda, didasarkan pada peningkatan ukuran dan energi. Sel yang berbeda mengandung jumlah dan macam orbital yang berbeda pula. Masing-masing orbital berisi sepasang elektron. Sel pertama hanya mengandung orbital s saja, diberi lambang 1s, artinya pada sel ini hanya terdapat 2 elektron. Sel kedua terdapat satu orbital s (2s) dan tiga orbital p (2p), sehingga ada delapan elektron yang dapat mengisi sel ini. Sel ketiga berisi satu orbital s (3s), tiga orbital p (3p), dan lima orbital d (3d), jadi total elektron ada delapan belas.

Sumber: KIMIA ORGANIK 1 JILID 1 penulis: Stefanus Layli Prasojo, S.Farm., Apt.

More about → Struktur Atom Dan Orbital Atom

PENGERTIAN KIMIA ORGANIK , SEJARAH DAN TEORI KIMIA ORGANIK

Apakah kimia organik itu? Mengapa begitu banyak orang mempelajari kimia organik dan mengapa pula kita perlu mempelajarinya? Jawabannya sangat sederhana, karena semua organisme hidup tersusun atas senyawa-senyawa organik. Sebagai contohnya, rambut yang menghias kepala kita, kulit, otot, dan DNA yang mengontrol penurunan genetik, serta obat, semuanya merupakan senyawa organik.

Sejarah tentang kimia organik diawali sejak pertengahan abad 17. pada waktu itu, tidak dapat dijelaskan perbedaan antara senyawa yang diperoleh dari organisme hidup (hewan dan tumbuhan) dengan senyawa yang diperoleh dari bahan-bahan mineral. Senyawa yang diperoleh dari tumbuhan dan hewan sangat sulit diisolasi. Ketika dapat dimurnikan, senyawa-senyawa yang diperoleh tersebut sangat mudah terdekomposisi dari pada senyawa yang diperoleh dari bahanbahan mineral. Seorang ahli kimia dari Swedia, Torbern Bergman, pada tahun 1770 mengekspresikan penjelasan di atas sebagai perbedaan antara senyawa organik dan anorganik. Selanjutnya, senyawa organik diartikan sebagai senyawa kimia yang diperoleh dari

makhluk hidup. 

Banyak ahli kimia pada masa itu hanya menjelaskan perbedaan senyawa organik dan senyawa anorganik dalam hal bahwa senyawa organik harus mempunyai energi vital (vital force) sebagai hasil dari keaslian mereka dalam tubuh makhluk hidup. Salah satu akibat dari energi vital ini adalah para ahli kimia percaya bahwa senyawa organik tidak dapat dibuat maupun dimanipulasi di laboratorium sebagaimana yang dapat dilakukan terhadap senyawa anorganik. 

Teori vitalitas ini kemudian mengalami perubahan ketika Michael Chevreul (1816) menemukan sabun sebagai hasil reaksi antara basa dengan lemak hewani. Lemak hewani dapat dipisahkan dalam beberapa senyawa organik murni yang disebut dengan asam lemak. Untuk pertama kalinya satu senyawa organik (lemak) diubah menjadi senyawa lain (asam lemak dan gliserin) tanpa intervensi dari energi vital.

Beberapa tahun kemudian, teori vitalitas semakin melemah ketika Friedrich Wohler (1828) mampu mengubah garam anorganik, ammonium sianat, menjadi senyawa organik yaitu urea yang sebelumnya telah ditemukan dalam urin manusia. 

 Atom terpenting yang dipelajari dalam kimia organik adalah atom karbon. Meskipun demikian, atom lainnya juga dipelajari seperti hidrogen, nitrogen, oksigen, fosfor, sulfur, dan atom lainnya. Akan tetapi mengapa atom karbon sangat spesial? Atom karbon merupakan termasuk dalam golongan 4A, karbon memiliki empat elektron valensi yang dapat digunakan untuk membentuk empat ikatan kovalen. Di dalam tabel periodik, atom karbon menduduki posisi tengah dalam kolom periodenya. Atom di sebelah kiri karbon memiliki kecenderungan memberikan elektron sedangkan di sebelah kanannya memiliki kecenderungan menarik elektron. 

Atom karbon dapat berikatan satu dengan lainnya membentuk rantai panjang atau cincin. Karbon, sebagai elemen tunggal mampu membentuk bermacam senyawa, dari yang sederhana seperti metana, hingga senyawa yang sangat komplek misalnya DNA yang terdiri dari sepuluh hingga jutaan atom karbon.

Jadi, senyawa karbon tidak hanya diperoleh dari organisme hidup saja. Kimiawan modern saat ini sudah mampu menyintesis senyawa karbon di dalam laboratorium. Contohnya: obat, pewarna, polimer, pengawet makanan, pestisida, dan lain-lain. Saat ini, kimia organik didefinisikan sebagai senyawa yang mengandung atom karbon.


sumber: KIMIA ORGANIK 1 JILID 1 penulis: Stefanus Layli Prasojo, S.Farm., Apt.

More about → PENGERTIAN KIMIA ORGANIK , SEJARAH DAN TEORI KIMIA ORGANIK

Instrument Atomic Absorption Spectrophotometer atau AAS

AAS ( Atomic Absorption Spectrophotometer) disebut juga Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), Absorbsi atom adalah spektroskopi atom yang pertama kali dapat diandalkan untuk menganalisa adanya logam dalam sampel yang berasal dari lingkungan.

AAS atau SSA adalah sebuah instrumen yang menggunakan spektrum cahaya sebagai kompenen utama pengukuran. Prinsipnya dari AAS adalah serapan spektra cahaya yang dilakukan oleh Atom – atom.Atau bisa dikatakan prinsip AAS adalah serapan cahaya oleh atom-atom

Sampel AAS adalah berupa larutan (harus larutan) dan instrumen ini sangat spesial untuk pengukuran Logam. jadi menguji kandungan sampel logam yang terlarut dalam air.

Yang akan menyerap cahaya adalah Logam dalam bentuk Atom. Cara menangkap atom dalam sampelpun jadi gampang karena air sebagai pelarut sangat mudah diuapkan, komponen lain kalau ada biasanya senyawa organik itupun mudah dihilangkan yaitu dengan cara dibakar bila kita membakar suatu campuran larutan pada suhu diatas 500 drjt C , maka senyawa non logam akan hancur, dan senyawa logam akan berubah menjadi atom-atomnya.

Kalau dalam Instrument spektrofotometer UV-Vis sumber lampu cukup satu untuk semua sampel, yaitu lampu wolfram untuk wilayah Visible dan Deuterium untuk wilayah UV, sementara dalam Instrument AAS lampu yang dipakai namanya Lampu katoda Berongga dimana untuk setiap senyawa Logam punya lampu sendiri jadi kalau mau mengukur Hg (mercuri) maka harus digunakan lampu katoda berongga Hg. Dilakukan seperti ini supaya spektrum yang terpancar memiliki panjang gelombang yang tepat untuk tiap atom yang diukur, jadi hasil yang didapat bisa sesuai dan akurat.

Keajaiban yang lain dari Instrument AAS adalah penempatan monokromator setelah sampel, padahal fungsi monokromator adalah untuk meimilih panjang gelombang kan? beda lagi dengan UV-Vis

Penjelasannya adalah, karena seperti penjelasan tadi kalau lampu yang dipakai Khas atau spesifik artinya lampu hanya memancarkan satu panjang gelombang, tidak perlu lagi dipilih pilih, justru setelah melewati sampel yang berada di ruang bakar panjang gelombang jadi tidak pasti karena namanya ruang bakar pakai api, pasti ada sinar dari api, sinar inilah yang ditangkap dan disaring, sehingga yang sampai di detektor tetap panjang gelombang sesuai yang diinginkan. dalam penentuan kadar sama seperti pada instrumen lain dengan menggunakan kurva standar.

Diagram AAS

Prinsip dasar AAS

Instrument Spektrofotometer serapan atom (AAS) merupakan teknik analisis kuantitafif dari unsur-unsur yang pemakainnya sangat luas di berbagai bidang karena prosedurnya spesifik, selektif, sensitivitasnya tinggi (ppm-ppb), biaya analisisnya relatif murah, instrument AAS mudah membuat matriks yang sesuai dengan standar, waktu analisis sangat cepat dan mudah dilakukan. AAS pada umumnya digunakan untuk analisa unsur logam, spektrofotometer absorpsi atom (AAS) juga dikenal sistem single beam dan double beam layaknya Spektrofotometer UV-VIS. AAS sebelumnya dikenal dengan fotometer nyala yang hanya dapat menganalisis unsur yang dapat memancarkan sinar terutama unsur golongan IA dan IIA. Lampu yang digunakan pada AAS adalah lampu katoda cekung yang mana penggunaanya lampu ini hanya untuk menganalisis satu unsur saja.
Dalam Instrument AAS kita mengukur serapan (absorbsi) yang dialami oleh seberkas sinar yang melalui kumpulan atom-atom logam. Serapan akan bertambah dengan bertambahnya jumlah atom logam yang menyerap sinar tersebut.

Sifat sinar tersebut bersifat monokromatis dan mempunyai panjang gelombang (λ) tertentu, suatu atom unsur X hanya bisa menyerap sinar yang panjang gelombangnya sesuai dengan unsur X tersebut. Ini berarti, sifat menyerap sinar merupakan sifat yang khas (spesifik) bagi unsur X tersebut. Misal : atom Cr menyerap sinar dengan λ = 589,0 nm sedangkan atom Cd menyerap sinar dengan λ = 217,0 nm. Dengan menyerap sinar yang khas dari unsur atom, atom tersebut tereksitasi (elektron terluar dari atomnya tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi).

Hubungan antara serapan yang dialami oleh sinar dengan konsentrasi analit dalam larutan standar bisa dipergunakan untuk menganalisa larutan pada sampel yang tidak diketahui konsentrasinya, yaitu dengan mengukur serapan yang diakibatkan oleh larutan sampel tersebut terhadap sinar yang sama. Akan mendapatkan hubungan yang linier antara serapan (A) dengan konsentrasi (c) dalam larutan yang diukur dan koefisien absorbansi (a).

A = a . b . c

Dari hukum Lambert-Beer / Bouguer-Beer
”Bila sumber cahaya monokromatis dilewatkan pada media yang  transparan maka berkurangnya intensitas cahaya yang ditransmisikan sebanding dengan ketebalan (b) dan konsentrasi larutan.”

Cara sederhana untuk menemukan konsentrasi unsur logam dalam cuplikan sampel adalah dengan membandingkan nilai absorbans (Ax) dari cuplikan dengan absorbansi zat standar yang diketahui konsentrasinya.

Ax = Cx

As = Cs

Dimana

Ax = absorban sampel

As = absorban standar

Cx = konsentrasi sampel

Cs = konsentrasi standar

Komponen – komponen Instrument Atomic Absorption Spectrophotometer (AAS)

1.      Lampu katoda berongga (Hollow Cathode Lamp)

Lampu katoda berongga terdiri atas tabung gelas yang  diisi dengan gas argon (Ar) atau neon (Ne) bertekanan rendah antra (4 sampai 10 torr) dan di dalamnya dipasang sebuah katoda berongga dan anoda. Rongga katoda berlapis unsur logam murni dari unsur obyek analisis. Misalnya : untuk pengukuran Cu diperlukan lapisan logam Cu. Batang anoda terbuat dari bahan logam wolfram / tungsten (W)

2.      Ruang pengkabutan (Spray Chamber)

Merupakan bagian di bawah burner dimana larutan sampel/ contoh diubah menjadi aerosol (embun). Dinding dalam dari spray chamber ini dibuat dari plastik atau teflon. Dalam ruangan ini dipasang peralatan yang terdiri:

Nebulizer glass bead atau impact bead (untuk memecahkan larutan menjadi aerosol / partikel butir yang halus)
Flow spoiler berupa baling-baling berputar, untuk menghembuskan butir / partikel larutan yang kasar
Inlet dari fuel gas dan drain port (lubang pembuangan exhaust)

3     Pembakar (Burner)

Burner merupakan dbagian dari alat AAS dimana campuran gas bahan bakar dan oksida dibakar  dan dinyalakan. Dalam nyala yang bersuhu tinggi inilah terjadi pembentukan atom-atom analit (atom yang tereksitasi) yang akan diukur. Alat ini terbuat dari unsur logam yang tahan panas dan tahan korosi. Burner didesign supaya mencegah masuknya nyala ke dalam spray chamber, hal ini disebut ”blow back” dan amat berbahaya. Burner untuk nyala nitrous oksida-asetilen (suhu 2900 – 30000 C) berbeda dengan nyala asetilen (suhu 2000 – 22000 C) . Burner harus selalu bersih untuk menjamin kepekaan yang tinggi, hasil terhindar dari kontaminasi dan kedapatulangan (repeatability) yang baik.

4.      Monokromator & Slit (Peralatan optik)

Fungsi : untuk mengisolir sebuah resonansi yang ditimbulkan oleh atom-atom unsur lain dari sekian banyak spektrum yang dihasilkan oleh lampu katoda berongga.

5.      Detektor

Detektor yang biasa digunakan dalam Instrument AAS ialah jenis photomultiplier tube, yang jauh lebih peka daripada phototube biasa dan responnya juga sangat cepat (10-9 det). Fungsi detektor photomultiplier tube untuk mengubah energi radiasi yang jatuh pada detektor menjadi sinyal elektrik / perubahan panas

6.      Lain-lain

Alat yang tak kalah penting juga harus menyediakan pembuangan gas dan udara kotor (exhaust dust) dan pipa (tube kabel) untuk saluran gas, main unit instrument AAS, kemudian kompresor, setelah itu ducting dan terakhir gas. Jangan lupa, seperangkat komputer yang tentu sudah ada aplikasinya.

More about → Instrument Atomic Absorption Spectrophotometer atau AAS

Alat Titrasi Dari Manual Menjadi Otomatis Menggunakan Mesin dan Komputasi

Dengan semakin majunya teknologi sekarang ini, tak hanya teknologi di bidang otomotif ataupun gadget yang maju mengikuti perkembangan zaman, akan tetapi, alat pengujian Kimia pun sekarang tambah maju. Dari yang dulu menggunakan methode manual, sekarang menggunakan alat modern yang canggih.

Berikut akan kami bahas satu persatu alat- alat instrument untuk pengujian di bidang kimia, pada artikel kali ini kita bahas terlebh dahulu alat titrasi.

Titasi, pasti sahabat sudah tahu metode pengujian kimia satu ini, Titrasi adalah metode pengujian kimia secara kuantitatif, untuk mengetahui kadar konsentrasi suatu senyawa pada suatu zat. Pada pengujian tirasi, kita menghitung volume titran yang digunakan untuk meraksikan dengan senyawa pada sampel sampai ketitik Ekuivalen. Untuk lebih jelasnya, besok saya akan membuat artikel tentang titrasi tersendi, atau sobat mencari literatur di buku-buku pengujian kimia.

1. Titrasi Manual

Alat titrasi manual yang digunakan sangat banyak, mulai dari Buret dan Sattif, labu ukur, erlenmeyer, pipet ukur, pipiet tetes, karet penghisap, gelas arloji. Untuk titrasi manual, masih dibutuhkan indikator, supaya bisa diketahui titik ekuivalen dengan melihat perubahan warna.
Fungsi dari alat-alat tersebut berbeda-beda, mari kita bahas:

• Buret dan Statif

Buret berfungsi untuk tempat titran, buret ini mempunyai skala. Buret yang banyak digunakan mempunyai volume 50 mL sehingga skalanya antara 0-50 mL. Statif digunakan untuk menahan buret atau tempat buret agar bisa berdiri. Berikut gambar buret dan statif.

Buret dan Statif

• Erlenmeyer digunakan untuk tempat analit atau sampel yang akan di cari kadarnya. 
• Pipet Volume dan karet penghisap berfungsi untuk mengambil sampel / analit dengan volume tertentu. Ini dikarenakan titrasi merupakan pengujian volumetrik, jadi volume di sini sangat berperan penting.
• Labu Takar berfungsi untuk membuat larutan standar atau titran, misalnya titran dengan konsentrasi 0.1 M, 0.5 M dan sebagainya
• Pipet Tetes digunakan untuk mengambil larutan indikator dan ditambahkan ke analit/sampel yang akan di titrasi

2. Titrasi Modern/ Dengan menggunakan Mesin

Titrasi dengan menggunakan mesin sangatlah membantu pengujian di bidang kimia. Nilai ketelusuran/ hasil yang didapat lebih akurat. Perbedaan dengan titrasi manual, adalah titik equivalen di peroleh dengan nilai Energi potensial (Ep), tidak menggunakan warna. Ini di karenakan, alat ini menggunakan elektroda. Ada beberapa jenis elektoda yang digunakan mesin titrasi tergantung jenis titrasinya.

Titrasi Modern (gambar Dari web MetrOhm)

• Elektoda Pt
• Solvotrode
• Elektroda asam basa Unitrode

Demikian sedikit penjelasan tentang kemajuan teknologi dibidang titrasi, mari kita diskusikan bila ada yang kurang jelas..

More about → Alat Titrasi Dari Manual Menjadi Otomatis Menggunakan Mesin dan Komputasi

Cara Ekstraksi Flavonoid

Cara Ekstraksi Flavonoid

Metabolit flavonoid (terutama glikosida) dapat terdegradasi olehaktifitas enzim dalam bahan tanaman bahan segar atau belum dikeringkan. Dengan demikian dianjurkan untuk menggunakan kering, sampel liofilisasi atau beku. Penggunaan simplisia kering umumnya digiling dulu menjadi bubuk. Pada proses ekstraksi sebaiknya memilih pelarut sesuai jenis flavonoid yang dibutuhkan sehingga mesti mempertimbangkan polaritas pelarut. Jenis flavonoid non polar (misalnya, isoflavon, flavanon, flavon alkohol dan flavonol) diekstraksimenggunakan pelarut kloroform, diklorometana, dietil eter, atau etil asetat, sementara glikosida flavonoid dan aglikon akan lebih tepatdiekstraksi dengan alkohol atau campuran alkohol-air. Untuk glikosidakelarutannya meningkat jika dalam air atau campuran alkohol-air. Umumnya sebagian besar proses ekstraksi bahan yang mengandungflavonoid masih dilakukan secara sederhana dengan penambahan langsung pelarut ekstraksi.
Bahan tanaman bubuk juga dapat diekstraksi menggunakan alat Soxhlet, pada awalnya dengan hexan, untuk menghilangkan lipid kemudian dengan etil asetat atau etanol untuk mendapatkan senyawafenolat. Metode ini sebenarnya kurang cocok untuk kandungan senyawa yang tidak tahan panas. Prosedur aman dan sering digunakan adalah pelarut ekstraksi sekuensial. Tahap pertama, dengan diklorometan, untuk mengekstrak aglikon flavonoid dan kandungan nonpolar. Tahap berikutnya dengan alkohol akan mengekstrak glikosida flavonoid dan kandungan senyawa polar.
Flavanon tertentu dan glikosida chalcone sulit untuk larut dalam metanol, etanol, atau campuran alkohol-air. Kelarutan flavanon tergantung pada pH air sebagai pelarut. Flavan-3-ol (seperti katekin, proanthocyanidin, dan tanin terkondensasi) umumnya dapat diekstrak secara langsung dengan air. Namun, kandungan senyawa dalam ekstrak tidak jauh berbeda, baik itu menggunakan air, metanol, etanol, aseton, atau etil asetat. Dalam hal ini, tidak bisa diklaim bahwametanol adalah pelarut yang terbaik untuk catechin dan aseton 70% untuk procyanidin, dst.
Anthocyanin dapat diekstraksi dengan metanol dingin yang diasamkan. Asam yang digunakan biasanya asam asetat (sekitar 7%) atau asam trifluoroasetat (TFA) (sekitar 3%).

Ekstraksi biasanya digunakan pengaduk magnet atau shaker, akantetapi  sudah ada metode lain untuk meningkatkan efisiensi dan kecepatan proses ekstraksi.

Yang pertama adalah ekstraksi cair bertekanan  yang biasa disebutPressurized Liquid Extraction (PLE). Dengan metode ini, prosesekstraksi dipercepat dengan menggunakan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Ada difusivitas yang sempurna oleh pelarut dan, pada saat yang sama, ada kemungkinan bekerja di bawah atmosfer inert danterlindungi dari cahaya. Alat yang tersedia secara komersial memilikikapasitas sampai 100 ml.

Penggunaan metode ekstraksi cair bertekanan (PLE) memberikan hasil yang lebih baik dibanding maserasi, waktu ekstraksi yang lebih pendek dan jumlah pelarut yang lebih sedikit. Penggunaan metode ekstraksi cair bertekanan (PLE) memberikan hasil yang lebih baik dibanding maserasi, waktu ekstraksi yang lebih pendek dan jumlah pelarut yang lebih sedikit. Penggunaan metode PLE pada biji anggur dan kulit dari limbah Anggur terbukti  sebagai proses efisien untuk memperoleh catechin dan epicatechin dengan dekomposisi kecil selama bekerja pada suhu di bawah 130^oC.

Sedang ekstraksi cair superkritis, yang biasa disebut dengan Supercritical Fluid Extraction (SFE) bergantung pada sifat pelarut cairan superkritis. Semakin rendah viskositas dan semakin tinggi tingkat difusi dari cairan superkritis, bila dibanding dengan cairan lain, membuat optimal proses ekstraksi, seperti jaringan tanaman. Keuntungan dari metode ini adalah konsumsi yang lebih rendah pelarut, selektivitas terkendali dan degradasi termal atau kimia yang kecil dibanding metode lain seperti soxhlet. Info berbagai penerapan ekstraksi produk alami telah dilaporkan bahwa dengan karbon dioksida superkritis sebagai ekstraksi yang paling banyak digunakan. Namun, untuk memungkinkan untuk ekstraksi senyawa polar seperti flavonoid, pelarut polar (seperti metanol) harus ditambahkan sebagai pengubah. Ada akibatnya pengurangan substansial selektivitas. Ekstraksi dengan bantuan ultrasound juga merupakan teknik cepat yang dapat digunakan pada campuran heksan dengan metanol-air (9:1), misalnya pada sistem yang digunakan untuk Lychnophora ericoides (Asteraceae), tanaman dari brasil. Fase heksan sebagai nonpolar terkandung sesquiterpen lakton dan hidrokarbon, sedangkan fase alkohol air terkandung flavonoid dan sesquiterpen lakton yang polar. Microwave-assisted extraction (MAE) telah ditegaskan untuk ekstraksi berbagai senyawa dari matrik yang berbeda. Ini adalah teknik sederhana yang dapat dikerjakan dalam beberapa menit. Energi gelombang mikro diterapkan pada sampel yang tersuspensi dalam pelarut, baik dalam bak tertutup atau dalam bak terbuka.

More about → Cara Ekstraksi Flavonoid