Kimia notesnota, bab 5

Ikatan Kimia

Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), pageshalaman 108–133

What this chapter coversMatlamat bab ini

Saya boleh menerangkan asas pembentukan sebatian, iaitu pencapaian susunan elektron duplet atau oktet yang stabil (5.1.1)
Saya boleh menjelaskan pembentukan ion dan ikatan ion dengan contoh, serta menulis persamaan setengah (5.2.1)
Saya boleh menjelaskan pembentukan ikatan kovalen tunggal, ganda dua dan ganda tiga dengan contoh (5.3.1)
Saya boleh membandingkan ikatan ion dengan ikatan kovalen (5.3.2)
Saya boleh menjelaskan pembentukan ikatan hidrogen dengan contoh (5.4.1)
Saya boleh menerangkan kesan ikatan hidrogen ke atas takat didih dan keterlarutan bahan (5.4.2)
Saya boleh menjelaskan pembentukan ikatan datif dengan contoh, iaitu H3O+ dan NH4+ (5.5.1)
Saya boleh menerangkan pembentukan ikatan logam (5.6.1)
Saya boleh menaakul sifat kekonduksian elektrik logam (5.6.2)
Saya boleh mengeksperimen untuk mengkaji perbezaan sifat sebatian kovalen dengan sebatian ion (5.7.1)
Saya boleh menjelaskan kegunaan sebatian ion dan sebatian kovalen dalam kehidupan harian (5.7.2)

5.1Asas pembentukan sebatian

Ikatan kimia: ikatan yang terbentuk apabila berlaku pemindahan atau perkongsian elektron antara atom. Ikatan kimia hanya melibatkan elektron valens.

Gas adi wujud sebagai gas monoatom dan tidak reaktif secara kimia kerana telah mencapai susunan elektron duplet (helium) atau oktet yang stabil. Atom unsur lain mencapai kestabilan melalui pemindahan atau perkongsian elektron. Itulah sebabnya natrium yang dipanaskan bertindak balas dengan gas klorin tetapi tidak dengan gas neon.

Jenis ikatan	Cara elektron digunakan	Antara
Ikatan ion	Pemindahan elektron	Atom logam dengan atom bukan logam
Ikatan kovalen	Perkongsian elektron	Atom bukan logam

Rajah 5.1 dan 5.2, buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 110–111

Mengapakah tiada sebatian terbentuk apabila natrium dipanaskan dengan gas neon?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Neon ialah gas adi yang telah mempunyai susunan elektron oktet yang stabil, jadi atomnya tidak menderma, menerima atau berkongsi elektron.

5.2Ikatan ion

Ikatan ion: daya tarikan elektrostatik yang kuat antara ion positif dengan ion negatif, terbentuk melalui pemindahan elektron antara atom logam dengan atom bukan logam.

Atom logam menderma elektron valens untuk membentuk ion positif atau kation. Na → Na⁺ + e⁻
Atom bukan logam menerima elektron untuk membentuk ion negatif atau anion. F + e⁻ → F⁻
Ion yang berlainan cas tertarik antara satu sama lain dan membentuk sebatian ion. Persamaan seperti di atas ialah persamaan setengah.

Ion natrium, Na⁺, mempunyai 11 proton dan 10 elektron, maka casnya +1. Ion fluorida, F⁻, mempunyai 9 proton dan 10 elektron, maka casnya −1.

Atom natrium 2.8.1 menderma satu elektron kepada atom fluorin 2.7 untuk membentuk ion natrium 2.8 dan ion fluorida 2.8 — Pembentukan sebatian natrium fluorida, NaF.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 113 (Rajah 5.6)

Contoh: magnesium klorida, MgCl₂

Mg ialah 2.8.2 dan menderma 2 elektron: Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ (2.8).
Setiap Cl ialah 2.8.7 dan menerima 1 elektron: Cl + e⁻ → Cl⁻ (2.8.8).
Satu atom Mg menderma elektron kepada dua atom Cl, maka formulanya MgCl₂.

Cas ion ialah bilangan elektron yang diderma atau diterima: Mg menderma 2 menjadi Mg²⁺, Al menderma 3 menjadi Al³⁺, O menerima 2 menjadi O²⁻.

Atom aluminium, Al, mempunyai 13 proton. Tulis persamaan setengah bagi pembentukan ion aluminium.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Al ialah 2.8.3, maka ia menderma 3 elektron: Al → Al³⁺ + 3e⁻.

5.3Ikatan kovalen

Ikatan kovalen: terbentuk apabila atom bukan logam berkongsi pasangan elektron untuk mencapai susunan elektron duplet atau oktet yang stabil. Ikatan kovalen membentuk molekul.

Jenis	Pasangan dikongsi	Contoh	Sebab
Ikatan tunggal	1	Klorin, Cl₂	Cl (2.8.7) memerlukan 1 elektron
Ikatan ganda dua	2	Oksigen, O₂	O (2.6) memerlukan 2 elektron
Ikatan ganda tiga	3	Nitrogen, N₂	N (2.5) memerlukan 3 elektron

Dua atom klorin 2.8.7 berkongsi sepasang elektron membentuk molekul klorin Cl2, setiap atom 2.8.8 — Ikatan tunggal dalam molekul klorin, Cl₂.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 114 (Rajah 5.7)

Dua atom oksigen 2.6 berkongsi dua pasang elektron membentuk molekul oksigen O2 dengan ikatan ganda dua — Ikatan ganda dua dalam molekul oksigen, O₂.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 115 (Rajah 5.9)

Dua atom nitrogen 2.5 berkongsi tiga pasang elektron membentuk molekul nitrogen N2 dengan ikatan ganda tiga — Ikatan ganda tiga dalam molekul nitrogen, N₂.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 115 (Rajah 5.10)

Pembentukan ikatan kovalen boleh digambarkan dengan struktur Lewis, yang hanya menunjukkan elektron valens bagi atom yang terlibat. Sepasang elektron yang dikongsi boleh diganti dengan satu garisan: Cl–Cl, O=O dan N≡N.

Membandingkan ikatan ion dengan ikatan kovalen

	Ikatan ion	Ikatan kovalen
Elektron	Pemindahan elektron	Perkongsian elektron
Antara	Atom logam dengan atom bukan logam	Atom bukan logam
Zarah terbentuk	Ion positif dan ion negatif	Molekul
Persamaan	Hanya melibatkan elektron valens dan atom mencapai susunan elektron duplet atau oktet yang stabil.

Menunjukkan pemindahan elektron bagi sebatian dua unsur bukan logam seperti CO₂ atau HCl. Dua atom bukan logam berkongsi elektron.

Karbon (nombor proton 6) berkongsi elektron dengan hidrogen (nombor proton 1). Berapakah atom hidrogen yang terikat kepada satu atom karbon?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

C ialah 2.4, maka memerlukan 4 elektron lagi untuk oktet dan berkongsi dengan 4 atom H (duplet bagi setiap H): metana, CH₄.

5.4Ikatan hidrogen

Ikatan hidrogen: daya tarikan antara atom hidrogen, H, yang terikat dengan atom yang tinggi keelektronegatifan, iaitu N, O atau F, dengan atom N, O atau F di dalam molekul lain.

Atom hidrogen satu molekul air tertarik kepada atom oksigen molekul air lain melalui ikatan hidrogen — Ikatan hidrogen antara molekul air, H₂O.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 117 (Rajah 5.12)

Takat didih: dalam sebatian kovalen seperti etanol, C₂H₅OH, terdapat ikatan hidrogen antara molekul selain daya tarikan van der Waals yang lemah. Ikatan hidrogen sukar diputuskan, maka lebih banyak tenaga haba diperlukan. Takat didih etanol tinggi, manakala klorin, Cl₂, yang tidak membentuk ikatan hidrogen mempunyai takat didih yang lebih rendah.
Keterlarutan: etanol larut di dalam air kerana ikatan hidrogen antara molekul etanol dengan molekul air.
Kehidupan harian: rambut basah melekat sesama sendiri kerana molekul air membentuk ikatan hidrogen dengan molekul protein, dan kertas basah melekat pada jari yang basah kerana ikatan hidrogen antara selulosa dengan air.

Molekul etanol membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air melalui atom oksigen dan atom hidrogen — Keterlarutan etanol, C₂H₅OH, di dalam air.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 119 (Rajah 5.16)

Ikatan hidrogen tidak terbentuk antara molekul HCl kerana klorin bukan N, O atau F. Air berbeza: ia cecair pada suhu bilik, tetapi HCl ialah gas.

Hidrogen fluorida, HF, wujud sebagai cecair pada suhu bilik. Terangkan fenomena ini.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Atom H dalam HF terikat dengan atom F yang sangat elektronegatif, maka ikatan hidrogen terbentuk antara molekul HF. Lebih banyak tenaga haba diperlukan untuk mengatasinya, maka takat didihnya tinggi.

5.5Ikatan datif

Ikatan datif (ikatan koordinat): sejenis ikatan kovalen yang pasangan elektron dikongsi berasal daripada satu atom sahaja.

Dalam ion hidroksonium, H₃O⁺, atom oksigen dalam molekul air menyumbang pasangan elektron bebas yang tidak terlibat dalam ikatan kovalen untuk dikongsi dengan ion hidrogen, H⁺, yang tidak mempunyai elektron. Kemudian O mencapai oktet dan setiap H mencapai duplet.

Molekul air menyumbang pasangan elektron bebas kepada ion hidrogen membentuk ion hidroksonium H3O+ — Ikatan datif dalam ion hidroksonium, H₃O⁺.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 120 (Rajah 5.18)

Ion ammonium, NH₄⁺, terbentuk dengan cara yang sama: atom nitrogen dalam NH₃ menyumbang pasangan elektron bebas kepada H⁺. Wasap putih ammonium klorida, NH₄Cl, terbentuk apabila gas HCl bercampur dengan gas NH₃.

Cari pasangan elektron bebas pada satu atom dan petala yang tidak penuh pada zarah lain. Dalam BF₃, atom boron hanya ada enam elektron valens, maka boleh menerima pasangan daripada nitrogen dalam NH₃.

Atom manakah menyumbang pasangan elektron dalam ikatan antara NH₃ dengan H⁺?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Atom nitrogen, melalui pasangan elektron bebasnya. Ion H⁺ tidak mempunyai elektron untuk disumbangkan.

5.6Ikatan logam

Ikatan logam: daya tarikan elektrostatik antara lautan elektron dengan ion logam bercas positif.

Atom logam tersusun rapat dan teratur. Elektron valens atom logam boleh didermakan dengan mudah dan dinyahsetempatkan, iaitu bergerak bebas dan tidak dimiliki oleh mana-mana atom atau ion.
Elektron yang dinyahsetempatkan membentuk lautan elektron dan atom logam menjadi ion logam positif.

Elektron valens atom logam dinyahsetempatkan membentuk lautan elektron di antara ion logam bercas positif — Pembentukan ikatan logam.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 121 (Rajah 5.19)

Kekonduksian elektrik: apabila elektrik dibekalkan, elektron yang bergerak bebas dalam struktur logam membawa cas dari terminal negatif ke terminal positif.

Elektron bergerak dari terminal negatif ke terminal positif melalui logam — Kekonduksian elektrik logam.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 121 (Rajah 5.20)

Dengan menggunakan aluminium sebagai contoh, jelaskan bagaimana logam mengkonduksikan elektrik.

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Aluminium mempunyai lautan elektron yang dinyahsetempatkan. Apabila elektrik dibekalkan, elektron bergerak bebas dan membawa cas dari terminal negatif ke terminal positif.

5.7Sebatian ion dan sebatian kovalen

Sifat sebatian ion dan sebatian kovalen (Eksperimen 5.1)

Eksperimen 5.1 menggunakan plumbum(II) bromida, PbBr₂, magnesium klorida, MgCl₂ (sebatian ion) dan naftalena, C₁₀H₈ (sebatian kovalen). Tiga ujian dijalankan: kekonduksian elektrik (mentol), keterlarutan di dalam air suling dan sikloheksana, C₆H₁₂, serta takat lebur dan takat didih. Jalankan eksperimen di dalam kebuk wasap kerana gas bromin beracun dan naftalena mudah terbakar.

Sifat	Sebatian ion	Sebatian kovalen
Takat lebur dan takat didih	Tinggi: tenaga haba yang tinggi diperlukan untuk mengatasi daya tarikan elektrostatik yang kuat antara ion	Rendah (molekul ringkas): haba yang sedikit mengatasi daya tarikan van der Waals yang lemah antara molekul
Kekonduksian elektrik	Tidak mengkonduksikan elektrik dalam keadaan pepejal; mengkonduksikan dalam keadaan leburan atau larutan akueus	Tidak mengkonduksikan elektrik dalam semua keadaan
Keterlarutan	Kebanyakan larut di dalam air; tidak larut di dalam pelarut organik	Kebanyakan tidak larut di dalam air; larut di dalam pelarut organik

Pepejal sebatian ion tidak mengkonduksikan elektrik, leburan atau larutan akueus mengkonduksikan, sebatian kovalen tidak mengkonduksikan — Kekonduksian elektrik sebatian ion dan sebatian kovalen.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 125 (Rajah 5.24)

Pepejal ion: ion terikat dengan daya tarikan elektrostatik yang kuat dan tidak dapat bergerak bebas.
Leburan atau larutan akueus: daya tarikan elektrostatik telah diatasi, maka ion bergerak bebas.
Sebatian kovalen: molekul bersifat neutral dan tidak membawa sebarang cas.

Molekul air berkutub menarik ion natrium dan ion klorida keluar daripada pepejal natrium klorida — Keterlarutan natrium klorida, NaCl, di dalam air. Air ialah pelarut berkutub: oksigen bercas separa negatif (δ−) dan hidrogen bercas separa positif (δ+).

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 126

Molekul air mengatasi daya tarikan elektrostatik antara ion dan meruntuhkan struktur kekisi pepejal, maka ion bergerak bebas. Pelarut organik tidak dapat mengatasi daya tarikan itu, jadi sebatian ion tidak larut di dalamnya. Molekul sebatian kovalen neutral, maka larut di dalam pelarut organik tetapi tidak larut di dalam air.

Pepejal natrium klorida dipanaskan sehingga ion bergerak, memerlukan tenaga haba tinggi — Sebatian ion mempunyai takat lebur dan takat didih yang tinggi.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 127 (Rajah 5.25)

Daya tarikan van der Waals yang lemah antara molekul metana, CH4 — Molekul ringkas sebatian kovalen mempunyai takat lebur dan takat didih yang rendah.

Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 127 (Rajah 5.26)

Molekul ringkas dan molekul gergasi

	Molekul ringkas	Molekul gergasi
Contoh	Air, H₂O; karbon dioksida, CO₂; metana, CH₄	Silikon dioksida, SiO₂; berlian
Struktur	Kecil dan ringkas; pepejal, cecair atau gas	Sangat besar; biasanya pepejal
Ikatan kimia	Ikatan kovalen yang kuat di dalam molekul dan daya tarikan van der Waals yang lemah antara molekul	Ikatan kovalen yang kuat di dalam molekul sahaja; tiada daya tarikan van der Waals antara molekul
Takat lebur dan takat didih	Rendah: haba yang sedikit mengatasi daya van der Waals	Tinggi: banyak haba diperlukan untuk memutuskan ikatan kovalen yang kuat

Rangkuman daripada Rajah 5.27, buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 128

Menyatakan bahawa ikatan kovalen dalam molekul air diputuskan apabila ais melebur atau air mendidih. Hanya daya tarikan antara molekul yang diatasi; ikatan kovalen dalam setiap molekul kekal.

Kegunaan dalam kehidupan harian

Sektor	Sebatian ion	Sebatian kovalen
Perindustrian	Litium iodida, LiI, dalam bateri	Pigmen dan pelarut turpentin dalam cat
Pertanian	Ammonium nitrat, NH₄NO₃, dan kalium klorida, KCl, dalam baja	Bromoetana, C₂H₅Br, dan kloropikrin, CCl₃NO₂, dalam racun perosak
Perubatan	Natrium bikarbonat, NaHCO₃, dalam antasid untuk melegakan gastrik	Parasetamol, C₈H₉NO₂, untuk demam atau keradangan
Kegunaan rumah	Natrium klorat(V), NaClO₃, dalam detergen	Gliserol, C₃H₅(OH)₃, dalam produk penjagaan kulit

Rajah 5.28, buku teks Kimia Tingkatan 4 (KSSM), m.s. 129

Sebatian pepejal putih larut di dalam air dan mengkonduksikan elektrik dalam keadaan leburan. Apakah jenis sebatian itu?

Tunjuk jawapanSembunyi jawapan

Sebatian ion. Ionnya bebas bergerak dalam keadaan leburan dan molekul air boleh menarik ion keluar daripada kekisi.