Ikatan Pada Metan dan Etan

Metan CH4
Gambaran singkat dari ikatan pada metan.

Anda akan terbiasa menggambar metan menggunakan diagram garis dan titik, tetapi akan lebih baik jika anda melihat struktur tersebut lebih dekat lagi.
Ada kesalahan serius pada penulisan struktur ini dan struktur elektron modern dari karbon,1s22s22px12py 1. Struktur modern menunjukkan adanya 2 elektron yang tidak berpasangan untuk berikatan dengan hydrogen, sedangkan pada gambar struktur diatas diperlukan 4 buah elektron
Hal ini lebih mudah dilihat menggunakan notasi elektron dalam kotak. Hanya elektron pada level dua yang ditampilkan. Elektron 1s2 terlalu jauh didalam untuk mempengaruhi ikatan. Hanya elektron pada 2p yang tersedia untuk berikatan. Lalu mengapa metan bukan CH2?
Promosi elektron
Saat ikatan terbentuk, energi dilepaskan dan system menjadi lebih stabil. Jika Karbon membentuk 4 ikatan daripada 2 ikatan, energi yang dilepaskan 2 kali lipat dan system menjadi lebih stabil.
Hanya ada sedikit gap energi dari orbital 2s dan 2p dan karena itu hanya membutuhkan sedikit energi bagi arbon untuk pindah dari 2s ke 2p yang kosong untuk membentuk 4 elektron bebas. Ekstra energi yang dilepaskan saat ikatan dibentuk menghasilkan energi yang lebih besar dari itu.
Sekarang kita memiliki 4 elektron bebas yang siap untuk ikatan kimia, tetapi kini ada masalah yang lain. Pada metan semua ikatan karbon-hidrogen sama dan identik tetapi elektron berada pada dua orbital yang berbeda. Empat ikatan kimia yang serupa tidak mungkin didapat dari orbital yang berbeda.
Hibridisasi
Elektron tersusun ulang kembali pada proses yang disebut sebagai hibridisasi. Hibridisasi menyusun ulang elektron ke dalam 4 orbital hybrid yang sama yang disebut sebagai hybrid sp3 (karena terbentuk dari satu orbital s dan tiga orbital p). sp3 dibaca dengan s p tiga, bukan s p pangkat tiga.


Hibrid sp3 terlihat seperti setengah dari orbital p, yang selanjutnya tersusun ulang agar saling menjauh dari yang lain sejauh mungkin. Anda dapat bayangkan sebuah nukleus menjadi pusat dari tetrahedron (pyramid yang beralaskan segitiga) dengan orbital yang menunjuk ke sudut dari pyramid. Untuk jelasnya nukleus digambar lebih besar dari yang seseungguhnya.
Apa yang terjadi saat ikatan telah terbentuk?
Ingatlah bahwa elektron hydrogen terletak pada orbital 1s -daerah dengan bentuk bola simetris yang mengelilingi nu leus dimana jumlah yang tetap dari kemungkinan menemukan elektron (kurang lebih 95%). Saat ikatan kovalen terbentuk orbital atom (dari masing masing atom) bergabung dan membentuk orbital molekular yang baru yang mengandung pasangan elektron yang membentuk ikatan.

Empat buah Orbital molekular terbentuk, mirip dengan hybrid sp3 namun dengan nukleus hydrogen terikat pada tiap sudut. Tiap orbital mengandung 2 elektron yang sebelumnya digambarkan sebagai titik dan garis.
Prinsip ini berhubungan dengan promosi elektron jika dibutuhkan, lalu hibridasi, dilanjutkan dengan orbital molekular -bisa di praktekkan ke setiap ikatan molekul yang kovalen.

Etan, C2H6

Pembentukan orbit molekular pada etan
Etan sebenarnya tidak sebegitu penting, namun dimasukkan sebagai contoh dari bagaimana ikatan karbon terbentuk.
Setiap atom karbon pada etan mempromosikan sebuah elektron dan membentuk hybrid sp3 sama seperti pada metan. Jadi sebelum berikatan atom akan terlihat seperti berikut:

Hidrogen berikatan dengan dua buah karbon seperti pada metan. Kedua karbon berikatan dengan menggabungkan sisa dari orbital hybrid sp3 dari satu ujung keujung yang lain (end-to-end)untuk membuat orbital mole ular yang baru. Ikatan yang dibuat dari overlap end-to-end ini membuat orbital molekul yang baru. Ikatan yang dibuat dari overlap end-to-end dikenal sebagai ikatan sigma. Ikatan antara karbon dan hydrogen juga merupakan ikatan sigma.

Pada setiap ikatan sigma, tempat paling memungkinkan untuk menemukan elektron adalah pada garis diantara nuklei.
Rotasi bebas mengenai karbon-karbon ikatan tunggal
Kedua ujung dari molekul ini bisa berputar secara bebas pada ikatan sigma, sedemikian rupa sehingga ada jumlah yang tak terhingga dari struktur etan. Beberapa bentuk yang memungkinkan adalah sebagai berikut:

Dalam setiap kasus, tangan kanan dari group CH3 berada pada tempat yang konstan sehingga anda dapat melihat efe dari perputaran pada bagian kanan.
Alkana yang lain
Alkana yang lain juga akan berikatan menurut cara yang sama:
Atom karbon akan masing masing mempromosikan sebuah elektron dan lalu hibridasi untuk membentuk orbital hybrid sp3 .Karbon atom akan saling berikatan dengan membentuk ikatan sigma pada overlap end-to-end dari orbital hybrid sp3. Atom hydrogen akan bergabung pada dimanapun mereka diperlukan dengan overlap orbital 1s1 mereka dengan orbital hibrid sp3 dari atom karbon.