Berikut adalah pendalaman lebih lanjut mengenai tiga kekhasan utama atom karbon, yang semuanya berkaitan erat dengan struktur elektronik dan posisi karbon dalam tabel periodik:
1. Ikatan Tunggal, Rangkap Dua, dan Rangkap Tiga
Karbon dapat membentuk ikatan kovalen tunggal, rangkap dua, atau rangkap tiga. Variasi ini dimungkinkan oleh konsep Hibridisasi Orbital.
- Ikatan Tunggal (C−C): Hibridisasi sp3
- Karbon menggunakan empat orbital hibrida sp3 yang setara untuk membentuk empat ikatan sigma (σ) tunggal.
- Geometri: Tetrahedral (sudut ikatan ≈109.5∘). Senyawa jenuh seperti alkana memiliki sifat yang relatif stabil dan kurang reaktif, kecuali pada reaksi pembakaran atau substitusi radikal.
- Ikatan Rangkap Dua (C=C): Hibridisasi sp2
- Karbon menggunakan tiga orbital sp2 untuk membentuk tiga ikatan σ (satu dengan C lain, dua dengan atom lain seperti H atau R), dan satu orbital p yang tidak terhibridisasi.
- Ikatan rangkap dua terdiri dari satu ikatan σ dan satu ikatan π (pi) yang terbentuk dari tumpang tindih lateral orbital p.
- Geometri: Trigonal Planar (sudut ikatan ≈120∘). Keberadaan ikatan π membuat senyawa (alkena) lebih reaktif, terutama terhadap reaksi adisi (penambahan).
- Ikatan Rangkap Tiga (C≡C): Hibridisasi sp
- Karbon menggunakan dua orbital sp untuk membentuk dua ikatan σ, dan dua orbital p yang tidak terhibridisasi.
- Ikatan rangkap tiga terdiri dari satu ikatan σ dan dua ikatan π.
- Geometri: Linear (sudut ikatan 180∘). Senyawa (alkuna) juga sangat reaktif terhadap reaksi adisi.
2. Katenasi: Rantai dan Cincin Karbon
Katenasi adalah kemampuan atom suatu unsur untuk berikatan secara kovalen dengan atom yang sama, membentuk rantai panjang atau cincin. Karbon menunjukkan katenasi paling unggul karena:
- Kekuatan Ikatan C−C: Ikatan kovalen C−C sangat kuat dan stabil. Energi ikatan ini cukup tinggi sehingga rantai karbon tidak mudah putus atau bereaksi pada kondisi normal.
- Ukuran Atom yang Kecil: Karbon terletak pada Periode 2 tabel periodik, menghasilkan jari-jari atom yang relatif kecil. Hal ini memungkinkan orbital-orbital untuk tumpang tindih secara efektif, membentuk ikatan kovalen yang lebih kuat dan pendek dibandingkan dengan unsur sejenis di golongan yang lebih bawah (seperti Silikon).
Kemampuan katenasi ini menghasilkan keragaman struktur:
- Alifatik: Rantai terbuka (lurus atau bercabang) seperti pada alkana.
- Alisiklik: Rantai tertutup berbentuk cincin jenuh (misalnya sikloheksana).
- Aromatik: Cincin dengan ikatan terkonjugasi yang stabil (misalnya benzena).
3. Kuadrivalensi dan Kekuatan Ikatan
Atom karbon memiliki empat elektron valensi. Untuk mencapai konfigurasi gas mulia yang stabil (aturan oktet), ia harus membentuk empat ikatan kovalen.
- Sifat Non-Polar: Ikatan C−C sepenuhnya non-polar, dan ikatan C−H memiliki polaritas yang sangat rendah (karena perbedaan keelektronegatifan yang kecil). Hal ini membuat banyak senyawa organik memiliki sifat non-polar secara keseluruhan, yang memengaruhi kelarutan dan reaktivitasnya.
source: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2666351120300036