Ikatan kovalen

Ikatan rangkap tiga dalam N₂ panjangnya 110 pm; ikatan tunggal dalam etana 154 pm. Makin banyak pasangan bersama, makin dekat atom-atomnya.

Saat dua atom nonlogam bertemu, tidak ada yang mau menyerahkan elektron sepenuhnya. Keduanya menarik kuat, jadi alih-alih berpindah, elektron dipakai bersama. Setiap atom menyumbang satu elektron ke sebuah pasangan yang berada di antara kedua inti, dan kedua inti tertarik ke pasangan itu. Pasangan bersama itulah ikatan kovalen. Dengan cara inilah hampir setiap zat dalam makhluk hidup terikat, dari air sampai DNA.

Menghitung pasangan bersama

Ambil metana, CH₄. Karbon punya 4 elektron terluar dan butuh 4 lagi. Setiap hidrogen punya 1 dan butuh 1 lagi. Karbon memakai bersama satu pasangan dengan masing-masing dari empat hidrogen. Sekarang karbon menghitung 8 elektron di sekitarnya dan setiap hidrogen menghitung 2. Semuanya punya kulit penuh, dan molekul itu punya empat ikatan tunggal. Banyaknya ikatan yang biasanya dibentuk sebuah atom disebut valensinya: hidrogen 1, oksigen 2, nitrogen 3, karbon 4. Keempat angka itu memungkinkanmu menyusun sebagian besar molekul kecil dengan tangan.

Untuk molekul kecil apa pun, kamu bisa memeriksa strukturnya dengan menghitung elektron. Jumlahkan elektron terluar setiap atom: air punya 1 + 1 + 6 = 8. Setiap ikatan memakai 2 di antaranya, dan sisanya berada sebagai pasangan elektron bebas. Air punya dua ikatan O-H yang memakai 4 elektron, sehingga tersisa 4 elektron sebagai dua pasangan elektron bebas pada oksigen. Oksigen lalu menghitung 8 di sekitarnya dan setiap hidrogen menghitung 2. Amonia sama saja: 5 + 3 = 8 elektron, tiga ikatan N-H dan satu pasangan elektron bebas. Ternyata pasangan elektron bebas inilah yang menentukan bentuk molekul di unit berikutnya.

Ikatan rangkap dua dan rangkap tiga

Kadang satu pasangan bersama tidak cukup. Dalam molekul oksigen, O₂, setiap atom punya 6 elektron terluar dan butuh 2 lagi, jadi kedua atom memakai bersama dua pasangan: ikatan rangkap dua, O=O. Dalam nitrogen, N₂, setiap atom butuh 3, dan keduanya memakai bersama tiga pasangan: ikatan rangkap tiga, N≡N. Model menggambar setiap pasangan bersama sebagai tongkat tersendiri, jadi kamu bisa menghitungnya. Karbon bisa melakukan ketiganya. Etana, C₂H₆, punya ikatan tunggal C-C, etena, C₂H₄, ikatan rangkap dua C=C, dan etuna (asetilena), C₂H₂, ikatan rangkap tiga C≡C.

Makin banyak pasangan bersama, makin dekat dan makin erat atom-atom terikat. Jarak karbon-karbon hasil pengukuran dari basis data NIST menunjukkannya dengan jelas: 153.6 pm pada etana, 133.9 pm pada etena, dan 120.3 pm pada etuna. Ikatan rangkap tiga nitrogen, 109.8 pm, begitu kuat sehingga gas nitrogen nyaris tidak bereaksi, padahal gas itu menyusun sebagian besar udara yang kita hirup. Tumbuhan tidak bisa memakainya secara langsung; mereka bergantung pada bakteri dan petir untuk memutusnya.

Molekul, bukan kisi

Ikatan kovalen menggabungkan sejumlah tertentu atom menjadi molekul dengan bentuk yang pasti. Ikatan di dalam molekul air kuat, tetapi gaya antara satu molekul air dan molekul berikutnya jauh lebih lemah. Itulah sebabnya banyak zat kovalen berwujud gas atau cair pada suhu ruang dan meleleh atau mendidih pada suhu rendah: kamu hanya perlu memisahkan molekulnya, bukan memutusnya. Metana mendidih pada sekitar −161.5 °C. Beberapa zat kovalen, seperti intan dan kuarsa, berupa jaringan ikatan raksasa tanpa molekul terpisah, dan zat-zat itu termasuk bahan terkeras yang dikenal.