Teori Valensi Elektron

Semenjak penemuannya separuh abad sebelumnya, salah satu teka-teki terbesar dalam kimia adalah fenomena valensi. Adalah misteri besar mengapa atom oksigen memiliki dua kait valensi dimana terjadi ikatan, dan mengapa karbon memiliki empat kait. Dengan kata lain, oksigen bersifat divalen sementara karbon bersifat tetravalen. Lebih jauh, ikatan ini tidak simetris radial seperti muatan listrik statis ataupun gravitasi namun tampak terarah pada sudut tertentu di sekitar atom. Dan keberadaan molekul dasar yang sangat stabil seperti H₂ adalah memalukan – atas dasar apa ada gaya tarik kuat antara dua atom yang sama? Beberapa ilmuan seperti kimiawan Swiss, Alfred Werner, menggunakan kombinasi teori struktur organik dan ionik untuk mengembangkan sebuah skema yang menjelaskan dengan cerdas struktur zat inorganik kompleks yang disebut senyawa koordinasi.

Sementara itu, yang lain mencoba mencari petunjuk pada penemuan elektron. Pada awal 1902, atas kerja keras fisikawan Inggris, J.J. Thompson, Werner dan Ramsay beserta Rayleigh pada gas langka, Lewis secara diam-diam mempelajarinya dan menggambarkan sebuah skema, yang menunjukkan atom kubik dengan elektron luar, yang menjadi langkah pertama teori ikatan kimia elektron. Namun, masih menunggu Rutherford dan Bohr memberikan perkembangan awal teori inti atom yang segera diadopsi Lewis. Serentak dan secara independen, fisikawan Jerman Walther Kossel juga mengajukan teori yang sama. Lewis menyarankan kalau ikatan kimia terdiri dari pasangan elektron yang terjadi antara atom yang berkombinasi. Dengan pembagian elektron yang sama (membentuk apa yang disebut kimiawan fisika Amerika, Irving Langmuir, sebagai ikatan kovalen), tiap atom akan melengkapi kulit elektron terluar dan mencapai kestabilan. Selubung luar yang lengkap secara normal, menurut Lewis, terdiri dari delapan elektron – konfigurasi dari gas langka yang stabil, yang disebut gas mulia. Inilah aturan oktet, dan ia membantu menjelaskan mengapa periodisitas Mendeleyev sering terjadi dalam kelipatan delapan.

Irving Langmuir, penemu teori ikatan kovalen

Teori valensi elektron Lewis-Kossel-Langmuir (1916–23) masih sangat tidak lengkap, namun juga sangat membantu perkembangan kimia sehingga dasar-dasarnya masih bertahan selama berpuluh tahun. Tahun 1922 Bohr mengajukan konfigurasi elektron dalam apa yang disebutnya kulit K, L, M dan N. Teori ini dengan cepat dimodifikasi dengan perkembangan mendadak dalam mekanika kuantum oleh Bohr, fisikawan Jerman Werner Heisenberg, fisikawan Austria Erwin Schrodinger dan lainnya. Tahun 1927 dua peneliti Jerman bekerja sama dengan Schrodinger di Zurich, yaitu Fritz London dan Walter Heitler, menghasilkan penerapan pertama mekanika kuantum pada sistem kimia, molekul hidrogen.

Fritz London, menerapkan mekanika kuantum pada molekul hidrogen.

Ahli kimia fisik Amerika, Linus Pauling, bersama dengan John Slater, juga dari Amerika, secara independen mengembangkan pendekatan ini pada apa yang ia sebut metode ikatan valensi untuk memahami kombinasi kimia. Orbital di berbagai kulit elektron (diberi huruf s, p, d, dan f) dapat dihibridasi secara matematik, menghasilkan ikatan terarah yang teramati dalam senyawa kimia. Pauling juga menggunakan efek resonansi mekanika kuantum, khususnya untuk memahami senyawa aromatik. Semuanya dirangkum dalam karyanya, The Nature of the Chemical Bond (1939). Alternatif metode mekanika kuantum untuk memahami ikatan kimia, yaitu metode orbital molekul, dikembangkan oleh kimiawan Amerika Robert Mulliken dan fisikawan Jerman, Friedrich Hund. Walaupun lebih rumit secara matematis, pendekatan ini segera menggantikan pendekatan Pauling. Dalam berbagai hal, semenjak Lewis dan Bohr, telah dipahami kalau semua reaksi kimia dan semua ikatan kimia melibatkan kulit elektron terluar – elektron valensi – dari atom yang berpartisipasi.

Werner Heisenberg, salah seorang pendiri teori kuantum

Ahli kimia organik juga ikut serta memakai gagasan elektron dalam teori mereka. Tahun 1920an, kimiawan Inggris Robert Robinson dan Christopher Ingold – saingan besar – mengembangkan teori mekanisme reaksi organik elektron dengan berfokus pada penyusunan ulang pasangan elektron pada arah reaksi kimia. Bukan hanya hal ini memungkinkan para ahli kimia memahami detail reaksi dengan cara yang sebelumnya tidak mungkin, namun juga memungkinkan prediksi yang sukses terhadap reaktivitas berbagai senyawa organik dalam beraneka lingkungan kimia. Studi mekanika kuantum lainnya diterapkan pada zat organik, digabungkan dengan kinetika reaksi, sifat asam dan basa, dan metode instrumental untuk memahami senyawa, membawa pada bidang kimia baru yaitu kimia organik fisik.

Robert Robinson, pengembang teori mekanisme reaksi organik elektron

sources : Link