Ion Amonium: Asal-Usul Ikatan dan Kepolaran

Donor dan Akseptor Elektron

Dalam teori asam-basa Lewis, Basa Lewis adalah donor pasangan elektron, sedangkan Asam Lewis adalah akseptor pasangan elektron.

Dua karakter kartun sedang bernegosiasi modal usaha, satu membawa kantong berisi dua koin emas berkilau dan yang lain membawa tas kosong yang terbuka.

Pada molekul amonia ($\text{NH}_3$), atom nitrogen ($\text{N}$) memiliki satu pasangan elektron bebas yang siap dipinjamkan. Ketika molekul $\text{NH}_3$ bertemu dengan ion hidrogen ($\text{H}^+$) dari autoionisasi air yang tidak memiliki elektron sama sekali, atom $\text{N}$ mendonorkan pasangan elektron bebasnya kepada ion $\text{H}^+$.

Karena molekul $\text{NH}_3$ bertindak sebagai pihak yang mendonorkan pasangan elektron, maka $\text{NH}_3$ bertindak sebagai Basa Lewis. Sebaliknya, ion $\text{H}^+$ yang menerima pasangan elektron bertindak sebagai Asam Lewis.

Fakta ini memastikan bahwa Opsi E benar (molekul $\text{NH}_3$ bertindak sebagai donor pasangan elektron / basa Lewis) dan Opsi C salah (atom nitrogen bukan akseptor atau asam Lewis).

Ikatan Kovalen Koordinasi

Ikatan kovalen koordinasi terjadi jika pasangan elektron yang digunakan bersama hanya disumbangkan oleh salah satu atom yang berikatan.

Satu ikatan kovalen tunggal selalu membutuhkan $2$ elektron untuk dipakai bersama. Ketika ion amonium ($\text{NH}_4^+$) terbentuk, ion $\text{H}^+$ yang datang tidak membawa elektron sama sekali. Atom $\text{N}$ pada molekul $\text{NH}_3$ kemudian menyumbangkan kedua elektron dari pasangan elektron bebasnya untuk mengikat ion $\text{H}^+$ tersebut.

Mekanisme ini menjelaskan mengapa Opsi B benar: satu dari empat ikatan $\text{N-H}$ dalam ion amonium terbentuk melalui mekanisme ikatan kovalen koordinasi, sedangkan tiga ikatan $\text{N-H}$ lainnya awalnya terbentuk dari ikatan kovalen biasa.

Apakah Ikatan Koordinasi Berbeda?

Setelah ikatan kovalen koordinasi terbentuk, sifat, panjang, dan kekuatannya identik dengan ikatan kovalen biasa pada molekul yang sama.

Diagram struktur tetrahedral ion amonium memperlihatkan empat ikatan N-H yang sama panjang dengan sudut 109.5 derajat.

Sebelum berikatan, kita memang bisa melacak bahwa sepasang elektron berasal dari atom $\text{N}$ saja. Namun, begitu ion amonium ($\text{NH}_4^+$) terbentuk utuh, keempat ikatan $\text{N-H}$ menjadi setara sempurna.

Ion $\text{NH}_4^+$ memiliki geometri tetrahedral simetris dengan sudut ikatan sebesar $109{,}5^\circ$. Keempat ikatan $\text{N-H}$ memiliki panjang ikatan yang persis sama (sekitar $102\text{ pm}$) serta energi ikatan yang sama persis. Di bawah pengamatan eksperimen, kita tidak dapat lagi membedakan mana ikatan yang asalnya koordinasi dan mana yang asalnya kovalen biasa.

Fakta kesetaraan ini membuktikan bagian pertama dari Opsi A benar: terdapat empat ikatan yang identik antara $\text{N}$ dan $\text{H}$.

Jika dilakukan pengamatan mikroskopis canggih untuk mengukur panjang keempat ikatan N-H pada ion amonium, apa yang akan terukur?

  • Keempat ikatan memiliki panjang yang persis sama dan tidak bisa dibedakan.
  • Satu ikatan akan terlihat lebih panjang karena terbentuk dari mekanisme koordinasi.
  • Tiga ikatan lebih pendek karena awalnya milik molekul amonia yang stabil.
  • Satu ikatan tidak akan terukur karena elektronnya terus bergerak kembali ke atom N.

Jawaban: Keempat ikatan memiliki panjang yang persis sama dan tidak bisa dibedakan.

Setelah pasangan elektron dipakai bersama, ikatan kovalen koordinasi melebur menjadi identik dengan ikatan kovalen biasa. Pada ion amonium (NH4+), keempat ikatan N-H memiliki panjang ikatan (~102 pm) dan energi ikatan yang persis sama. Opsi B dan C salah karena mengira ikatan koordinasi tetap berbeda secara fisik. Opsi D salah karena ikatan koordinasi bersifat permanen dan stabil.

Semua ikatan N-H dalam ion amonium identik terlepas dari mekanisme pembentukannya.