Pintar Pelajaran Pengertian Dan Proses Metabolisme Karbohidrat, Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs, Asam Sitrat, Transfer Elektron

Pengertian dan Proses Metabolisme Karbohidrat, Glikolisis, Dekarboksilasi Oksidatif, Siklus Krebs, Asam Sitrat, Transfer Elektron - Keseluruhan reaksi kimia di dalam badan organisme yang melibatkan perubahan energi disebut metabolisme. Sebagai makhluk hidup, energi dapat dihasilkan dari sebuah proses, atau suatu proses justru memerlukan energi. Pada umumnya, energi dilepaskan saat badan organisme mencerna molekul kompleks menjadi molekul yang sederhana. Proses tersebut dinamakan katabolisme. Adapun proses pembentukan senyawa kompleks dari unsur-unsur penyusunnya dan reaksi tersebut memerlukan energi dinamakan anabolisme.

I. Katabolisme Karbohidrat

Katabolisme merupakan reaksi penguraian atau pemecahan senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana untuk menghasilkan energi. Proses katabolisme yang terjadi pada makhluk hidup dibedakan menjadi respirasi aerob dan respirasi anaerob. Apakah yang membedakan respirasi aerob dengan respirasi anaerob?

Berdasarkan perubahan energinya, reaksi kimia sanggup dibedakan menjadi reaksi eksergonik dan reaksi endergonik. Pada reaksi eksergonik, terjadi pelepasan energi. Katabolisme merupakan reaksi eksergonik. Jika energi yang dilepaskan berupa panas, disebut reaksi eksoterm. Adapun pada reaksi endergonik, terjadi peresapan energi dari lingkungan. Anabolisme termasuk reaksi endergonik lantaran memerlukan energi. Jika energi yang digunakan dalam bentuk panas, disebut reaksi endoterm.

1.1. Respirasi Aerob

Respirasi bertujuan menghasilkan energi dari sumber nutrisi yang dimiliki. Semua makhluk hidup melaksanakan respirasi dan tidak hanya berupa pengambilan udara secara langsung. Respirasi dalam kaitannya dengan pembentukan energi dilakukan di dalam sel. Oleh lantaran itu, prosesnya dinamakan respirasi sel. Organel sel yang berfungsi dalam menjalankan tugas pembentukan energi ini ialah mitokondria. Respirasi termasuk ke dalam kelompok katabolisme lantaran di dalamnya terjadi penguraian senyawa kompleks menjadi senyawa yang lebih sederhana, diikuti dengan pelepasan energi. Energi yang kita gunakan dapat berasal dari hasil metabolisme tumbuhan. Oleh lantaran itu, tumbuhan merupakan organisme autotrof, yang berarti sanggup memproduksi makanan sendiri. Adapun konsumen, menyerupai binatang dan manusia, yang tidak dapat menyediakan kuliner sendiri disebut organisme heterotrof. Proses respirasi akrab kaitannya dengan pembakaran materi bakar berupa makanan menjadi energi. Kondisi optimal akan tercapai dalam kondisi aerob (ada oksigen). Secara singkat, proses yang terjadi sebagai berikut.

Pembentukan energi siap pakai akan melalui beberapa tahap reaksi dalam sistem respirasi sel pada mitokondria. Menurut Campbell, et al, (2006: 93) reaksi-reaksi tersebut, yaitu:

1. Glikolisis, ialah proses pemecahan glukosa menjadi asam piruvat;
2. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat, adalah perombakan asam piruvat menjadi asetil Co-A;
3. Daur asam sitrat, yakni siklus perombakan asetil Ko-A menjadi akseptor elektron dan terjadi pelepasan sumber energi;
4. Transfer elektron, adalah mekanisme pembentukan energi terbesar dalam proses respirasi sel yang menghasilkan produk sampingan berupa air.

1.1.1. Glikolisis

Tahap ini merupakan awal terjadinya respirasi sel. Molekul glukosa akan masuk ke dalam sel melalui proses difusi. Agar sanggup bereaksi, glukosa diberi energi aktivasi berupa satu ATP. Hal ini menimbulkan glukosa dalam keadaan terfosforilasi menjadi glukosa-6-fosfat yang dibantu oleh enzim heksokinase. Secara singkat, glukosa-6-fosfat dipecah menjadi 2 buah molekul gliseraldehid-3-fosfat (PGAL) dengan dukungan satu ATP dan enzim fosfoheksokinase. Proses selanjutnya merupakan proses eksergonik. Hasilnya adalah 4 molekul ATP dan hasil tamat berupa 2 molekul asam piruvat (C3). Secara lengkap, proses glikolisis yang terjadi sebagai berikut (Gambar 1).

Gambar 1. Tahap reaksi sistem respirasi sel pada mitokondria.

Walaupun empat molekul ATP dibuat pada tahap glikolisis, namun hasil reaksi keseluruhan ialah dua molekul ATP. Ada dua molekul ATP yang harus diberikan pada fase awal glikolisis. Tahap glikolisis tidak memerlukan oksigen.

1.1.2. Dekarboksilasi Oksidatif

Setiap asam piruvat yang dihasilkan kemudian akan diubah menjadi Asetil-KoA (koenzim-A). Asam piruvat ini akan mengalami dekarboksilasi sehingga gugus karboksil akan hilang sebagai CO₂ dan akan berdifusi keluar sel. Dua gugus karbon yang tersisa kemudian akan mengalami oksidasi sehingga gugus hidrogen dikeluarkan dan ditangkap oleh penerima elektron NAD⁺. Perhatikan Gambar 2. 

Gambar 2. Proses glikolisis berlangsung dalam sembilan tahap.

Gugus yang terbentuk, kemudian ditambahkan koenzim-A sehingga menjadi asetil-KoA. Hasil tamat dari proses dekarboksilasi oksidatif ini akan menghasilkan 2 asetil-KoA dan 2 molekul NADH. Pembentukan asetil-KoA memerlukan kehadiran vitamin B1. Berdasarkan hal tersebut, sanggup diketahui betapa pentingnya vitamin B dalam badan binatang maupun tumbuhan.

Gambar 3. Dekarboksilasi oksidatif asam piruvat menghasilkan CO₂, 2 asetil- KoA, dan 2 molekul NADH.

1.1.3. Siklus Krebs / Asam Sitrat

Proses selanjutnya ialah daur asetil-KoA menjadi beberapa bentuk sehingga dihasilkan banyak penerima elektron. Selain disebut sebagai daur asam sitrat, proses ini disebut juga daur Krebs. Hans A. Krebs ialah orang yang pertama kali mengamati dan menjelaskan fenomena ini pada tahun 1930. Setiap tahapan dalam daur asam sitrat dikatalis oleh enzim yang khusus.

Berikut ialah beberapa tahapan yang terjadi dalam daur asam sitrat. (Gambar 4).

Gambar 4. siklus asam sitrat / krebs.

1. Asetil-KoA akan menyumbangkan gugus asetil pada oksaloasetat sehingga terbentuk asam sitrat. Koenzim A akan dikeluarkan dan digantikan dengan penambahan molekul air.
2. Perubahan deretan asam sitrat menjadi asam isositrat akan disertai pelepasan air.
3. Asam isositrat akan melepaskan satu gugus atom C dengan dukungan enzim asam isositrat dehidrogenase, membentuk asam α-ketoglutarat. NAD⁺ akan mendapatkan donor elektron dari hidrogen untuk membentuk NADH. Asam α-ketoglutarat selanjutnya diubah menjadi suksinil KoA.
4. Asam suksinat tiokinase membantu pelepasan gugus KoA dan ADP mendapatkan donor fosfat menjadi ATP. Akhirnya, suksinil-KoA berubah menjadi asam suksinat.
5. Asam suksinat dengan dukungan suksinat dehidrogenase akan berubah menjadi asam fumarat disertai pelepasan satu gugus elektron. Pada tahap ini, elektron akan ditangkap oleh penerima FAD menjadi FADH2.
6. Asam Fumarat akan diubah menjadi asam malat dengan dukungan enzim fumarase.
7. Asam malat akan membentuk asam oksaloasetat dengan dukungan enzim asam malat dehidrogenase. NAD⁺ akan mendapatkan sumbangan elektron dari tahap ini dan membentuk NADH.
8. Dengan terbentuknya asam oksaloasetat, siklus akan sanggup dimulai lagi dengan sumbangan dua gugus karbon dari asetil KoA.

1.1.4. Transfer Elektron

Selama tiga proses sebelumnya, dihasilkan beberapa reseptor elektron yang bermuatan akhir penambahan ion hidrogen. Reseptor-reseptor ini kemudian akan masuk ke transfer elektron untuk membentuk suatu molekul berenergi tinggi, yakni ATP. Reaksi ini berlangsung di dalam membran mitokondria. Reaksi ini berfungsi membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi. Transfer elektron merupakan proses kompleks yang melibatkan NADH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide), FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), dan molekul-molekul lainnya. Dalam pembentukan ATP ini, ada akseptor elektron yang akan memfasilitasi pertukaran elektron dari satu sistem ke sistem lainnya.

1. Enzim dehidrogenase mengambil hidrogen dari zat yang akan diubah oleh enzim (substrat). Hidrogen mengalami ionisasi sebagai berikut : 2H → 2H⁺ + 2e (Elektron).
2. NADH dioksidasi menjadi NAD+ dengan memindahkan ion hidrogen kepada flavoprotein (FP), flavin mononukleotida (FMN), atau FAD yang bertindak sebagai pembawa ion hidrogen. Dari flavoprotein atau FAD, setiap proton atau hidrogen dikeluarkan ke matriks sitoplasma untuk membentuk molekul H₂O.
3. Elektron akan berpindah dari ubiquinon ke protein yang mengandung besi dan belerang (FeSa dan FeSb) → sitokrom b → koenzim quinon → sitokrom b2 sitokrom o → sitokrom c → sitokrom a → sitokrom a3, dan terakhir diterima oleh molekul oksigen sehingga terbentuk H2O perhatikan Gambar 5.

Gambar 5. Sistem transfer elektron membentuk energi selama oksidasi yang dibantu oleh enzim pereduksi. 

Di dalam rantai pernapasan, 3 molekul air (H₂O) dihasilkan melalui NADH dan 1 molekul H₂O dihasilkan melalui FAD. Satu mol H₂O yang melalui NADH setara dengan 3 ATP dan 1 molekul air yang melalui FAD

setara dengan 2 ATP.

Tabel 1 Tahap Reaksi pada Respirasi

Walaupun ATP total yang tertera pada Tabel 1 ialah 38 ATP, jumlah total yang dihasilkan pada proses respirasi ialah 36 ATP. Hal tersebut disebabkan 2 ATP dipakai oleh elektron untuk masuk ke mitokondria.

No	Proses	Akseptor	ATP
1.	Glikolisis → 2 asam piruvat	2 NADH	2 ATP
2.	Siklus Krebs
	2 asam piruvat → 2 asetil KoA + 2CO2	2 NADH	2ATP
	2 asetil KoA → 4CO2	6 NADH
3.	Rantai transfer elektron 10NADH + 502 → 10NAD+ + 10H2O 2 FADH2 + O2 → 2 FAD + 2H2O		30 ATP  4 ATP	34 ATP

1.2.. Respirasi Anaerob

Setelah berolahraga atau mengerjakan suatu pekerjaan berat, napas Anda menjadi terengah-engah lantaran suplai oksigen yang masuk badan menjadi berkurang. Tubuh mengatasi keadaan ini dengan memperpendek jalur pembentukan energi melalui proses respirasi anaerob. Cara ini ditempuh agar badan tidak kekurangan pasokan energi saat melaksanakan suatu aktivitas berat. Respirasi anaerob dikenal juga dengan istilah fermentasi. Fermentasi ialah perubahan glukosa secara anaerob yang meliputi glikolisis dan pembentukan NAD. Fermentasi menghasilkan energi yang relatif kecil dari glukosa. Glikolisis berlangsung dengan baik pada kondisi tanpa oksigen. Fermentasi dibedakan menjadi dua tipe reaksi, yakni fermentasi alkohol dan fermentasi asam laktat.

Fermentasi alkohol maupun fermentasi asam laktat diawali dengan proses glikolisis. Pada glikolisis, diperoleh 2 NADH + H⁺ + 2 ATP + asam piruvat. Pada reaksi aerob, hidrogen dari NADH akan bereaksi dengan O₂ pada transfer elektron. Pada reaksi anaerob, ada penerima hidrogen permanen berupa asetildehida atau asam piruvat.

1.2.1. Fermentasi Alkohol

Pada fermentasi alkohol, asam piruvat diubah menjadi etanol atau etil alkohol melalui dua langkah reaksi. Langkah pertama ialah pembebasan CO₂ dari asam piruvat yang kemudian diubah menjadi asetaldehida. Langkah kedua ialah reaksi reduksi asetaldehida oleh NADH menjadi etanol. NAD yang terbentuk akan dipakai untuk glikolisis (Gambar 6).

Gambar 6. Tahapan fermentasi alkohol.

Sel ragi dan basil melaksanakan respirasi secara anaerob. Hasil fermentasi berupa CO₂ dalam industri roti dimanfaatkan untuk berbagi adonan roti sehingga pada roti terdapat pori-pori.

1.2.2. Fermentasi Asam Laktat

Fermentasi asam laktat ialah fermentasi glukosa yang menghasilkan asam laktat. Fermentasi asam laktat dimulai dengan glikolisis yang menghasilkan asam piruvat, kemudian berlanjut dengan perubahan asam piruvat menjadi asam laktat (Gambar 7). 

Gambar 7. Fermentasi asam laktat diawali dengan proses glikolisis yang menghasilkan asam piruvat.

Pada fermentasi asam laktat, asam piruvat bereaksi secara pribadi dengan NADH membentuk asam laktat. Fermentasi asam laktat sanggup berlangsung saat pembentukan keju dan yoghurt. Pada sel otot insan yang bersifat fakultatif anaerob, terbentuk ATP dari fermentasi asam laktat kalau kondisi kandungan oksigen sangat sedikit. Pada pembentukan ATP yang berlangsung secara aerob, oksigennya berasal dari darah. Sel mengadakan perubahan dari respirasi aerob menjadi fermentasi. Hasil fermentasi berupa asam laktat akan terakumulasi dalam otot sehingga otot menjadi kejang. Asam laktat dari darah akan diangkut ke dalam hati yang kemudian diubah kembali menjadi asam piruvat secara aerob. Fermentasi pada sel otot terjadi kalau kandungan O₂ rendah dan kondisi dapat pulih kembali sehabis berhenti melaksanakan olahraga.

II. Anabolisme Karbohidrat

Anabolisme merupakan proses penyusunan zat dari senyawa sederhana menjadi senyawa yang kompleks. Proses tersebut berlangsung di dalam tubuh makhluk hidup. Anabolisme merupakan kebalikan dari katabolisme. Proses anabolisme memerlukan energi, baik energi panas, cahaya, atau energi kimia. Anabolisme yang memakai energi cahaya disebut fotosintesis, sedangkan anabolisme yang memakai energi kimia disebut kemosintesis.

Berikut ini akan dijelaskan mengenai fotosintesis dan kemosintesis.

2.1. Fotosintesis

Jika Anda pernah memasuki suatu kawasan hutan atau jalanan yang memiliki pepohonan rindang, tentu Anda akan merasa segar pada siang hari yang panas. Akan tetapi, kalau Anda melewati belahan yang telah gundul atau tidak terdapat pepohonan, Anda akan lebih gampang merasa gerah. Semua itu mungkin terjadi begitu saja tanpa Anda sadari. Proses apakah yang sebenarnya sedang terjadi? Mengapa hal tersebut sanggup tejadi? Tumbuhan di sekitar kita mungkin hanyalah suatu makhluk tanpa daya bagi sebagian orang. Akan tetapi, kalau Anda telah mengetahui peristiwa menakjubkan di dalamnya, Anda mungkin akan berubah pikiran mengenai betapa pentingnya pepohonan dan hutan bagi kehidupan insan di bumi.

Dari cahaya matahari yang menyinari bumi, dimulailah suatu proses transfer energi di alam. Melalui daun-daunnya, tumbuhan hijau menangkap cahaya tersebut sebagai materi bakar pembuatan makanan. Air dan gas CO₂ yang ditangkap, diolah menjadi sumber energi bagi kita dan konsumen lainnya di planet bumi ini. Produk itu sanggup berupa buah yang kita makan, daun-daunan, ataupun belahan lain dari tumbuhan, menyerupai umbi dan bunga. Satu hal yang tidak kalah pentingnya ialah tumbuhan menghasilkan oksigen dalam proses fotosintesis (Gambar 8).

Gambar 8. Cahaya matahari merupakan sumber energi terbesar yang dibutuhkan oleh organisme.

2.1.1. Perangkat Fotosintesis

Perangkat fotosintesis terdiri atas kloroplas, cahaya matahari dan klorofil. Bagaimanakah kiprah ketiga perangkat fotosintesis tersebut?

a. Kloroplas

Seluruh belahan dari tumbuhan, termasuk batang dan buah, memiliki kloroplas. Akan tetapi, daun merupakan tempat utama berlangsungnya fotosintesis pada tumbuhan. Warna pada daun disebabkan adanya klorofil, pigmen berwarna hijau yang terletak di dalam kloroplas. Klorofil dapat menyerap energi cahaya yang mempunyai kegunaan dalam sintesis molekul kuliner pada tumbuhan. Kloroplas banyak ditemukan pada mesofil. Setiap sel mesofil dapat mengandung 10 hingga 100 butir kloroplas.

Kloroplas sebagai tempat klorofil berada, merupakan organel utama dalam proses fotosintesis. Jika dilihat memakai mikroskop SEM (Scanning Electrone Microscope), sanggup diketahui bentuk kloroplas yang berlembar-lembar dan dibungkus oleh membran. Bagian di sebelah dalam membran dinamakan stroma, yang berisi enzim-enzim yang diharapkan untuk proses fotosintesis. Di belahan ini, terdapat lembaran-lembaran datar yang saling berhubungan, disebut tilakoid. Beberapa tilakoid bergabung membentuk suatu tumpukan yang disebut grana. Perhatikan gambar berikut.

Gambar 9. Proses fotosintesis terjadi di kloroplas.

Seperti halnya respirasi sel, reaksi dari fotosintesis ini merupakan reaksi reduksi dan oksidasi. Reaksi umum yang terjadi pada proses fotosintesis sebagai berikut.

Gambar 10. Reaksi umum proses fotosintesis

b. Cahaya Matahari

Sumber energi alami yang dipakai pada fotosintesis ialah cahaya matahari. Cahaya matahari mempunyai aneka macam spektrum warna. Setiap spektrum warna mempunyai panjang gelombang tertentu. Setiap spektrum warna mempunyai efek yang berbeda terhadap proses fotosintesis (perhatikan Gambar 10). 

Gambar 10. Setiap spektrum warna memiliki efek yang berbeda  terhadap proses fotosintesis

Sinar yang efektif dalam proses fotosintesis adalah merah, ungu, biru, dan oranye. Sinar hijau tidak efektif dalam fotosintesis. Daun yang terlihat hijau oleh mata lantaran spektrum warna tersebut dipantulkan oleh pigmen fotosintesis. Sinar infra merah berperan dalam fotosintesis dan berfungsi juga meningkatkan suhu lingkungan.

c. Klorofil

Proses fotosintesis terjadi pada pigmen fotosintesis. Tanpa pigmen tersebut, tumbuhan tidak bisa melaksanakan fotosintesis. Secara keseluruhan, fotosintesis terjadi pada kloroplas yang mengandung pigmen klorofil. Pada tubuh tumbuhan, fotosintesis sanggup terjadi pada batang, ranting, dan daun yang mengandung kloroplas. Klorofil merupakan pigmen fotosintesis yang paling utama. Klorofil dapat menyerap cahaya merah, oranye, biru, dan ungu dalam jumlah banyak. Adapun cahaya kuning dan hijau diserap dalam jumlah sedikit. Oleh lantaran itu, cahaya kuning dan hijau dipantulkan sehingga klorofil tampak berwarna hijau. Terdapat beberapa jenis klorofil, yakni klorofil a, b, c, dan d. Dari semua jenis klorofil tersebut, klorofil a merupakan pigmen yang paling utama dan hampir terdapat di semua tumbuhan yang melaksanakan fotosintesis.

Pada tumbuhan, terdapat dua pusat reaksi fotosintesis yang berbeda, yakni fotosistem I dan fotosistem II. Keduanya dibedakan berdasarkan kemampuannya dalam menyerap cahaya dengan panjang gelombang yang berbeda. Perbedaan kemampuan tersebut disebabkan oleh perbedaan kombinasi antara klorofil a dan klorofil b. Perbedaan kombinasi antara klorofil a dan klorofil b kuat terhadap panjang gelombang yang diterima oleh klorofil. Fotosistem I sanggup mendapatkan cahaya dengan panjang gelombang antara 680–700 nm, sedangkan fotosistem II sanggup menerima cahaya dengan panjang gelombang antara 340–680 nm.

2.1.2. Mekanisme Fotosintesis

Fotosintesis mencakup dua tahap reaksi, yakni tahap reaksi terang yang diikuti dengan tahap reaksi gelap. Reaksi terang membutuhkan cahaya matahari, sedangkan reaksi gelap tidak membutuhkan cahaya. Secara keseluruhan, fotosintesis berlangsung dalam kloroplas.

a. Reaksi Terang

Reaksi terang merupakan salah satu langkah dalam fotosintesis untuk mengubah energi matahari menjadi energi kimia. Reaksi terang ini berlangsung di dalam grana. Perlu diingat bahwa cahaya juga mempunyai energi yang disebut foton. Jenis pigmen klorofil berbeda-beda lantaran pigmen tersebut hanya sanggup menyerap panjang gelombang dengan besar energi foton yang berbeda.

Klorofil berfungsi menangkap foton dari cahaya matahari dan mengubahnya menjadi energi pencetus elektron. Pada proses ini, terjadi pemecahan molekul air oleh cahaya sehingga dilepaskan elektron, hidrogen dan oksigen. Proses ini dinamakan fotolisis.

(1) Reaksi Siklik

Pada fotosistem I (P700), terjadi perputaran elektron yang dihasilkan dan ditangkap oleh penerima sebagai hasil dari reaksi reduksi dan oksidasi. Elektron yang dieksitasikan oleh P700 akan dipindahkan ke setiap penerima hingga hasilnya kembali ke sistem P700. Beberapa penerima elektron yang terlibat dalam fotosistem ialah feredoksin (fd), plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), dan plastosianin (pc). Proses ini menghasilkan ATP sebagai hasil penambahan elektron pada ADP atau dikenal dengan nama fotofosforilasi. Perputaran elektron pada fotosistem I ini disebut sebagai fotofosforilasi siklik. Fotosistem I ini umumnya ditemukan pada bakteri dan mikroorganisme autotrof lainnya. Sistem fotosintesis dengan menggunakan fotofosforilasi siklik diduga sebagai awal berkembangnya proses fotosintesis yang lebih kompleks (Gambar 11).

Gambar 11. Reaksi siklik hanya memiliki fotosistem I.

(2) Reaksi Nonsiklik

Reaksi nonsiklik ini memerlukan embel-embel berupa fotosistem II (P680). Sumber elektron utama diperoleh dari fotolisis air yang akan digunakan oleh klorofil pada fotosistem II (P680). Reaksi ini menghasilkan dua elektron dari hasil fotolisis air. Elektron ini akan diterima oleh beberapa akseptor elektron, yakni plastoquinon (pq), sitokrom (cyt), dan plastosianin (pc). Akhirnya, pompa elektron menggerakan satu elektron H⁺ yang akan digunakan pada pembentukan ATP dari ADP atau fotofosforilasi. Pembentukan ATP ini dibantu dengan adanya perbedaan elektron pada membran tilakoid. Beberapa penerima elektron juga terlibat dalam fotosistem II, seperti ferodoksin (fd) untuk menghasilkan NADPH dari NADP. Dengan demikian, pada proses ini akan dihasilkan energi berupa satu ATP dan satu NADPH (Gambar 12).

Gambar 12. Reaksi nonsiklik diawali dari fotosistem II dan terjadi fosforilasi fotosintesis.

b. Reaksi Gelap (Fiksasi CO₂)

Reaksi gelap merupakan tahap bekerjsama dalam pembuatan bahan makanan pada fotosintesis. Energi yang telah dihasilkan selama reaksi terang akan dipakai sebagai materi baku utama pembentukan karbohidrat proses fiksasi CO₂ di stroma. Tumbuhan mengambil karbon dioksida melalui stomata. Anda tentu masih ingat fungsi utama stomata dalam pertukaran gas pada tumbuhan. Karbondioksida diikat oleh suatu molekul kimia di dalam stroma yang bernama ribulosa bifosfat (RuBP). Karbon dioksida akan berikatan dengan RuBP yang mengandung 6 gugus karbon dan menjadi materi utama dalam pembentukan glukosa yang dibantu oleh enzim rubisko. Reaksi ini pertama kali diamati oleh Melvin Calvin dan Andrew Benson sehingga reaksi ini disebut juga dengan siklus Calvin-Benson.

RuBP yang berikatan dengan karbon dioksida akan menjadi molekul yang tidak stabil sehingga akan membentuk fosfogliserat (PGA) yang mempunyai 3 gugus C. Energi yang berasal dari ATP dan NADPH akan dipakai oleh PGA menjadi fosfogliseraldehid (PGAL) yang mengandung 3 gugus C. Dua molekul PGAL ini akan menjadi materi utama pembentukan glukosa yang merupakan produk utama fotosisntesis, sedangkan sisanya akan kembali menjadi RuBP dengan dukungan ATP. Jadi, reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap, yakni fiksasi CO₂, reduksi, dan regenerasi. Perhatikan Gambar 13.

Gambar 13. Reaksi gelap terjadi dalam tiga tahap.

2.1.3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Fotosintesis

Dengan mengetahui beberapa faktor yang terlibat dalam proses fotosintesis ini, sanggup diketahui beberapa hal yang menjadi faktor pembatas fotosintesis, menyerupai faktor hereditas dan lingkungan.

a) Faktor Hereditas

Faktor hereditas merupakan faktor yang paling memilih terhadap aktivitas fotosintesis. Tumbuhan mempunyai kebutuhan yang berbeda terhadap kondisi lingkungan untuk menjalankan kehidupan normal. Tumbuhan yang berbeda jenis dan hidup pada kondisi lingkungan sama, mempunyai perbedaan faktor genetis atau hereditas. Ada beberapa jenis tumbuhan tidak mampu membentuk kloroplas albino. Hal tersebut disebabkan adanya faktor genetis yang tidak mempunyai potensi untuk membentuk kloroplas.

b) Faktor Lingkungan

Aktivitas fotosintesis sangat dipengaruhi oleh faktor lingkungan, seperti temperatur, intensitas cahaya matahari, kandungan air dan mineral, serta kandungan CO₂ dan O2.

(1) Pengaruh Temperatur terhadap Fotosintesis

Aktivitas fotosintesis merupakan reaksi yang memakai enzim, sedangkan kerja enzim dipengaruhi oleh temperatur. Aktivitas fotosintesis tidak berlangsung pada suhu di bawah 5 °C dan di atas 50 °C. Mengapa demikian? Temperatur optimum fotosintesis sekitar 28–30 °C. Tumbuhan yang hidup di kawasan tropis mempunyai enzim yang bekerja secara optimum karena tumbuh di lingkungan yang mempunyai kisaran suhu optimum.

(2) Intensitas Cahaya Matahari dan Lama Pencahayaan

Semakin tinggi intensitas cahaya matahari, semakin tinggi pula aktivitas fotosintesis. Hal ini terjadi kalau ditunjang oleh tersedianya CO₂  H₂O, dan temperatur yang sesuai. Kenaikan acara fotosintesis tidak akan terus berlanjut, tetapi akan berhenti hingga batas keadaan tertentu karena tumbuhan mempunyai batas toleransi. Lama pencahayaan sangat berpengaruh terhadap fotosintesis. Pada animo hujan, usang pencahayaan menjadi pendek sehingga acara fotosintesis akan berkurang.

(3) Kandungan Air dalam Tanah

Air merupakan materi dasar pembentukan karbohidrat (C₆H₁₂O₆). Air merupakan media tanam, penyimpan mineral dalam tanah, dan mengatur temperatur tumbuhan. Berkurangnya air dalam tanah akan menghambat pertumbuhan tumbuhan. Kurangnya air juga akan mengakibatkan kerusakan pada klorofil sehingga daun menjadi berwarna kuning.

(4) Kandungan Mineral dalam Tanah

Mineral berupa Mg, Fe, N, dan Mn merupakan unsur yang berperan dalam proses pembentukan klorofil. Tumbuhan yang hidup pada lahan yang kekurangan Mg, Fe, N, Mn, dan H₂O akan mengalami klorosis atau

penghambatan pembentukan klorofil yang mengakibatkan daun berwarna pucat. Rendahnya kandungan klorofil dalam daun akan menghambat terjadinya fotosintesis.

(5) Kandungan CO₂ di Udara

Kandungan CO₂ di udara, sekitar 0,03%. Peningkatan konsentrasi CO₂ hingga 0,10% meningkatkan laju fotosintesis beberapa tumbuhan hingga dua kali lebih cepat. Akan tetapi, laba ini terbatas lantaran stomata akan menutup dan fotosintesis terhenti kalau konsentrasi CO₂ melebihi 0,15%.

(6) Kandungan O₂

Rendahnya kandungan O₂ di udara dan dalam tanah akan menghambat respirasi dalam badan tumbuhan. Rendahnya respirasi akan menyebabkan rendahnya penyediaan energi. Hal ini menimbulkan acara metabolisme akan terlambat khususnya fotosintesis.

2.2. Kemosintesis

Selain melalui fotosintesis, reaksi pembentukan (anabolisme) molekul berenergi pada beberapa makhluk hidup sanggup juga terjadi melalui kemosintesis. Hal ini terutama dilakukan oleh basil kemoautotrof. Berbeda

dengan fotosintesis yang mendapatkan energi dari sinar matahari, kemosintesis mendapatkan energi dari reaksi molekul anorganik. Beberapa organisme kemosintesis mereaksikan CO₂ dengan H₂ berenergi tinggi untuk menghasilkan metana dan air melalui reaksi sebagai berikut.

CO₂ + 4H₂ → CH₄ + 2H₂O

Hasil reakasi ini berupa energi ikatan H₂ yang dilepaskan dan dapat digunakan sebagai sumber energi bagi sel. Reaksi yang menghasilkan energi lainnya, memakai belerang untuk melepaskan energi ikatan H₂. Hal ini

dilakukan oleh basil belerang yang terdapat di kawah-kawah gunung. Reaksi ini menghasilkan gas hidrogen sulfida (H₂S). Berikut ini rangkuman reaksi yang terjadi.

 H₂ + S → H₂S + energi

Pertumbuhan makhluk hidup kemoautotrof terjadi secara lambat, karena reaksi ini hanya menghasilkan sedikit energi. Tempat hidup bakteri kemoautotrof lebih banyak dilingkungan yang sulit ditempati makhluk lain, seperti di kawah-kawah gunung dan rekahan dasar laut.

Anda kini sudah mengetahui Metabolisme Karbohidrat. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

---

Referensi :

Fiktor Ferdinand P. dan Moekti Ariwibowo. 2009. Mudah Belajar Biologi 1 : untuk kelas 12 Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah Program Ilmu Pengetahuan Alam. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 194.

Pintar Pelajaran Ikatan Kimia, Ion, Kovalen, Logam, Sifat Senyawa, Kestabilan Unsur Dan Konfigurasi Elektron, Pola Soal, Pembahasan, Praktikum

Ikatan Kimia, Ion, Kovalen, Logam, Sifat Senyawa, Kestabilan Unsur dan Konfigurasi Elektron, Contoh Soal, Pembahasan, Praktikum - Unsur-unsur biasanya ditemukan di alam dalam keadaan tidak stabil dan unsur-unsur tersebut cenderung untuk membentuk senyawa yang lebih stabil. Pembentukan senyawa ini terjadi melalui ikatan kimia. Ikatan kimia yang terdapat dalam senyawa sanggup berupa ikatan ion atau ikatan kovalen. Garam dapur (NaCl) merupakan pola dari senyawa yang dibentuk secara ikatan ion. Apakah yang dimaksud dengan ikatan ion? Apakah perbedaan antara ikatan ion dan ikatan kovalen? Anda akan mengetahuinya sesudah mempelajari konsep ikatan kimia di dalam bab ini.

A. Kestabilan Unsur dan Konfigurasi Elektron

Selain gas mulia, hampir semua unsur yang ada di alam terdapat sebagai senyawa (gabungan dua unsur atau lebih yang terikat secara ikatan kimia). Semua ini memperlihatkan bahwa di alam unsur-unsur tidak stabil dalam keadaan unsur bebas. Ketidakstabilan unsur-unsur ini ada hubungannya dengan konfigurasi elektron yang dimilikinya. Pada 1916, G.N. Lewis dan Langmuir menyatakan bahwa unsur-unsur gas mulia sukar berikatan dengan unsur lain maupun dengan unsur sejenis lantaran elektron valensinya sudah penuh. Konfigurasi elektron valensi gas mulia sebanyak 8 elektron (oktet), kecuali helium 2 elektron (duplet), mirip ditunjukkan pada Tabel 1.

Tabel 1. Konfigurasi Elektron Unsur-Unsur Gas Mulia

Unsur	Nomor Atom	Konfigurasi Elektron
He	2	2
Ne	10	2 8
Ar	18	2 8 8
Kr	36	2 8 18 8
Xe	54	2 8 18 18 8
Rn	86	2 8 18 32 18 8

Dengan demikian, sanggup disimpulkan bahwa suatu atom yang memiliki konfigurasi elektron serupa dengan gas mulia akan stabil. Dengan kata lain, unsur-unsur yang mempunyai konfigurasi elektron tidak mirip dengan konfigurasi elektron gas mulia tidak stabil. Berdasarkan hal itu, Lewis menyatakan bahwa unsur-unsur selain gas mulia sanggup mencapai stabil dengan cara bersenyawa dengan unsur lain atau unsur yang sama biar konfigurasi elektron dari setiap atom itu menyerupai konfigurasi elektron gas mulia. Suatu atom sanggup mencapai konfigurasi elektron gas mulia dengan cara melepaskan elektron valensi, menangkap elektron, atau memakai bersama elektron valensi membentuk pasangan elektron.

Sekilas Kimia

G. N. Lewis

(1875–1946)

Lewis menjelaskan tentang ikatan kovalen didasarkan pada konfigurasi elektron gas mulia dengan delapan elektron valensi (oktet). Oleh lantaran itu, teori Lewis dikenal dengan teori oktet.

B. Ikatan Ion

Untuk mencapai keadaan stabil, atom-atom melaksanakan ikatan satu sama lain dengan cara serah-terima elektron valensi membentuk ikatan ion. Senyawa yang dibuat dinamakan senyawa ion. Ikatan ion terbentuk akibat adanya serah-terima elektron di antara atom-atom yang berikatan sehingga konfigurasi elektron dari atom-atom itu ibarat konfigurasi elektron gas mulia. Adanya serah-terima elektron menghasilkan atom-atom bermuatan listrik yang berlawanan sehingga terjadi gaya tarik-menarik elektrostatik. Gaya tarik-menarik inilah yang disebut ikatan ion. Atom-atom yang menyerahkan elektron valensinya kepada atom pasangannya yang bermuatan positif disebut kation. Adapun atom-atom yang mendapatkan elektron yang bermuatan negatif disebut anion.

Lewis menggambarkan elektron valensi atom dengan titik yang mengelilingi lambang atomnya. Jumlah titik menyatakan jumlah elektron valensi. Penulisan mirip itu dikenal dengan rumus titik elektron. Perhatikan proses pembentukan senyawa natrium klorida (NaCl) yang terbentuk dari atom natrium (Na) dan atom klorin (Cl) berikut.

Na + Cl → Na⁺ Cl ^–

Atom natrium melepaskan satu elektron membentuk kation Na⁺ , konfigurasi elektronnya sama dengan atom neon (2 8). Pada saat bersamaan, atom klorin mendapatkan elektron dari atom natrium membentuk anion Cl ^–, konfigurasinya sama dengan atom argon (2 8 8). Oleh karena kedua ion yang terbentuk mempunyai muatan berlawanan maka terjadi gaya tarik-menarik elektrostatik (gaya coulomb) membentuk ikatan ion (perhatikan Gambar 1).

Gambar 1. Ikatan Ion.

Pada pembentukan kation, jumlah elektron yang dilepaskan sesuai dengan nomor golongan dalam tabel periodik. Pada pembentukan anion, jumlah elektron yang diterima sama dengan delapan dikurangi nomor golongan. Perhatikanlah Tabel 2.

Tabel 2. Anion dan Kation Beberapa Unsur

IA	IIA	VIA	VIIA
Li+	Be2+	O2–	F–
Na+	Mg2+	S2–	Cl–
K+	Ca2+	–	Br–
Rb+	Sr2+	–	I–

Contoh Soal Pembentukan Ikatan Ion (1) :

Tuliskan pembentukan ikatan ion dari magnesium dan klorin dalam senyawa MgCl₂.

Pembahasan :

Pada pembentukan senyawa MgCl₂ , satu atom Mg mengikat dua atom Cl. Konfigurasi elektron ₁₂Mg : 2 8 2. Atom Mg akan stabil jikalau melepaskan dua elektron valensinya membentuk Mg²⁺ (2 8). Konfigurasi elektron ₁₇Cl : 2 8 7. Atom Cl akan stabil jikalau mendapatkan satu elektron valensi menjadi Cl ^– (2 8 8).

Dengan demikian, dua elektron yang dilepaskan Mg akan diterima oleh dua atom klor. Ketiga ion ini akan tarik menarik membentuk ikatan ion.

Contoh Soal Ebtanas 1999-2000 :

Diketahui unsur-unsur P, Q, R, S, T dengan nomor atom berturut-turut 12, 13, 14, 15 , dan 35. Ikatan ion sanggup terjadi antara atom-atom unsur ....

A. P dan Q
B. Q dan R
C. R dan S
D. P dan T
E. S dan T

Pembahasan :

Konfigurasi elektron:

• ₁₂P : 2 8 2 (atom logam)
• ₁₃Q : 2 8 3 (atom logam)
• ₁₄R : 2 8 4 (atom semi logam)
• ₃₅T : 2 8 18 7 (atom nonlogam)

Ikatan ion terjadi antara atom logam dan nonlogam.

Jadi, jawabannya yaitu (D).

Praktikum Kimia Pembuatan Garam Natrium Klorida (1) :

Tujuan :

Membuktikan ikatan ion melalui pembuatan garam dari ion natrium dan klorin.

Alat :

1. Labu erlenmeyer   
2. Pembakar bunsen  
3. Gelas kimia
4. Cawan penguap
5. Kaki tiga
6. Kasa
7. Spatula

Bahan :

1. HCl 10 mL
2. NaOH 10 mL
3. Larutan indikator
4. Air

Langkah Kerja :

1. Tuangkan 10 mL HCl encer ke dalam labu erlenmeyer.
2. Campurkan dengan 10 mL larutan NaOH.
3. Amati warna yang terjadi.
4. Jika warnanya masih merah, tambahkan beberapa tetes natrium hidroksida hingga netral. Amati warna yang dihasilkan.
5. Aduk labu setiap menambahkan NaOH.
6. Cek larutan yang dihasilkan dengan larutan indikator.
7. Tuangkan larutan garam netral tersebut pada gelas kimia. Kemudian, panaskan hingga terbentuk kristal garam.
8. Letakkan kristal garam tersebut pada cawan penguap.

Pertanyaan :

1. Apakah yang sanggup Anda amati ketika larutan menjadi netral?
2. Apakah nama garam yang Anda buat?
3. Dapatkah Anda menggambarkan pembentukan garam dengan menuliskan reaksinya?
4. Jelaskan jenis ikatan garam yang terjadi.

C. Ikatan Kovalen

Unsur-unsur logam dan bukan logam cenderung membentuk senyawa ion untuk mencapai keadaan stabil melalui serah terima elektron sehingga tercapai konfigurasi elektron mirip gas mulia. Di alam, banyak senyawa yang terbentuk dari unsur-unsur bukan logam mirip gas oksigen (O₂), nitrogen (N₂), dan metana (CH₄). Bagaimanakah molekul-molekul tersebut dibentuk?

3.1. Ikatan Kovalen

Menurut Lewis, atom-atom bukan logam sanggup membentuk ikatan dengan atom-atom bukan logam melalui penggunaan bersama pasangan elektron valensinya. Apa yang dimaksud dengan penggunaan bersama pasangan elektron valensi? Mengapa ikatan antar-atom bukan logam tidak melalui serah-terima elektron?

Tabel 3. Beberapa Unsur Bukan Logam yang Dapat Membentuk Ikatan Kovalen

IA	IVA	VA	VIA	VIIA
H	C	N	O	F
		P	S	Cl
				Br
				I

Atom-atom bukan logam umumnya berada pada golongan VA–VIIA, artinya atom-atom tersebut mempunyai elektron valensi banyak (5–7). Jika elektron valensinya banyak, apakah yang akan dilakukan atom-atom golongan VA–VIIA untuk mencapai konfigurasi elektron mirip gas mulia? Untuk mencapai konfigurasi elektron mirip gas mulia, atom-atom cenderung mengadakan saham (saling menyumbang), setiap atom menyumbang elektron valensi untuk digunakan bersama. Ikatan yang terbentuk melalui penggunaan bersama pasangan elektron valensi dinamakan ikatan kovalen. Senyawa yang dibuat dinamakan senyawa kovalen. Untuk menyatakan elektron valensi dalam ikatan kovalen, Lewis menggunakan rumus titik elektron.

3.2. Ikatan Kovalen Tunggal

Ikatan kovalen tunggal yaitu ikatan yang terbentuk dari penggunaan bersama sepasang elektron (setiap atom memperlihatkan saham satu elektron untuk digunakan bersama).

Contoh :

Atom H sanggup berikatan kovalen dengan Cl membentuk HCl. Perhatikan konfigurasi elektron atom H dan Cl berikut.

₁H = 1 dan ₁₇Cl = 2 8 7

Agar elektron valensi atom H mirip dengan atom He (2) maka diperlukan satu elektron. Demikian pula atom Cl, biar mirip dengan konfigurasi elektron atom Ar (2 8 8), dibutuhkan satu elektron. Oleh lantaran kedua atom tersebut masing-masing memerlukan satu elektron maka cara yang paling mungkin yaitu setiap atom memberikan satu elektron valensi untuk membentuk sepasang elektron ikatan. Perhatikan Gambar 2.

Gambar 2. Pembentukan ikatan kovalen tunggal pada molekul HCl

Contoh Soal Pembentukan Ikatan Kovalen Tunggal (2) :

Tuliskan pembentukan ikatan kovalen tunggal antara atom C dan H dalam molekul CH₄.

Penyelesaian :

Konfigurasi elektron atom ₁H = 1.

Konfigurasi elektron atom ₆C = 2 4.

Atom C akan stabil jikalau mengikat empat elektron membentuk konfigurasi mirip dengan atom Ne (2 8). Empat elektron ini sanggup diperoleh dengan cara menyumbangkan empat atom H. Jadi, setiap atom H memperlihatkan saham 1 elektron valensinya.

Proses pembentukan ikatan antara atom C dan H sanggup dijelaskan sebagai berikut :

Pada CH₄, setiap atom H mempunyai 2 elektron valensi (seperti He) dan atom C memiliki 8 elektron valensi (seperti Ne). Dalam molekul CH₄ terdapat 4 pasang elektron ikatan atau 4 ikatan kovalen tunggal.

Sepasang elektron ikatan sanggup dinyatakan dengan satu garis. Misalnya, pada molekul HCl, sepasang elektron ikatan sanggup dituliskan dalam bentuk H–Cl. Pada molekul CH₄ , keempat pasang elektron ikatan dapat dituliskan dalam bentuk mirip ditunjukkan pada Gambar 3.

Gambar 3. Garis yang menyatakan pasangan elektron ikatan.

3.3. Ikatan Kovalen Rangkap

Dalam ikatan kovalen, selain ikatan kovalen tunggal juga terdapat ikatan kovalen rangkap dua dan ikatan kovalen rangkap tiga. Ikatan kovalen rangkap dua terbentuk dari dua elektron valensi yang disahamkan oleh setiap atom, contohnya pada molekul O₂. Ikatan kovalen rangkap tiga terbentuk dari tiga elektron valensi yang disahamkan oleh setiap atom, misalnya dalam molekul N₂.

Dapatkah Anda menggambarkan pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dan rangkap tiga pada molekul O₂ dan N₂ ? Konfigurasi elektron atom ₈O = 2 6. Atom O akan stabil jikalau konfigurasi elektronnya serupa dengan ₁₀Ne = 2 8. Agar stabil maka atom O memerlukan 2 elektron tambahan. Kedua elektron ini diperoleh dengan cara patungan 2 elektron valensi dari masing-masing atom O membentuk ikatan kovalen rangkap dua (perhatikan Gambar 4).

Gambar 4. Pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dalam molekul O₂.

Contoh Soal Ikatan Kovalen Rangkap (2) :

Gambarkan pembentukan ikatan kovalen rangkap dua dalam molekul CO₂ .

Penyelesaian :

Konfigurasi elektron atom ₆C = 2 4.

Untuk membentuk konfigurasi Ne (2 8), dibutuhkan 4 elektron tambahan. Ke-4 elektron ini diperoleh dari atom O. Setiap atom O menyumbang 2 elektron valensi sehingga membentuk dua buah ikatan kovalen rangkap dua.

Berdasarkan uraian dan pola soal tersebut, dapatkah Anda menyimpulkan hubungan jumlah ikatan rangkap dengan nomor golongan dalam sistem periodik?

Contoh ikatan kovalen rangkap :

Atom N yang terdapat dalam golongan VA membentuk ikatan kovalen rangkap tiga. Atom O dan S yang terdapat dalam golongan VIA membentuk ikatan kovalen rangkap dua. Atom halogen (F, Cl, Br, I) membentuk ikatan kovalen tunggal.

3.4. Ikatan Kovalen Polar

Dalam molekul diatom homointi, seperti H₂, Cl₂, N₂, O₂, dan sejenisnya, kedua inti atom saling menarik pasangan elektron dengan ikatan sama besar lantaran skala keelektronegatifan setiap atomnya sama. Untuk mengingat skala keelektronegatifan atom, simak kembali Bab Sistem Periodik Unsur-Unsur.

Apakah yang terjadi jikalau atom H dan atom Cl berikatan? Anda tahu bahwa atom Cl lebih elektronegatif daripada atom H. Kelektronegatifan Cl = 3,0 dan H =2,1. Oleh lantaran atom Cl mempunyai daya tarik terhadap pasangan elektron yang digunakan bersama lebih berpengaruh maka pasangan elektron tersebut akan lebih bersahabat ke arah atom klorin. Apa akibatnya terhadap atom H maupun atom Cl dalam molekul HCl jikalau pasangan elektron pada ikatan itu lebih tertarik kepada atom klorin?

Gejala tersebut menimbulkan terjadinya pengkutuban muatan. Oleh karena pasangan elektron ikatan lebih bersahabat ke arah atom Cl maka atom Cl akan kelebihan muatan negatif. Dengan kata lain, atom Cl membentuk kutub negatif. Akibat bergesernya pasangan elektron ikatan ke arah atom Cl maka atom H akan kekurangan muatan negatif sehingga atom H akan membentuk kutub positif.

Oleh lantaran molekul HCl bersifat netral maka besarnya muatan negatif pada atom Cl harus sama dengan muatan positif pada atom H. Selain itu, kutub positif dan kutub negatif dalam molekul kovalen bukan pemisahan muatan total mirip pada ikatan ion, melainkan secara parsial, dilambangkan dengan δ .

Jika dalam suatu ikatan kovalen terjadi pengkutuban muatan maka ikatan tersebut dinamakan ikatan kovalen polar. Molekul yang dibentuknya dinamakan molekul polar. Sebaran muatan elektron pada molekul polar terdapat di antara rentang ikatan kovalen murni seperti H₂ dan ikatan ion mirip NaCl, perhatikan Gambar 5.

Gambar 5. Rentang kepolaran ikatan berada di antara ikatan kovalen murni dan ikatan ion.

Dengan demikian, sanggup dikatakan bahwa dalam molekul-molekul kovalen polar terjadi pemisahan muatan secara parsial akhir perbedaan keelektronegatifan dari atom-atom yang membentuk molekul.

Bagaimana memilih bahwa suatu molekul tergolong kovalen nonpolar atau kovalen polar? Untuk menjawab duduk masalah ini diperlukan pengetahuan perihal keelektronegatifan unsur-unsur.

Kepolaran molekul berkaitan dengan kemampuan suatu atom dalam molekul untuk menarik pasangan elektron ikatan ke arahnya. Kemampuan tersebut dinyatakan dengan skala keelektronegatifan. Selisih nilai keelektronegatifan dua buah atom yang berikatan kovalen memberikan informasi perihal ukuran kepolaran dari ikatan yang dibentuknya. Jika selisih keelektronegatifan nol atau sangat kecil, ikatan yang terbentuk cenderung kovalen murni. Jika selisihnya besar, ikatan yang terbentuk polar. Jika selisihnya sangat besar, berpeluang membentuk ikatan ion. Selisih keelektronegatifan antara atom H dan H (dalam molekul H₂) ; atom H dan Cl (dalam HCl); dan atom Na dan Cl (dalam NaCl) berturut-turut yaitu 0; 0,9; dan 2,1.

Contoh Soal Menentukan Kepolaran Senyawa (3) :

Manakah di antara senyawa berikut yang mempunyai kepolaran tinggi?

a. CO
b. NO
c. HCl

Kunci Jawaban :

Keelektronegatifan setiap atom adalah

C = 2,5; O = 3,5; N = 3,0; Cl = 3,0; H = 2,1

Pada molekul CO, selisih keelektronegatifannya yaitu 3,5 – 2,5 = 1,0.

Pada molekul NO, selisih keelektronegatifannya yaitu 3,5 – 3,0 = 0,5.

Pada molekul HCl, selisih keelektronegatifannya yaitu 3,0 – 2,1 = 0,9.

Jadi, kepolaran molekul sanggup diurutkan sebagai berikut: CO > HCl > NO.

Praktikum Kimia Membuktikan Kepolaran Molekul (2) :

Tujuan :

Membuktikan kepolaran suatu molekul atau senyawa polar yang mempunyai muatan parsial.

Alat :

1. Buret
2. Batang fiber/sisir plastik
3. Kain wol

Bahan :

1. Metanol
2. Bensin
3. Air
4. Benzena

Langkah Kerja :

1. Alirkan setiap senyawa (metanol, bensin, air, dan benzena) melalui buret secara bergantian.
2. Pasang batang fiber atau sisir yang digosok-gosokkan pada kain wol terhadap jalannya aliran senyawa.
3. Amati apa yang terjadi.

Pertanyaan :

1. Senyawa manakah yang memperlihatkan senyawa polar?
2. Mengapa senyawa kovalen polar sanggup dibelokkan ke arah batang fiber atau sisir yang telah digosok-gosokkan pada kain?
3. Apa yang sanggup Anda simpulkan dari analisis percobaan tersebut?

3.5. Ikatan Kovalen Koordinasi

Dalam ikatan kovalen terjadi penggunaan bersama pasangan elektron valensi untuk mencapai konfigurasi elektron mirip gas mulia (oktet atau duplet). Jika pasangan elektron yang digunakan pada ikatan kovalen berasal hanya dari salah satu atom, mungkinkah ini terjadi?

Berdasarkan tanda-tanda kimia, ternyata ada senyawa kovalen yang memiliki sepasang elektron untuk digunakan bersama yang berasal dari salah satu atom. Ikatan mirip ini dinamakan ikatan kovalen koordinasi.

Tinjauan ion amonium, NH₄⁺. Ion ini dibuat dari amonia (NH₃) dan ion hidrogen melalui ikatan kovalen koordinasi, mirip yang ditunjukkan berikut ini.

Pada ion amonium, sepasang elektron yang digunakan bersama antara atom nitrogen dan ion H⁺ berasal dari atom nitrogen. Jadi, dalam ion amonium terdapat ikatan kovalen koordinasi.

Jika ikatan kovalen dinyatakan dengan garis maka ikatan kovalen koordinasi dinyatakan dengan anak panah. Arah anak panah yaitu dari atom yang menyediakan pasangan elektron menuju atom yang menggunakan pasangan elektron tersebut. Perhatikan reaksi berikut.

Contoh Soal Menentukan Ikatan Kovalen Koordinasi (4) :

Pada struktur senyawa SO₃, manakah yang merupakan ikatan kovalen koordinasi ?

Pembahasan :

Pada senyawa SO₃, atom S mengikat 3 atom O.

Konfigurasi elektron ₁₆S : 2 8 6

Konfigurasi elektron ₈O : 2 6

Untuk mencapai konfigurasi oktet, atom S kekurangan 2 elektron, demikian pula atom O. Salah satu atom O mengadakan saham 2 elektron dengan atom S membentuk ikatan rangkap dua. Oleh lantaran S dan O sudah mencapai oktet maka kedua atom O yang lain memakai pasangan elektron dari atom S untuk berikatan membentuk ikatan kovalen koordinasi. Dalam bentuk garis diungkapkan sebagai berikut.

D. Ikatan pada Logam

Logam dan bukan logam membentuk ikatan ion, bukan logam dan bukan logam membentuk ikatan kovalen. Ikatan apa yang terjadi jika atom logam dan atom logam berikatan? Atom logam dan atom logam membentuk kristal logam. Kristal logam yang Anda lihat sehari-hari, seperti logam besi, tembaga, dan aluminium mempunyai ikatan logam pada atom-atomnya.

Ikatan pada logam berbeda dengan ikatan kimia lainnya sebab elektron-elektron dalam kristal logam bergerak bebas. Berikut ini dipaparkan sifat-sifat fisik logam.

4.1. Teori Lautan Elektron

Terdapat beberapa teori yang mengambarkan ikatan pada logam, di antaranya yaitu teori lautan elektron dan teori pita. Khusus untuk teori pita tidak dibahas di sini lantaran memerlukan pengetahuan perihal ikatan kovalen dengan pendekatan teori Mekanika Kuantum.

Teori ikatan logam kali pertama dikembangkan oleh Drude (1902), kemudian diuraikan oleh Lorentz (1916) sehingga dikenal dengan teori elektron bebas atau teori lautan elektron dari Drude-Lorentz. Menurut teori ini, kristal logam tersusun atas kation-kation logam yang terpateri di tempat (tidak bergerak) dikelilingi oleh lautan elektron valensi yang bergerak bebas dalam kisi kristal (perhatikan Gambar 7). Ikatan logam terbentuk antara kation-kation logam dan elektron valensi.

Gambar 7. Kation-kation logam yang kaku dikelilingi lautan elektron valensi yang bergerak bebas.

Elektron-elektron valensi logam bergerak bebas dan mengisi ruang-ruang di antara kisi-kisi kation logam yang bermuatan positif. Oleh karena bergerak bebas, elektron-elektron valensi sanggup berpindah jika dipengaruhi oleh medan listrik atau panas.

Apakah Anda percaya dan yakin bahwa teori ini sanggup diterima kebenaranya? Tentu Anda tidak akan percaya begitu saja jikalau tidak ada bukti. Suatu teori sanggup diterima jikalau teori itu bisa menjelaskan gejala atau fakta secara sederhana.

4.2. Sifat Mengkilap Logam

Fakta memperlihatkan bahwa logam mengkilap. Bagaimana teori di atas menjelaskan fakta ini?

Menurut teori Drude-Lorentz, jikalau cahaya tampak (visible) jatuh pada permukaan logam, sebagian elektron valensi logam akan tereksitasi. Ketika elektron yang tereksitasi itu kembali ke keadaan dasar akan disertai pembebasan energi dalam bentuk cahaya atau kilap. Peristiwa ini menimbulkan sifat mengkilap pada permukaan logam. Apakah penjelasan ini sanggup diterima?

4.3. Konduktor Listrik dan Panas

Semua logam bersifat konduktor (penghantar) listrik dan panas yang baik. Bagaimana teori tersebut menjelaskan fakta ini? Daya hantar listrik pada logam disebabkan oleh adanya elektron valensi yang bergerak bebas dalam kristal logam. Jika listrik dialirkan melalui logam, elektron-elektron valensi logam akan membawa muatan listrik ke seluruh logam dan bergerak menuju potensial yang lebih rendahsehingga terjadi aliran listrik dalam logam.

Jika sejumlah kalor (panas) diserap oleh logam, elektron-elektron valensi logam akan bergerak lebih cepat dan elektron-elektron tersebut membawa sejumlah kalor yang diserap. Akibatnya, kalor sanggup didistribusikan oleh logam ke seluruh kristal logam sehingga logam menjadi panas.

4.4. Lentur (Tidak Kaku)

Logam mempunyai sifat elastis (mudah ditempa, dibengkokkan, tetapi tidak gampang patah). Bagaimana fakta ini sanggup dijelaskan? Kisi-kisi kation bersifat kaku (tetap di tempat), sedangkan elektron valensi logam bergerak bebas. Jika logam ditempa atau dibengkokkan terjadi pergeseran kation-kation, tetapi pergeseran ini tidak menyebabkan patah lantaran selalu dikelilingi oleh lautan elektron (perhatikan Gambar 8).

Gambar 8. Kristal logam pada pisau jikalau ditempa tidak akan gampang patah.

Sebagai pembanding, tinjaulah kristal ion, contohnya NaCl. Dalam kristal NaCl, kisi kation maupun elektron valensi tidak sanggup bergerak (berada pada posisinya).

Pada ketika kristal NaCl ditekan, terjadi pergeseran kisi. Kisi-kisi kationakan bersinggungan dengan kisi-kisi kation lainnya sehingga terjadi tolakmenolak (perhatikan Gambar 9). Tolakan antarkisi ini menimbulkan perpecahan antarkisi, yang akhirnya kristal akan pecah menjadi serbuk.

Gambar 9. Kristal ion jikalau ditempa akan pecah.

E. Perbandingan Sifat Senyawa Ion dan Kovalen

Oleh lantaran ikatan ion dan ikatan kovalen berbeda dalam proses pembentukannya maka senyawa yang dibentuknya juga mempunyai sifat-sifat fisika dan kimia yang berbeda. Berikut ini akan dibahas beberapa perbedaan sifat fisika senyawa ion dan senyawa kovalen, seperti kemudahan menguap (volatile), daya hantar listrik, dan kelarutan.

5.1. Kemudahan Menguap

Jika di dapur terdapat cuka (senyawa kovalen) dan garam dapur (senyawa ion), senyawa mana yang akan tercium baunya? Tentu yang tercium yaitu cuka. Mengapa garam dapur tidak tercium baunya?

Jika Anda mencicipi amis sesuatu, berarti ada gas atau uap dari suatu zat yang masuk ke hidung Anda. Uap tersebut tentu berasal dari zat yang ada di sekitar Anda. Jika suatu zat berwujud padat atau cair tercium baunya, berarti zat tersebut gampang menguap atau mempunyai titik didih relatif rendah pada tekanan normal. Pada masalah tersebut, cuka mudah menguap dibandingkan garam dapur. Titik didih cuka 119 °C dan garam dapur 1.517 °C. Kemudahan menguap dari suatu zat bekerjasama dengan gaya tarik antar molekul.

Praktikum Kimia Membandingkan Sifat Fisik (Kemudahan Menguap) Senyawa Ion dan Senyawa Kovalen (3) :

Tujuan :

Membandingkan akomodasi menguap garam dapur (senyawa ion) dan naftalena (senyawa kovalen) .

Alat :

1. Cawan penguap
2. Gelas kimia
3. Bunsen

Bahan :

1. NaCl (garam dapur)
2. Naftalena

Struktur molekul naftalena

Langkah Kerja :

1. Siapkan wadah berisi air, kemudian masukkan NaCl ke dalam wadah 1 dan naftalena ke dalam wadah 2.
2. Uapkan setiap senyawa NaCl dan naftalena pada wadah berisi air dengan waktu yang sama.
3. Amati apa yang terjadi.
4. Bandingkan zat mana yang lebih gampang menguap.
5. Pindahkan kristal yang terbentuk ke cawan penguap.

Pertanyaan :

1. Apa yang terjadi pada ketika beberapa usang mulai dilakukan pemanasan.
2. Senyawa manakah yang lebih gampang menguap? Mengapa?
3. Apa yang sanggup Anda simpulkan dari percobaan tersebut?

Gaya tarik antar molekul harus dibedakan dengan ikatan antar atom dalam molekul. Gaya tarik antar molekul yaitu antar agresi antar molekul yang berdampak pada wujud zat bersangkutan, sedangkan ikatan antar atom adalah antar agresi antara atom-atom yang membentuk molekul atau senyawa.

Gaya tarik antar molekul dalam senyawa kovalen relatif lemah dibandingkan senyawa ion. Akibatnya, senyawa kovalen pada umumnya mudah menguap dibandingkan senyawa ion, kecuali senyawa kovalen yang membentuk jaringan raksasa, mirip intan dan grafit.

Kemudahan menguap dari senyawa kovalen banyak dimanfaatkan sebagai parfum atau deodorant. Sejumlah kecil senyawa kovalen yang dicampurkan ke dalam produk komersial memperlihatkan amis yang harum. Gambar 10. memperlihatkan contoh-contoh produk komersial yang mengandung senyawa kovalen.

Gambar 10. Produk-produk komersial yang mengandung senyawa kovalen.

5.2. Daya Hantar Listrik

Logam sanggup menghantarkan arus listrik disebabkan oleh elektron-elektronnya bergerak bebas di seluruh kisi logam. Apakah senyawa ion dan senyawa kovalen sanggup menghantarkan arus listrik? Untuk dapat menjawab pertanyaan tersebut, Anda sanggup mempelajari kegiatan penyelidikan berikut.

Serbuk NaCl dimasukkan ke dalam cawan pijar dan dihubungkan dengan alat uji hantaran listrik. Berdasarkan penyelidikan, diperoleh data sebagai berikut.

1. Dalam wujud padat, senyawa ion tidak sanggup menghantarkan listrik, tetapi dalam wujud cair (meleleh) sanggup menghantarkan arus listrik.
2. Senyawa kovalen, baik dalam keadaan padat maupun cairan tidak dapat menghantarkan arus listrik. Mengapa terjadi tanda-tanda mirip itu?

Dalam bentuk padatan, senyawa ion membentuk kisi-kisi kristal yang kaku. Dalam hal ini, kation dan anion berantaraksi sangat berpengaruh satu dan lainnya sehingga tidak sanggup bergerak bebas. Oleh lantaran kation dan anion tidak sanggup bergerak melainkan hanya bergetar di tempat, jadinya tidak ada spesi yang sanggup menghantarkan arus listrik. Ketika senyawa ion dilelehkan, antaraksi antara kation dan anion melemah dan sanggup bergerak lebih leluasa. Akibatnya, jikalau arus listrik dilewatkan, ion-ion tersebut dapat menghantarkan arus listrik dari potensial tinggi ke potensial rendah.

Pada senyawa kovalen, baik bentuk padatan maupun cairannya bersifat netral. Artinya, tidak terjadi pemisahan atom-atom membentuk ion yang bermuatan listrik, melainkan tetap sebagai molekul kovalen. Oleh karena dalam senyawa kovalen tidak ada spesi yang bermuatan listrik maka arus listrik yang dikenakan pada senyawa kovalen tidak sanggup dialirkan.

5.3. Kelarutan

Bagaimana kelarutan senyawa kovalen dan senyawa ion di dalam pelarut tertentu? Untuk mengetahui kelarutan senyawa-senyawa itu, Anda sanggup mempelajari penyelidikan berikut. Setiap tiga macam zat terlarut, NaCl, naftalena, dan gula dimasukkan pada tiga macam pelarut, contohnya air, alkohol, dan benzena sehingga diperoleh 9 macam larutan.

Data hasil pengamatan

	NaCl	C10H8	Gula
Air	√		√
Alkohol			√
Benzena		√

Berdasarkan hasil penyelidikan diketahui bahwa:

1. senyawa NaCl (senyawa ion) larut dalam pelarut air, tetapi tidak larut dalam pelarut organik mirip alkohol dan benzena;
2. naftalena larut dalam benzena, tetapi tidak larut dalam air maupun alkohol;
3. gula pasir larut dalam air dan alkohol, tetapi tidak larut dalam pelarut benzena.

Apa yang sanggup Anda simpulkan perihal data tersebut? Bagaimana menjelaskan fakta tersebut? Pada umumnya, senyawa ion tidak larut dalam pelarut organik, tetapi larut dalam air walaupun ada juga yang kurang bahkan tidak larut dalam air. Beberapa senyawa ion yang larut dan tidak larut dalam air ditunjukkan pada Tabel 4.

Tabel 4. Aturan Empirik Kelarutan Senyawa Ionik dalam Air

Kation	Anion	Kelarutan dalam Air	Kecuali
Na+, K+, NH4 +	CH3COO–, NO3 –	Larut	Pb2+, Ag+
	F–, Cl–, Br–, I–		Hg+
	SO4 2–		Ca2+, Sr2+, Ba2+
	CO3 2–, PO4 3	Tidak larut	Na+, K+, NH4 +
	S2–, OH–		Na+, K+, Ca2+

Mengapa gula pasir (C₁₂H₂₂O₁₁) larut dalam air dan alkohol, tetapi tidak larut dalam benzena, sedangkan naftalena larut dalam benzena, tetapi tidak larut dalam air maupun alkohol? Gula pasir dan naftalena, keduanya senyawa kovalen. Bedanya, gula pasir merupakan senyawa kovalen polar, sedangkan naftalena kovalen murni (nonpolar). Selain itu, air dan alkohol juga polar, sedangkan benzena nonpolar.

Berdasarkan uraian tersebut, sanggup disimpulkan bahwa pada umumnya senyawa kovalen polar akan larut dalam pelarut polar, sedangkan senyawa kovalen nonpolar akan larut dalam pelarut yang juga nonpolar. Alkohol yang bersifat kovalen polar akan larut dalam air yang juga bersifat polar dan alkohol tidak akan larut dalam pelarut benzena. Perbedaan utama antara senyawa ion dan senyawa kovalen dapat dilihat pada Tabel 5.

Tabel 5 Sifat-Sifat Fisika Senyawa Ion dan Senyawa Kovalen

No.	Sifat-sifat Fisika	Senyawa Ion	Senyawa Kovalen
1	Titik didih dan titik leleh	Tinggi	Rendah
2	Konduktivitas listrik	Sebagai konduktor dalam bentuk lelehan atau larutan dalam air	Bukan konduktor dalam setiap keadaan
3	Kelarutan dalam air	Umumnya larut	Senyawa kovalen polar
4	Kelarutan dalam pelarut polar	Tidak larut	Umumnya larut dalam air dan pelarut polar
5	Kelarutan dalam pelarut nonpolar	Tidak larut	Senyawa kovalen nonpolar umumnya larut

Rangkuman :

1. Konfigurasi elektron yang stabil terdiri atas delapan elektron pada kulit terluar (oktet) sebagaimana yang dimiliki oleh atom-atom gas mulia, kecuali helium (dua elektron).
2. Menurut teori oktet, untuk mencapai keadaan stabil dari unsur-unsur sanggup terjadi melalui penerimaan atau pelepasan satu/lebih elektron atau melalui penggunaan bersama pasangan elektron untuk membentuk ikatan suatu senyawa.
3. Lambang Lewis digunakan untuk menjelaskan ikatan kimia antara atom-atom. Rumus yang disusun menggunakan lambang Lewis dinamakan rumus Lewis atau rumus titik-elektron. Lambang tersebut berguna dalam mengambarkan ikatan kimia.
4. Ikatan ion terbentuk akhir gaya elektrostatik antara ion-ion berlawanan muatan yang terjadi lantaran adanya serah terima elektron dari satu atom ke atom lain sebagai pasangannya.
5. Menurut Lewis, ikatan kovalen yang terjadi pada atom yaitu dengan cara membentuk pasangan elektron yang disumbangkan oleh kedua atom dan menjadi milik bersama atom-atom yang berikatan.
6. Pada umumnya, jumlah ikatan yang sanggup dibentuk oleh suatu atom sama dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan berdasarkan hukum Lewis atau sama dengan delapan dikurangi nomor golongan.
7. Ikatan kovalen rangkap melibatkan penggunaan bersama lebih dari sepasang elektron oleh dua atom yang berikatan. Terdapat ikatan kovalen rangkap dua dan ikatan kovalen rangkap tiga.
8. Pada ikatan kovalen koordinasi, pasangan elektron yang digunakan bersama berasal dari salah satu atom yang berikatan.
9. Ikatan pada logam diterangkan melalui teori lautan elektron atau teori elektron bebas. Menurut teori ini, dalam kristal logam, inti atom terpateri pada kisi-kisi atom, sedangkan elektron valensi bergerak bebas di seluruh kristal logam.
10. Teori lautan elektron sanggup mengambarkan sifat kilap logam, daya hantar listrik, panas, dan sanggup ditempa.

Anda kini sudah mengetahui Ikatan Kimia. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

---

Referensi :

Sunarya, Y. dan A. Setiabudi. 2009. Praktis dan Aktif Belajar Kimia 1 : Untuk Kelas X Sekolah Menengah Atas / Madrasah Aliyah. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 226.