Ikatan pi dan ikatan sigma

1. 1
IKATAN PI (𝝅) DAN IKATAN SIGMA (𝝈)
Ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi dua, yaitu ikatan kovalen murni dan ikatan
kovalen koordinasi. Pada ikatan kovalen murni, pasangan elektron ikatan berasal dari kedua
atom yang berikatan, sedangkan pada ikatan kovalen koordinasi berasal dari salah satu atom
yang berikatan. Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan,
ikatan kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma (σ) dan ikatan phi (π). Ikatan
sigma (σ) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan
ikatan phi (π) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros
ikatan. Adanya perbedaan cara tumpang tindih orbital dalam pembentukan ikatan tersebut
menyebabkan perbedaan kekuatan ikatan. Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat
energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi.
A. Pengertian Ikatan Pi (𝝅) dan Ikatan Sigma (𝝈)
 Ikatan pi(𝝅)
Dalam kimia, ikatan pi (ikatan π) adalah ikatan kimia kovalen yang dua
cuping orbital atom yang berlektron tunggal bertumpang tindih dengan dua cuping
orbital atom lainnya yang juga berlektron tunggal. Hanya terdapat satu bidang simpul
dari orbital yang melewati dua inti atom.
Dua orbital-p yang membentuk ikatan-π.
Huruf Yunani π berasal dari nama orbital p karena simetri orbital ikatan pi
adalah sama dengan orbital p ketika dilihat dari sumbu ikatan. Orbital p biasanya
terlibat dalam ikatan sejenis ini. Orbital d juga dianggap terlibat dalam ikatan pi,
namun tidaklah seperlunya benar, walaupun konsep ikatan orbital d sesuai dengan
hipervalensi.
Ikatan pi biasanya lebih lemah dari ikatan sigma karena rapatan elektronnya
lebih jauh dari inti atom yang bermuatan positif, sehingga memerlukan lebih banyak

2. 2
energi. Dari sudut pandang mekanika kuantum, kelemahan ikatan ini dijelaskan oleh
ketumpangtindihan yang sangat sedikit di antara orbital p oleh karena orientasinya
yang paralel.
Walaupun ikatan pi lebih lemah dari ikatan sigma, ikatan pi seringkali
merupakan komponen dari ikatan rangkap bersamaan dengan ikatan sigma.
Kombinasi dari ikatan sigma dan pi lebih kuat dari ikatan pi dan sigma yang berdiri
sendiri. Kekuatan ikatan yang bertambah dari ikatan rangkap diindikasikan oleh
banyak pengamatan, namun yang paling menonjol adalah kontraksi panjang ikatan.
Sebagai contoh, dalam kimia organik, panjang ikat karbon-karbon pada etana adalah
154 pm, etilena 133 pm, dan asetilena 120.
Atas: Dua orbital-p yang paralel. Bawah: Ikatan pi terbentuk oleh
pertumpangtindihan. Warna merah muda dan kelabu mewakili model bola dan batang
dari fragmen molekul yang terdapat ikatan pi.
Pemutusan ikatan pi ketika ikatan tersebut berotasi dikarenakan oleh orientasi
paralel yang hilang.

3. 3
Dua orbital-s masih tumpang tindih ketika ikatan berotasi karena orientasinya
masih sepanjang sumbu. Lingkaran mewakili orbital s. Elips mewakili ikatan sigma.
Selain ikatan sigma, sebuah pasangan atom yang dihubungkan dengan ikatan
rangkap dua memiliki satu ikatan pi dan ikatan rangkap tiga memiliki dua ikatan pi.
Ikatan pi dihasilkan dari tumpang tindih orbital-orbital. Ikatan pi memiliki sifat yang
lebih baur dari ikatan sigma. Elektron-elektron pada ikatan pi kadang kala dirujuk
sebagai elektron pi. Fragmen molekul yang dihubungkan dengan ikatan pi tidak dapat
diputar tanpa memutuskan ikatan pi tersebut, karena perputaran akan merusak
orientasi paralel dari orbital-orbital p yang membentuk ikatan pi.
 Ikatan sigma
Ikatan sigma (σ) yaitu ikatan kovalen yang terbentuk akibat tumpang tindih
orbital-orbital ujung ke ujung, dengan kerapatan elektron yang terkonsentrasi diantara
inti atom yang berikatan. Dalam kimia, ikatan sigma (ikatan σ) adalah sejenis ikatan
kimia kovalen yang paling kuat. Ikatan sigma dapat dijelaskan dengan jelas untuk
molekul diatomik menggunakan konsep grup simetri. Dalam pendekatan formal ini,
ikatan σ adalah simetris terhadap rotasi di sumbu ikat. Dengan definisi ini, bentuk
ikatan sigma yang umum adalah s+s, pz+pz, s+pz, dan dz
2+dz
2 (z ditentukan sebagai
sumbu ikat). Teori kuantum juga mengatakan bahwa orbital molekul yang bersimetri
sama akan bercampur. Konsekuensi dari percampuran molekul diatomik ini adalah
fungsi gelombang orbital molekul s+s dan pz+pz menyatu. Ruang lingkup
percampuran ini tergantung pada energi relatif dari orbital molekul yang bersimetri.

4. 4
Untuk molekul homodiatomik. orbital σ yang berikatan tidak memiliki bidang
simpul di antara atom-atom yang berikatan. Antiikat atau orbital σ* ditentukan dengan
keberadaan sebuah bidang simpul antara dua atom yang berikatan ini.
Oleh karena ikatan sigma adalah jenis ikatan kovalen yang paling kuat,
elektron-elektron dalam ikatan ini kadang-kadang dirujuk sebagai elektron sigma.
Simbol σ adalah huruf Yunani untuk s. Ketika ikatan ini dilihat dari atas,
orbital molekul σ mirip dengan orbital molekul atom s.
 Ikatan sigma dalam senyawa poliatomik
Ikatan sigma ini didapatkan dari orbital-orbital atom yang tumpang tindih.
Konsep ikatan sigma diperluas untuk menjelaskan interaksi ikatan yang melibatkan
ketumpangtindihan cuping tunggal sebuah orbital dengan cuping tunggal lainnya.
Sebagai contoh, propana dideskripsikan mengandung 10 ikatan sigma, masing-masing
untuk dua ikatan C-C dan delapan ikatan C-H. Ikatan σ pada molekul poliatomik ini
sangat ter-delokalisasi dan berlawanan dengan konsep dua orbital satu ikatan.
Terlepas dari masalah ini, konsep ikatan σ sangatlah berguna, sehingga digunakan
secara luas.
 Ikatan sigma dalam senyawa yang berikatan rangkap banyak
Senyawa-senyawa yang memiliki ikatan rangkap, seperti etilena dan
kromium(II) asetat memiliki ikatan sigma di antara ikatan rangkap tersebut. Ikatan
sigma ini ditambahi dengan ikatan π seperti pada etilena dan bahkan dengan ikatan
delta seperti pada kasus kromium(II) asetat untuk membentuk ikatan rangkap.

5. 5
Tumpang tindih antara dua orbital –s tidak kuat karena distribusi muatan yang
berbentuk bola; pada umumnya ikatan s-s relative lemah. Orbital –p dapat
bertumpang tindih dengan orbital –s atau orbital –p lainnya dengan lebih efektif,
karena orbita-orbital –p lebih terkonsentrasi pada arah tertentu.
Tumpang tindih antar orbital-orbital dapat menghasilkan ikatan sigma dan
ikatan phi. ikatan sigma dapat terbentuk dari tumpang tindih orbital s-s, p-p, dan s-p.
Elektron ikatan dalam ikatan sigma terletak di sekitar garis (khayal) yang
menghubungkan inti kedua atom. Ikatan phi dihasilkan karena tumpang tindih dua
orbital –p yang berdekatan dan sejajar. Kekuatan ikatan sigma lebih besar daripada
ikatan phi.
orbital s-s membentuk ikatan sigma
Orbital atom dan molekul elektron, memperlihatkan ikatan sigma dari dua
orbital s dan sebuah ikatan sigma dari dua orbital p

6. 6
orbital p-p sejajar membentuk ikatan phi
orbital s-p membentuk ikatan sigma
orbital p-p membentuk ikatan sigma
B. Teori Hibridisasi
Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital atom yang memiliki energi
hampir sama untuk menghasilkan satu kumpulan orbital yang sama sekali baru dari
energi yang setara (orbital hibrid). Orbital atom yang energi sama hampir dimiliki
atom atau ion yang sama dapat mengambil bagian dalam hibridisasi. Jumlah orbital
hibrida yang terbentuk selalu sama dengan jumlah orbital atom yang mengambil
bagian dalam hibridisasi. Orbital hibrid saling tolak dan cenderung terjauh terpisah.
Orbital hibrida bentuk hanya ikatan sigma (σ) dan ikatan pi (π) yang dibentuk oleh
orbital unhibridisasi.
Teori hibridisasi muncul karena teori ikatan kimia yang telah ada tidak mampu
menjelaskan fakta yang menunjukkan bahwa keempat ikatan C – H pada metana
(CH4) mempunyai sifat fisik dan kimia yang sama, padahal empat elektron valensi
dari atom karbon memiliki tingkat energi yang berbeda. Dalam metana (CH4) yang
merupakan senyawa hidrokarbon paling sederhana, keempat elektron dari empat atom
H tidak begitu saja berikatan dengan empat elektron valensi karbon, tetapi sebelum itu
ada suatu proses hibridisasi. Dalam proses hibridisasi, orbital 2s dan 2p dari karbon
membentuk empat orbital hibrid sp3 yang memiliki tingkat energi yang sama, dimana
sudut antara masingmasing orbital adalah 109,50. Hibridisasi juga terjadi pada atom
karbon yang membentuk ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Pada ikatan

7. 7
rangkap dua, atom karbon memiliki hibridisasi sp2 dimana satu orbital 2s dan dua
orbital 2p membentuk tiga orbital hibrid sp2, sementara satu orbital 2p yang sisa tidak
mengalami hibridisasi. Hal yang sama juga terjadi pada senyawa karbon dengan
ikatan rangkap tiga. Satu orbital 2p akan bergabung dengan orbital 2s membentuk
orbital hibrid sp, dan dua orbital p yang sisa tidak mengalami hibridisasi. Orbital 2p
yang tidak mengalami hibridisasi akan membentuk ikatan phi (π), sementara orbital
yang berhibridisasi membentuk ikatan sigma (σ). Sesuai dengan teori VSEPR
(Valence Shell Electrone Pair Repulsion), atom karbon yang memiliki hibridisasi sp3
akan mempunyai bentuk tetrahedral, sementara karbon sp2 berbentuk segitiga datar,
dan karbon sp berbentuk linier.
Gambar. Mekanisme hibridisasi elektron atom karbon

8. 8
C. Hibridisasi Pada Senyawa Karbon
Hibridisasi merupakan suatu perilaku atom untuk membentuk orbital-orbital
hibrida yang memiliki tingkat energi yang sama yang berasal dari tingkat energi yang
berbeda untuk digunakan berikatan. Pada senyawa karbon dikenal tiga jenis hibridisasi,
pertama hibridisasi sp3, sp2, dan sp.
1. Hibridisasi sp3 (pada ikatan tunggal)
Hibridisasi sp3 terjadi pada ikatan tunggal senyawa karbon, dinamakan hibridisasi
sp3 karena atom C mengikat empat atom dan membentuk ikatan sigma, contohnya pada
etana,
c
2s
2p
2s
2ppromosi
elektron
hibridisasi orbital hibrida sp3
Pada etana, elektron 2s berhibridisasi dengan tiga elektron 2p membentuk orbital
sp3 yang memiliki tingkat energi yang sama. Masing-masing orbital sp3 dari etana saling
tumpang tindih membentuk ikatan sigma. Sehingga hibridisasi sp3 hanya terdiri dari satu
ikatan sigma. Menurut teori mtakhir, keempat ikatan ekuivalen timbul dari hibridisasi
lengkap keempat orbital atomnya(satu orbital 2s dan tiga orbital 2p), untuk memberikan
empat orbital sp3 yang ekuivalen. Agar ini dapat terjadi, satu dari elektron 2s harus
ditingkatkan ke orbital 2p yang kosong. Keempat orbital sp3 mempunyai energi sama-
agak lebih tinggi daripada energi orbital 2s, tetapi agak kebih rendah daripada yang
orbital 2p. Masing-masing orbital sp3 mengandung satu elektron untuk ikatan.
E
2p 2p 2p 2p 2p2p
2s
2s
empat sp
3
Orbital yang digunakan
untuk ikatan
e
-
ditingkatkan
Orbital atomC
(orbital non-ikatan 1s
yang terisi tak ditunjukkan):
Diagram di atas disebut diagram orbital. Setiap kotak dalam diagram menyatakan
orbital. Energi relatif dari berbagai orbital ditandai oleh kedudukan vertikal dari kotak
dalam diagram. Elektron dinyatakan oleh panah, dan arah dari spin elektron dinyatakan
oleh arah dari panah.
c
H
H
H
c
H
H
H
sigma bond
Sp3
orbital
Gambar 1.
Pembentukan
ikatantunggal

9. 9
Orbital sp3 , yang dihasilkan dari pencampuran orbital 2s dan 2p, berbentuk seperti
bola bowling, yaitu ada cuping besar dan cuping kecil (dari amplitudo yang berlawanan)
dengan simpul pada inti. Empat orbital hibrida sp3 mengelilingi inti karbon. Karena
tolakan antara elektron dalam berbagai orbital, orbital sp3 ini terletak sejauh mungkin
yang satu dari yang lain sambil meluas keluar dari inti karbon yang sama-artinya,
keempat orbital menghadap pada ujung suatu tetrahedron biasa. Geometri ini memberikan
sudut ikatan teridealisasi sebesar 109,5°. Suatu atom karbon sp3 sering disebut sebagai
atom karbon tetrahedral, karena geometri dari ikatannya.
Dalam metana, masing-masing orbital sp3 dari karbon bertumpang tindih dengan
orbital 1s dari hidrogen. Masing-masing orbital molekul sebagai resultan sp3- s adalah
simetrik sekeliling sumbu yang lewat inti karbon dan hidrogen. Ikatan kovalen a ntara C
dan H dalam metana, seperti ikatan kovalen H-H, adalah ikatan sigma.
2. Hibridisasi sp2 (pada ikatan rangkap 2)
Untuk membentuk orbital ikatan sp2, karbon menghibridisasi orbital 2s-nya hanya
dengan dua orbital 2p-nya. Satu orbital p pada atom karbon tetap tak terhibridisasi.
Karena tiga orbital atom digunakan untuk membentuk orbital sp2, maka dihasilkan tiga
orbital hibrida sp2. Masing-masing orbital sp2 mempunyai bentuk yang sama seperti
orbital sp3 dan mengandung satu elektron yang dapat digunakan untuk ikatan.
E
2p 2p 2p 2p 2p 2p2p
2s
tiga sp
2
2s
Hibridisasi sp2 terjadi pada ikatan rangkap dua senyawa hidrokarbon, dimana
dalam ikatannya terdapat satu ikatan sigma dan satu ikatan phi. Pada hibridisasi ini atom
karbon hanya mampu mengikat tiga atom lain dan membentuk orbital sp2.
c
2s
2p
2s
2ppromosi
elektron
hibridisasi orbital hibrida sp2
c
H
H
sigma bond
phi bond
sp2
sp2
sp2
orbital
c
H
H
gambar 2.
pembentukan
ikatan

10. 10
Orbital sp2 pada etena saling tumpang tindih membentuk ikatan sigma, sedangkan
orbital p yang tidak berhibridisasi membentuk ikatan phi. Kedua ikatan ini membentuk
ikatan rangkap dua pada senyawa hidrokarbon.
Dalam etilena (CH2 = CH2), dua karbon sp2 dapat digabung oleh ikatan sigma
yang terbentuk karena tumpang tindih satu orbital sp2 dari masing-masing atom karbon.
(ikatan sigma ini adalah salah satu ikata dari ikatan rangkap dua). Setiap atom karbon
masih mempunyai dua orbital sp2 tersisa untuk ikatan dengan hidrogen. (setiap atom
karbon juga mempunyai orbital p, yang tak ditunjukkan dalam struktur berikut ini).
Struktur ikatan sigma planar dari etilena (orbital p tak ditunjukkan) :
C
H
H
121
o


C
H
H
Setiap orbital p mengandung satu elektron. Bila elektron p ini menjadi
berpasangan dalam orbital molekul ikatan, maka energi sistem akan turun. Karena orbital
p berdampingan dalam molekul etilena, ujung orbital tak dapat saling tumpang tindih ,
seperti halnya dalam pembentukan ikatan sigma. Kedua orbital p ini kemudiapn tumpang
tindih lewat sisinya. Hasil dari tumpang tindih sisi terhadap sisi ini ialah ikatan pi (𝜋)-
suatu orbital molekul ikatan yang menggabungkan dua karbon dan terlokasi di atas dan di
bawah bidang dari ikatan sigma. Ikatan pi adalah ikatan kedua dari ikatan rangkap dua.
3. Hibridisasi sp (pada ikatan rangkap 3)
Hibridisasi sp terjadi pada senyawa karbon rangkap tiga, dimana dalam ikatannya
terdapat satu ikatan sigma dan dua ikatan phi. Pada hibridisasi ini orbital 2s hanya bisa
berhibridisasi dengan satu orbital 2p karena pada ikatan rangkap tiga atom C hanya
mengikat ua atom lain. Dalam ikatan ini, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan
sigma sp-sp dan orbital p yang tidak berhibridisasi membentuk ikatan phi.
c
2s
2p
2s
2ppromosi
elektron
hibridisasi orbitalhibridasp
phi bond
sp2
ccH
sigma bond
Hsp sp
sp orbital
phi bond
Gambar 3. Pembentukan
ikatan rangkap 3

11. 11
Kedua orbital sp terletak sejauh mungkin, dalam garis lurus dengan sudut 180°
dianatara. Orbital p saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap garis orbital sp. Dalam
CH≡CH, kedua atom karbon dihubungkan oleh ikatan sigma sp-sp. Masing-masing
karbon juga terikat terhadap atom hidrogen oleh ikatan sigma sp-s. Kedua orbital p
dari satu karbon kemudian bertumpang tindih dengan kedua orbital p dari karbon lain
untuk membentuk dua ikatan pi, satu ikatan pi ada di atas dan di bawah ikatan sigma
seperti yang ditunjukkan pada gambar 3.
Seperti dapat diramalkan, reaksi kimia suatu senyawa yang mengandung
ikatan ganda tiga tak terlalu berbeda dari senyawa yang mengandung ikatan rangkap.
Sebagai ganti satu ikatan pi, di sini ada dua.
H C C H CH3 C C H H C N
satu ikatan , dua ikatan pi
D. Beberapa Hal Menarik dari Ikatan Pi
Setiap orbital p yang mengkontribusi pada ikatan pi mempunyai dua cuping dan
mempunyai simpul pada inti. Tidak seperti orbital sigma, orbital pi tak simetrik
silindrik. Namun demikian, seperti setiap orbital molekul lain, orbital pi dapat
memegang maksimum dua pasang elektron.
Suatu orbital 2p dari karbon mempunyai energi agak lebih tinggi dari orbital sp2.
Dengan alasan ini, suatu ikatan pi yang terbentuk dari dua orbital 2p, mempunyai
energi agak lebih tinggi dan agak kurang stabil daripada ikatan sigma sp2-sp2. Energi
disosiasi ikatan dari ikatan sigma suatu ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam
etilena diperkirakan sebesar 95 kkal/mol, sedangkan ikatan pi diperkirakan hanya 68
kkal/mol.
Elektron pi yang lebih tersingkap keluar lebih mudah dipengaruhi efek luar
daripada elektron dalam ikatan sigma. Ikatan pi terpolarisasi lebih mudah - dapat
dikatan bahwa elektron pi lebih mobil. Elektron pi lebih mudah ditingkatkan ke
orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital anti ikatan). Juga mereka lebih mudah

12. 12
diserang oleh atom atau molekul luar. Apa arti sifat mudah diserang ini dari segi
kimia senyawa berikatan pai? Dalam suatu molekul, ikatan pi merupakan kedudukan
kereaktifan kimia.
Sifat lain dari ikatan pi adalah bahwa geometrinya menyebabkan molekul
mempunyai bentuk yang kaku. Untuk atom karbon agar dapat berotasi sekeliling
ikatannya, ikatan pi harus dipecah dahulu. Dalam reaksi kimia, molekul dapat
mempunyai cukup energi ( kira-kira 68 kkal/mol) untuk memecahkan ikatan ini.
Namun dalam labu pada suhu kamar, molekul tidak mempunyai cukup energi agar
pemecahan ikatan ini dapat terjadi (kira-kira hanya ada 20 kkal/mol energi maksimum
yang tersedia bagi molekul pada suhu kamar).
Dalam rumus struktur, ikatan rangkap dinyatakan oleh dua garis identik.
Perhatikan bahwa ikatan rangkap bukan dua ikatan identik yang sederhana tetapi bahwa
garis rangkap menggambarkan satu ikatan sigma yanag kuat dan satu ikatan pi yang
lemah.
C
H
H
C
H
H


C
H
H


O
Bagian dari molekul yang mengelilingi ikatan pi dipertahankan dalam struktur
planar kecuali bila ada cukup energi yang diberikan untuk memecah ikatan pi.

13. 13
KESIMPULAN
Berdasarkan cara tumpang tindih orbital masing-masing atom yang berikatan, ikatan
kovalen dibedakan menjadi dua yaitu, ikatan sigma (σ) dan ikatan phi (π). Ikatan sigma (σ)
terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom sepanjang poros ikatan, sedangkan ikatan phi
(π) terjadi akibat tumpang tindih orbital atom-atom yang tidak berada dalam poros ikatan.
Ikatan sigma lebih kuat atau memiliki tingkat energi lebih rendah dibandingkan ikatan phi.
Hibridisasi adalah proses pencampuran orbital atom yang memiliki energi hampir
sama untuk menghasilkan satu kumpulan orbital yang sama sekali baru dari energi yang
setara (orbital hibrid). Orbital hibrid saling tolak dan cenderung terjauh terpisah. Orbital
hibrida bentuk hanya ikatan sigma (σ) dan ikatan pi (π) yang dibentuk oleh orbital
unhibridisasi. Pada senyawa karbon dikenal tiga jenis hibridisasi, pertama hibridisasi sp3,
sp2, dan sp.
Beberapa hal menarik dari ikatan pi yaitu: energi disosiasi ikatan dari ikatan sigma suatu
ikatan rangkap dua karbon-karbon dalam etilena diperkirakan sebesar 95 kkal/mol,
sedangkan ikatan pi diperkirakan hanya 68 kkal/mol, elektron pi lebih mudah ditingkatkan ke
orbital yang berenergi lebih tinggi (orbital anti ikatan) dan sifat lain dari ikatan pi adalah
bahwa geometrinya menyebabkan molekul mempunyai bentuk yang kaku.