Penghargaan Nobel Kimia (Bagian IV): Ikatan-ikatan Kimia

Kurang lengkap rasanya berbicara sejarah penghargaan Nobel di bidang Kimia tanpa menyinggung masalah teori ikatan kimia dan para penerima (dan juga yang tidak menerima) penghargaan Nobel pencetus teori-teori ini.

Gilbert N. Lewis

Joseph John Thomson menemukan elektron di tahun 1897. Penemuannya ini memaksa para kimiawan untuk memikir ulang teori ikatan kimia: bagaimana atom-atom mengikat diri satu sama lain untuk membentuk berbagai macam molekul. Teori inovatif yang pertama di abad ke-20 dicetuskan oleh pakar kimia fisik Gilbert N. Lewis di Berkeley. Lewis telah berguru kepada Ostwald dan Nernst. Di tahun 1902 dia mensketsa teori bagaimana atom-atom berbagi elektron, digambarkan sebagai dua kubus yang memiliki satu garis yang sama. Empat belas tahun kemudian dia menelurkan teori yang lengkap mengenai ikatan kovalen ini dengan notasi yang masih dipakai sampai sekarang. Sayangnya, Lewis tidak menindaklanjuti implikasi atas teorinya ini. Dia mengembangkannya hanya karena dia perlu penjelasan atas reaksi-reaksi kimia yang sedang diteliti. Dia juga merupakan salah satu kimiawan besar yang tidak pernah mendapat penghargaan Nobel.

Linus Pauling

Teori ikatan kovalen Lewis kemudian perlu direvisi karena kurang sejalan dengan perkembangan ilmu mekanika kuantum Heisenberg dan Schrödinger di tahun 1925-26. Teori Lewis sangat statis untuk menjelaskan dinamika fisika kuantum. Usaha-usaha untuk mengaplikasikan fisika kuantum ke teori kimia menarik perhatian banyak pakar. Walter Heitler dan Fritz London (keduanya juga tidak mendapat Nobel) mencoba pertama kali untuk menjelaskan ikatan kimia menggunakan spin elektron di tahun 1927. Baru di kemudian hari kimiawan Linus Pauling (red: lihat artikel profil Linus Pauling) dan John Clarke Slater (tidak mendapat Nobel) berhasil menemukan teori kimia kuantum yang pas dengan menggunakan karbon tetrahedron. Pakar kimia lain yang menggunakan teori yang sama untuk menjelaskan ikatan kimia adalah Robert Mulliken.

Robert Mulliken

Teori Pauling tentang ikatan valensi (valence bonding) menggambarkan "gelombang" yang Schrödinger deskripsikan dalam persamaannya menjadi "awan-awan" elektron. Robert Mulliken mempunyai teori yang berbeda. Teorinya berdasarkan struktur molekul, bukan elektron, oleh karena itu dinamakan teori ikatan orbital molekul (molecular orbital bonding). Sekarang teori Mullikenlah yang menjadi dominan di ilmu kimia. Untuk buah karya mereka ini, Pauling mendapat Nobel tahun 1954 dan Mulliken tahun 1966. Mereka berdua terkenal sebagai teoritikawan terkemuka untuk bidang ikatan kimia kuantum. Lain halnya dengan bidang ilmu lain seperti fisika misalnya, di kimia teori-teori yang berlawanan dapat hidup berdampingan tanpa yang satu dianggap salah atau bahkan dikucilkan. Di pidato Nobelnya, Mulliken berkata bahwa walaupun teori dia dan teori Pauling tidak sependapat, kedua teori ini tetap berlaku dan yang satu menjadi alternatif bagi yang lainnya.

Mulliken juga pernah berkata, "Para fisikawan itu lebih peduli dengan medan-medan gaya dan gelombang-gelombang ketimbang sifat-sifat individu molekul-molekul dan zat-zat." Kata-kata ini tidak akan mungkin keluar dari seorang fisikawan, apalagi yang mendalami teori kuantum. Dia juga menambahkan, "Para kimiawan sangat cinta dengan molekul-molekul dan akan mengenal mereka satu per satu." Coba, mana ada fisikawan yang akan berucap kalau dia cinta elektron?

Roald Hoffman memformulasikan teori ikatan orbital molekul untuk kimia organik bersama Robert Woodward di tahun 1960-an. Dia lantas berbagi penghargaan Nobel Kimia di tahun 1981 dengan kimiawan Jepang Kenichi Fukui yang mengembangkan teori yang bersangkutan (frontier orbital theory) secara independen.

Sampai saat itu kira-kira gambaran yang muncul mengenai ikatan kimia adalah sebagai berikut: elektron-elektron mengelompokkan diri mengelilingi nukleus atom di orbital energi tertentu. Atom hidrogen contohnya memiliki satu orbital, sedangkan unsur yang lebih kompleks seperti karbon memiliki beberapa orbital. Jika elektron-elektron ini memenuhi orbital energi tertentu, maka atom tersebut sangat stabil. Jika orbital elektron tertentu tidak diisi, maka atom tersebut akan melepas atau mengambil elektron-elektron untuk memenuhi orbital-orbitalnya. Dari sinilah dasar pengertian ikatan kimia diambil. Sejak tahun 1970, banyak buku teks kimia yang sudah memberikan pengenalan dasar kepada mahasiswa-mahasiswa tahun pertama mengenai ikatan kimia kuantum sebagai dasar studi mereka. Saat ini, banyak referensi kimia yang berjalin sangat erat dengan ilmu fisika (red: sedikit lebih lanjut mengenai hal ini lihat topik "Struktur Atom dan Ikatan" di kolom belajar online).

Kata Pencarian Artikel ini: