BAB 10 BENTUK MOLEKUL 10.1 PENGGAMBARAN MOLEKUL DAN ION DENGAN STRUKTUR LEWIS Dalam penggambaran molekul/ion dengan struktur Lewis kita harus mengetahui rumus senyawa dan posisi relatif masing-masing atom. Jumlah total elektron valensi dari seluruh atom didistribusikan keseluruh atom yang berikatan dan sisanya menjadi pasangan elektron sunyi (tak berikatan).
1. Menggunakan Kaidah Oktet untuk Menggambarkan Struktur Lewis Kaidah oktet merupakan kecendrungan unsur-unsur untuk memenehi jumlah elektron terluarnya dengan 8 buah elektron (2 untuk hidrogen). Dengan kata lain suatu unsur harus berikatan dengan unsur lain untuk berbagi elektron valensi terluarnya agar dapat menyerupai gas mulia.
A. Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Tunggal Ikatan tunggal adalah ikatan yang terbentuk antara atom yang masingmasing menyumbangkan 1 elektron untuk berikatan, sehingga memenuhi kaidah oktet. Contoh : Struktur Lewis untuk Nitrogen Trifluorida (NF3) Penjelasan : 1. Tempatkan atom relatif terhadap atom lain, atom dengan nomor golongan lebih rendah berada ditengah, jika sama maka atom dengan periode lebih tinggi karena atom yang kurang elektronegatif diposisikan pada pusat/tengah . Dalam hal ini atom N memiliki nilai keelektronegatifan yg lebih kecil dibandingkan lainnya ( keelektronegatifan N=3, F=4), sehingga kerangka struktur untuk NF3 adalah:
Atom yang memiliki jumlah yang sedikit, dan keelektronegatifan yang kecil dapat dipastikan itu sebagai atom pusatnya, dan atom halogen berada disekitarnya. 2 . Tentukan jumlah elektron valensi. N adalah grup 5 dan F adalah grup 7. Jadi kita memiliki: [1 x N (5e-)] + [3 x F(7e-)] = 26 valensi e3 Buat garis ikatan tunggal dari atom pusat ke seluruh atom sekelilingnya, jadi jumlah elektron untuk setiap ikatan berjumlah 2. Tiga iktantunggalmenggunakan 6e-, jadi 26edikurangi 6e- yang bersisa 20e-
4. Distribusikan elektron tersisa sedemikian rupa, sehingga semua atom memiliki elektron valensi delapan (oktet)
B. Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Rangkap Ikatan ganda adalah ikatan yang terbentuk antara atom yang masingmasing menyumbangkan 2 elektron untuk berikatan, sehingga memenuhi kaidah oktet. Langkah langkah pembuatannya sama seperti ikatan tunggal, tetapi perlu tambahan untuk menemukan atom yang dapat membentuk ikatan rangkap. Contoh : C2H4
2. Resonansi : Delokalisasi Pasangan Ikatan Elektron Seringkali terjadi satu ikatan rangkap bersebelahan dengan ikatan tunggal dan membentuk 2 struktur Lewis yang identik. Misalnya senyawa ozon (O3). Struktur I dan II identik . Contoh : Resonansi ion nitrat (NO3-) Penyelesaian : Karena nitrogen memiliki lima elektron valensi, dan oksigen masing-masing memiliki enam elektron valensi dan terdapat muatan total negatif -1, maka jumlah totalelektron valensi ada [5e+ (3 x 6e-) + 1] = 24e-. Ketiga struktur resonansi berikut adalah ekuivalen.
3. Muatan formal : Pemilihan yang Lebih Penting dari Struktur Resonansi Muatan formal adalah jumlah nilai dari elektron valensi yang bermuatan negatif dari seluruh elekron valensi yang tidak terbagi dan setengah dari elektron valensi yang dibagi. Jadi, Muatan atom formal= Jumlah elektron valensi – (jumlah elektron valensi yang tidak terbagi + 0,5 jumlah elektron velensi yang terbagi)
Tiga kriteria untuk menentukan struktur resonansi yang lebih penting: 1. Muatan formal yang lebih kecil lebih baik sampai yang terbesar 2. Muatan formal yang sama-sama memiliki nonzero dalam atom tidak lebih baik 3. Muatan formal yang lebih negatif harus ditukar dengan atom yang memiliki keelektronegatifan lebih
4. Pengecualian Kaidah Oktet Aturan oktet berlaku terutama untuk unsur-unsur perode kedua. Pengecualian kaidah oktet dibagi mejadi tiga kategori yaitu: A. Oktet tak lengkap Beberapa senyawa, jumlah elektron di sekitar atom pusat dalam suatu molekul yang stabil dapat kurang dari delapan. Misalnya Berilium Hidrida (BeH2)
Dapat diketahui hanya ada 4 elektron di sekitar atom pusat, dan tidak ada kemungkinan untuk menambahkan sejumlah elektron agar terisi 8. Contoh lain Boron Trifluorida (BF3) yang memiliki 6 pasangan elektron di sekitar inti.
Maka dengan itu senyawa ini memiliki kecendrungan untuk menarik pasangan elektron bebas. Sebagai contoh BF3NH3
B. Molekul Berelektron Ganjil Beberapa molekul mempunyai jumlah elektorn yang ganjil, misalnya Nitrogen Oksida (NO), dan Nitrogen Dioksida (NO2)
Aturan oktet tidak memungkinkan terjadi pada molekul berelektron ganjil, karena untuk memenuhi kaidah oktet diperlukan pasangan elektron yang lengkap. C. Oktet yang diperluas Senyawa yang memiliki atom pusat dengan elektron valensi lebih dari delapan disekitarnya. Molekul ini meningkatkan kapasitas kulit valensinya dengan memanfaatkan kulit d yang kosong untuk berikatan. Kulit valensi terekspansi hanya terjadi pada atom pusat non logam dari perioda 3 keatas dengan kulit d yang bisa dipakai. Misalnya, P dalam PCl5 dan S dalam SF6
10.2 Teori VSEPER (Valence-Shell Electron Pair repulsion) Bentuk Molekul Teori Tolakan pasangan elektron (VSEPR) akan menjelaskan susunan elektron dalam suatu atom yang berikatan. Posisi elektron ini akan mempengaruhi bentuk geometri molekulnya.Geometri (bentuk) molekul adalah gambaran tentang susunan atom-atom dalam molekul berdasarkan susunan ruang pasangan elektron atom dalam pusat dalam molekul, pasangan elektron ini baik yang berikatan maupun yang bebas.Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pain Repulsion) yaitu teori tolak menolak pasangan – pasangan elektron pada kulit terluar atom pusat.
1. Penyusunan Elektron dan Bentuk Molekular
2. Bentuk Molekul dengan Dua Pasangan Elektron (Linear) Dari Tabel tabel diatas dapat dijelaskan bahwa apabila dalam membentuk ikatan terdapat 2 pasang elektron, maka bentuk molekul yang stabil adalah linear, hal ini karena pada molekul tersebut tolakan minimum terjadi pada sudut 1800. Tipe molekul
: AX2
Contoh senyawa : CO2, BeCl2
3. Bentuk Molekul dengan Tiga Pasangan elektron (Segitiga Sama Sisi) Apabila terdapat 3 pasang elektron tolakan minimum terjadi apabila sudut ikatan yang dibentuk adalah 1200, atau dengan kata lain bentuk molekul yang terbentuk adalah segitiga. Dengan adanya tiga ikatan elektron, maka dapat dimungkinkan 2 bentuk molekul yang akan terbentuk, yaitu molekul dengan ₂ PEI(Trigonal Planar), dan bentuk 2 PEI (Pasangan Elektron Ikat) dengan 1 PEB (Pasangan Elektron Bebas)
A Tiga Pasangan Elektron Ikat (PEI). Tipe molekul AX3 Contoh molekul : BF3, NO3-, SO3
Efek Ikatan Rangkap Dua Gaya tolak ikatan rangkap dua lebih besar dari gaya tolak rangkap tunggal. Maka dengan itu sudut ikatan sebenarnya menyimpang dari sudut ikatan idealnya, oleh karena itu sudut yang diberikan ikatan rangkap dua juga lebih besar.
Efek Pasangan Elektron Bebas (PEB) Adanya Pasangan Elektron Bebas, akan berpengaruh pada bentuk molekul itu sendiri. Misalnya pada bentuk molekul trigonal planar. Jika terdapat PEB dalam molekul tersebut maka bentuk molekulnya berubah menjadi V Planar, bukan lagi trigonal planar. Sebab PEB berpengaruh besar terhadap sudut ikatannya, karena gaya tolak menolak PEB dengan PEI lebih besar daripada sesama PEI. Hal itu terjadi karena gaya tolak PEB selalu lebih besar dari PEI.
4. Bentuk Molekul dengan Empat Pasangan elektron (Tetrahedron)
A. Tetrahedral Molekul atau ion yang memiliki Pasangan Elektron Ikat (PEI) sebanyak 4 buah dapat kita namakan tetrahedral dengan besar sudut 109,5. Tipe Molekul : AX4 Contohnya : CCl4
B. Segitiga Piramidal Jika salah satu elektron adalah Pasangan Elektron Bebas (PEB), maka molekul akan berubah bentuk menjadi segitiga piramidal. Sudut ikatan akan berkurang karena PEB akan menolak Pei lainnya, sehinnga jarak antara Pei semakin kecil dengan besar sudut 107,3. Tipe Molekul : AX3E Contohnya : NH4+
C. Bentuk V Ketika terdapat 2 PEI dan 2 PEB maka molekul akan membentuk “bentuk V”. Sudut ikatannyapun akan semakin lebih berkurang, karena terdapat 2 PEB dalam ikatan ini, oleh sebab itu sudutnya menjadi 104,5. Tipe Molekul : AX2E2 Contohnya : H2O
5. Bentuk Molekul dengan Lima Pasangan Elektron (Trigonal Bipiramidal)
A. Trigonal Bipiramida Lima pasangan elektron akan membentuk molekul menjadi trigonal bipiramida.Molekul ini memiliki dua posisi PEIdi sekitarnya dan memiliki dua sudut ikatan ideal. Sudutnya yaitu 120 dan 90. Gaya tolakan yang lebih besar membentuk sudut 120 sedangkan yang kecil 90. Tipe Molekul : AX5 Contohnya : PCl5
B. Tetrahedral Tak Simetris (Bentuk Gergaji) Bila terdapat 4 PEI dan 1 PEB, maka molekul berubah menjadi bentuk gergaji dengan sudut 101,5 dan 86,6 Tipe Molekul : AX4E Contohnya : SF4
C. Huruf “T” Bila terdapat 3 PEI dan 2 PEB, maka molekul berubah menjadi huruf “T” dengan sudut 88,2 Tipe Molekul : AX3E2 Contohnya : BrF₂
D. Bentuk Linear Molekul yang mmiliki 2 PEI dan 3 PEB bernama bentuk linear. Sudut ikatannya 180. Tipe Molekul : AX2E3 Contohnya : I3-
6. Bentuk Molekul dengan Enam Pasangan Elektron (Octahedron)
A. Oktahedtal Bila terdapat 6 PEI, maka molekul berubah menjadi bentuk oktahedron dengan sudut 90 Tipe Molekul : AX6 Contohnya : SF6
B. Segiempat Bipiramidal Bila terdapat 5 PEI dan 1 PEB, maka molekul berubah menjadi segiempat bipiramidal dengan sudut 81,9 Tipe Molekul : AX5E1 Contohnya : IF5
C. Segiempat Planar Molekul yang memiliki 4 PEI dan 2 PEB berbentuk Segiempat Planar. Tipe Molekul : AX4E2 Contohnya : XeF4
MENENTUKAN BENTUK MOLEKUL BERDASARKAN TEORI VSEPR 1. Gambar struktur Lewis 2. Tempatkan susunan seluruh pasangan elektron, dan hitung jumlahnya di sekitar atom pusat 3. Prediksi sudutnya berdasarkan pengaruh PEB atau ikatan rangkap 4. Gambar dan beri nama bentuk molekul dengan menghitung jumlah PEI dan PEB
BENTUK MOLEKULDENGAN LEBIH DARI SATU ATOM PUSAT Senyawa organik biasanya memiliki lebih dari satu atom pusat. Misalnya Etana (C2H6) dan etanol (C2H5OH)
