Bab 10 Struktur lewis dan BENTUK-BENTUK MOLEKUL
Oleh : Putri Pratiwi (21030112120010) Dosen Pengampu : Dr. Istadi
JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO SEMARANG 2012
10.1 Menggambarkan Molekul dan Ion dengan Struktur Lewis Langkah pertama dalam struktur lewis adalalah menentukan dua dimensi structural yaitu atom pusat yang digunakan untuk menggambarkan ikatan, serta adanya pasangan electron ikatan yang berikatan dengan atom lain, dan pasangan ikatan bebas atau pasangan ikatan yang terdiri sendiri dan tidak berikatan dngan atom manapun. Dalam menggunakan aturan lewis kita dibantu dengan aturan octet.
Menggunakan Aturan Oktet untuk Menulis Struktur Lewis Untuk menulis struktur Lewis, kami memutuskan relatif penempatan atom dalam molekul (atau ion poliatomik)-yaitu, mana atom yang berdekatan dan menjadi terikat satu sama lain dan menentukan jumlah total elektron valensi sebagai ikatan dan pasangan mandiri. Kita harus mematuhi aturan octet dengan mengisi 8 elektron untuk setiap valensi dan 2 untuk atom hydrogen. Struktur lewis untuk Molekul dengan Ikatan Tunggal
Contoh yang kita ambil adalah Langkah pertama : . Tempatkan atom relatif terhadap satu sama lain. Untuk senyawa molekuler menempatkan atom dengan nomor golongan yang lebih rendah di tengah karena membutuhkan lebih banyak elektron untuk mencapai oktet, biasanya, ini juga merupakan atom dengan
elektronegativitas. Di
N adalah golongan VA yang artinya memiliki lima elektron
valensi sehingga perlu tiga, sedangkan masing-masing F adalah golongan VIIA memiliki tujuh electron valensi sehingga hanya membutuhkan hanya satu electron , dengan demikian N
berada di tengah dengan tiga atom F sekitarnya: jika atom yang saling berikatan berasal dari golongan yang sama maka menentuan atom pusatnya ditentukan berdasarkan periode yang paling tinggi. Dan pengecualian untuk H karena ia hanya akan stabil dengan 2 elektron oleh sebab itu H tidak dapat menjadi atom pusat. Langkah kedua : Tentukan total jumlah electron valensi dari semua atom. Jumlahkan semua electron valensi dari molekul, jika ion poliatomik tambahkan satu electron untuk ion negative. Dan kurangi satu electron untuk ion positif. Langkah ketiga : Buatlah sebuah gambar dari setiap ikatan tunggal dengan atom sekitarnya dengan atom pusat, dan mengurangi dua elektron valensi untuk setiap ikatan. Harus ada sedikitnya ikatan tunggal antara atom terikat: Kurangi 2
untuk setiap ikatan tunggal dari jumlah total elektron valensi
tersedia (dari langkah 2) untuk menemukan nomor yang tersisa: 3 ikatan N--F X 2
=6
sehingga 26
6e-= 20e-sisa
Langkah keempat : distribusikan sisa pasangan electron sehingga atom satu sama lain berakhir dengan delapan electron atau dua untuk hydrogen.
Catatan : biasanya ikatan rangkap dibentuk oleh atom C, N ,O P dan S. Dengan menggunakan keempatlangkah tersebut kita dapat membuat struktur lewis. Contoh soal : Menulis Struktur Lewis untuk molekul dengan satu pusat atom.
Masalah Menulis struktur Lewis untuk
, salah satu senyawa yang bertanggung jawab
atas penipisan ozon stratosfir. Solusi Langkah 1. Tempatkan atom relatif terhadap satu sama lain. Dalam ,
, karbon
memiliki nomer golongan atau jumlah electron valensi terendah, sehingga C menjadi atom pusat. Atom-atom halogen mengelilingi itu, tapi posisinya tidak terlalu penting. Langkah 2 .hitung jumlah total elektron valensi : C gol IVA , F golongan VIIa dan Cl golongan VIIA. Dengan begitu, [1 XC (4e-)] + [2 XF (7e-)] + [2 X Cl (7e-)] = 32 valensi eLangkah 3. Gambarkan ikatan tunggal dengan atom pusat dan mengurangi 2e-untuk setiap ikaan tunggal. Empat ikatan tunggal menggunakan 8e -, sehingga 32e - 8e - dan 24e - yang tersisa. Langkah 4. Distribusikan elektron tersisa berpasangan, dimulai dengan atom sekitarnya, sehingga setiap atom memiliki 8elektron. Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Ganda terkadang hal seperti ini terjadi , atom berikatan ganda karena pada saat langkah yang keempat sebelumnya atom masih belum dapat membentuk octet.sehingga membuat sebuah ikatan rangkap dengan mengganti pasangan electron bebas dari suatu atom disekitar untuk membentuk pasangan ikatan dan menjadi atom pusat. Contoh : Masalah Menulis struktur Lewis sebagai berikut: (A) Ethylene (
) reaktan yang paling penting dalam pembuatan polimer
Kami berencana menunjukkan solusi berikut langkah ke 4: menempatkan atom, menghitung total elektron valensi, membuat ikatan tunggal, dan mendistribusikan valensi elektron yang tersisa di pasang untuk mencapai oktet. Kemudian kita lanjutkan dengan langkah 5, jika diperlukan.
Untuk
Setelah langkah I sampai 4, kita memiliki
.
Langkah 5. Mengubah pasangan bebas ke sepasang ikatan. C di sebelah kanan memiliki oktet. tapi C di sebelah kiri hanya 6e -, jadi kami distribusikan 1 pasangan elektron bebas untuk sepasang ikatan antara
dua atom C: Resonansi :Terdelokasinya electron – pasangan ikat.
Ketika kita menggambarkan struktur Lewis dari Ozon (O3), aturan oktet akan terpenuhi jika kita menempatkan ikatan rangkap dua di antara atom O pusat dengan salah satu dari dua atom O ujung. Karena itu kita dapat menggambarkan ikatan rangkap dua baik dengan atom O pada ujung kiri maupun kanan, dan keduanya
merupakan struktur yang identik. Faktanya kedua struktur ini tidak ada yang benar karena panjang ikatan dua ikatan O ternyata memiliki nilai yang sama diantara panjang O – O dan O=O, padahal menurut struktur diatas, kedua ikatan pada atom O pusat akan memiliki panjang yang berbeda dikarenakan ikatan tunggal akan memiliki panjang ikatan yang lebih panjang dibandingkan dengan ikatan rangkap. Keanehan pada ikatan O3 ini dapat diatasi dengan menggunakan konsep resonansi, pada struktur resonansi terdapat dua atau lebih struktur Lewis untuk satu molekul
yang tidak dapat dinyatakan secara tepat dengan hanya menggunakan satu struktur Lewis. Istilah resonansi itu sendiri berarti penggunaan dua atau lebih struktur lewis untuk menggambarkan molekul tertentu. Dalam kasus ozon ini, struktur resonansi dari molekul O3 dapa digambarkan dengan menggunakan kedua struktur Lewisnya.
Resonansi sering disalahartikan dengan mengatakan molekul seperti ozon berpindah secara cepat dari satu struktur resonansi ke satu striktur resonansi lain. Namun hal ini tidaklah tepat karena perlu diingat bahwa tidak satupun dari struktur resonansi
yang diberikan dapat menggambarkan secara tepat struktur resonansi yang sesungguhnya, yang merupakan struktur tesendiri yang unik dan stabil. Konsep resonansi hanyalah sebuah cara untuk menggambarkan model ikatan tersebut Contoh lainnya dari molekul yang beresonansi adalah benzena (C6H6), ion NO2-, dan ion NO3-.
Oleh karena banyaknya struktur yang terbentuk apabila mengalami resonansi maka dalam penggambaran struktur lewis nya dengan mendistribusikan kepadatan elektron yang sama di antara ikatan. Biasanya ditandai dengan garis putus-putus. Untuk molekul benzena (C6H6), biasanya digunakan lambang lingkaran didalam struktur benzen yang menunjukan distribusi yang merata dari ikatan sekeliling cincin karbon. Molekul-molekul yang mengalami resonansi dalam pembentukan ikatan kimia akan memiliki energi yang lebih rendah atau sering disebut dengan energi resonansi. Dengan adanya energi resonansi menandakan molekul yang mengalami resonansi lebih stabil daripada molekul dengan ikatan kimia yang biasa.
MASALAH SAMPLE 10.4 Struktur Penulisan Resonansi Masalah Menulis struktur resonansi untuk ion nitrat, N0 3 -. Kami berencana menulis struktur Lewis, mengingat menambah Ie-dengan jumlah total valensi elektron karena 1 - muatan ionik. Kemudian kita bergerak pasangan mandiri dan ikatan untuk menulis lainnya resonansi fonns dan menghubungkan mereka dengan panah resonansi. Solusi Setelah langkah I sampai 4, kita memiliki
Langkah 5?. Karena N hanya memiliki 6e -, kami mengubah satu pasangan elektron bebas pada sebuah atom 0 ke sepasang ikatan dan fonn ikatan ganda, yang memberikan setiap atom oktet. Semua 0 atom yang setara, Namun, sehingga kita bisa bergerak pasangan bebas dari salah satu atom 0 tiga dan mendapatkan tiga resonance struktur
Periksa struktur Masing-masing memiliki penempatan relatif san1e atom, oktet sekitar setiap atom?, dan 24e - (jumlah dari elektron valensi total dan Ie-dari muatan ionik didistribusikan dalam empat obligasi dan delapan pasangan mandiri). Komentar Ingatlah bahwa tidak ada ikatan ganda benar-benar ada di N0 3 - ion. Ion adalah resonansi hibrida tiga struktur dengan orde ikatan dari 1 .
Formal Charge : Memilih Bentuk Resonansi yang lebih penting. Hybrid resonansi adalah rata-rata dari bentuk-bentuk resonansi, salah satu bentuk dapat berkontribusi lebih banyak dan berat ratanya untuk mendukungnya. Formal charge atom adalah jumlah total elektron valensi minus jumlah elektron valensi itu "memiliki" dalam molekul: ia memiliki semua yang un bersama elektron valensi dan setengah dari elektron valensi bersama.
Bentuk I dan II memiliki kesamaan pada formal charges tetapi atom O yg berbeda,sehingga memberikan kontribusi yang saat hibridisasi. Tiga kriteria untuk memilih struktur resonansi : Biaya fonnal yang lebih kecil (positif atau negatif) lebih baik dari pada yang lebih besar. Seperti biaya fonnal pada atom yang berdekatan tidak diinginkan. Sebuah muatan fonnal yang lebih negatif harus berada pada atom yang lebih elektronegatif. Salah satu penerapan kriteria tersebut contonya adalah
yang memiliki dua
perbedaan dalam mengenai pusat atom.
Formal charge berbeda dengan bilangan oksidasi :
Untuk muatan formal, (sepeerti ikatan kovalen nonpolar) , masing-masing atom memiliki setengahnya Muatan = electron valensi - (pasangan electron bebas + setengah pasangan electron ikat)
Untuk bilangan oksidasi : Bilangin oksidasi = electron valensi – (pasangan electron bebas + pasangan electron ikat)
Pengecualian Aturan Oktet 1. Senyawa yang tidak mencapai aturan octet Meliputi senyawa kovalen biner sederhanaa dari Be, B dan Al yaitu atom-atom yang electron valensinya kurang dari empat. Contoh :
,
dan
.
2. Senyawa dengan jumlah electron valensi ganjil. Contohnya
memiliki jumlah
valensi 17.
2. Senyawa dengan octet berkembang Unsur-unsur period eke 3 atau lebih dapat membentuk senyawa yang dapat menyalahi aturan octet atau lebih dari 8 elektron pada kulit terluar(karena kulit terluarnya M, n dst dapat menampung 18 elektron atau lebih). Contohnya :
,
.
10.2 Teori Tolakan Pasangan Elektron (Valence Shell Electron Pair Repulsion) – VSEPR Bentuk molekul menggambarkan kedudukan atom di dalam suatu molekul, yaitu kedudukan ato-atom dalam ruang tiga dimensi dan besar sudut-sudut ikatannya yang dibentuk dalam suatu molekul, serta ikatan yang terjadi pada molekul tersebut dyang dibentuk dengan pasangan electron dapat dijelaskan dengan teori orbital bastar (hidridisasi orbital) dan teori tolakan pasangan electron VSER.. Didalam suatu senyawa pasti terdapat atom yang dianggap sebagai atom pusat. Pasangan electron yang berada di sekitar atom pusat dapat dibedakan menjadi dua yaitu pasangan electron ikat dan pasangan electron bebas. Pasangan electron bebas memiliki gaya tolak yang lebih besar daripada pasangan electron ikat.pasangan electron bebas akan
menempati ruang yang lebih luas dari pada pasangan electron ikat karena adanya gaya tolak yang kuat dari electron bebas. Pasangan pasangan electron dalam suatu molekul dapat menempatkan diri sehingga gaya tolak-menolak itu serendah mungkin. Agar kedudukan pasangan electron tersebut mengahsilkan gaya tolak menolak serendah mungkin oleh sebab itu pasangan electron akan berada pada jarak yang saling berjauhan satu sama lain. Susunan Kelompok Elektron dan Bentuk Molekul Untuk mengklasifikasikan bentuk molekul kita membuat masing-masing penetapan dengan penunjukan
. Keterangan :
A adalah atom pusat X adalah atom sekitar atom pusat atau electron yang berikatan E adalah pasangan electron bebas. Sedangkan m dn n adalah bilangan bulat. Sudut ikatan adalah sudut yang dibentuk oleh dua atom sekitar dengan inti atom pusat . gambar bentuk molekul :
Berbagai bentuk molekul :
LINIER Dalam molekul linier, atom-atom tertata pada satu garis lurus. Sudut yang terbentuk adalah oleh dua ikatan kea rah atom pusat akan saling membentuk sudut ikatan sebesar 180°. Dengan bentuk VSEPR
. Contohnya adalah
.
Planar Trigonal Tiga kelompok elektron di sekitar atom pusat saling tolak bagi pendatang dari sebuah segitiga sama sisi, yang memberikan susunan planar trigonal, dan sudut ikatan yang idealnya 120° bentuk molekul (AX3) contohnya adalah
.
Pengaruh Pasangan Elektron Bebas ketika salah satu dari tiga kelompok elektron terdapat pasangan electron bebas (AX 2 E),maka bentuk molekul dibengkokkan, atau berbentuk V,shingga bukan lagi planar trigonal. Terjadi penurunan sudut ikatan, contohnya adalah
.
Tetrahedral Atom-atom yang membentuk tetrahedral akan berada dalam suatu ruang piramida segi tiga dengan keempat bidang permukaan segitiga sama sisi. Atom pusat terletak pada pusat tetrahedral dan keempat atom lain akan berada pada keempat titik sudut yang mempunyai sudut ikatan 109,5°. Contoh molekul tetrahedron adalah
dengan notasi AX4.
Ketika salah satu dari empat kelompok elektron dalam susunan tetrahedral membentuk satu pasangan electron bebas bentuk molekul adalah bahwa piramida trigonal (AX 3 E), tetrahedron dengan satu titik "hilang." Seperti yang kita harapkan dari tolakan kuat karena dengan pasangan bebas, sudut ikatan menurun menjadi 107,3°. Contnya adalah ammonia ):
Ketika empat kelompok electron disekitar atom pusat membentuk 2 pasangan electron bebasbentuknya di belokkan atau berbentuk V dengan notasi VSEPR (AX2E2) sudutnya 109,5°. Contonya adalah air atau
.
Trigonal Biparamidal Semua molekul dengan lima atau enam kelompok elektron memiliki atom central dari Periode 3 atau lebih tinggi karena hanya atom-atom ini memiliki orbital d yang tersedia untuk memperluas valensi shell melampaui delapan elektron. Ketika lima kelompok elektron memaksimalkan perpisahan mereka, mereka membentuk trigonal Bipyramidal, sudut ikatan masing-masing atom tidak sama, antara setiap ikatan yang terletak pada bidang segitiga mempunyai sudut ikatan 120°, sedangkan antara sudut bidang
datar ini dengan dua ikatan yang vertical akan membentuk sudut 90°. Dengan notasi VSEPR AX5 , contohnya adalah
Jika terbentuk satu pasangan electron bebas , molekul memiliki bentuk (AX4E) seesaw contohnya adalah
kecenderungan pasangan mandiri untuk menduduki posisi khatulistiwa Menyebabkan molekul dengan tiga kelompok ikatan dan dua pasangan mandiri untuk memiliki bentuk T (AX 3 E 2). contohnya
Jika atom memiliki kecenderungan untuk membentuk tiga pasang electron bebas (AX2 E3) akan membentuk model molekul linier dengan sudut 180° contoh
Octahedral Suatu bentuk yang terjadi dari dua buah limas alas segiempat, dengan bidang alasnya saling berimpit, sehingga membentuk delapan bidang segitiga. Pada molekul yang berbentuk octahedron atom pusatnya berada pada pusat bidang segiempatdarri dua limas yang berimpit tersebut, sedangkan 6 atom yang mengelilinginya akan berada pada sudut-sudut limas tersebut. Sudut ikatan yang terbentuk adalah 90°. Bentuk molekul AX6 ini salah satu contohnya adalah
.
Jika electron membentuk pasangan electron bebas sebanyak satu pasang atau AX5E maka molekul akan berbentuk segiempat pyramidal contohnya adalah
.
Jika molekul membentuk dua pasangan electron bebas AX4E2 akan membentuk segiempat planar. Contonya adalah
.
Rangkuman Bentuk Molekul
Menggunakan Teori VSEPR untuk Menentukan Bentuk Molekuler
1. Menentukan atom pusat. 2. Tuliskan jumlah elektron valensi dari atom pusat. 3. Menentukan jumlah elektron valensi dari masing-masing substituen jika berupa atom. 4. Satu elektron dari substituen dipasangkan dengan satu elektron dari atom pusat sehingga membentuk pasangan elektron (pasangan elektron ikatan, PEI). Perlu diperhatikan bahwa, bahwa jumlah elektron atom pusat tidak selalu memenuhi kaidah oktet. Jika masih terdapat substituen dan masih terdapat elektron pada atom pusat, maka semuanya harus dipasangkan. 5. Jika semua susbtituen telah dipasangkan dengan elektron atom pusat dan masih terdapat elektron yang tidak berpasangan, maka elektron tersebut tetap ditulis pada atom pusat sebagai elektron bebas atau pasangan elektron bebas (PEB). 6. Jika berupa ion poliatomik, maka setelah semua substituen dipasangkan kurangi elektron jika ion bermuatan positif dan tambahkan elektron jika ion bermuatan positif. 7. Menentukan bentuk molekul serta memperkirakan besarnya sudut-sudut ikatan disekitar atom pusat dengan memperhatikan tolakan-tolakan yang terjadi agar diperoleh bentuk dengan tolakan yang minimum. Bentuk Molekul dengan Atom Pusat Lebih Dari Satu Untuk molekul-molekul, kita menemukan bentuk molekul sekitar satu pusat atom pada suatu waktu. Pertimbangkan etana (CH 3 CH 3; molekul rumus C2 H6) komponen gas alam (Gambar lO.llA). Dengan empat kelompok dan tidak ada ikatan pasanganelektron bebas di sekitar masing-masing dua karbon pusat, etana berbentuk seperti dua over-
lapping tetrahedral. Etanol (
.
.-OH, molekul rumus C2H6O), substansi memabukkan
dalam bir dan anggur, memiliki tiga atom pusat . CH 3 - kelompok adalah tetrahedral berbentuk. dan-
.-kelompok memiliki empat kelompok ikatan sekitar nya
pusat atom C, sehingga berbentuk tetrahedral juga. Atom ° memiliki empat elektron kelompok dan dua pasangan mandiri di sekitarnya, yang memberikan bentuk V (AX 2 E 2).
