BAB 3. KONSEP IKATAN KIMIA 1. ELEKTRONEGATIVITAS 2. IKATAN IONIK 3. STRUKTUR MOLEKUL TERISOLASI: SIFAT IKATAN KIMIA KOVALEN 4. IKATAN KOVALEN 5. IKATAN KOVALEN POLAR 6. MUATAN FORMAL 7. BENTUK MOLEKUL: TEORI VSEPR 8. TATA NAMA ANORGANIK DAN BILANGAN OKSIDASI
(a)
.
(a) Amonia, NH3 (b) Air, H2O (c) Metana, CH4
(b)
(c)
3.1. ELEKTRONEGATIVITAS • •
Merupakan sifat berkala (periodik) yang penting. Elektronegativitas ialah besarnya daya menarik elektron ke dalam suatu atom dalam penggabungan kimia. LOGAM NON-LOGAM - mudah menyerahkan e- - mudah menerima e- membentuk kation - membentuk anion - elektropositif - elektronegatif
Nilai Elektronegativitas (fluorin: elektronegativitas = 4)
Selisih elektronegativitas besar ⇒ e- berpindah ⇒ IKATAN IONIK Selisih elektronegativitas kecil ⇒ e- digunakan bersama ⇒ IKATAN KOVALEN
IKATAN IONIK
pengalihan elektron antaratom
IKATAN KOVALEN POLAR
pemindahan muatan secara parsial
IKATAN KOVALEN
penggunaan elektron bersama antaratom
3.2. IKATAN IONIK – –
+
–
ELEKTRON VALENSI KULIT ATOM INTI ATOM
Unsur golongan utama (kecuali He): e- val. atom netral = no. golongan
ELEKTRON TERAS
Model titik-elektron Lewis 1. Elektron valensi digambarkan dengan titik. 2. Elektron teras tidak digambarkan. 3. Empat titik pertama ditulis satu per satu di keempat sisi lambang unsur. 4. Titik-titik berikutnya dipasangkan pada yang sudah ada.
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
3.2.1 Pembentukan Senyawa Ionik Biner Atom → Anion/kation agar stabil (memenuhi aturan oktet): Σ e- val. = pada gas mulia (8e-; 2e- untuk He) Contoh: Na• → Na+ + eCl + e
-
kehilangan 1 elektron valensi x
Cl
memperoleh 1 elektron valensi
(tanda x semata-mata untuk membedakan dari mana elektron itu berasal)
Na +
NaCl Cl penggabungan membentuk senyawa ionik (garam)
Contoh lain: Ca + 2 Br atom netral (tidak oktet)
Ca2+ + 2 Br
kation anion (oktet) (oktet)
CaBr2
senyawa ionik
CONTOH 3.1 Ramalkan rumus senyawa antara rubidium dan sulfur. Tuliskan lambang Lewis untuk unsur-unsur itu sebelum dan sesudah penggabungan kimia.
Penyelesaian: Rb: golongan I → 1 elektron valensi → Rb• S: golongan VI → 6 elektron valensi → S Pengalihan 1 e- masing-masing dari 2 atom Rb kepada 1 atom 2-
S menghasilkan 2 ion Rb+ dan 1 ion S (semuanya oktet). 2-
Senyawanya Rb2S atau dalam lambang Lewis, (Rb+)2( S )
Ciri-ciri senyawa ionik: 1. Padatan pada suhu kamar. 2. Titik leleh dan titik didih tinggi Misal: NaCl titik leleh = 801oC dan titik didih = 1413oC. 3. Senyawa ionik padat umumnya kurang baik menghantar listrik, tetapi lelehannya menghantar dengan baik. 4. Komposisi kimia dinyatakan sebagai rumus empiris bukan rumus molekul.
3.3. STRUKTUR MOLEKUL TERISOLASI: SIFAT IKATAN KIMIA KOVALEN Struktur molekul yang stabil ditentukan oleh susunan 3D atom-atom dalam molekul itu: * Panjang ikatan ⇒ ukuran molekul (jarak antarinti atom dalam ikatan tertentu) * Sudut ikatan ⇒ bentuk molekul (orientasi relatif dua ikatan yang berdekatan) Vibrasi molekul → panjang & sudut ikatan berubah-ubah → nilai rerata diukur dengan spektroskopi & difraksi sinar-X
3.3.1 Panjang dan Energi Ikatan Rerata Molekul panjang ikatan (Ǻ = 10- 10 m)
a
Energi ikatana (kJ mol- 1)
Molekul
Rerata Energi ikatan panjang ikatan (kJ mol- 1) (Ǻ = 10- 10 m)
N2
1,100
942
HF
0,926
565
O2
1,211
495
HCl
1,284
429
F2
1,417
155
HBr
1,424
363
Cl2
1,991
240
HI
1,620
295
Br2
2,286
190
ClF
1,632
252
I2
2,669
148
BrCl
2,139
216
Energi (disosiasi) ikatan (∆Ed) = energi yang harus diserap untuk memecah 1 mol ikatan tertentu.
1 golongan: Z↑ → ukuran atom ↑ → panjang ikatan ↑ → energi ikatan ↓ Contoh: Panjang ikatan F2 < Cl2 < Br2 < I2; ClF < ClBr Energi ikatan HF > HCl > HBr > HI
Anomali energi ikatan: F2 << Cl2 > Br2 > I2 ⇒ kuatnya tolak-menolak antaratom F yang sangat elektronegatif N2 >> O2 >> F2
⇒ faktor orde ikatan
Panjang ikatan dari sepasang atom tertentu hanya berubah sedikit dari satu molekul ke molekul lain, sedangkan energi ikatan tidak begitu terulangkan (+10%) Contoh:
Ikatan
Molekul
Panjang ikatan (Å)
O–H
H2O
0,958
H2O2
0,960
HCOOH
0,95
CH3OH
0,956
3.3.2 Orde Ikatan Panjang ikatan Energi ikatan (Å) (kJ mol- 1)
Ikatan
Molekul
Orde ikatan
C–C
etana (H3C–CH3)
1
1,536
345
C=C
etilena (H2C=CH2)
2
1,337
612
C≡C
asetilena (HC≡CH)
3
1,204
809
C–C & C=C selang-seling
benzena (C6H6)
1½ (antara – & =)
1,37
505
Orde ikatan ↑ ⇒ Panjang ikatan ↓ ⇒ Energi ikatan ↑ Orde ikatan rangkap juga ada pada ikatan antaratom selain C dan antaratom taksejenis:
C–O 1,43
C–H 1,10
C=O 1,20
N–H 1,01
N–N 1,45
O–H 0,96
N=N 1,25
C–N 1,47
N≡N 1,10
C≡N 1,16
3.4. IKATAN KOVALEN Atom-atom yang identik dapat memperoleh konfigurasi eyang stabil dengan cara penggunaan bersama elektron. Contoh:
elektron takberpasangan
elektron berpasangan
Cl + Cl
Cl Cl
atau
elektron nonikatan
H
H + H
H
atau H H Cl
4 Cl +
C
Cl
C Cl Cl
Cl
Cl
CONTOH 3.2 Tulislah struktur titik-elektron untuk senyawa yang dihasilkan nitrogen (N) dan hidrogen (H) ketika berikatan kovalen.
Penyelesaian: N + 3H
H N H H
atau H N H H amonia (NH3)
3.4.1 Ikatan Kovalen Ganda Jika 2 atau 3 pasang e- digunakan bersama, terbentuk ikatan kovalen ganda dua atau tiga, misalnya 2 O +
C
N +
atau O C O
O C O N
N
N atau N N
CONTOH LAIN
Pembentukan etilena, C2H4, dari karbon (Golongan IV) dan hidrogen. 2 C + 4H
H H
C C
H H
atau
H
H C C
H
etilena
H
3.5 IKATAN KOVALEN POLAR Jika dua atom berbeda terikat secara kovalen, elektron ikatan tidak digunakan sama rata, tetapi condong ke atom yang lebih elektronegatif. Contoh:
H + Cl (2,2) (3,0)
H Cl
δ+ δ− H Cl atau H Cl molekul polar (δ = muatan parsial)
Selisih elektronegativitas ↑ ⇒ dwikutub semakin kuat ⇒ ikatan semakin polar > 1,7 → ikatan ionik 0–1,7 → ikatan kovalen polar 0 → ikatan kovalen
Ikatan kovalen koordinasi: salah satu atom memberikan dua elektron sekaligus kepada atom lainnya dalam membentuk ikatan kovalen. Contoh: H H N + H+ H
H H N xx H H
+
H
+
H N H
ikatan kovalen koordinasi
Tanda panah kadang-kadang digunakan untuk menyatakan pasangan elektron yang disumbangkan
H
CONTOH 3.3 Tuliskan struktur Lewis dari pernyataan berikut: “boron triklorida membentuk ikatan kovalen koordinasi dengan nitrogen dari molekul amonia”.
Penyelesaian: H H N + H
Cl B Cl Cl
H Cl H N xx B Cl H Cl
H H N H
Cl B Cl Cl
3.6 MUATAN FORMAL H2SO4 → dua struktur Lewis yang memenuhi : O
O
H O S O H
H O S O H
O
O
(1) 4 ikatan S-O
(2) 2 ikatan S-O 2 ikatan S=O
Eksperimen: Ada 2 jenis ikatan antara S dan O pada H2SO4 → 157 pm (S–O) & 142 pm (S=O) → Struktur (2) yang realistis
Alat bantu untuk memilih: Muatan formal MF = Σ e- valensi – Σ e- nonikatan – ½ Σ e- ikatan H Okiri Okanan Oatas Obawah S
Struktur (1) = 1 – 0 – ½ (2) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 6 – ½ (2) = –1 = 6 – 6 – ½ (2) = –1 = 6 – 0 – ½ (8) = +2
Muatan bersih
= 0
H Okiri Okanan Oatas Obawah S
Struktur (2) = 1 – 0 – ½ (2) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 0 – ½ (12) = 0
Muatan bersih
=0
Struktur (1) memiliki 3 atom bermuatan → energi sangat tinggi (tidak stabil)
CONTOH 3.4 Gunakan konsep muatan formal untuk menentukan mana struktur hidroksilamina, NH3O, yang terbaik.
Penyelesaian: H H N O
H N O H
H (1)
H (2)
H = 1 – 0 – ½ (2) = 0 N = 5 – 0 – ½ (8) = +1 O = 6 – 6 – ½ (2) = –1
H = 1 – 0 – ½ (2) = 0 N = 5 – 2 – ½ (6) = 0 O = 6 – 4 – ½ (4) = 0
Struktur (2) terbaik karena muatan formal semua atomnya nol.
3.7 BENTUK MOLEKUL: TEORI VSEPR Molekul dengan > 1 ikatan kovalen polar bisa polar/nonpolar bergantung pada susunan ikatan-ikatannya dalam ruang Contoh : CO2 → O C O
molekul nonpolar linear
µtot = 0
H2O → H O H
molekul polar yang bengkok
µtpt ≠ 0
Teori VSEPR (valence shell electron-pair repulsion = tolakan pasangan-elektron kulit valensi)
Pasangan elektron ikatan maupun nonikatan cenderung tolak-menolak ⇒ menempatkan diri sejauh-jauhnya untuk meminimumkan tolakan.
Geometri pasangan elektron ⇐ bilangan sterik atom pusat SN = (Σ atom yang terikat pada atom pusat) + (Σ pasangan elektron nonikatan pada atom pusat) (Atom pusat = atom yang mengikat dua atau lebih atom lain) 180o
109,5o
120o
SN = 2: linear 90o
SN = 3: planar trigonal
120o
SN = 4: tetrahedral
90o 90o
SN = 5: bipiramida trigonal
SN = 6: oktahedral
CONTOH 3.5 Hitunglah bilangan sterik untuk iodin pada IF4- dan untuk bromin pada BrO4-. Kedua ion molekular memiliki pusat Iatau Br- yang dikelilingi oleh 4 atom. Tentukan pula geometri pasangan elektronnya.
Penyelesaian: IF4- ⇒ Atom pusat IAtom ujung F
: 8 e- val. : 7 e- val. ⇒ menggunakan bersama 1 e- dari I- agar oktet
Maka: 4 e- I-
⇒ ikatan dengan 4 atom F
4 e- sisanya ⇒ 2 pasangan nonikatan SN = 4 + 2 = 6 ⇒ (geometri pasangan e-: OKTAHEDRAL)
BrO4- ⇒ Atom pusat Br-: 8 e- val. Atom ujung O : 6 e- val. ⇒ menggunakan bersama 2 e- dari Br- agar oktet Maka: 8 e- Br-
⇒ ikatan dengan 4 atom O
Tidak ada pasangan menyendiri SN = 4 + 0 = 4 ⇒ (geometri pasangan e-: TETRAHEDRAL) Ikatan rangkap/rangkap-tiga dianggap sama dengan ikatan tunggal ⇒ CO2 ( O C O) ⇒ SN = 2 + 0 = 2 (geometri pasangan e-: LINEAR)
Geometri molekul ⇐ geometri pasangan elektron (bergantung pada Σ pasangan menyendiri) 1. Tanpa pasangan nonikatan: geometri molekul = geometri pasangan elektron
2. Ada pasangan nonikatan:
Edited by Foxit Reader Copyright(C) by Foxit Software Company,2005-2007 For Evaluation Only.
Contoh: BeCl2 : SN = 2 + 0 = 2 (linear) BF3 : SN = 3 + 0 = 3 (planar trigonal) SF6 : SN = 6 + 0 = 6 (oktahedral)
Pasangan e- nonikatan dipegang lebih dekat ke atom pusat
Menempati lebih banyak ruang daripada pasangan e- ikatan
Sudut antarpasangan e- ikatan < antara pasangan e- ikatan dan pasangan e- nonikatan < antarpasangan e- nonikatan CH4 : SN = 4 + 0 = 4 NH3 : SN = 3 + 1 = 4 H2O : SN = 2 + 2 = 4
Geometri pasangan e- = tetrahedral
Amonia (NH3) Sudut ikatan 107,3o
CH4 : tidak ada pasangan e- nonikatan H (geometri molekul = geometri pasangan e 109,5 H C H = tetrahedral) ⇒ Sudut ikatan H-C-H: 109,5o O
H
NH3 : 1 pasang e- nonikatan (geometri molekul = piramida trigonal: N H H H tetrahedral yang dihilangkan 1 buah ikatannya) 107,3 ⇒ Sudut ikatan H-N-H: 107,3o O
H2O : 2 pasang e- nonikatan (geometri molekul = bentuk V: O H H 104,5 tetrahedral yang dihilangkan 2 buah ikatannya) ⇒ Sudut ikatan H-O-H: 104,5o ]
O
CONTOH 3.7 Tentukan bilangan sterik atom sulfur dalam SO2 dan ramalkan struktur molekul SO2 Penyelesaian Bilangan sterik sulfur 3 (dua atom terikat dan satu pasang nonikatan) Molekul SO2 bengkok, sudut ikatan sedikit < 120o
Molekul dengan bilangan sterik 5: PF5, SF4, ClF3, dan XeF2 dengan jumlah pasangan nonikatan berturutturut 0, 1, 2, dan 3.
CONTOH 3.8 Perkirakan geometri (a) ion ClO3+ dan (b) molekul IF5
Penyelesaian (a) ClO3+ ⇒ Atom pusat Cl+ : 6 e- val. Atom ujung O : 6 e- val. ⇒ menggunakan bersama 2 edari Cl- (konfigurasi Ar) ⇒ ikatan dengan 3 atom O Maka: 6 e- CI+ Tidak ada pasangan nonikatan
SN = 3 + 0 = 3 tanpa pasangan
e-
O
nonikatan:
Geometri molekul = geometri pasangan e-
O
Cl
O
= PLANAR TRIGONAL (b) IF5
⇒ Atom pusat I Atom ujung F
: 7 e- val. : 7 e- val. ⇒ menggunakan bersama 1 edari I (konfigurasi Xe)
Maka: 5 e- I
⇒ ikatan dengan 5 atom F
2 e- sisanya
⇒ 1 pasangan menyendiri
SN = 5 + 1 = 6: geometri pasangan e- = oktahedral 1 pasangan e- nonikatan: dihilangkan 1 ikatannya Geometri molekul = PIRAMIDA BUJURSANGKAR
F F
F I
F F
3.8 TATA NAMA ANORGANIK & BILANGAN OKSIDASI Tata nama ion: 1. Kation monoatomik (1 ion stabil): Golongan I dan II + 3 unsur pertama dari Golongan III Nama = unsur induknya Ca2+: ion kalsium Contoh: Na+: ion natrium Gol. I, II → kation monoatomik +1, +2 2. Kation monoatomik (beberapa ion stabil): Unsur transisi + Golongan III, IV, dan V Contoh: Cu+: ion tembaga(I) atau ion kupro Cu2+: ion tembaga(II) atau ion kupri
(a) Angka Romawi dalam kurung → muatan. (b) Akhiran –o → ion yang muatannya lebih rendah; Akhiran –i → yang lebih tinggi (sudah ditinggalkan). 3. Kation poliatomik Contoh: NH4+: ion amonium
H3O+: ion hidronium
Hg22+: ion merkuro(I) [bedakan dengan Hg2+:ion merkuri(II)] 4. Anion monoatomik: Bagian pertama nama unsur + akhiran –ida Contoh: Cl-: ion klorida (diturunkan dari klorin) O2-: ion oksida (diturunkan dari oksigen) Gol. V, VI, VII → anion monoatomik –3, –2, –1
5. Anion poliatomik Contoh: SiO43-: ion silikat NO3-: ion nitrat NO2-: ion nitrit ClO3-: ion klorat ClO-: ion hipoklorit ClO4-: ion perklorat ClO2-: ion klorit HCO3-: ion hidrogen karbonat (nama biasa: ion bikarbonat) Tata nama senyawa ionik: (Nama kation)_(Nama anion) Asas kenetralan muatan: Muatan + dari kation dibalanskan oleh muatan – dari anion. Contoh: NaBr: Kation +1 membalanskan anion –1 Mg3N2: 3 kation +2 membalanskan 2 anion –3 FeCl2 dan FeCl3? Tl2SO4 dan Tl2(SO4)3?
CONTOH 3.9 Apakah rumus kimia untuk (a) barium oksida dan (b) sesium nitrida.
Penyelesaian: (a) Ba : golongan II → Ba2+ O : golongan VI → O2Asas kenetralan muatan: Setiap 1 ion Ba2+ dibalanskan oleh 1 ion O2- ⇒ BaO (b) Cs3N.
CONTOH 3.10 Namai senyawa ionik yang mengandung ion poliatom berikut. (a) NH4ClO3
(b) NaNO2
Penyelesaian: (a) Amonium klorat (b) Natrium nitrit (c) Litium karbonat
(c) Li2CO3
3.8.1 Bilangan Oksidasi 1. Biloks unsur bebas = 0 2. Σ biloks semua atom dalam spesies = muatan bersih spesies tersebut 3. Biloks logam alkali = +1 4. Biloks F = –1 5. Biloks logam alkali tanah, Zn, dan Cd = +2 6. Biloks H = +1 7. Biloks O = –2 Jika aturan di atas diterapkan sesuai prioritas, pengecualian seperti biloks O = –1 dalam peroksida dan biloks H = –1 dalam hidrida tidak perlu dihafalkan.
Contoh 3.11 Tetapkan bilangan oksidasi setiap atom dalam senyawa berikut (a) CsF (b) CrO42-
Penyelesaian (a) Bilangan oksidasi Cs = +1 (aturan 3), jadi bilangan oksidasi F = -1 (b) Bilangan oksidasi O = -2 (aturan 7) muatan ion = -2, jadi bilangan oksidasi Cr = +6
LATIHAN SOAL-SOAL 1.
Berapa banyak elektron valensi yang dimiliki oleh masing-masing atom dari unsur di bawah ini? a. Be b. Na c. Se d. F e. K f. Sn
2.
Golongkan ikatan dalam senyawa berikut sebagai ionik atau kovalen a. NaF b. MgS c. MgO d. AlCl3
3.
Tuliskan rumus senyawa ionik yang dapat terbentuk dari pasangan unsur berikut. Sebutkan nama tiap senyawanya. a. berilium dan fluorin b. aluminium dan fosforus c. bromin dan magnesium
4.
Jelaskan apa yang dimaksud dengan a. ikatan kovalen polar b. molekul polar
5.
Gambarkan struktur titik-elektron untuk menunjukkan ikatan kovalen dari senyawa berikut: a. NCl3 b. OF2 c. PH3
6.
Tentukan muatan formal untuk setiap atom dan muatan bersih seluruh molekul pada struktur Lewis berikut: a. N ≡ N - O b. S = C = N
7. Urutkan masing-masing kelompok berikut menurut kenaikan polaritasnya a. H – Cl, H – O, H - F b. N – O, P - O, Al – O c. H - Cl, Br - Br, B - N 8. Tuliskan rumus dari masing-masing ion poliatomik. Tulis juga muatannya. a. ion amonium b. ion fosfat c. ion karbonat 9. Tetapkan bilangan oksidasi setiap spesies dalam a. HClO3 b. HF2c. NH4+
