BENTUK-BENTUK MOLEKUL
10. 1. Menggambarkan Molekul dan Ion dengan Struktur Lewis Berikut adalah langkah-langkah dalam menggambarkan molekul dengan ikatan tunggal menggunakan struktur Lewis: 1) Letakkan atom relatif sesuai dengan grup masing-masing. Meletakkan molekul dengan nomor atom terendah dengan elektronegativitas yang rendah di pusat, karena molekul tersebut membutuhkan lebih banyak elektron untuk membentuk oktet. Contoh: NF3 (Grup 5A; EN = 3,0). N memiliki lima elektron, maka N membutuhkan 3 elektron lagi yang berasal dari F (Grup 7A; EN = 4,0).
2) Menentukan jumlah total dari elektron valensi yang tersedia. Contohnya, dalam NF3, N memiliki 5 elektron valensi, dan tiap F memiliki 7: [1 × N(5e)] + [3 × F(7e)] = 5e + 21e = 26 elektron valensi 3) Menggambarkan ikatan tunggal dari setiap atom yang mengelilingi atom pusat.
Lalu kurangi 2 elektron tiap ikatan tunggal dari jumlah total elektron valensi yang ada. 4) Mendistribusikan elektron yang tersisa di dalam ikatan agar setiap atom memiliki delapan elektron. Pertama, letakkan pasangan elektron bebas di sekitar atom agar oktet. Apabila ada elektron yang tertinggal, letakkan di sekeliling atom sentral.
Perlu diingat, bahwa hampir semua senyawa memiliki senyawa: Atom hidrogen membentuk satu ikatan. Atom karbon membentuk empat ikatan. Atom nitrogen membentuk tiga ikatan
Atom oksigen membentuk dua ikatan. Halogen membentuk satu ikatan ketika mereka berada di sekeliling atom; fluorin selalu berada di sekeliling atom.
Contoh Persoalan 10.1 Menulis Struktur Lewis untuk Molekul dengan Satu Atom Sentral. Persoalan: Tuliskan struktur Lewis untuk CCl2F2, salah satu komponen yang berperan dalam penipisan ozon stratosfir. Solusi: 1. Tempatkan atom relatif satu sama lain. Pada CCl2 F2, karbon memiliki golongan dan elektronegatifitas terendah, maka karbon sebagai atom sentral. Atom-atom halogen lainnya berada di sekeliling atom karbon, namun posisi spesifik dari atom-atom tersebut tidak begitu penting. 2. Menentukan jumlah total dari elektron valensi (dari golongan A): C berada di golongan 4A, F dan Cl berada di golongan 7A. Oleh karena itu: [1 × C(4e)] + [2 × F(7e)] + [2 × Cl(7e)] = 32 elektron valensi. 3. Menggambar ikatan tunggal untuk atom sentral dengan mengurangi dua elektron pada tiap ikatan. 4. Mendistribusikan elektron yang tersisa dalam pasangan, dimulai dengan atom sekitarnya, sehingga tiap atom memiliki oktet.
Contoh Persoalan 10.2 Menulis Struktur Lewis untuk Molekul dengan Satu Atom Sentral. Persoalan: Tuliskan struktur Lewis untuk metanol (dengan rumus molekul CH4O), komponen penting dalam industri alkohol yang kemudian digunakan sebagai bahan bakar alternatif untuk mesin mobil.
Solusi: 1. Tempatkan atom relatif satu sama lain. Atom H hanya memiliki satu ikatan, maka atom C dan O harus berdekatan satu sama lain. Mengingat bahwa atom C memiliki empat ikatan dan O memiliki dua, maka atom H dapat diatur seperti pada gambar.
2. Temukan jumlah dari elektron valensi: [1 × C(4e)] + [2 × O(6e)] + [4 × H(1e)] = 14 elektron valensi. 3. Tambahkan ikatan tunggal dan kurangi dua elektron pada setiap ikatan. Lima ikatan digunakan untuk 10 elektron, jadi 14 elektron – 10 elektron menyisakan 4 elektron. 4. Tambahkan elektron yang tersisa pada pasangan. oktet,
dan tiap H membagi 2
elektronnya
Karbon dengan
sudah atom C;
sehingga untuk 4 elektron valensi yang tersisa, membentuk 2 pasangan elektron bebas pada atom O. Sehingga terbentuk struktur Lewis untuk metanol. 5)
Hal yang melibatkan beberapa ikatan. Jika setelah
langkah ke empat, atom sentral masih tidak oktet, membuat beberapa ikatan dengan mengubah pasangan elektron bebas dari salah satu atom yang mengelilingi atom menjadi sepasang ikatan dengan atom sentral.
Contoh Permasalahan 10.3 Menulis Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Ganda Persoalan: a) Etilen (C2H4), reaktan terpenting dalam pembuatan polimer, b) Nitrogen (N2), gas yang paling berlimpah di atmosfer. Solusi: Melakukan langkah 1-4: menempatkan atom, menghitung jumlah total dari elektron valensi, membuat ikatan tunggal, dan mendistribusikan elektron valensi yang tersisa k dalam pasangan untuk mencapai oktet. Lalu dilanjutkan dengan langkah kelima, yaitu: a. Untuk C2H4. Setelah langkah 1-4, yang perlu dilakukan adalah
Mengubah pasangan elektron bebas menjadi ikatan berpasangan. Atom C di sebelah kanan sudah oktet, namun atom C di sebelah kiri hanya memiliki enam elektron, maka kita mengkonversi pasangan elektron bebas ke ikatan berpasangan diantara dua atom C:
b. Untuk N2. Setelah langkah 1-4, yang perlu dilakukan adalah :N=N: Karena N tidak oktet, maka pasangan elektron bebas diubah menjadi sepasang ikatan.
Dalam hal ini, memindahkan satu pasangan elektron bebas tidak
membuat N menjadi oktet. Oleh karena itu, pasangan elektron bebas dari N dipindahkan untuk membuat ikatan rangkap tiga:
Resonansi: Pasangan Elektron Ikatan yang Terdelokalisasi Molekul ditunjukkan dengan lebih tepat menggunakan dua struktur Lewis, yang disebut “struktur resonansi” (atau bentuk resonansi), dan dua
arah
panah
resonansi di antaranya. Struktur resonansi memiliki penempatan atom relatif yang sama namun berbeda lokasi ikatan dan pasangan elektron bebasnya. Kita dapat mengkonversi satu bentuk resonansi ke bentuk lainnya dengan memindahkan pasangan elektron bebasnya ke posisi ikatan, begitu sebaliknya:
Struktur resonansi bukan penggambaran nyata dari ikatan. Kebutuhan kita akan lebih dari sati struktur Lewis untuk menggambarkan molekul ozon adalah hasil dari pasangan elektron yang terdelokalisasi. Dalam ikatan tunggal, ganda, dan rangkap tiga, masing-masing pasangan elektron tertarik oleh dua buah inti atom yang saling terikat: tiap pasangan elektron terlokalisasi. Delokalisasi elektron berdifusi dengan kerapatan elektron selama volume lebih besar, yang mengurangi gaya tolak-menolak antarelektron dan menstabilkan molekul. Contohnya benzena (C6H6) yang memiliki dua bentuk resonansi penting, dengan ikatan tunggal dan ganda yang berbeda posisinya. Molekul sebenarnya memiliki 6 ikatan C-C yang identik karena ada 6 ikatan C-C dan tiga pasangan elektron yang terdelokalisasi atas semua 6 atom C, dan sering digambarkan dengan bentuk lingkaran. Ikatan parsial, seperti terjadinya resonance hybrids, mengarah pada ikatan order fraksional. Untuk O3, didapat ikatan order =
=1
C-C ikatan order pada benzena adalah 9 pasangan elektron/6 ikatan atom yang saling berpasangan, atau 1 . Untuk ion karbonat, CO32-, tiga struktur resonansi bisa digambarkan sebagai berikut,
Contoh Persoalan 10.4 Menulis Struktur Resonansi Persoalan: Menuliskan struktur Lewis, mengingat untuk menambah 1 elektron ke jumlah total elektron valensi karena bermuatan ionik 1-. Lalu kita pindahkan satu-satunya ikatan pasangan untuk menuliskan bentuk resonansi lainnya dan hubungkan mereka dengan panah resonansi. Solusi: Setelah langkah ke 1-4, kita mendapatkan
Langkah kelima. Karena N hanya memiliki 6 elektron, maka satu pasangan elektron bebas pada atom O diubah untuk membentuk ikatan ganda, yang memberikan masing-masing atom menjadi oktet. Semua atom O adalah ekuivalen, sehingga kita bisa memindahkan pasangan elektron bebas dari tiga atom O tersebut dan mendapatkan tiga struktur resonansi:
Muatan Umum: Memilih Struktur Resonansi yang Lebih Penting Salah satu cara untuk memilih bentuk resonansi yang terpenting adalah dengan menentukan muatan umum dari suatu atom, muatan ini akan memiliki ikatan yang dibagi rata. Muatan umum suatu atom adalah jumlah total dari elektron valensi dikurangkan dengan jumlah elektron valensi dari molekul itu sendiri: memiliki seluruh elektron valensi yang tidak dapat dibagi dan sebagiannya adalah elektron valensi yang dapat dibagi.
Muatan umum suatu atom = elektron valensi – (elektron valensi yang tidak dapat dibagi + elektron valensi yang dapat dibagi)
Contohnya dalam O3, muatan umum dari oksigen A dalam bentuk resonansi I adalah: 6 elektron valensi – (4 elektron valensi yang tidak dapat dibagi + dari 4 elektron valensi yang dapat dibagi) = 6 – 4 – 2 = 0. Muatan umum dari semua atom di dalam bentuk resonansi dua O3 adalah:
Muatan resmi harus dijumlahkan ke dalam muatan yang sebenarnya pada jenisnya; nol untuk molekul dan muatan ionik untuk ion. Tiga kriteria yang membantu dalam memilih struktur resonansi yang lebih penting: Muatan umum yang lebih kecil (positif atau negatif) lebih baik daripada yang besar. Seperti muatan umum pada atom yang berdekatan diinginkan. Muatan atom yang lebih negatif harus berada pada atom yang lebih elektronegatif. Contoh penerapan tiga kriteria di atas pada ion NCO‒ :
Muatan umum (digunakan untuk memeriksa struktur resonansi), tidak sama dengan bilangan oksidasi (digunakan untuk memantau reaksi redoks): Untuk muatan umum, ikatan elektron ditetapkan sama dengan atom (seolah-olah ikatan itu kovalen nonpolar), jadi setiap atom memiliki setengah dari itu: Muatan umum = elektron valensi – (pasangan elektron bebas + ikatan elektron) Untuk bilangan oksidasi, ikatan elektron ditetapkan dengan lengkap ke atom yang lebih elektronegatif (seolah-olah ikatan itu ionik): Bilangan oksidasi = elektron valensi – (pasangan elektron bebas + ikatan elektron) Berikut adalah muatan umum dan bilangan oksidasi untuk bentuk resonansi ion tiga sianat:
Bilangan oksidasi tidak berubah dari satu bentuk resonansi ke bentuk lainnya (karena elektronegativitas tidak berubah), tetapi muatan umum berubah (karena jumlah dari ikatan dan pasangan elektron bebas berubah).
Pengecualian Struktur Lewis dalam Kaedah Oktet Pengecualian paling signifikan aturan oktet adalah untuk molekul yang mengandung elektron-kekurangan atom, molekul dengan elektron ganjil, dan terutama atom dengan kulit valensi yang diperluas. Elektron-Kekurangan Molekul Molekul gas yang mengandung berillium atau boron sebagai atom sentral sering mengalami kekurangan elektron; yaitu atom yang memiliki kurang dari delapan elektron di sekitar atom Be atau B. Struktur Lewis untuk gas berillium klorida dan boron trifluorida adalah
Hanya ada empat elektron di sekitar berillium dan enam elektron di sekitar boron. Halogen lebih elektronegatif dibandingkan berillium atau boron, dan muatan umum menunjukkan bahwa struktur berikut ini adalah struktur yang tidak mungkin terbentuk
Cara utama elektron yang kekurangan atom dalam mencapai oktet adalah dengan membentuk ikatan tambahan di dalam reaksi. Ketika BF3 bereaksi dengan amonia, secara langsung, sebuah senyawa terbentuk di mana boron mencapai oktetnya.
Molekul dengan Elektron Ganjil Beberapa molekul mengandung atom pusat dengan jumlah elektron valensi yang ganjil, sehingga tidak memungkinkan untuk atom-atom itu berpasangan. Atom yang seperti itu disebut radikal bebas, mengandung elektron tunggal yang tidak berpasangan, di mana membuat mereka paramagnetik dan sangat reaktif. Kebanyakan molekul dengan elektron ganjil memiliki golongan bernomor ganjil, seperti golongan 5A atau 7A.
NO sebagai contoh memiliki beberapa bentuk resonansi. Dua melibatkan atom O yang ganda terikat. Beberapa yang lain melibatkan penempatan dari elektron tunggal.
Ketika dua molekul NO2 bertabrakan, dua elektron tunggal saling berpasangan membentuk ikatan N-N pada N2O4 dan tiap N sudah oktet:
Kulit Valensi yang Diperluas Sebuah atom memperluas kulit valensinya untuk membentuk lebih banyak ikatan. Untuk itu, perluasan kulit valensi terjadi hanya dengan atom sentral yang berasal dari atom nonlogam (periode 3 atau lebih). Salah satu contohnya adalah SF6, berbentuk padat dan gas inert yang digunakan sebagai insulator pada peralatan listrik. Sulfur sebagai sentral dikelilingi dengan enam ikatan tunggal, satu untuk setiap fluorin, dengan total 12 elektron. Contoh selanjutnya adalah PCl5 , P pada senyawa ini sudah oktet. Namun, dengan menggunakan pasangan elektron bebas untuk membentuk lebih dari dua ikatan klorin dan memperluas kulit valensi dengan total 10 elektron.
Pada SF6 dan PCl, atmo sentral membentuk ikatan yang terdiri lebih dari empat atom. Dua dari bentuk resonansiuntuk H2SO4, dengan muatan umumnya,
Ketika asam sulfat kehilangan dua ion H+, itu akan membentuk ion SO42-. Dua dari enam bentuk tetapnya adalah sebagai berikut:
Jadi, ion SO42- adalah resonansi hibrida dengan 4 ikatan S-O dan dua pasangan ikatan yang terdelokalisasi atas strukturnya sehingga setiap ikatan S-O memiliki ikatan order 1 . Struktur Lewis tetap dengan muatan umumnya sama dengan nol:
Sangat penting menyadari bahwa muatan umum adalah sesuatu yang berguna, tetapi kurang sempurna, sebagai penilai dari pentingnya kontribusi untuk resonansi hibrida. Dari teori terbaru, dapat diindikasikan bahwa dari sekian banyak jenis dengan atom pusat yang berasal dari periode 3 atau lebih tinggi, membentuk kulit valensi yang diperluas dan nol muatan umum yang mungkin akan menjadi kurang penting bila dibandingkan dengan bentuk yang memiliki muatan umum lebih besar.
Contoh Persoalan 10.5 Menulis Struktur Lewis untuk Pengecualian Kaidah Oktet Persoalan: Tuliskan struktur Lewis untuk (a) H3PO4; (b) BFCl2 Rencana: Tuliskan struktur Lreis dan mengujinya untuk pengecualian kaidah oktet. Pada (a), atom 3pusatnya adalah P, di mana P berasal dari periode 3, jadi itu bisa menggunakan orbital d untuk dapat memiliki lebih dari oktet. Oleh karena itu, kita dapat menuliskan lebih dari satu struktur Lewis. Kita menggunakan muatan umum untuk menentukan bahwa satu bentuk resonansi itu lebih penting. pada (b), atom pusatnya adalah B, yang memiliki elektron kurang dari oktet. Solusi (a) Untuk H3PO4, dengan dua struktur Lewis yang mungkin, dengan muatan umum,
Struktur II memiliki muatan umum yang lebih rendah, jadi itu merupakan bentuk resonansi yang terpenting. Lalu (b) untuk BFCl2, struktur Lewis hanya dengan enam elektron yang mengelilinginya:
Bagian Ringkasan: Sebuah proses bertahap yang digunakna untuk mengkonversi rumus molekul ke dalam struktur Lewis,representasi dua dimensi dari molekul atau ion yang menunjukkan penempatan relatif dari atom dan distribusi elektron valensi di antara ikatan dan pasangan elektron bebas. Ketika dua atau lebih dari struktur Lewis dapat digambarkan untuk penempatan relatif yang sama terhadapa atom,, struktur yang sebenarnya merupakan gabungan dari bentuk-bentuk resonansi. Muatan umum berguna dalam menentukan kontributor terpenting untuk hibrida. Elektron-kekurangan molekul (dengan pusat Be atau B) dan elektron dengan jenis yang ganjil (radikal bebas) memiliki kurang dari oktet di sekitar atom pusatnya tetapi sering mencapai oktet pada reaksi. Di dalam molekul (atau ion) dengan atom pusat dari periode 3 atau lebih tinggi, atom dapat lebih dari delapan elektron dengan menggunakan orbital d untuk memperluas kulit valensi.
10. 2. Teori VSEPR dan Bentuk Molekul Struktur Lewis dari sebuah molekul itu seperti sebuah cetak biru dari bangunan: sebuah gambar datar yang menunjukkan penempatan relatif dari sebuah bagian (inti atom), koneksi struktural (golongan dari ikatan elektron valensi), dan beragam pelengkap (pasangan elektron bebas yang tidak berikatan dari elektron valensi). Untuk membangun bentuk molekul berdasarkan struktur Lewis, ahli kimia menggunakan teori VSEPR. Dengan prinsip dasar, bahwa setiap kelompok elektron valensi di sekitar atom pusat terletak sejauh mungkin dengan yang lainnya dengan tujuan untuk meminimalkan tolakan (gaya tolak-menolak).
Pengaturan Kelompok Elektron dan Bentuk-bentuk Molekul Pengelompokan kelompok elektron didefinisikan oleh kelompok elektron valensi, baik ikatan maupun bukan ikatan, di sekitar atom pusat. Sedangkan, bentuk molekul didefinisikan oleh posisi relatif dari inti atom. Gambar 10.2B menunjukan bahwa bentuk molekul terjadi ketika semua kelompok elektron yang berada di sekitar adalah kelompok ikatan. Untuk mengklasifikasikan bentuk-bentuk molekul, tetapkan tiap penunjukan spesifik AXmEn, di mana m dan n adalah bilang bulat, A adalah pusat atom, X adalah yang berada di sekitar atom, dan E adalah kelompok elektron valensi yang tidak berikatan. Sudut ikatan adalah sudut yang terbentuk oleh inti dari dua atom yang berada di sekitar dengan inti dari atom pusat pada titik tertentu. Sudut yang ditunjukkan pada gambar 10.2B adalah sudut ideal, yang dapat diperkirakan oleh geometri sederhana. Sangat penting untuk menyadari kegunaan dari model VSEPR adalah untuk menjelaskan bentuk-bentuk molekul yang diamati dengan berbagai cara oleh instrumen laboratorium.
Bentuk
Rincian
Molekul Linear
Susunan
Contoh
linear AX2:
kelompok elektron -BeCl2 menghasilkan molekul
dengan
bentuk linear dan -CO2 sudut ikatan 180°.
Trigonal
Kelompok
tiga AX3:
Planar
elektron di sekitar -BF3 atom pusat saling menolak satu sama lain
sehingga
membentuk segitiga sama sisi -NO3
dengan
sudut
ikatan 120°.
AX2E: CH2O
Gambar
Tetrahedral
Kelompok elektron
4 -AX4: CH4 bergerak
berjauhan
hingga
membentuk sudut 90 ° dan titik ke
-AX3E: NH3
simpul tetrahedron, sebuah polihedron dengan empat sisi terbentuk
dengan
segitiga sama sisi -AX2E2: H2O yang identik
Trigonal
Terbentuk
Bipiramida
kelompok
ketika -AX5: PCl5 lima
elektron memaksimalkan pemisahan mereka. Ada dua tipe posisi untuk
kelompok
elektron sekitarnya dan
dua
sudut
ikatan yang ideal. Tiga
kelompok
ekuatorial terletak pada
bidang
trigonal termasuk atom pusat. Dan dua kelompok aksial yang terletak di atas dan di bawah
-AX4E: SF4
bidang ini. Oleh -AX3E2: BrF3 karena itu, sudut ikatan sebesar 120° memisahkankelom pok ekuatorial, dan 90° memisahkan aksial dari kelompok -AX2E3: I3ekuatorial. Secara umum, semakin besar sudut ikatan, semakin lemah tolakannya. Oktahedral
Enam kelompok -AX6: SF6 elektron mengelilingin atom pusat dan setiap titik ke salah satu dari enam simpul, yang kemudian membentuk sudut - AX5E: IF5 ikatan ideal yaitu 90°.
-AX4E2: XeF4
Ringkasan bentuk molekul umum dengan dua sampai enam kelompok elektron.
Menggunakan Teori VSEPR untuk Menentukan Bentuk Molekuler: 1. Tuliskan struktur Lewis dari rumus molekul untuk melihat penempatan relatif dari atom dan jumlah kelompok elektron. 2. Menetapkan penyusunan kelompok elektron dengan cara menghitung semua elektron yang berada di sekitar atom pusat. 3. Memperkirakan sudut ikatan ideal dan arah setiap penyimpangan. 4. Menggambar dan menamai bentuk molekul dengan menghitung kelompok ikatan dan yang tidak terikat secara terpisah.
Bentuk Molekul dengan Lebih dari Satu Atom Pusat Bentuk-bentuk molekul merupakan kombinasi dari bentuk molekul untuk setiap atom pusat. Untuk molekul-molekul, dapat ditemukan bentuknya di sekitar atom pusat pada saat yang bersamaan.
Gambar di atas merupakan contoh dari bentuk molekul dengan lebih dari satu atom pusat. Dengan A adalah etana dan B adalah etanol. Bagian Ringkasan: Teori VSEPR menunjukkan bahwa masing-masing kelompok elektron (ikatan tunggal, ikatan ganda, pasangan bebas, atau elektron tunggal) yang ada di sekitar atom pusat berada berjauh-jauhan dari yang lainnya. Masing-masing pengaturan saling terikat dengan satu atau lebih bentuk molekul. Sudut ikatan yang ideal terjadi ketika bentuk molekul geometris, penyimpangan dari sudut terjadi ketika atom yang berada di sekitarnya tidak identik. Pasangan elektron bebas dan ikatan ganda mengeluarkan gaya tolak yang lebih besar dibandingkan ikatan tunggal. Molekul yang lebih besar memiliki bentuk yang merupakan gabungan dari beberapa bentuk di sekitar atom pusat.
