MENGGAMBARKAN MOLEKUL DAN ION BERDASARKAN STRUKTUR LEWIS Langkah awal untuk menggambarkan molekul adalah dengan cara mengkonversikan rumus molekul ke dalam struktur lewis. Ini ditunjukan dengan simbol berupa titik-titik disetiap atom dan pasangannya yg membentuk ikatan diantaranya. Salah satu cara untuk membagi eletron ke atom di struktur lewis adalah dengan cara oktet MENGGUNAKAN ATURAN OKTET UNTUK MENULISKAN STUKTUR LEWIS Untuk menuliskan struktur lewis dari rumus molekulnya, kita dapat memutuskan penempatan relatif dari atom dalam molekul (atau ion poliatomik) dimana atom yang berdekatan dan menjadi terikat satu sama lain dan mendistribusikan jumlah total elektron valensi sebagai ikatan yang mendiri. STRUKTUR LEWIS UNTUK MOLEKUL YANG MEMILIKI IKATAN TUNGGAL
Langkah 1. Salah satu contoh atom berikatan tunggal adalah 𝑁𝐹3. Letakkan atom relatif satu dengan yang lain. Letakkan atom dengan valensi terendah dan letakkan di tengah, karena membutuhkan elektron lebih banyak untuk mencapai oktet. Pada 𝑁𝐹3, N berada di tengah karena membutuhkan 3𝑒− tambahan untuk mencapai oktet sedangkan F hanya butuh 𝑒−
Langkah 2. Tentukan jumlah total elektron valensi yang tersedia. Untuk molecule, menjumlahkan elektron valensi semua atom. Untuk, tambahkan satu e-untuk setiap muatan negatif ion. atau mengurangi satu e - untuk setiap muatan positif.
Langkah 3. Buatlah sebuah ikatan tunggal dari setiap atom sekitarnya dengan atom pusat, dan mengurangi dua elektron valensi untuk setiap ikatan. Harus ada setidaknya dua ikatan antara atom terikat:
Kurangi 2e - untuk setiap ikatan tunggal dari jumlah total elektron valensi tersedia untuk menemukan nomor yang tersisa:
Langkah 4. Distribusikan elektron yang tersisa secara berpasangan, sehingga setiap atom memiliki 8 elektron (atau dua untuk H)
(sesuai aturan oktet)
STUKTUR LEWIS UNTUK MOLEKUL BERIKATAN RANGKAP Terkadang kita akan menemukan ikatan rangkap, jika setelah langkah 1-4, ada elektron yang tidak cukup untuk atom pusat untuk menjadi oktet. Ini berarti senyawa tersebut membentuk ikatan rangkap, disinilah langkah tambahan dibutuhkan:
Langkah 5. Jika, setelah langkah 4, atom pusat masih tidak memiliki oktet, langkah selanjutnya membuat ikatan rangkap dengan mengubah atom bebas dari satu atom pasangannya menjadi sepasang ikatan dengan atom pusat.
RESONANSI: DELOKALISASI PASANGAN ELEKTRON TERIKAT Kita sering dapat menulis lebih dari satu struktur Lewis. Masing-masing dengan relatif sama penempatan atom yang sama, untuk sebuah molekul atau ion dengan ikatan ganda di samping ikatan tunggal. Pertimbangkan ozon (𝑂3), polutan udara yang serius di permukaan tanah tetapi mempertahankan hidup penyerap ultraviolet hannful (UV) radiasi di stratosfer, berlaku dua Struktur Lewis (dengan huruf 0 atom untuk kejelasan), yaitu
Gambar diatas merupakan 𝑂3 yang berberda, 𝑂3 tersebut hanya memiliki perbedaan pada struktur lewis saja. Kenyataannya struktur lewis tidak dapat menggambarkan 𝑂3 secara tepat. Panjang dan besar energi ikatan menyatakan kedua 𝑂3 tersebut identik. Molekul yang memiliki dua struktur lewis disebut struktur resonansi. Struktur resonansi memiliki kesamaan dalam peletakan atom namun berbeda dalam lokasi dari pasangan elektron terikat dan bebas. Kita dapat mengubah suatu bentuk resonansi ke bentuk yang lain dengan menggerakkan pasangan bebas ke posisi terikat dan sebaliknya
Delokalisasi elektron memperluas jarak antar elektron yang berdampak menurunkan gaya tolak menolak antar elektron sehingga menstabilkan molekul.
Tapi bisa juga resonansi nya digambarkan menjadi Resonance Hybrid. Contoh delokalisasi elektrron adalah benzene. Benzena memiliki dua bentuk resonansi dengan posisi yang berbeda
MUATAN UMUM: MEMILIH STUKTUR RESONANSI YANG LEBIH PENTING Sebelumnya kita melihat semua bentuk molekul nya adalah sama karena kita memakai hybrid resonansi. Tapi disini kita akan mencari bentuk mana yang menjadi muatan umumnya. Rumus muatan umum atom adalah:
Muatan umum atom pada kedua ikatan 𝑂3 pada bentuk resonansi adalah:
Bentuk I dan II mempunyai kesamaan muatan umum tetapi memiliki perbedaan atom O, jadi keduanya memiliki kesamaan dalam resonansi hybrid. Muatan umum harus dijumlahkan dengan muatan seluruh elemen: nol untuk molekul dan bermuatan ion pada senyawa ionik.
Kriteria untuk menentukan stuktur resonansi yang lebih penting
Memiliki muatan umum yang lebih kecil (positif atau negatif) lebih baik dari pada yang muatan umum yang besar Muatan umum pada atom yang berdekatan tidak diinginkan Muatan atom yang lebih negatif sebaiknya berada pada atom yang lebih elektronegatif
Contoh:
Dari kriteria di atas apat disimpulkan bahwa bentuk ketiga memiliki stuktur resonansi yang paling penting PENGECUALIAN ATURAN OKTET PADA STUKTUR LEWIS Beberapa atom pusat memiliki elektron yang lebih sedikit dari 8 sedangkan yang lain memiliki elektron lebih dari 8. Pengecualian aturan oktet untuk molekul yang memiliki pengurangan elektron pada atom, atom yang berelektron ganjil, dan atom yang memiliki kulit valensi yang diperluas Molekul yang elektronnya berkurang Molekul gas yang memiliki berilium atau boron sebagai atom sentralnya seringkali kekurangan elektron. Hanya ada 4 elektron pada berilim dah 6 pada boron. Halogen lebih elektronegatif dibandingkan berilium atau boron, dan muatan umum menunjukkan berikut ini adalah struktur yang berbeda:
Cara agar defisien elektron mencapai oktet yaitu dengan membentuk ikatan tambahan pada reaksi. Ketika 𝐵𝐹3 bereaksi dengan ammonia, secara langsung, bentuk senyawa dari boron mencapai oktetnya
Molekul berelektron ganjil Atom sentral yang memiliki satu atom tunggal tak berpasangan disebut molekul elektron ganji, juga biasa disebut radikal bebas bersifat paramagnetik dan sangat reaktif. Contoh molekul berelektron ganji adalah N atau Cl. Kita ambil contoh dari 𝑁𝑂2.𝑁𝑂2 memiliki beberapa bentuk resonansi, 2 dari resonansi tersebut ditunjukkan dibawah
Bentuk elektron tunggal padan N (kiri) lebih penting karena cara 𝑁𝑂2 bereaksi. Radikal bebas bereaksi satu sama lain untuk berpasangan dengan elektron tunggal mereka. Ketika dua 𝑁𝑂2 molekul saling beradu, ion tunggal berpasangan membentuk ikatan N-N dalam dinitrogen tetraoxide dan tiap N mencapai oktet:
Pengembangan kulit valensi Banyak molekul dan ion yang memiliki lebih dari 8 valensi elektron yang mengelilingi atom sentral. Atom mengembangkan kulit valensinya untuk membentuk lebih banyak endapan, proses tersebut melepaskan energi. Atom sentral dapat mengakomodasi penambahan pasangan dengan menggunakan orbital d yang kosong dengan syarat orbital s dan p telah terisi. Oleh karena itu, pengembangan kulit valensi hanya dapat terjadi jika atom sentral adalah nonmetal dari periode 3 atau lebih, dimana terdapat orbital d. Salah satu contoh adalah sulfur hexaflourida, gas sangat padat dan inert digunakan sebagai insulator pada peralatan listrik. Atom sentral sulfur dikelilingi oleh 6 ikatan tunggal ,masing masing dari flourin, dengan total 12 elektron.
VALENSI-KULIT ELEKTRON- TOLAK MENOLAK ANTAR PASANGAN (VSERP) TEORI DAN BENTUK MOLEKUL Struktur molekul Lewis diibaratkan merupakan sebuah prototype bangunan. Untuk membangun bentuk molekul dari struktur lewis, kimiawan menggunakan valence-shell elektron-pair repulsion (VSEPR) theory. Prinsip dasarnya adalah setiap grup dari valensi elektron yang mengelilingi atom sentral diletakkan sejauh mungkin dari yang lainnya agar meminimalisir tolak menolak Pembagian Grup Elektron dan Bentuk Molekul Pembagian grup elektron didefinisikan dari grup valensi, baik terikat maupun bebas, disekitar atom sentral. Sedangkan bentuk molekul didefinisikan dari posisi relatif dari nucleus atom. Menggambarkan molekul yang seluruhnya terdiri dari pasangan elektron terikat. Ketika terdapat
satu saja pasangan elektron bebas, maka bentuk molekulnya akan berubah. Jadi, susunan grup elektron yang sama belum tentu memiliki bentuk molekul yang sama. Bentuk Molekul dengan Dua Pasang Elekron (Bentuk Linear) Ketika dua pasang elektron terhubung ke atom sentral dan diletakkan sejauh mungkin, mereka akan berada pada titik yang berlawanan. Bentuk liniear dari pasangan elektron dalam molekul membentuk sudut 180 derajat (𝐴𝑋2)
Gas berilium clorida adalah molekul liniar (AX2). Senyawa gas Be yang kekurangan elektron, dengan hanya dua pasangan elektron di sekitar atom pusat Be:
Pada karbon dioksida , atom sentral C membentuk ikatan gandadengan atom O:
Bentuk Molekul dengan Tiga Pasang Elektron ( Trigonal planar) Tiga pasang elektron mengelilingi atom sentral dan saling menolak satu sama lain, akan membentuk trigonal planar dengan sudut 120 derajat. Susunan ini memiliki 2 kemungkinan, pertama dengan 3 pasang elektron terikat dan kedua dengan 2 pasang elektron terikat dan sepasang elektron bebas mengelilingi sentral atom. Ketika ketiga pasang elektron terikat mengelilingi sentral atom, akan membentuk trigonal planar (𝐴𝑋3), sebagai contoh, boron triflouride
Efek dari ikatan ganda Folrmaldehide (CH2O) memiliki bentuk trigonal planar karena dua tipe atom yang mengelilingi (O dan H) dan dua tipe pasangan elektron (ikatan tunggal dan ganda)
Ikatan sudut sebenarnya menyimpang dari ideal disebabkan ikatan ganda,ikatan ganda memiliki densitas elektron yang lebih besar sehingga menolak dua ikatan tunggal yang lebih kuat dibandingkan dua ikatan tunggal tersebut menolak satu sama lain. Efek dari ikatan bebas Ketika salah satu dari tiga pasangan elektron merupakan pasangan elektron bebas (PEB) (A𝑋2E) bentuknya menjadi bengkok atau V bukan trigonal planar. PEB memiliki efek besar terhadap sudut ikatan, Karena PEB hanya dipegang oleh satu nuleus, ini berdampak pada kuatnya daya tolak dibandingkan ikatan terikat.Jadi, gaya tolak PEB lebih kuat dibandingkan gaya tolak pasangan terikat antar satu dengan lainnya. Gaya tolak yang lebih kuat ini mengurangi sudut antara pasangan terikat.
Bentuk Molekul dengan Empat Pasang Elektron (Tetrahedral) Semua molekul atau ion dengan empat pasang elektron mengelilingi atom sentral membentuk tetrahedral (𝐴𝑋4 ). Ketika salah satu dari empat pasang elektron tersebut menjadi PEB , bentuk molekulnya menjadi trigonal pyramid (𝐴𝑋3𝐸). Tetrahedral dengan puncak yang hilang. Akibat dari gaya tolak yang lebih kuat dari PEB, sudut ikatannya sedikit berkurang dari ideal Ketika terdapat 2 PEB molekul berbentuk bengkok atau V (𝐴𝑋2𝐸2)
Bentuk Molekul dengan Lima Pasang Elekron (Bipiramida trigonal) Semua molekul dengan lima atau enam pasangan elektron memiliki atom sentral dari perode 3 keatas karena hanya atom atom tersebut yang memiliki orbital d yang dapat memperluas kulit valensi melebihi 8 elektron.
Ketika 5 pasangan elektron memaksimalkan pemisahan mereka, mereka membentuk trigonal bipiramida (𝐴𝑋5).Pada molekul bentuk ini,ada 3 tipe posisi yang mengelilingi pasangan elektron dan 2 sudut ikatan ideal. 3 pasang equatorial berada pada bentuk trigonal (termasuk inti atom) dan 2 pasang axia yang berada pada atas dan bawah bidang. Sehingga 120 derajat ikatan sudut memisahkan pasangan equatorial dan 90 derajat memisahkan pasangan axial. Contohnya adalah pentachlorida:
Tiga bentuk linnya dikarenakan PEB. Pada 1 PEB, molekul akan membentuk papan jungkit (𝐴𝑋4𝐸).
Contohg pada 𝑆𝐹4 : Kecenderungan dari ikatan bebas untuk mengisi posisi equatorial karena molekul dengan 3 pasangan terikat memiliki bentuk T (𝐴𝑋3𝐸2). Sebagai contoh pada bromine triflouride
Sedangkan pada molekul yang memiliki 3 PEB akan membentuk liniar (𝐴𝑋2𝐸3)
Bentuk Molekul dengan Enam Pasang Elekron (Oktahedral)
Pada molekul atau ion dengan bentuk ini , enam pasang elektron mengelilingi atom sentral dan membentuk sudut ideal ikatan 90 derajat. Pada molecular octahedral (𝐴𝑋6) tidak terdapat PEB sama sekali, sebagai contoh pada hexaflourida Penggunaan Teori VSERP untuk menentukan Bentuk Molekul Langkah 1. Tulis struktur lewis dari rumus molekul Langkah 2. Tetapkan susunan pasangan elektron dengan menghitung semua pasangan elektron yang berada disekeliling atom sentral, baik terikat maupun bebas. Langkah 3. Prediksikan sudut ikatan ideal dari susunan pasangan elektron Langkah 4. Gambar dan namai bentuk molekul dengan menghitung pasangan terikat dan pasangan bebas secara terpisah. BENTUK MOLEKUL DENGAN SENTRAL ATOM LEBIH DARI SATU Banyak molekul, terutama pada sistem makhluk hidup, yang memiliki lebih dari satu atom sentral. Bentuk dari molekul tersebut merupakan kombinasi dari bentuk molekul masing-masing sentral atom. Dari molekul ini, kita menemukan bentuk molekul sekitar satu atom pusat pada suatu waktu. Meninjau ethane, memiliki empat pasang elektron terikat dan tak ada PEB memiliki dua sentral karbon, ethane berbentuk seperti dua overlapping tetrahedral
