STRUKTUR LEWIS DAN BENTUK MOLEKUL Langkah pertama untuk melihat bentuk dari molekul adalah merubah struktur molekul tersebut menjadi struktur lewis. Struktur ini terdiri dari dot-dot yang menggambarkan setiap atom,ikatan nya,dan satu-satu nya pasangan yang mengisi setiap kulit atom terluar. Kebanyakan,aturan oktet membantu kita allotting elektron ke struktur lewis. Kadang kita tidak memakai aturan oktet dalam beberapa kasus Menggunakan aturan oktet Untuk menyusun struktur lewis,kita melihat dari letak atom dalam molekul. Atom yang berdekatan membentuk ikatan dan memberikan total jumlah valensi atom yang berikatan dan tidak berikatan. Struktur Lewis untuk molekul dengan satu ikatan Ada empat step untuk menyusun struktur lewis dengan satu ikatan, kita akan mengambil contoh NF3 untuk membahasnya
Step pertama : Tempatkan atom relative berdekatan. Taruh atom yang berada di golongan paling kecil di tengah karena ia membutuhkan lebih banyak elektron untuk menjadi oktet. Atom ini biasanya memiliki keelektronegatifan paling kecil. Contohnya, dalam NF3, N memiliki golongan paling kecil yaitu 5,sehingga membutuhkan 3 elektron lagi untuk menjadi oktet. F berada di golongan ke tujuh sehingga membutuhkan 1 elektron lagi. Oleh karena itu, N harus kita taruh di tengah karena memiliki golongan paling kecil dengan 3 atom F mengelilingi nya. Jika atom-atom memiliki golongan yang sama seperti SO3 dan ClF3, taruh atom yang memiliki nomor periodik terbesar di tengah. Atom H tidak pernah berada di tengah karena hanya bisa punya satu tangan Step kedua : Tentukan total elektron valensi yang ada. Untuk molekul, jumlahkan electron valensi yang ada. Dalam NF3, atom N memiliki 5 elektron valensi dan F memiliki 7 elektron valensi,maka : [1 x N(5e)] + [3x F(7e)] = 5e + 21e = 26e Untuk atom poliatomik, tambahkan satu eletron untuk setiap ion negatif, atau mengurangi satu elektron untuk setiap muatan positif
Step ketiga : Gambarkan ikatan dari setiap atom yang mengelilingi ke atom yang di tengah dan kurangi dua elektron untuk setiap ikatan. Pasti ada satu yang tidak punya ikatan. Kurangi dua eletron untuk setiap ikatan dari total valensi yang telat dihitung di step dua 3 buah ikatan N-F x 2e = 6e
maka
26e – 6e =20e
Step keempat : Susun electron berpasangan agar atom-atom memiliki delapan elektron atau dua untuk atom H. Pertama,taruh pasangan elektron atom yg berada di keliling atom pusat, buat agar menjadi oktet.
Contohnya NF3, pastikan jumlah valensi electron nya sesuai dengan hasil perhitungan step ketiga. Gambar dari struktur lewisnya bisa bermacam-macam asalkan menggambarkan koneksi yang sama antar atom N dan F. Dengan ini kita juga bsa menggambarkan struktur lewis dari C,O, atau N atau molekul dengan atom pusat berasal dari periode yang lebih tinggi. Perlu diingat bahwa :
Hidrogen memiliki satu ikatan Carbon memiliki 4 ikatan Nitrogen memiliki 3 ikatan Oksigen memiliki 3 ikatan Halogen selalu memiliki satu ikatan ketika mereka bukan merupakan atom pusat. Atom F tidak pernah menjadi atom pusat
Akan menjadi lebih sulit jika terdapat dua atom pusat yang berikatan dan atom yang lain mengelilingi mereka,contohnya : Struktur Lewis untuk Molekul dengan Dua Ikatan Terkadang kita menemukan bahwa jumlah elektron tidak cukup untuk atom pusat,itu menunjukkan bahwa terdapat ikatan ganda. Oleh karena itu kita membutuhkan step berikutnya yaitu step 5 yaitu buat ikatan ganda dengan mengganti satu ikatan dengan atom yg bukan pusat menjadi berikatan ke atom pusat. Resonasi : Penempatan Ikatan Pasangan Elektron
Kita dapat menggambarkan tidak hanya satu struktur lewis, masing-masing dengan penempatan atom yang sama, ikatan ganda di sebelah ikatan tunggal. Struktur resonasi menunjukkan bawah struktur lewis akan lebih benar dengan dua gambaran, dan anak panah berkepala dua diantaranya. Struktur resonasi mempunyai atom relative yang sama tempat namun berbeda posisi ikatan. Kita bisa mengubah satu resonansi ke resonasi lain nya dengan memutar balik ikatan. Struktur resonasi bukanlah struktur ikatan yang sebenarnya. Molekul tidak berpindah ikatan secara instan dari satu struk ke struktur lainnya. Molekul yang sebenarnya adalah resonasi hybrid,sama seperti resonasi form. Kebutuhan kita untuk menggambarkan lebih dari satu struktur lewis untuk menggambarkan,misalnya ozone,adalah hasil dari penempatan ikatan pasangan elektron. Dalam ikatan tunggal,ikatan ganda atau ikatan triple, setiap elektron tertarik dengan inti atom dari dua atom yang berikatan.Setiap pasangan elektron telat terlokalisasi. Namun dalam molekul ozon, dua elektron terdekolasisasi,massa jenis nya tersebar ke seluruh molekul. Dalam ozon,ikatan yang identic menyebabkan masing-masing mendapat satu atau setengah ikatan
Elektron mendelokalisasi difusi elektron density melalui volume yang lebih besar, yang mereduksi elektron-elektron dan menstabilkan molekul. Kebanyakan molekul lebih baikk digambarkan dengan resonasi hybrid,contohnya benzena yang memiliki dua struktur resonasi yang penting,yang memberikan alternatif letak ikatan tunggal dan ganda berbeda posisi. Partial bonding,yang mengarah ke ikatan resonasi hybrid,mengarah ke ikatan fraksional, misalnya untuk ozon
Ikatan antar C dalam benzene adalah 9 pasang elektron atau 6 ikatan antar elektron,atau 1.5.Dalam karbonat,CO3, mempunyai 3 struktur resonasi yang bisa digambar. Masing-masing memiliki 4 pasang elektron yang membagikan 3 ikatan, jadi bond order nya ada 4/3. Memilih Struktur Resonasi yang Terpenting Sebelumnya,struktur resonasi terlihat sama dengan resonasi hirid karena molekul memiliki atom keliling yang sama. Kebanyakan,kasusnya tidak seperti iyu dan satu struktur resonasi lebih terlihat seperti resonasi hibrid. Dengan kata lain, Karena resonasi hybrid seperti struktur resonasi biasa, satu struktur akan berkontribusi lebih dan lebih memberati struktur yang lain. Untuk menentukan struktur mana yang lebih penting,dengan menentukan formal charge dari setiap atom, muatan akan ada jika setiap ikatan elektron sama rata. Muatan formal atom adalah total elektron valensinya dikurangi jumlah valensi yang dimiliki di molekul.Dia memiliki semua jika itu elektron bebas dan setengah jika elektron yang berpasangan. Muatan Formal Atom Total valensi - ( total elektron bebas + ½ total elektron berpasangan)
Jika kita mengambil contoh O3, form satu dan dua memiliki jumlah ormal charge yang sama namun berbeda atom, jadi mereka berkontribusi sama dalam resonasi hybrid. Formal charge harus total dari actual charge dari species. Nol untuk molekul dan ionik charge untuk ion 3 kriteria unutk membantu kita menentukan struktur resonasi yang terpenting :
Muatan formal yang kecil (positif atau negative) lebih dilipilih disbanding yang besar Muatan formal dalam penggambaran atom tidak desirable Negatif muatan formal harus reside untuk atom yang lebih elektronegatif
Coba kita ambil contoh ion sianat, NCO yang memiliki dua atom berbeda mengelilingi atom pusat. Setelah itu membuat tiga resonasi struktur dan muatan formalnya. Form 1 tidak dipakai karena memiliki muatan formal yang lebih besar dibanding yang lain, dan O dalam form 1 lebih elektronegatif dibanding N. Form 2 dan 3 memiliki muatan formal yang sama besar, namun form 3 memiliki satu muatan elektron. Maka form 2 dan 3 memiliki kontribusi yang sama dalam struktur resonasi tapi form tiga lebih penting.
Muatan formal tidak sama dengan bilangan oksidasi
Pada muatan formal, ikatan elektron mempunyai tugas yang sama dengan atom (kecuali ikatan kovalen non polar) Total valensi - ( total elektron bebas + ½ total elektron berpasangan) Untuk bilangan oksidasi, ikatan elektron ditugaskan penuh pada atom yang lebih elektronegatif (jika ikatan ion) Total valensi - ( total elektron bebas + total elektron berpasangan)
Bilangan oksidasi tidak berubah dari satu form resonasi ke resonasi lain nya,namun muatan formalnya berubah. Struktur Lewis yang Menyalahi Aturan Oktet Kadang,atom pusat memiliki lebih dari 8 elektron di sekelilingnya, kadang malah kurang dari delapan. Yang paling sering menyalahi aturan oktet adalah atom yang kekurangan elektron, elektron ganjil,atom yang meluaskan kulit valensinya 1. Atom yang kekurangan elektron Gaseous molekul termasuk berilium dan boron sebagai atom pusat seringnya adalah deficient atom. Mereka mempunyai kurang dari delapan disekelilingnya. Hanya ada 4 elektron disekeliling berilium dan elektron di sekeliling boron. Atom halogen yang mengelilingi boron atau berilium dalam BF3 atau BeCl2 lebih elektronegatif dari boron dan berilium. Cara agar elektron defisien menjadi oktet adalah menambah ikatan dalam reaksi. Jika BF3 bereaksi dengan ammonia,maka boron akan menjadi oktet
2. Elektron ganjil dalam molekul Beberapa molekul memiliki atom pusat dengan elektron valensi bilangan ganjil,sehingga mereka tidak bisa memiliki elektron yang semuanya berpasangan. Spesies seperti radikal bebas,mempunyai elektron bebas yang membuat mereka paramagnetik dan sangat reaktif. Struktur lewis tidak membahas tentang elektron bebas, maka akan digunakan dengan cara muatan formal untuk memutuskan dimana elektron bebas ditaruh. Kebanyak molekul dengan elektron ganjil mempunyai atom pusat dari golongan
ganjil seperti N atau Cl. Misalkan NO2 sebagai contoh, NO2 mempunyai beberapa strutur resonasi. Namun form dengan elektron bebas di N penting karena dengan itu NO2 bereaksi. Radikal bebas bereaksi dengan satu sama lain untuk memasangkan elektron bebas mereka. Saat dua NO2 bergabung, elektron bebas berpasangan menjadi N-N dalam dinitrogen tetraoksida dan setiap N menjadi oktet.
3. Perluasan kulit elektron Banyak atom atau molekul yang memiliki lebih dari delapan elektron valensi disekiling atom pusat. Atom memaksa kulit valensi nya untuk membuat lebih banyak ikatan,proses yang membebaskan energi. Atom pusat dapat mengakomodasi tambahan pasangan dengan memakai kulit D yang kosong sebagai tambahan dari orbital S dan P. Maka,penambahan kulit elektron bisa hanya dengan atom pusat yang non metal dari periode tiga atau lebih. Contohnya adalah SF6, atom pusat sulfur dikeliling enam ikatan tunggal yang menghubungkan dengan masing-masing atom florin. Dalam SF6, atom pusat mengikat lebih dari empat atom.Namun dalam banyak kasus perluasan kulit elektron,atom pusat mengikat empat atau kurang atom.Contohnya H2SO4 Teori Dorongan Kulit Valensi Pasangan Elektron (VSEPR) dan Bentuk Molekul Untuk membuat bentuk molekul dari struktur lewis, para ahli kimi menggunakan Teori Dorongan Kulit Valensi Pasangan Elektron (VSEPR). Prinsip dasarnya adalah setiap grup valensi elektron disekeliling atom pusat ditaruh sejauh mungkin dari satu sama lain dengan tujuan mengurangi gaya. Grup elektron mungkin memiliki ikatan tunggal,ikatan ganda,atau ikatan triple,pasangan elektron bebas,dan elektron bebas. Setiap grup elektron mendorong grup lain nya untuk menjauh. Bentuk tiga dimensi dari pengaturan nucleus yang dikelilingi grup elektron Penganturan grup elektron dan Bentuk Molekul Arrangement grup elektron ditentukan oleh grup-grup elektron valensi,yang berikatan maupun tidak berikatan,disekitar atom pusat. Disamping itu,bentuk molekul ditentukan oleh letak atom relative. Pengaturan grup elektron yang sama akan memberikan bentuk molekul yang berbeda,beberapa dengan grup elektron berikatan,dan beberapa dengan grup elektron tak berikatan, ada juga yang campuran keduanya. Untuk mengelompokkan bentuk molekul, kita menggunakan desain AXmEn , m dan n adalah bilangan bulat, A adalah atom pusat, X adalah atom yang mengelilingi atom pusat, dan E adalah pasangan elektron bebas.
Sudut ikatan adalah sudut yang dibentuk oleh atom pusat dengan dua atom yang mengelilinginya, sudut di gambar di bawah adalah sudut yang ideal, yang bisa diperkirakan. Ini ditemukan jika grup elektron berpasangan yang sama dan terhubung ke elemen yang sama di sekililing atom pusat. Jika ini tdak terjadi,maka bentuk molekul akan menjauhi ideal. Kita menggunakan model VSEPR untuk menghitung bentuk molekul yang dicari.Dalam banyak kasus,hasil dari metode VSEPR akurat.
Bentuk Molekul dengan dua grup elektron (Penyusunan Linear) Saat dua grup elektron berikatan pada satu ousat dengan jarak sejauh mungkin,mereka akan berda di arah yang berlainan. Pengaturan secara linear akan membentuk bentuk molekul linear dengan sudut 180o. Dalam CO2, C mengikat dua atom O dengan ikatan ganda membentuk linear. Eketron bebas tidak ikut memberikan pengaruh bentuk,hanya grup elektron di sekeliling atom pusat yang memberika pengaruh bentuk.
Bentuk Molekul dengan Tiga Grup Elektron (Trigonal Planar)
Tiga grup elektron disekeliling atom pusat saling mendorong satu sama lain untuk berada diujung segitiga dan sudut idealnya adalah 120o. Penyusunan ini memili dua kemungkinan bentuk,pertama dengan tiga grup elektron mengelilingi atom pusat, kedua dengan dua grup elektron dan satu elektron bebas. Saat ketiga grup elektron adalah elektron yang berikatan,bentuk molekul nya ada segitiga planar (AX3). Contoh BF3, dengan tiga atom mengelilingi atom pusat,jarak sudutnya ada 120o.
EFEK DARI IKATAN GANDA Bagaimana cara sudut ikatn menjauh dari sudut ikatan ideal saat atom yang mengelilingi dan grup elektron nya tidak sama? Contohnya CH2O,yang memiliki bentuk trigonal planar yang terdiri dari dua atom bukan pusat (O dan H) dan dua jenis elektron grup (ikatan tunggal dan ganda)
Ikatan yang sebenarnya menjauh dari ikatan ideal karena ikatan ganda,dengan elektron terbaiknya,mendorong dua ikatan tunggal lebih kuat dibandingkan mereka mendorong satu sama lain. EFEK DARI PASANGAN ELEKTRON BEBAS Bentuk molekul disusun oleh posisi atom,jadi saat satu dari tiga elektron grup tidak berpasangan (AX2E),bentuk molekulnya adalah bengkok,atau bentuk V,bukan trigonal planar. Contohnya adalah SnCl2. Elektron yang tidak berpasangan bisa memiliki efek besar pada sudut ikatan,karena elektron tak berpasangan hanya punya satu nucleus yang bisa mendorongg lebih
besar daripada elektron berpasangan dan menggeser sudut menjadi lebih kecil di antar elektron yang berpasangan
BENTUK MOLEKUL DENGAN EMPAT GRUP ELEKTRON Bentuk molekul dengan empat grup elektron harus digambar tiga dimensi untuk memaksimalkan jarak diantara grup elektron. Dalam hal ini,struktur lewis tidak menentukan bentuk molekul. Semua molekul dan ion dengan empat grup elektron mengelilingi atom pusat memakai penyusunan tetrahedral. Ketika keempat grup elektron adalah elektron yang berpasangan,contohnya metana,akan membentuk tetrahedral juga (AX4). Saat satu dari empat grup elektron adalah elektron bebas,bentuk molekulnya adalah piramida trigonal (AX3E), tetrahedron dengan satu vertex hilang. Dengan dorongan besar dari elektron bebas,sudut pada ikatan nya kurang dari ideal 109,5o. Contohnya pada ammonia yang memiliki sudut ikatan 107.3o
Mengetahui bentuk molekul adalah cara yang baik untuk melihat apa yang terjadi saat reaksi. Saat dua grup elektron adalah elektron berpasangan dan dua lagi adalah grup elektron bebas,maka bentuk molekulnya adalah bent, atau bentuk V (AX2E2). Air adalah bentuk molekul V yang terpenting dengan pengaturan tetrahedral.
Dorongan yang dihasilkan grup elektron menyebabkan jauhnya sudut yang ada dengan sudut ideal, dengan order : Lone pair-Lone pair > Lone pair-Bonding Pair > Bonding Pair-Bonding Pair BENTUK MOLEKUL DENGAN LIMA GRUP ELEKTRON ( BIPIRAMIDA TRIGONAL) Semua molekul dengan lima atau enam grup elektron yang mengelilingi atom pusat, memiliki atom pusat memiliki periode tiga atau lebih karena hanya atom ini yang memiliki kulit D untuk memperluas kulit menjadi lebih dari delapan. Ketika lima grup elektron membesar jarak diantara mereka, mereka membentuk bipiramida trigonal. Dalam bipiramida trigonal, dua piramida triganal berbagi satu dasar. Molekul dengan posisi seperti ini memiliki dua tipe posisi untuk atom bukan pusat dan dua sudut ikatan yang sama. Tiga equorial grup bersandar pada trigonal plane yang mencakup atom pusat,dan dua axial grup berada di bawah pesawat. Jadi 120o sudut ikatan terpisah equorial grup dan 90o sudut memisahkan axial dengan eqorial grup. Biasanya, lebih baik sudut ikatan nya,semakin lemah dorongan nya, jadi dorongan dari equorial lebih kecil dari pada dorongan axial grup. Kecenderungan grup elektron untuk membentuk equorial posisi,lalu memperkecil dorongan axial-equorial,governs the empat bentuk dari bipiramida trigonal.
Tiga bentuk tersusun dari molekul dengan grup elektron bebas. Karena elektron bebas memiliki gaya dorong lebih besar dibanding elektron berpasangan,kita mendapatkan bahwa elektron bebas seperti equorial grup. Dengan satu elektron bebas ada di equorial grup,molekul mempunyai bentuk seeshaw (AX4E). Contohnya adalah SF4, bentuk molekulnya mempunya seeshaw diujung. Kecenderungan untuk elektron bebas untuk meniru euqorial grup karena molekul dengan tiga grup atom berpasangan dan dua elektron bebas menjadi bentuk T (AX2E2). BrF3 mempunyai bentuk ini. Molekul dengan tiga elektron bebas di equorial grup pasti memiliki dua grup elektron berpasangan di posisi axial yang memberikan molekul bentuk linear (AX 2E3) dan 180o axial-atom pusat-axial (X-A-X) contohnya triiodine (I3)
MOLEKUL DENGAN ENAM GRUP ELEKTRON (OKTAHEDRAL) Yang terakhir dari lima bentuk molekul adalah oktahedral. Oktadral adalah polyhedral dengan delapan sisi terbuat dari delapan equiateral yang identic dan enam identic vertices. Dalam molekul atau ion dengan pengaturan ini,enam grup elektron mengeliligi atom pusat dan setiap point untuk masing-masing vertices, yang memberikan semua grup 90o sudut ikatan ideal. Tiga bentuk penting molekul menunjuk pada susunan ini. Dengan enam grup elektron berpasangan,bentuk molekulnya adalah oktahedral (AX 6). Saat bentuk seeshaw SF4 bereaksi dengan tambahan F2, atom pusat S melebarkan kuliat atom untuk membentuk sulfut oktahedral hexaflorin (SF6). Karena enam grup elektron memiliki ikatan yang sama, itu tidak membedakan dimana letak elektron bebasnya. Lima atom berpasangan dan satu elektron bebas membentuk piramida bulat (AX5E) seperti iodine pentaflorin (IF5)
Saat molekul mempunyai dua elektron bebas,mereka selalu berada di seberang vertices untuk menghindari sudut 90o elektron bebas yang dorongannya lebih kuat. Posisi ini memberikan bentuk planar bulat (AX4E2) seperti dalam xenon pentaflorida (XeF4)
MENGGUNAKAN TEORI VSEPR UNTUK MENENTUKAN BENTUK MOLEKUL Step 1 : Tulis struktur lewis dari rumus molekul untuk melihat peletakan atom relative dan jumlah grup elektron Step 2 : Susun grup elektron dengan menjumlahkan semua grup elektron di sekitar atom pusat,elektron berpasangan ataupun elektron bebas Step 3 : Perkirakan sudut ikatan yang ideal dari penyusunan grup elektron dan petunjuk dari penyimpangan yang dikarenakan elektron bebas atau ikatan ganda
Step 4 : Gambar dan beri nama bentuk molekul dengan menghitung grup elektron berikatan dan grup elektron bebas secara terpisah BENTUK MOLEKUL DENGAN ATOM PUSAT LEBIH DARI SATU Banyak molekul yang mempunyai atom pusat lebih dari satu. Bentuk dari molekul ini adalah kombinasi dari bentuk molekul masing-masing atom. Untuk molekul ini,kita menemukan bentuk molekul di sekitar atom pusat. Contohnya etana (C2H6), dengan empat grup elektron dan tidak ada elektron bebas di sekitar dua atom pusat karbon, etana berbentuk seperti dua tetrahedral yang menindih. Etanol (CH3CH2OH) mempunya tiga atom pusat. Grup dari CH3 berbentuk tetrahedral dan grup CH2 berbentuk tetrahedral juga. Atom O mempunyai empat grup elektron dan dua elektron bebassehingga berbentuk V (AX2E2)
