BAB 3. KONSEP IKATAN KIMIA

Transkripsi

1 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

2 (a) (b). (a) Amonia, N 3 (b) Air, 2 O (c) Metana, C 4 (c)

3 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

4 Nilai Elektronegativitas (fluorin: elektronegativitas = 4)

5 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

6 3.2. IKATAN IONIK + ELEKTRON VALENSI KULIT ATOM INTI ATOM Unsur golongan utama (kecuali e): 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.

7 e Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar

8 3.2.1 Pembentukan Senyawa Ionik Biner Atom Anion/kation agar stabil (memenuhi aturan oktet): Contoh: Na Na + + e - Σ e - val. = pada gas mulia (8e - ; 2e - untuk e) Cl + e - Cl x kehilangan 1 elektron valensi memperoleh 1 elektron valensi (tanda x semata-mata untuk membedakan dari mana elektron itu berasal) Na + Cl NaCl penggabungan membentuk senyawa ionik (garam) Contoh lain: Ca + 2 Br Ca Br CaBr 2 atom netral kation anion senyawa (tidak oktet) (oktet) (oktet) ionik

9 CONTO 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 S menghasilkan 2 ion Rb + dan 1 ion S 2- (semuanya oktet). Senyawanya Rb 2 S atau dalam lambang Lewis, (Rb + ) 2 ( S 2- )

10 Ciri-ciri senyawa ionik: 1. Padatan pada suhu kamar. 2. Titik leleh dan titik didih tinggi Misal: NaCl titik leleh = 801 o C dan titik didih = 1413 o C. 3. Senyawa ionik padat umumnya kurang baik menghantar listrik, tetapi lelehannya menghantar dengan baik. 4. Komposisi kimia dinyatakan sebagai rumus empiris bukan rumus molekul.

11 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

12 3.3.1 Panjang dan Energi Ikatan Molekul Rerata panjang ikatan (Ǻ = m) Energi ikatan a (kj mol - 1 ) Molekul Rerata panjang ikatan (Ǻ = m) Energi ikatan (kj mol - 1 ) N 2 1, F 0, O 2 1, Cl 1, F 2 1, Br 1, Cl 2 1, I 1, Br 2 2, ClF 1, I 2 2, BrCl 2, a Energi (disosiasi) ikatan ( E d ) = energi yang harus diserap untuk memecah 1 mol ikatan tertentu. 1 golongan: Z ukuran atom panjang ikatan energi ikatan Contoh: Panjang ikatan F 2 < Cl 2 < Br 2 < I 2 ; ClF < ClBr Energi ikatan F > Cl > Br > I

13 Anomali energi ikatan: F 2 << Cl 2 > Br 2 > I 2 kuatnya tolak-menolak antaratom F yang sangat elektronegatif N 2 >> O 2 >> F 2 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 2 O 0,958 2 O 2 0,960 COO 0,95 C 3 O 0,956

14 3.3.2 Orde Ikatan Ikatan Molekul Orde ikatan C C C=C C C C C & C=C selang-seling etana ( 3 C C 3 ) etilena ( 2 C=C 2 ) asetilena (C C) benzena (C 6 6 ) Panjang ikatan (Å) Energi ikatan (kj mol - 1 ) 1 1, , , ½ (antara & =) 1, Orde ikatan Panjang ikatan Energi ikatan Orde ikatan rangkap juga ada pada ikatan antaratom selain C dan antaratom taksejenis: C O 1,43 C 1,10 C=O 1,20 N 1,01 N N 1,45 O 0,96 N=N 1,25 C N 1,47 N N 1,10 C N 1,16

15 3.4. IKATAN KOVALEN Atom-atom yang identik dapat memperoleh konfigurasi e - yang stabil dengan cara penggunaan bersama elektron. Contoh: elektron takberpasangan elektron berpasangan Cl + Cl Cl Cl atau Cl Cl elektron nonikatan + atau Cl 4 Cl + C Cl C Cl Cl

16 CONTO 3.2 Tulislah struktur titik-elektron untuk senyawa yang dihasilkan nitrogen (N) dan hidrogen () ketika berikatan kovalen. Penyelesaian: N + 3 N atau N amonia (N 3 )

17 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 O C O atau O C O N + N N N atau N N CONTO LAIN Pembentukan etilena, C 2 4, dari karbon (Golongan IV) dan hidrogen. 2 C + 4 C C atau C C etilena

18 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: atau Cl + Cl Cl Cl δ + δ (2,2) (3,0) 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

19 Ikatan kovalen koordinasi: salah satu atom memberikan dua elektron sekaligus kepada atom lainnya dalam membentuk ikatan kovalen. Contoh: N + + N x x + N + ikatan kovalen koordinasi Tanda panah kadang-kadang digunakan untuk menyatakan pasangan elektron yang disumbangkan

20 CONTO 3.3 Tuliskan struktur Lewis dari pernyataan berikut: boron triklorida membentuk ikatan kovalen koordinasi dengan nitrogen dari molekul amonia. Penyelesaian: Cl Cl Cl N + B Cl N x x B Cl N B Cl Cl Cl Cl

21 3.6 MUATAN FORMAL 2 SO 4 dua struktur Lewis yang memenuhi : O O S O O (1) 4 ikatan S-O O O S O O (2) 2 ikatan S-O 2ikatanS=O Eksperimen: Ada 2 jenis ikatan antara S dan O pada 2 SO pm (S O) & 142 pm (S=O) Struktur (2) yang realistis

22 Alat bantu untuk memilih: Muatan formal MF = Σ e - valensi Σ e - nonikatan ½ Σ e - ikatan Struktur (1) = 1 0 ½ (2) = 0 O kiri = 6 4 ½ (4) = 0 O kanan = 6 4 ½ (4) = 0 O atas = 6 6 ½ (2) = 1 O bawah = 6 6 ½ (2) = 1 S = 6 0 ½ (8) = +2 Struktur (2) = 1 0 ½ (2) = 0 O kiri = 6 4 ½ (4) = 0 O kanan = 6 4 ½ (4) = 0 O atas = 6 4 ½ (4) = 0 O bawah = 6 4 ½ (4) = 0 S = 6 0 ½ (12) = 0 Muatan bersih = 0 Muatan bersih = 0 Struktur (1) memiliki 3 atom bermuatan energi sangat tinggi (tidak stabil)

23 CONTO 3.4 Gunakan konsep muatan formal untuk menentukan mana struktur hidroksilamina, N 3 O, yang terbaik. Penyelesaian: N O (1) = 1 0 ½ (2) = 0 N = 5 0 ½(8) = +1 O = 6 6 ½ (2) = 1 N O (2) = 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.

24 3.7 BENTUK MOLEKUL: TEORI VSEPR Molekul dengan > 1 ikatan kovalen polar bisa polar/nonpolar bergantung pada susunan ikatan-ikatannya dalam ruang Contoh : CO 2 O C O molekul nonpolar linear µ tot = 0 2 O O molekul polar yang bengkok µ tpt 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.

25 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) 180 o 120 o 109,5 o SN = 2: linear SN = 3: planar trigonal SN =4:tetrahedral 90 o 120 o 90 o 90 o SN = 5: bipiramida trigonal SN = 6: oktahedral

26 CONTO 3.5 itunglah bilangan sterik untuk iodin pada IF 4- dan untuk bromin pada BrO 4-. Kedua ion molekular memiliki pusat I - atau Br - yang dikelilingi oleh 4 atom. Tentukan pula geometri pasangan elektronnya. Penyelesaian: IF 4 - Atom pusat I - Atom 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 = = 6 (geometri pasangan e - : OKTAEDRAL)

27 BrO - 4 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 (geometri pasangan e - : TETRAEDRAL) Ikatan rangkap/rangkap-tiga dianggap sama dengan ikatan tunggal CO 2 ( O C O) SN = = 2 (geometri pasangan e - : LINEAR)

28 Geometri molekul geometri pasangan elektron (bergantung pada Σ pasangan menyendiri) 1. Tanpa pasangan nonikatan: geometri molekul = geometri pasangan elektron Contoh: BeCl 2 : SN = = 2 (linear) BF 3 : SN = = 3 (planar trigonal) SF 6 : SN = = 6 (oktahedral) 2. Ada pasangan nonikatan: Pasangan e - nonikatan dipegang lebih dekat ke atom pusat Menempati lebih banyak ruang daripada pasangan e - ikatan

29 Sudut antarpasangan e - ikatan < antara pasangan e - ikatan dan pasangan e - nonikatan < antarpasangan e - nonikatan C 4 : SN = = 4 N 3 : SN = = 4 2 O : SN = = 4 Geometri pasangan e - = tetrahedral Amonia (N 3 ) Sudut ikatan 107,3 o

30 C 4 N 3 2 O ] C 107,3 O O N : tidak ada pasangan e - nonikatan (geometri molekul = geometri pasangan e - 109,5 O 104,5O = tetrahedral) Sudut ikatan -C-: 109,5 o : 1 pasang e - nonikatan (geometri molekul = piramida trigonal: tetrahedral yang dihilangkan 1 buah ikatannya) Sudut ikatan -N-: 107,3 o : 2 pasang e - nonikatan (geometri molekul = bentuk V: tetrahedral yang dihilangkan 2 buah ikatannya) Sudut ikatan -O-: 104,5 o

31 CONTO 3.7 Tentukan bilangan sterik atom sulfur dalam SO 2 dan ramalkan struktur molekul SO 2 Penyelesaian Bilangan sterik sulfur 3 (dua atom terikat dan satu pasang nonikatan) Molekul SO 2 bengkok, sudut ikatan sedikit < 120 o

32 Molekul dengan bilangan sterik 5: PF 5, SF 4, ClF 3, dan XeF 2 dengan jumlah pasangan nonikatan berturutturut 0, 1, 2, dan 3.

33 CONTO 3.8 Perkirakan geometri (a) ion ClO 3+ dan (b) molekul IF 5 Penyelesaian (a) ClO 3+ Atom pusat Cl + Atom ujung O : 6 e - val. : 6 e - val. menggunakan bersama 2 e - dari Cl - (konfigurasi Ar) Maka: 6 e - CI + ikatan dengan 3 atom O Tidak ada pasangan nonikatan

34 SN = = 3 tanpa pasangan e - nonikatan: Geometri molekul = geometri pasangan e - O O Cl O = PLANAR TRIGONAL (b) IF 5 Atom pusat I : 7 e - val. Atom ujung F : 7 e - val. menggunakan bersama 1 e - dari I (konfigurasi Xe) Maka: 5 e - I ikatan dengan 5 atom F 2 e - sisanya 1 pasangan menyendiri

35 SN = = 6: geometri pasangan e - = oktahedral 1 pasangan e - nonikatan: dihilangkan 1 ikatannya Geometri molekul = PIRAMIDA BUJURSANGKAR F F F I F F

36 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 Contoh: Na + : ion natrium Ca 2+ : ion kalsium Gol. I, II kation monoatomik +1, Kation monoatomik (beberapa ion stabil): Unsur transisi + Golongan III, IV, dan V Contoh: Cu + : ion tembaga(i) atau ion kupro Cu 2+ : ion tembaga(ii) atau ion kupri

37 (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: N 4+ : ion amonium 3 O + : ion hidronium g 2 2+ : ion merkuro(i) [bedakan dengan g 2+ :ion merkuri(ii)] 4. Anion monoatomik: Bagian pertama nama unsur + akhiran ida Contoh: Cl - : ion klorida (diturunkan dari klorin) O 2- : ion oksida (diturunkan dari oksigen) Gol. V, VI, VII anion monoatomik 3, 2, 1

38 5. Anion poliatomik Contoh: SiO 3-4 : ion silikat NO 2- : ion nitrit NO 3- : ion nitrat ClO - : ion hipoklorit ClO 3- : ion klorat ClO 2- : ion klorit ClO 4- : ion perklorat CO 3- : 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 Mg 3 N 2 : 3 kation +2 membalanskan 2 anion 3 FeCl 2 dan FeCl 3? Tl 2 SO 4 dan Tl 2 (SO 4 ) 3?

39 CONTO 3.9 Apakah rumus kimia untuk (a) barium oksida dan (b) sesium nitrida. Penyelesaian: (a) Ba : golongan II Ba 2+ O : golongan VI O 2- Asas kenetralan muatan: Setiap 1 ion Ba 2+ dibalanskan oleh 1 ion O 2- BaO (b) Cs 3 N.

40 CONTO 3.10 Namai senyawa ionik yang mengandung ion poliatom berikut. (a) N 4 ClO 3 (b) NaNO 2 (c) Li 2 CO 3 Penyelesaian: (a) Amonium klorat (b) Natrium nitrit (c) Litium karbonat

41 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 = Biloks F = 1 5. Biloks logam alkali tanah, Zn, dan Cd = Biloks = Biloks O = 2 Jika aturan di atas diterapkan sesuai prioritas, pengecualian seperti biloks O = 1 dalam peroksida dan biloks = 1 dalam hidrida tidak perlu dihafalkan.

42 Contoh 3.11 Tetapkan bilangan oksidasi setiap atom dalam senyawa berikut (a) CsF (b) CrO 4 2- 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

43 LATIAN 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. AlCl 3 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

44 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. NCl 3 b. OF 2 c. P 3 6. Tentukan muatan formal untuk setiap atom dan muatan bersih seluruh molekul pada struktur Lewis berikut: a. N N - O b. S = C = N

45 7. Urutkan masing-masing kelompok berikut menurut kenaikan polaritasnya a. Cl, O, - F b. N O, P - O, Al O c. - 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. ClO 3 b. F - 2 c. N + 4

46