STRUKTUR LEWIS UNTUK MOLEKUL DAN ION Struktur Lewis merupakan langkah awal untuk menentukan bentuk molekul. Struktur Lewis terdiri dari titiktitik yang menggambarkan valensi electron tiap atom yang saling berikatan. Dalam penggambaran struktur Lewis harus mematuhi aturan oktet. Penggambaran Struktur Lewis pada Molekul Berikatan Tunggal 1. Penempatan Atom Atom dengan elektronegatifitas paling rendah ditempatkan sebagai atom pusat. Sedangkan untuk molekul dengan rumus AB n, yang menempati atom pusat adalah atom yang memiliki nomor golongan yang lebih rendah karena membutuhkan lebih banyak electron untuk mencapai aturan octet. Sedangkan untuk atom yang berasal dari golongan yang sama, pilih atom pusat dengan nomor periode yang lebih besar. Contoh untuk NF 3 N berasal dari golongan VA, dengan EN 3.0 F berasal dari golongan VII A, dengan EN 4.0 Maka N sebagai atom pusat 2. Menentukan total electron valensi semua atom Jumlahkan electron valensi semua atom yang berikatan. Untuk atom yang berasal dari golongan A, electron valensinya sama dengan nomor golongan. [1 x N(5e -- )] + [3 x F(7e -- )] = 5e -- + 21 e -- = 26 e -- 3. Menggambar ikatan tunggal yang terjadi dan mengurangkan 2 elektron valensi untuk tiap ikatan Kemudian kurangkan electron valensinya di mana tiap satu ikatan mengandung 2 e. Pengurangannya sebagai berikut: 3 N-F x 2e -- = 6e jadi sisa elektronnya 26e -- - 6e -- = 20e -- 4. Menggambarkan sisa electron valensi tiap atom
Beberapa ketentuan pada pembuatan struktur Lewis: Atom H membentuk satu ikatan Atom C membentuk empat ikatan Atom N membentuk tiga ikatan Atom O membentuk dua ikatan Halogen membentuk satu ikatan jika tidak sebagai atom pusat, sedangkan F tidak pernah menjadi atom pusat Penggambaran Struktur Lewis pada Molekul Berikatan Ganda Jika langkah 1 hingga 4 telah dilakukan, namun jumlah sisa electron valensi pada atom pusat belum mencapai aturan octet maka dapat disimpulkan adanya ikatan ganda. Maka langkah selanjutnya adalah menggambar ikatan ganda dengan pasangan electron bebas (PEB) antara atom pusat dengan atom di sekelilingnya. Sebagai contoh, untuk senyawa C 2 H 4 pada langkah 1 sampai 4 telah didapatkan Atom C sebelah kanan sudah mencapai octet, sedangkan C yang sebelah kiri kekurangan 2 elektron, maka PEB pada atom C sebelah kanan dijadikan sebagai ikatan ganda antar atom C
Sedangkan untuk N 2, setelah didapatkan, baik N di sebelah kanan maupun kiri belum mencapai octet, maka PEB yang dijadikan sebagai ikatan hingga mencapai oktet, maka terbentuklah ikatan rangkap 3 seperti ini: Resonansi Resonansi adalah delokalisasi pasangan electron yang berikatan. Struktur Lewis belum bisa secara sempurna menggambarkan struktur senyawa yang mengalami resonansi. Namun struktur bisa digambarkan dengan dua atau lebih sesuai dengan posisi ikatan rangkapnya, dan tiap gambar dihubungkan dengan panah dua arah ( ), yang disebut dengan struktur resonansi. Untuk ozon (O 3 ) dapat digambar dengan dua macam struktur Dua gambar tersebut sama, hanya saja posisi rangkapnya yang berbeda, karena mengalami delokalisasi (berpindah). Sedangkan struktur resonansi yang lebih benar digambarkan sebagai berikut: Sebenarnya, struktur resonansi bukan penggambaran yang akurat untuk molekul yang mengalami resonansi, namun dapat digambarkan dengan resonance hybrid yang merupakan perpaduan (blesteran) dari struktur resonansi. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Pada ikatan tunggal, rangkap dua maupun tiga, setiap pasangan electron ditarik oleh inti kedua atom yang berikatan, di mana densitas electron paling besar di daerah sekitar inti atom, pasangan electron yang berikatan mengalami lokalisasi. Sedangkan pada O 3, baik pasangan yang berikatan dan pasangan bebas mengalami delokalisasi, di mana densitas electron tersebar ke seluruh molekul. Maka resonance hybrid untuk molekul O 3 dapat digambarkan sebagai berikut:
Resonansi menyebabkan densitas electron tersebar pada volume yang lebih besar, menyebabkan gaya tolakmenolak antar electron mengecil sehingga molekul menjadi stabil. Beberapa molekul lebih cocok jika digambarkan dengan resonance hybrids. Pada benzene (C 6 H 6 ), ada tiga pasangan electron terdelokalisasi pada enam pasangan elektronnya. Delokalisasi digambarkan dengan lingkaran dengan garis putus-putus Muatan Formal (Formal Charge) Muatan formal digunakan untuk menentukan struktur resonansi mana yang lebih penting pada sebuah molekul. Muatan formal ini dapat diartikan sebagai muatan yang dimiliki sebuah struktur resonansi jika ikatan elektronnya terbagi secara merata. Muatan formal= electron valensi atom (electron valensi tidak terbagi + elektron valensi yang terbagi) Sebagai contoh, muatan formal pada semua atom pada molekul O 3
Struktur I dan II memiliki muatan yang sama meski pada posisi atom berbeda. Oleh karena itu kedua struktur sama pentingnya dalam menentukan resonance hybrid. Tiga kriteria untuk menentukan struktur resonansi mana yang lebih penting: Muatan formal yang lebih kecil lebih diutamakan Muatan formal yang serupa pada atom yang berdekatan tidak diutamakan Muatan formal yang lebih negative seharusnya ada pada atom yang ENnya lebih besar Contoh lain pada ion sianat (NCO - ) Struktur nomor I tidak diperlukan karena memiliki muatan yang lebih besar di antara yang lainnya, yaitu (-2), dan muatan pada O yang lebih elektronegatif daripada N lebih positif daripada N. Sedangkan struktur nomor II dan III memiliki muatan yang sama, akan tetapi nomor III lebih benar karena muatan yang lebih negative terletak pada atom yang lebih elektronegatif. Oleh karena itu, struktur nomor III yang paling penting. Pengecualian pada Aturan Oktet Molekul yang kekurangan electron Molekul dengan sifat ini mencapai octet dengan cara membentuk ikatan tambahan pada sebuah reaksi. Sebagai contoh pada BF 3, atom B kekurangan 2 elektron untuk mencapai octet. Ketika bereaksi dengan ammonia akan membentuk senyawa di mana B mencapai octet. Gambar sebagai berikut: Molekul dengan electron pada atom pusat berjumlah ganjil
Molekul yang atom pusatnya memiliki electron valensi berjumlah ganjil bersifat sangat reaktif. Radikal bebas termasuk molekul dengan sifat seperti ini. Para radikal bebas ini bereaksi dengan sesamanya untuk mencapai octet. Contohnya yaitu NO 2 yang beraksi dengan NO 2 membentuk N 2O 4 dan mencapai octet. Kulit valensi yang diperluas Molekul yang atom pusatnya memiliki lebih dari 8 elektron valensi di sekitar atom pusat akan memperluas valensinya untuk membuat ikatan baru. Hal ini hanya berlaku untuk molekul dengan atom pusat yang bukan logam dengan periode 3 atau lebih, yang senyawa tersebut memiliki orbital d. Perluasan valensi electron ini dilakukan dengan mengisi orbital d karena orbital s dan p sudah terisi. Contohnya adalah SF 6
TEORI VSEPR DAN BENTUK MOLEKUL VSEPR merupakan singkatan dari Valence-Shell Electron-Pair Repulsion. Teori VSEPR menggambarkan gaya tolakmenolak antar electron hingga membentuk sudut tertentu yang dapat menentukan bentuk molekul. Elektron valensi dari molekul tersebut saling menjauhi satu sama lain untuk meminimalisir gaya tolak-menolak. Teori ini merupakan prinsip dasar dalam menentukan bentuk molekul. Bentuk molekul itu sendiri ditentukan oleh posisi relative dari inti atom. Di bawah ini adalah bentuk dasar dari molekul jika semua elektronnya saling berikatan. Bentuk berbeda akan terjadi jika terdapat pasangan electron bebas pada atom pusat. Untuk klasifikasi bentuk molekul dapat digunakan rumus AX m E n, di mana m dan n merupakan bilangan positif, A adalah atom pusat, X adalah atom di sekeliling atom pusat, E valensi electron bebas (PEB). Bond angle atau sudut ikatan adalah sudut yang terbentuk antara atom sekeliling dengan atom pusat. Susunan Linier Berlaku untuk molekul dengan dua grup electron. Ketika dua grup elektron saling menjauhi satu sama lain, akan terbentuk susunan linier dengan sudut 180 o seperti pada gambar di samping. Berlaku untuk molekul dengan rumus AX 2. Contohnya adalah berilium klorida, BeCl 2: Sedangkan bentuk karbon dioksida, CO 2 atom pusat membentuk ikatan rangkap dua dengan atom C:
Pasangan electron bebas pada atom Cl dan O tidak berpengaruh terhadap bentuk molekul karena tidak berada pada atom pusat. Susunan Trigonal Planar (Segitiga Sama Sisi) Berlaku untuk molekul dengan rumus AX 3. Elektron di sekita atom pusat saling tolak-menolak satu sama lain hingga membentuk sudut 120 o. Susunan ini berlaku untuk dua bentuk molekul, yaitu molekul dengan rumus AX 3 dan AX 2 E. Sebagai contoh, BF 3 memiliki bentuk sebagai berikut Pengaruh ikatan rangkap dua pada bentuk molekul adalah sebagai berikut. Ikatan rangkap dua memiliki densitas yang lebih besar, sehingga gaya tolak-menolak antar electron lebih besar. Contohnya formaldehid (CH 2O): Sedangkan jika terdapat pasangan electron bebas (PEB) pada atom pusat, molekul akan berbentuk V. Hal ini terjadi karena PEB menolak pasangan electron berikatan lebih kuat daripada gaya tolak menolak antar pasangan electron terikat. Contohnya adalah SnCl 2 Susunan Tetrahedral Salah satu molekul yang mempunyai susunan tetrahedral adalah metana (CH 4 ). Sudut ikatan yang terbentuk yaitu 109,5 o. Pada molekul ini semua electron saling berikatan dan tidak ada PEB sehingga bentuknya tetrahedral (limas segitiga). Bentuk dari CH 4 sebagai berikut:
Jika terdapat satu PEB, maka bentuk akan menjadi trigonal pyramid. Rumus untuk bentuk ini yaitu AX 3 E dengan sudut ikatan sebesar 107,3 o. Contohnya yaitu NH 3. Ketika bereaksi dengan H + akan membentuk NH 4 + dan membentuk sudut ikatan sebesar 109,5 o. Berikut gambarnya: Jika terdapat dua PEB, bentuknya menjadi bentuk V (bent) dengan sudut ikatan 104,5 o. Bentuk V pada susunan tetrahedral ini untuk rumus AX 2E 2. Susunan Trigonal Bipyramidal Bentuk trigonal bipyramidal dimiliki oleh senyawa yang mempunyai 5 grup electron yang berikatan tanpa adanya PEB, dengan rumus AX 5. Sudut ikatan yang terbentuk yaitu 120 o antar electron pada sumbu-x, dan 90 o antara electron pada sumbu-x dengan sumbu-y. Contohnya adalah PCl 5 Jika terdapat satu pasangan electron bebas maka pada sumbu-x, dengan rumus AX 4 E, maka bentuknya adalah seesaw, dengan sudut yang terbentuk antar electron pada sumbu-x adalah 101,5 o sedangkan sudut antara electron pada sumbu-x dengan sumbu-y adalah 86,6 o. Contohnya yaitu SF 4
Jika terdapat dua pasangan electron bebas pada posisi sejajar dengan sumbux, dengan tiga pasangan berikatan, bentuk molekul akan berbentuk T (AX 3 E 2 ). Contohnya adalah BrF 3 Jika terdapat tiga pasangan electron bebas pada sumbu-x dengan dua pasangan berikatan, maka bentuk molekul menjadi linear, contohnya I 3 - Susunan Octahedral Bentuk octahedral dimiliki molekul yang mempunyai rumus AX 6, salah satu contohnya adalah SF 6 : Jika terdapat satu pasangan electron bebas, maka molekul akan berbentuk limas segi empat (AX 5E), seperti IF 5:
Sedangkan pada molekul yang memiliki dua pasangan electron bebas, bentuknya adalah segiempat (AX 4 E 2 ), seperti pada XeF 4:
Menggunakan Teori VSEPR untuk Menentukan Bentuk Molekul 1. Menulis struktur Lewis dari suatu molekul 2. Tentukan susunan electron dengan menghitung electron di sekitas atom pusat, baik PEB maupun pasangan electron yang berikatan 3. Tentukan sudut ikatan 4. Gambar dan tentukan bentuk apa yang dimiliki suatu molekul dengan menghitung berapa electron yang bebas dan yang berikatan hingga diperoleh rumus AX m E n untuk menentukan bentuk molekul tersebut Bentuk Molekul dengan Atom Pusat Lebih dari Satu Bentuk molekul ini merupakan kombinasi dari beberapa bentuk molekul dengan satu atom pusat. Sebagai contoh adalah ethane dan ethanol. Bentuk molekul ethane dapat dibentuk dengan 2 buah CH 3 dengan empat pasangan berikatan dan tanpa pasangan electron bebas. Maka bentuknya adalah tetrahedral yang saling tumpang-tindih. Sedangkan ethanol, untuk CH 3 berbentuk tetrahedral; CH 2 juga berbentuk tetrahedral; dan atom O yang memiliki 4 grup electron dan dua pasangan electron bebas maka bentuknya adalah V (AX 2E 2).