Bentuk molekul 10.1 Menggambarkan molekul dan ion dengan struktur lewis Untuk mengetahui bentuk molekul, digunakan Struktur Lewis. Dalam struktur Lewis dapat diketahui penempatan atom-atom relatif dan ikatan antar atom dalam molekul. Pembagian elektron atom dalam struktur lewis berdasarkan aturan oktet. Atom-atom yang berdekatan akan berikatan satu sama lain untuk mencapai oktet (atom terisi 8 elektron,2 elektron untuk hidrogen). Menuliskan struktur lewis molekul satu ikatan, contohnya Nitrogen trifluorida (NF 3 ), menggunakan langkah-langkah berikut : 1. Menempatkan atom relatif dengan elektron negatif atau nomor golongan paling rendah dan mempunyai nomor periode paling tinggi sebagai pusat, sebagai contoh, dalam NF 3, N( gol VA, EN=3.0)dan F(gol VIIA, EN=4.0).itu berarti N sebagai atom pusat dan membutuhkan 3 elektron lagi, sedangkan 3F berada disekelilingnya dan hanya butuh 1 elektron. 2. Mentukan jumlah total valensi yang ada, N mempunyai 5 e -, dan F mempunyai 7 e - dan F berjumlah 3, sehingga F 21 e -, sehingga jumlah totalnya = 26 e -. Untuk ion poli atomik,ion negatif ditambah 1 elektron sedangkan ion postif dikurangi 1 elektron. 3.menggambarkan ikatan tunggal antara atom pusat dan atom disekelilingnya dan kurangkan 2 elektron untuk setiap ikatan. Ikatan N-F ada 3 ikatan sehingga elektron berkurang 6 e -.elektron yang tersisa berjumlah 20 e -. 4. mendistribusikan sisa elektron sehingga masing-masing atom pasangan bebas mempunyai 8 e -, sisanya ditempatkan mengelilingi pusat sehingga semua atom mempunyai 8 e -. Jadilah struktur lewis NF 3, pastikan jumlah seluruh elektron sama dengan jumlah semua elektron valensi. Namun struktur lewis NF 3 yang benar adalah :
Setiap atom mempunyai ikatan yang berbeda-beda, seperti : -hidrogen mempunyai 1 ikatan -oksigen mempunyai 2 ikatan -nitrogen mempunyai 3 ikatan -karbon mempunyai 4 ikatan -halogen mempunyai 1 ikatan sebagai pengeliling atom pusat. contoh untuk stuktur lewis molekul dengan atom pusat lebih dari 1, pada CH 4 O C dan O mempunyai jumlah ikatan 4 dan 2 sehingga keduanya bertindak sebagai atom pusat. Jumlah total elektron valensi = 14 elektron, memberi ikatan tunggal antara atom pusat dengan atom di sekelilingnya, dan mengurangi 2 elektron untuk tiap ikatan.sisa elektron = 4. C mendapat 3 elektron dari H, dan 1 dari O, sehingga sudahberjumah 8, O mendapat 1 dari C dan 1 H,O mempunyai 8 elektron. Jumlah seluruh elektron sudah = jumlah total valensi. Struktur Lewis untuk molekul dengan ikatan rangkap Secara umum penulisan struktur Lewisnya sama,namun dilanjutkan dengan melibatkan ikatan rangkap. Atom pusat belum mencapai oktet,maka dibuat ikatan rangkap dengan mengubah salah satu pasangan bebas menjadi pasangan ikatan. Contoh pada Etilen C 2 H 4, bentuk molekul sebelum membentuk ikatan rangkap sebagai berikut : Kemudian ditambah ikatan rangkap antara kedua atom C, sehingga kedua C oktet.
Resonansi : Perpindahan elektron ikatan berpasangan Sebagai contoh resonansi dapat dilihat pada struktur Lewis Ozon(O 3 ). Molekul dengan 2 struktur Lewis yang identik disebut struktur resonansi. Dengan tanda pada kedua struktur. Struktur resonansi memiliki penempatan atom yang sama tetapi berbeda penempatan pasangan tunggal dan rangkap. Struktur resonansi yang identik disebut hibrid resonansi. Cara penggambarannya dengan pemindahan pasangan elektron pada setiap ikatan dengan inti. Densiti elektron terbesar berada diantara inti. Akibatnya 2 pasangan elektron dipindah sehingga densitinya menyebar ke seluruh molekul,sehingga mengurangi tolakan dan menstabilkan elektron.perpindahan pasangan elektron pada hibrid resonansi ditunjukkan dengan garis putus-putus Hibrid resonansi juga terjadi pada Benzena (C 6 H 6 ) dan karbonat (CO 3 2- ) : Benzena, karbonat Penulisan struktur Lewis ion poliatomik menggunakan tanda kurung persegi, contoh pada penggambaran molekul karbonat. Muatan Formal:memilih struktur resonansi yang lebih penting Dalam hibrid resonansi ada struktur yang lebih penting. Ini dapat ditunjukkan dengan muatan formal. Cara menghitung muatan formal : Formal charge atom =jml valensi-(jml valensi-yg tak dibagikan + ½. jml valensi yang tidak dibagikan) Contohnya dalam O 3 : Keseluruhan muatan fomal dalam resonansi O 3 adalah :
Ada 3 kriteria untuk memilih struktur resonansi yang lebih penting : 1. muatan formal yang lebih kecil dari lainnya 2. gayatolak antar muatan formal atom berdekatan 3. muatan formal yang lebih negatif harus terletak dalam atom elektronegatif Contohnya dalam memilih bentuk resonansi dalam ion sianat NCO - Muatan formal : Bentuk resonansi : Bentuk I terlalu besar, bentuk III memiliki muatan formal -1 dalam elektronegatif O, jadi bentuk III yang paling penting. Yang perlu di ingat bahwa muatan formal tidak bukanlah biloks. muatan formal : Bil. Oksidasi : Struktur Lewis untuk pengecualian aturan oktet Pengecualian aturan oktet digunakan pada atom yang kekurangan elektron, atom dengan elektron ganjil, dan pada atom dengan valensi yang berlebihan. *Molekul kekurangan elektron Hal ini terjadi pada Berrilium(Be) dalam BeCl2 dan Boron(B) dalam BF3 yang mempunyai elektron kurang dari 8 elektron pada atom pusatnya. Be hanya punya 4 elektron sedangkan B hanya 6 elekton. Namun bentuk ini lebih stabil daripada Be dan B punya 8 elektron dengan penambahan ikatan rangkap. Namun B dan Be dapat mencapai oktet jika di reaksikan dengan amonia. *Molekul elekton ganjil Beberapa molekul memiliki atom pusat dengan elektron ganjil, contohnya N dalam NO 2. NO 2 mempunyai beberapa bentuk resonansi. Berikut ini adalah bentuk resonansi dengan elektron bebas pada ikatan tunggal O, dengan muatan formal 0 (kanan).
Elektron bebas dalam N harus genap karena untuk NO 2 bereaksi. Elektron bebas dapat genap dan mencapai oktet jika 2 molekul NO 2 bertabrakan, membentuk dinitrogen tetraoksida (N 2 O 4 ) *Valensi yang berlebihan Atom melebihkan valensinya untuk memebebaskan energi, dengan cara mengakomodasikan tambahan ikatan, dengan penambahan orbital d terluar yang kosong, untuk ditempati orbital s dan p. atom pusat harus periode 3 atau lebih,terdapat orbital d,dan non logam.contoh : Sulfur heksafluorida (SF 6 ),dimana S mempunyai 6 ikatan dengan jumlah elektron 12. Contoh lainnya pada molekul PCl 5 yang terbentuk dari reaksi PCl 3 + Cl 2. Kasus yang sama terjadi pada molekul yang punya elektron pusat 4 atau kurang.contoh: H 2 SO 4 ketika asam sulfat kehilangan 2 ion H +, maka berbentuk ion sulfat SO 4 2-. Berikut resonansi H 2 SO 4 dengan 4 ikatan S-O dan pemindahan 2 ikatan rangkap. Muatan formal digunakan hanya untuk melihat hibrid resonansi yang lebih penting. Dalam atom bervalensi berlebih,muatan formal nol sedikit lebih penting daripada muatan fomal yang lebih tinggi. 10.2 Teori VSEPR atau tolakan oleh ikatan elektron valensi dan bentuk molekul. Prinsip dasarnya adalah masing-masing kelompok elektron valensi mengelilingi inti atom dan bertempat sejauh mungkin dari yang lain untuk mengurangi tolakan. masing-masing kelompok elektron valensi saling menolak untuk memperbesar sudut antar kelompok.
Susunan Kelompok Elektron dan Bentuk Molekul Dari prinsip dasar diatas menghasilkan 5 pola geometri yang digambarkan dengan balon. Ketika Susunan kelompok elektron yang sama dapat memberikan bentuk yang beda,karena sebagian ada yang tidak berikatan. Notasi untuk tiap bentuk molekul adalah AX m E n, dengan m dan n adalah bilangan bulat, A=atom pusat, X=atom di sekeliling pusat,dan E = kelompok elektron tidak berikatan. Sudut ikatan adalah sudut yang dibentuk oleh atom-atom disekitar pusat. Berikut adalah gambar 5 pola geometri bentuk molekul. Bentuk dari Molekul dengan 2 Kelompok Elektron Molekul dengan 2 kelompok elektron berbentuk garis lurus. Ini dikarenakan atom di sekitar pusat segaris dan saling menolak dengan sudut 180 0,notasinya AX 2 Contoh : BeCl 2 dan CO 2 Bentuk dari Molekul dengan 3 kelompok elekton Molekul dengan 3 kelompok elekton berbentuk segitiga planar.atom-atom sekitar pusat saling menolak, sehingga membentuk sudut 120 0,dengan notasi AX 3. Contoh : BF 3 dan NO 3 - Efek ikatan rangkap Bentuk sudut yang dibentuk oleh ikatan rangkap sebenarnya tidak ideal, ini dikarenakan ikatan rangkap menolak ikatan tunggal lebih kuat. Contohnya pada CH 2 O Efek pasangan bebas Pasangan bebas dalam molekul 3 kelompok elektron menyebabkan molekul berbentuk V. karena pasangan bebas mempunyai tolakan lebih kuat dibanding pasangan ikatan.contoh SnCl 2.
Bentuk dari Molekul dengan 4 kelompok elektron Molekul dengan 4 kelompok elekton berbentuk tetrahedral, dengan salah satu sudut 109,5 0. notasinya adalah AX 4. Contoh : metana CH 4. Jika salah satu dalam 4 kelompok elaktron adalah pasangan bebas maka bentuknya menjadi trigonal piramid,dengan notasi AX 3 E, sudutnya berkurang menjadi 107,3 0. Contoh :NH 3 Jika dalam 4 kelompok elektron terdapat 2 kelompok berikatan dan 2 tidak berikatan, bentuknya berubah menjadi V (AX 2 E 2 ), dengan sudut 120 0. contoh SCl 2 dan H 2 O H 2 O tidak berbentuk,tapi berbentuk tetrahedral,karena2 pasangan bebas mempunyai efek besar dalam sudut ikatan. sudut yang terbentuk 104,5 0. Bentuk dari Molekul dengan 5 Pasangan Berikatan Molekul dengan 5 pasangan berikatan bebentuk trigonal bipiramid yang terdiri dari 3 kelompok equatorial dan 2 kelompok aksial,dengan sudut 120 0 (equatoial) dan 90 0 (aksial). equatorial menolak lebih lemah daripada aksial. Notasinya AX 5. Contoh : PCl 5. jika dalam kelompok equatorial terdapat satu pasangan bebas, maka bentuknya menjadi seesaw ( jungkat-jungkit) AX 4 E. Contoh SF 4.
jika ada 2 pasangan bebas dalam kelompok equatorial karena kecenderungan pasangan bebas menmpati equatorial, bentuknya berubah menjadi T (AX 3 E 2 ). Contoh : BrF 3. jika dalam equatorial adalah pasangan bebas semua, maka berbentuk linear (AX 2 E 3 ). contoh :I 3 - Bentuk dari Molekul dengan 6 kelompok elektron Molekul ini berbentuk Oktahedral( AX 6 ), 6 kelompok elektron mengelilingi pusat dengan sudut 90 0. Contoh :SF 6 jika salah satunya terdapat pasangan bebas, berbentuk segiempat piramid( AX 5 E ). contoh : IF 5 jika mempunyai 2 pasangan bebas, bebentuk segiempat planar(ax 4 E 2 ). Contoh : XeF 4 Menggunakan teori VSEPR untuk Menentukan Bentuk Molekul Langkah-langkah untuk menentukan bentuk molekul : 1. Menggambarkan Struktur Lewis untuk mengetahui penempatan dan jumlah elektron 2. Menentukan susunan kelompok elektron dengan menghitung jumlah total elektron 3. Memperkirakan sudut ikatan dan arah deviasi dari susunan dan pasangan bebas atau ikatan rangkap
4. Menggambarkan dan menamai bentuk molekul Bentuk Molekul dengan Atom Pusat Lebih dari Satu Beberapa Molekul mempunyai atom pusat lebih dari satu yang merupakan gabungan dari masing-masing atom pusat. Contoh pada C 2 H 6 dengan 2 atom pusat C dan pada etanol (C 2 H 6 O) kedua atom pusat C pada etanol memiliki bentuk yang sama,yaitu tetrahedral, sedangkan O mempunyai 4 kelompok elektron dan 2 pasangan bebas, sehingga etanol berbentuk V(AX 2 E 2 )