BENTUK MOLEKUL Bab ini mempelajari tentang bagaimana merubah rumus molekul suatu senyawa menjadi rumus struktur datar yang memperlihatkan ikatan atom dengan pasangan elektronnya dalam molekul tersebut. Dalam penggambaran molekul dan ion menggunakan struktur Lewis, kitaharus mengetahui rumus senyawa dan posisi relatif dari masing-masing atom. Untuk menggambar struktur Lewis, kita menggunakan aturan oktet. Atom di dalam molekul yang berdekatan satu sama lain kemudian mendistribusikan jumlah total elektron valensi sebagai pasangan yang berikatan dan pasangan bebas. I. Struktur Lewis untuk molekul dengan ikatan tunggal. Langkah-langkah untuk membuatnya : 1. Letakkan atom relatif satu sama lain Atom dengan nomor golongan lebih rendah diletakkan ditengah, karena membutuhkan banyak elektron mencapai bentuk oktet. Biasanya atom ini juga termasuk atom yang elektronegativitas nya rendah. Jika atom berada di dalam golongan yang sama, atom dengan periode yang lebih tinggi diletakkan ditengah. Contoh: NF 3 (N, gol 5A; EN=3.0) (F, gol 7A; EN=4.0) 2. Hitung jumlah total elektron valensi yang ada Di dalam NF 3, N punya 5 elektron, F punya 7 elektron Untuk ion poliatom, tambahkan 1 e - untuk setiap ion negatif, atau kurangi 1 e - untuk setiap ion positif. 3. Buat garis ikatan tunggal dari atom pusat ke seluruh atom sekelilingnya Contoh: Hilangkan 2 e - untuk setiap ikatan tunggal 4. Distribusikan elektron yang tersisa dalam pasangan, sehingga setiap atom mendapatkan 8 elektron (bentuk oktet)
Namun, struktur lewis tidak menunjukkan bentuk, jadi untuk mengambarkan bentuk yang benar dari NF 3 adalah Setelah selesai, cek semua jumlah total elektron valensi sama dengan yang dihitung sebelumnya atau tidak. Mengunakan 4 langkah ini, kita bisa membuat struktur lewis untuk setiap 1 ikatan molekul dengan atom pusat, adalah C, N,atau O. Ingat bahwa: Atom Hidrogen membentuk 1 ikatan Atom Carbon membentuk 4 ikatan Atom Nitrogen membentuk 3 ikatan Atom Oksigen membentuk 2 ikatan Halogen membentuk 1 ikatan saat dikelilingi atom, F selalu dikelilingi atom Membuat struktur Lewis untuk molekul yang mempunyai lebih dari 1 atom pusat. Contoh, membuat methanol (CH 4 O) langkah-langkahya : 1. Langkahnya sama dengan langkah 1-4 diatas, namun atom H hanya mempunya 1 ikatan, jadi atom C dan O harus berdekatan satu sama lain. Atom C membentuk 4 ikatan dan atom O membentuk 2 ikatan. Gambarnya : 2. Hitung jumlah total elektron valensi 3. Buat garis ikatan 4. Tambahkan sisa elektron dalam pasangan II. Struktur Lewis untuk molekul dengan ikatan rangkap. Langkah-langkahnya: 1. Untuk langkah 1-4 sama dengan langkah dengan ikatan tunggal, namun ada tambahan 2. Langkah ke lima, jika atom pusat belum memiliki 8 elektron valensi (bentuk oktet), ubah pasangan elektron bebas pada atom sekitar menjadi satu ikatan lagi. Contoh: C 2 H 4, setelah langkah yg ke 4 kita mendapatkan :
Ubah ikatan bebasmenjadi ikatan rangkap, menjadi: III. Resonansi: Ikatan pasangan elektron terdelokalisasi Kita sering menemukan ikatan rangkap yang bersebelahan dengan ikatan tunggal, sehingga membentuk 2 struktur lewis yang identik. Contoh ozone (O 3 ) Kedua struktur diatas identik, namun faktanya, kedua struktur ini salah, karena panjang ikatan dan perhitungan energi ikatan menunjukkan 2 ikatan dalam ozone adalah identik. Molekul diperlihatkan lebih jelas dengan 2 struktur lewis, disebut struktur resonansi. Menggunakan panah ( ). Seperti gambar : Struktur resonansi ini lebih cocok disebut dengan hibrida resonansi karena bentuk rata-rata keduanya. Seperti gambar: Untuk ikatan parsial, seperti yang terjadi pada hibrida resonansi sering mengarah pada ikatan yang lebih kecil. Untuk O 3 kita mempunyai: Untuk ion karbonat, CO 3 2-, 3 struktur resonansi bisa digambarkan. Masing-masing mempunya 4 pasangan elektron yang dibagi untuk 3 pasang atom berikatan. Gambar: IV. Menyeleksi bagian yang lebih penting dalam Struktur Resonansi Pada uraian sebelumnya, resonansi dua senyawa identik terjadi ketika senyawa tersebut simetris dan tidak bisa dibedakan. Namun, jika dua senyawa tersebut asimetris, maka salah satu resonansi yang lebih penting dilihat dari muatan formal masing-masing atom.
Contoh, dalam O 3, muatan formal dari oksigen A dalam bentuk resonansi I adalah : Muatan formal dalam keseluruhan O 3 : 3 Kriteria muatan formal : 1. Muatan formal yang kecil (positif/negatif) lebih baik dari muatan formal yang besar 2. Muatan formal dalam atom yang berdekatan saling tolak menolak 3. Muatan formal dengan nilai lebih negatif harus diletakkan pada atom yang memiliki elektronegatif-an nya besar Muatan formal berbeda dengan nomor oksidasi Muatan formal digunakan untuk menguji struktur resonansi, sedangkan nomor oksidasi digunakan untuk reaksi redoks. Jumlah nomor oksidasi tidak berubah dari bentuk resonansi 1 ke bentuk lain, karena elektronegativitasnya tidak berubah. Tapi muatan formal berubah, karena jumlah ikatan dan pasangan bebasnya berubah. V. Pengecualian Aturan Oktet Struktur Lewis 1. Molekul kekurangan elektron Senyawa dengan atom pusat Be atau B cenderung memiliki elektron valensi kurang dari 8, contoh: BF 3. Agar senyawa BF 3 menjadi stabil, direaksikan dengan menambah amoniak (NH 3 ) 2. Molekul dengan elektron ganjil Beberapa molekul memiliki jumlah elektron valensi yang ganjil, sehingga tidak memungkinkan untuk mencapai 8 elektron. Adanya elektron yang tidak berpasangan disebut sebagai radikal bebas. Contoh: NO 2. NO 2 berikatan dengan sesamanya sehingga membentuk elektron valensi 8. 3. Perluasan kulit valensi Beberapa molekul memiliki lebih dari 8 elektron di sekitar atom pusat. Atom pusat ini memperluas kulit valensinya guna membentuk lebih banyak ikatan. Perluasan kulit valensi ini hanya terjadi dengan atom pusat non logam dari periode 3 ke atas. Contoh: SF 6 memperluas kulit valensinya sampai ke kulit d karena mempunyai total 12 elektron.
VI. Teori Valence-Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR) Prinsip dasarnya: masing-masing grup elektron valensi ditempatkan sejauh mungkin satu sama lain untuk meminimalkan gaya tolakan. Notasi yang dipakai ialah A=atom pusat, X=atom sekitar yang berikatan, E=grup elektron valensi bebas. Bentuk-bentuk molekul : 1. Bentuk dasar molekul : 2. Bentuk molekul dengan 2 elektron (linear) : Contoh : CO 2, BeCl 2 3. Bentuk molekul dengan 3 elektron (trigonal planar) : Contoh: SO 3, BF 3, NO 3 -, CO 3 2- SO 2, O 3, PbCl 2, SnBr 2 4. Bentuk molekul dengan 4 elektron (tetrahedral) : Contoh : AX 4 AX 3 E AX 2 E 2 2- CH 4, SiCl 4, SO 4 - NH 3, PF 3, ClO 3 H 2 O, OF 2, SCl 2
5. Bentuk molekul dengan 5 elektron (trigonal bipyramidal) : AX 5 AX 4 E Contoh : PF 5, AsF 5, SOF 4 SF 4, IF 4 +, XeO 2 F 2 AX 3 E 2 AX 2 E 3 ClF 3, BrF 3 XeF 2, I - - 3, IF 2 6. Bentuk molekul dengan 6 elektron (Oktahedral) : AX 6 AX 5 E Contoh : SF 6, IOF 5 BrF 5, TeF 5 -, XeOF 4 AX 4 E 2 XeCl 4, ICl 4 -
Langkah-langkah menentukan bentuk molekul melalui VSEPR : 1. Tulis struktur Lewis dari rumus molekul 2. Hitung semua elektron yang berada di sekitar atom pusat (berikatan ataupun tidak) 3. Prediksi sudut ideal ikatan dari susunan elektron, dan arah setiap penyimpangan yang dikarenakan pasangan elektron bebas maupun ikatan rangkap 4. Gambarkan dan beri nama bentuk molekul tersebut dengan menghitung kelompok yang berikatan atau tidak secara terpisah.