Bentuk-bentuk Molekul 10.1 Menggambar Ion dan Molekul Menggunakan Struktur Lewis Kita dapat menggunakan struktur lewis untuk melihat bagaimana bentuk molekul dari suatu senyawa kimia. Struktur ini disimbolkan dengan titik (.) antara satu atom dengan atom yang lainnya, yang membentuk sebuah pemakaian elektron bersama, dan pasangan elektron bebas mengisi masing-masing atom s outer level. Penggunaan Kaidah Oktet dalam Penulisan Struktur Lewis Penulisan struktur Lewis dari sebuah rumus molekul diawali dengan penempatan elektron sesuai atom relatif, dimana atom atom saling membentuk ikatanberdasarkan elektron valensinya. Struktur Lewis untuk Senyawa yang Memiliki Ikatan Tunggal Dalam hal ini, kita gunakan nitrogen triflorida, NF 3, sebagai contoh. Langkah yang pertama kali kita lakukan adalah meletakkan atom pada suatu atom yang lain. Dalam hal ini atom N diletakkan sebagai atom pusat karena atom N memiliki electronegativity yang lebih kecil dari atom F (N dengan EN = 3.0, F dengan EN = 4.0). Langkah kedua. Setelah dipasang atom, tentukan elektronvalensi yang tersedia. Dalam hal ini jumlahkan dulu elektronvalensi dari semua atom. N memiliki elektronvalensi lima dan F memiliki elektronvalensi tujuh. Langkah ketiga. Gambarkan ikatan tunggal dan substrat dua valensi elektron untuk masing-masing ikatan elektron.
Kita dapat mencari jumlah elektron yang tersisa dari ikatan diatas dengan cara sebagai berikut Langkah keempat. Bagilah pasangan elektron yang tersisa pada masing masing atom agar semua atom memiliki elektronvalensi 8. Perlu diingat!!! 1. Atom Hidrogen membentuk satu ikatan 2. Atom karbon membentuk 4 ikatan 3. Atom nitrogen membentuk 3 ikatan 4. Atom oksigen membentuk 2 ikatan 5. Atom-atom halogen membentuk satu ikatan ketika mereka dikelilingi Contoh Masalah 10.1 Tulis Struktur Lewis dengan Sebuah Atom Pusat Permasalahan Tuliskan struktur Lewis dari CCl 2 F 2, salah satu senyawa yang menyebabkan atas menipisnya stratosfir. Penyelesaian 1. Letakkan atom satu pada atom lainnya. Dalam CCl 2 F 2, karbon memiliki electronegativity paling kecil, jadi karbonlah yang bertindak sebagai atom pusat. 2. Tentukan jumlah elektronvalensi: C termasuk golongan 4A, F dan Cl termasuk golongan 7A. [1 x C(4e - )] + [2 x F(7e - ) + [2 x Cl(7e - ) = 32 elektronvalensi 3. Gambarkan ikatan tunggal ke atom pusat dan substrat 2e - untuk masing-masing ikatan. Untuk ikatan tunggal gunakan 8e -, jadi 32e - - 8e - meninggalkan sisa 24e -. 4. Bagilah pasangan elektron yang tersisa, dimulai dengan atom-atom yang mengelilingi pusat. Cek Perhitungan menunjukan bahwa masing-masing elektron memiliki oktet. Ingat bahwa pengikatan elektron dihitung sebagai kepemilikan bersama antara atom masing-masing ikatan. Jumlah dari elektron dalam
ikatan dan pasangan bebas sama dengan 32 elektronvalensi. Catatan, seperti yang diharapkan, C memiliki 4 ikatan dan halogen yang mengelilinginya masing-masing memiliki. Contoh Masalah 10.2 Penulisan Struktur Lewis untuk banyak atom pusat Permasalahan Tulis struktur Lewis untuk methanol (rumus molekul CH 4 O), industri penting alkohol yang digunakan sebagai alternatif bensin dalam mesin mobil. Penyelesaian 1. Letakkan atom satu pada atom lainnya. Atom H hanya akan memiliki satu ikatan, jadi C dan O harus berdekatan satu sama lain. Atom C memiliki 4 ikatan dan atom O memiliki 2 ikatan. Jadi kita mengurutkan atom H seperti yang terlihat disamping. 2. Cari jumlah dari elektronvalensi [1 x C(4e - )] + [1 x O(6e - ) + [4 x H(1e - ) = 14 elektronvalensi 3. Tambahkan ikatan tunggal dan substrak 2e - untuk ikatan masing-masing. 5 ikatan gunakan 10e -, jadi 14e - - 10e - menyisakan 4e - 4. Tambahkan elektron yang tersisa dalam pasangan elektron. Karbon telah memiliki oktet, dan masing-masing H membagi dua elektron dengan karbon; jadi 4 elektronvalensi yang tersisa membentuk dua pasangan elektron bebas pada O. Kita tahu bahwa struktur Lewis untuk methanol (liat gambar) Cek Masing-masing atom H memiliki 2e -, sementara itu C dan O masing masing memiliki 8e -. Jumlah elektronvalensi adalah 14e -, yang merupakan jumlah dari 10e - dalam ikatan ditambah 4e - dalam pasangan bebas. Catat juga bahwa masing-masing H memiliki satu ikatan, C memiliki 4, dan O memiliki 2. Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Rangkap Disaat kita menemukan keadaan tidak terpenuhinya elektron untuk atom pusat untuk mencapai kaidah oktet, hal itu berarti terdapat ikatan rangkap dalam suatu molekul.langkah yang bisa dilakukan setelah 4 langkah diatas adalah Langkah kelima. Permasalahan yang melibatkan ikatan rangkap. Disaat atom pusat tidak memenuhi kaidah oktet, maka dalam molekul itu terdapat ikatan rangkap. Buat ikatan rangkap dengan mengubah pasangan bebas dari satu atom yang mengelilingi atom pusat menjadi sebuah ikatan di pusat atom. Contoh Masalah 10.3 Penulisan Struktur Lewis untuk Ikatan Rangkap Permasalahan Tulis struktur Lewis dari: (a) Etilen (C 2 H 4 ), salah satu reaktan terpenting dalam pembuatan polimer (b) Nitrogen (N 2 )salah gas yang sangat banyak terdapat di atmosfer
Rencana Kita menyelesaikan solusi berdasarkan langkah 1 sampai 4: menempatkan atom, menghitung jumlah elektrovalensi, membuat ikatan tunggal, dan membagi elektronvalensi yang tersisa untuk memenuhi oktet. Solution (a) Untuk C 2 H 4. Setelah langkah 1 sampai 4, Langkah kelima. Ganti pasangan bebas ke pasangan berikatan. Atom C sebelah kanan memiliki oktet, tapi C di sebelah kiri hanya memiliki 6e -, jadi kita mengubah pasangan bebas menjadi pasangan bebas lainnya antara 2 atom C. (b) Untuk N 2. Setelah langkah 1 sampai 4, Langkah kelima.tidak ada N yang memenuhi kaidah oktet, jadi kita mengubah pasangan bebas ke pasangan berikatan: Dalam hal ini, memindahkan satu pasangan elektron bebas di kiri N untuk membuat ikatan rangkap tiga. Cek Di bagian (a), semua C memiliki 4 ikatan dan terhitung 4e - dalam ikatan rangkap dua sebagai bagian dari oktetnya. Jumlah elektronvalensi adalah 12e -, semuanya dalam 6 ikatan. Di bagian (b), masing-masing N memiliki 3 ikatan dan terhitung 6e - dalam rangkap tiga sebagai bagian dari oktetnya. Jumlah elektronvalensinya adalah 10e -, didapat dari elektronelektron rangkap tiga dan dua pasangan bebas. Resonansi: Elektron Terdelokalisasi Pasangan Elektron Ikatan Kita dapat menulis lebih dari satu struktur Lewis dengan penempatan atom yang sama. Yang kita lakukan hanya memindahkan ikatan rangkap ke ikatan tunggal Pada struktur I, oksigen B memiliki ikatan ganda dengan oksigen A dan ikatan tunggal dengan C. Pada struktur II, ikatan ganda dan ikatan tunggal berkebalikan posisinya. Panjangnya ikatan dan ukuran energi ikatan menunjukkan bahwa dua ikatan di O 3 identik dengan sifat seperti "satu setengah" ikatan. Molekul lebih tepat bila ditunjukkan dengan dua struktur Lewis, yang disebut resonansi struktur (atau bentuk resonansi), dan dua panah berkepala resonansi antaratomnya. Struktur resonansi memiliki penempatan relatif
sama untuk atom, tetapi lokasi yang berbeda dari ikatan dan pasangan elektron bebas. Kita dapat mengubahpasangan elektron bebas ke posisi ikatan dan vice versa: Struktur resonansi bukanlah penggambaran dari ikatan yang nyata. Yang sebenarnya adalah hibrida resonansi, yang merupakan bentuk umum dari resonansi. Penggambaran lebih dari satu struktur Lewis disebut hasil dari pasangan elektron terdelokalisasi. Dalam ikatan tunggal, rangkap dua dan rangkap tiga, masing-masing elektron ditarikoleh inti atom dari dua ikatan atom dan kerapatan elektron lebih baik di antara daerah inti. Kita menggambarkan resonansi hibrida dengan kurva garis putus-putus untuk menunjukkan pasangan terdelokalisasi. Benzena (C6H6), sebagai contoh, molekul yang sebenarnya memilki 6 ikatan karbon-karbon yang identik karena ada 6 ikatan karbon tunggal dan 3 pasangan elektron terdelokalisasi, Ikatan parsial, seperti yang terjadi dalam resonansi hibrida, terkadang mengacu pada bond order. Untuk O 3, kita mempunyai Bond Order = 3 electron pairs 2 pasangan atom terikat = 1 1 2 Untuk ion karbonat CO 3 2-, 3 struktur resonansi dapat digambar. Masing-masing memiliki 4 pasangan elektron yang dipakai bersama diantara 3 pasang ikatan atom, jadi bond ordernya adalah 4/3 atau 1 1/3. Satu dari 3 struktur resonansi untuk CO 3 2- adalah,
Contoh Masalah 10.4 Penulisan Struktur Resonansi - Masalah Tulisah struktur resonansi dari ion nitrat NO 3 Rencana Kita tulis struktur Lewis, mengingat penambahan 1e - ke jumlah elektronvalensi karena satu muatan ion. Kemudian kita pindahkan pasangan bebas dan ikatan untuk menulis resonansi lainnya dan menghubungkannya dengan panah resonansi. Solusi Lakukan langkah 1 sampai 4 seperti biasanya Langkah kelima. Karena N hanya memilki 6e - kita ganti satu pasangan bebas pada atom O untuk pasangan ikatan dibentuk ikatan rangkap. Cek Setiap struktur memiliki perpindapahan atom relatif yang sama, kaidah oktet disekitar masing-masing atom, dan 24e -. Muatan Umum: Pemilihan Struktur Resonansi yang Lebih Penting Salah satu cara untuk memilih bentuk resonansi yang lebih penting yaitu dengan membagi masing-masing muatan umum atom, muatan itu dapat diketahui jika ikatan elektron dibagi secara merata. Atom Bermuatan Umum = no. Elektronvalensi (e - ) (no. Elektronvalensi yang tidak terbagi + ½ no. Elektronvalensi yang dibagi) (10.1) Untuk contoh, dalam O 3, muatan umum oksigen A dalam bentuk resonansi I adalah 6 elektronvalensi (4 elektron tidak terbagi + ½ x 4 elektron yang dibagi) = 6-4-2=0 Muatan umum dari seluruh atom dalam 2 resonansi bentuk atom O 3
Bentuk I dan II mempunyai muatan umum yang sama tapi berbeda dalam atom O, atomatom tersebut berkontribusi layaknya resonansi hibrida. Muatan-muatan umum harus dijumlahkan ke jenis muatan yang sesungguhnya. Tiga kriteria membantu kita memilih struktur resonansi yang lebih penting: 1. Muatan umum yang lebih kecil (positif atau negatif) lebih baik daripada muatan yang lebih besar 2. Seperti muatan umum dalam atom yang saling berdekatan 3. Muatan umum yang lebih negatif harus terletak pada atom yang memiliki keelektronegatifan lebih besar Muatan umum (biasanya memeriksa struktur resonansi) tidak sama seperti bilangan oksidasi (biasanya mengontol reaksi redoks) 1. Untuk muatan umum Muatan umum = elektronvalensi (e - ) (pasangan bebas e - + ½ ikatan e - ) 2. Untuk bilangan oksidasi Bilangan oksidasi = elektronvalensi (e - ) (pasangan bebas e - + ikatan e - ) Struktur Lewis untuk Pengecualian Kaidah Oktet Beberapa atom pusat memiliki kurang dari 8 elektron disekelilingnya dan yang lainnya memiliki lebih. Pengecualian kaidah oktet yang signifikan untuk molekul mengandung elektron-kekurangan atom, atom yang memilki elektron ganjil, dan khususnya atom dengan memperluas kulit valensi. Molekul yang Kekurangan Elektron Molekul molekul gas mengandung berilium dan boron sebagai atom pusat terkadang kekurangan elektron. Struktur Lewis untuk gas berilium kloridadan boron triflorida adalah Hanya ada 4 elektron disekeliling berilium dan 6 disekeliling boron. Keelektronegativan halogen lebih besar daripada berilium ataupun boron, muatan umum menunjukkan bahwa hal tersebut merupakan unlikely structures Atom-atom berusaha mencapai kaidah oktet dengan cara ikut bereaksi dengan molekul lain. Sebagai contoh adalah ikatan antara BF 3 dan NH 3.
Molekul-Molekul Elektron yang Ganjil Beberapa molekul ada yang memilki pusat dengan bilangan elektrovalensi yang ganjil (disebut juga menyebabkan radikal bebas). Unsur Ini biasanya terdapat di golongan ganjil pula seperti N, golongan 5A;15,atau Cl,golongan 7A(17). Sebagai contoh kita ambil NO 2, molekul ini memiliki beberapa bentuk resonansi dan meliatkn ikatan rangkap antara atom N dan O Untuk menghindari adanya radikal bebas dari moleku ini, maka struktur dari NO 2 menjadi, Memperluas Kulit Valensi Sebuah atom memperluas kulit valensinya sendiri untuk membentuk banyak ikatan.hal ini dapat dilakukan dengan mengisi orbital d yang kosong sebagai alternatif untuk diisi oleh orbital s dan p. Sebagai contoh kita ambil SF 6, sulfur yang berperan sebagai pusat dikelilingi oleh 6 ikatan. Penting untuk disadari bahwa muatan umum elektron berguna walaupun tidak sempurna tapi memilikikontribusi khusus untuk resonansi hibrida. Contoh Masalah 10.5 Penulisan Struktur Lewis untuk Pengecualian Kaidah Oktet Permasalahan Struktur Lewis dari H 3 PO 4 dan BFCl 2 Rencana Pusat atom pada yang pertama adalah P dan pusat B untuk yang kedua Solusi (a) terdapat dua struktur Lewis yang mungkin dimiliki H 3 PO 4, dengan perbandingan struktur II yang memiliki bentuk resonansi penting. (b)struktur untuk BFCl 2
10.2 Valensi, Kulit Elektron, Ikatan Tolakan (VKEIT) dan Bentuk Molekul Prinsip dasar dari VKEIT adalah masing-masing kelompok elektronvalensi sekitar pusat atom ditempatkan sejauh mungkin dari yang lainnya untuk memperkecil daya tolak menolak. Elektron-Penggolongan dan Bentuk-bentuk Molekul jika sebuah objek merupakan grup elektronvalensi dari sebuah atom pusat, Tolakannya akan memperbesar ruang yang tersedia.sementaraitu bentuk molekul dibedakan menurut letak dari atom pusat. Golongan yang sama dapat membentuk gambar molekul yang berbeda. Sudut ikatan adalah sudut yang dibentuk oleh atom pusatdari dua atom yang mengelilinginya dengan atom pusat sebagai pusat koordinat. Bentuk Molekul Linier Bentuk molekul linear biasanya ditemukan pada molekul yang memiliki rumus AX 2 dengan sudut antar ikatan adalah 180 o Bentuk Molekul Piramda Trigonal Bentuk molekul piramida tergonal ditemukan pada molekul yang memiliki rumus fungsi AX 3 dengan sudut ideal ikatan adalah 120 o. Bentuk molekul ini dapat ditemukan pada molekul yang memiliki 2 atom sekitar atom pusat ataupun sebuah atom dengan pasangan elektron bebasnya.
Dampak dari Ikatan Ganda Mengambil contoh dari CH 2 O, Sedut ikatan yang seharusnya terjadi malah bergeser akibat adanya ikatan rangkp,hal ini dikarenakan tolakan dari ikatan rangkap lebih besar dari tolakan atom-atom lainnya. Dampak dari Pasangan Elektron Bebas Bentuk molekul selalu mengacu pada atom pusat dan atom-atom sekelilingnya. Tapi pada saat ada molekul dengan persamaan AX 2 E, bentuk molekul bukan menjadi piramida trigonal, tetapi malah melengkung dan cenderung membentuk huruf v. Hal ini dikarenakan tolakan daripasangan ikatan lebih besar dibanding yang lainnya. Bentuk Molekul Tetrahedral Untuk molekul dengan persamaan AX 4, struktur lewis menggambarkan bahwa seharusnya sudut antar atom satu dan lainnya adalah 90 o. Tapi pada kenyataannya, 4 elektron yang mengelilingi inti itu berpindah lebih dari 90 o. Metana memiliki sudut ikatan 109.5 o Ketika pusat atom dalam molekul terdiri dari 2 pasangan ikatan dan 2 pasangan bebas, molekulnya berbentuk V. Sebagai contoh adalah H 2 O dengan sudut ikatan 104.5 o Jadi urutan dari sudut ikatan ideal adalah Pas. bebas-pas. bebas > Pas. bebas-pas. ikatan> pas. ikatan-pas. Ikatan Bentuk Molekul Bipiramida Trigonal Rumus molekul bagi bentuk ini adalah AX 5. Ada dua jenis posisi untuk kelompok elektron yang mengelilingi pusat dan dua sudut ikatan ideal. 120 o memisahkan kelompok pada bidang ekuator, dan 90 o memisahkan sumbu axial dari bidang ekuator. Semakin besar sudut ikatan, semakin lemah gaya tolaknya, jadi tolakan pada bidang ekuator (120 o ) tolakannya lebih lemah daripada axial-ekuator (90 o ). Contoh untuk rumus molekul AX 5 adalah PCl 5
Contoh untuk rumus molekul AX 4 E adalah SF 4 Contoh untuk rumus molekul AX 3 E 2 adalah BrF 3 Contoh untuk rumus molekul AX 2 E 3 adalah I 3 - Bentuk Molekul Oktahedral Oktahedral adalah polihedral dengan 6 kelompok elektron yang mengelilingi pusat dengan rumus molekul pada umumnya AX 6. Sebagai contoh dari molekul ini adalah SF 6 Contoh dari AX 5 E yang disebut piramida tetrahedral (IF 5 )
Contoh dari AX 4 E 2 yang disebut planar segiempat (XeF 4 )
Menggunakan VKEIT untuk Membagi Bentuk Molekul 1. Tulis struktur Leis dari rumus molekul 2. Menghitung semua kelompok elektron disekitar pusat 3. Perkirakan sudut ikatan ideal yang akan terjadi 4. Gambar dan namai bentuk molekul Contoh Masalah 10.6 Memperkirakan Bentuk molekul dari 2,3, atau 4 Kelompok Elektron Permasalahan Gambar bentuk molekul dan prediksikan sudut ikatan dari (a) PF 3 dan (b) COCl 2 Solusi (a) Untuk PF 3 lakukan langkah 1 dan 2. Langkah ketiga. Perkiraan sudut ikatan: untuk tetrahedron, sudut ikatan idealnya adalah 109.5 o. Dan ada satu pasangan bebas, jadi sudut ikatan harus pasti kurang dari 109.5 o. Langkah keempat. Gambar dan namai bentuk molekul (b)untuk COCl 2 Lakukan langkah 1 dan 2. Langkah ketiga. Prediksi sudut ikatan: Sudut ikatan idealnya 120 o tapi karena ada ikatan rangkap antara C dan O, sudut akan kurang dari 120 o. Langkah keempat. Gambar dan namai bentuk molekul Bentuk Molekul dengan Banyak Atom Pusat Bentuk molekul dari molekul yang memiliki banyak atom pusat adalah kombinasi dari bentuk molekul masing-masing atom pusat. Sebagai contoh, etanol dengan rumus molekul C 2 H 6 O memiliki kelompok tetrahedral CH 3 -, dan 4 ikatan atom-atom sekitar atom C. Sementara itu atom O memiliki 4 kelompok elektron dan 2 pasangan bebas disekelilingnya, memberikan bentuk V (AX 2 E 2 )
Contoh Masalah 10.7 Memprediksi Bentuk Molekul dengan Banyak Atom Pusat Permasalahan Bagi bentuk dari masing-masing pusat atom dalam aseton Rencana 3 pusat atom yang seluruhnya adalah C, dua dari itu adalah CH 3 - Solusi Lakukan langkah 1 dan 2. Langkah ketiga.sudut ikatan: sudut H-C-H dalam CH 3 - mendekati 109.5 o. sementara itu ikatan rangkap C dan O disederhanakan menjadi sudut C-C- C kurang dari 120 o. Langkah keempat. Bentuk sekililing atom pusat.