bentuk molekul - Teknik Kimia Undip

BENTUK MOLEKUL
10.1
Menggambar Molekul dan Ion Menggunakan Struktur Lewis
Struktur Lewis adalah rumus struktur dua dimensi yang digunakan untuk menunjukkan ikatan – ikatan
antar atom dalam suatu molekul. Struktur lewis terdiri atas lambang kimia yang dikelilingi oleh titik-titik
elektron.
Menggunakan aturan oktet untuk menggambar struktur Lewis
o elektron valensi memegang peranan penting dalam pembentukan ikatan kimia.
o Ikatan ini terbentuk karena transfer dan penggunaan elektron bersama,sebab atom –atom bukan
gas mulia cenderung mencapai konfigurasi yang sama dengan gas mulia (duplet atau oktet)
dengan cara berikatan dengan dengan unsur lain membentuk molekul.
o Jumlah titik sesuai dengan golongan ( jumlah elektron valensi)
o Tempatkan 1 titik untuk setiap atom maksimum sampai 4 titik, kemudian titik selanjutnya
dipasangkan(berpasangan) sampai mencapai oktet.
a. Langkah-langkah membuat struktur Lewis untuk molekul dengan ikatan kovalen tunggal :
Contoh :
Molekul NF3
1. Tempatkan atom relatif satu sama lain
o Atom pusat adalah atom dengan golongan yang lebih kecil.
o Jika golongannya sama , maka atom pusat di pilih yang mempunyai periode lebih besar.
Contoh:
N : golongan 5A (lebih kecil,sehingga jadi atom pusatnya)
F : golongan 7A
2. Tentukan jumlah selutruh elektron valensi yang tersedia
N : 3 elektron valensi
F : 7 elektron valensi
[I x N(5e-)] + [3 x F(7e-)] = 5e- + 21e- = 26 elektron valensi
3. Gambar ikatan tunggal dari atom pengeliling ke atom pusat, kemudian kurangi 2 elektron valensi
untuk setiap ikatan.
3 ikatan N-F x 2e- = 6ejadi,
26e- - 6e- = 20e- tersisa
4. Sisa elektron tadi di pasangkan sehingga setiap atom berakhir dengan delapan elektron
Menulis struktur Lewis dengan satu atom pusat
Contoh
struktur lewis untuk CCI2F2
•
•
•
•
:
Tempatkan atom relatif satu sama lain
C termasuk golongan 4,sedangkan Cl dan F termasuk golongan 7. Jadi, nomor golongan C
lebih kecil dari F dan Cl ,sehingga C di jadikan atom pusat.
tentukan jumlah total elektron valensi
[1 X C(4e-)] + [2 X F(7e-)] + [2 X Cl(7e-)] = 32 elektron valensi
Gambar ikatan tunggal pada atom pusat. Setiap ikatan terdiri dari 2 elektron,sehingga dari
32 elektron tadi masih tersisa 24 elektron setelah dikurangi 8 elektron untuk berikatan.
Sisa elektron (32 elektron) tadi di sebarkan secara berpasangan ke atom pengeliling.
Sehingga setiap atom memiliki 8 elektron(oktet)
Menulis Struktur Lewis dengan 2 Atom Pusat
Contoh :
Struktur Lewis untuk CH4O
•
•
•
•
H hanya mempunyai satu ikatan, sehingga tidak dapat dijadikan atom pusat. Jadi C dan O
diletakkan berdekatan.
Jumlah elektron total:
[I X C(4e-)] + [I X O(6e-)] + [4 X H(le-)] = 14eBerikan ikatan tunggal sebanyak 5. Jadi untuk berikatan menggunakan 10 elektron. Jadi sisa
elektron adalah 14 – 10 = 4 elektron
Tambahkan 4 elktron tadi ke atom O .
b. Struktur Lewis untuk Molekul dengan ikatan rangkap
Contoh :
Rumus struktur untuk C2H4
Langkah 1-4 sama dengan langkah sebelumnya, sehingga menghasilkan :
Langkah 5 : atom C mempunyai 4 elektron valensi, 2 diantaranya digunakan untuk berikatn dengan atom H
, 1 untuk berikatan dengan C, sehingga masih sisa 1 elektron. Maka, sisanya itu digunakan untuk berikatan
dngan sisa elektron c lainnya. Terbentuklah ikatan rangkap.
c. Resonansi : Delokalisasi PEI (Pasangan Elektron Bebas)
Struktur resonansi adalah salah satu dari dua atau lebih sturktur Lewis untuk satu molekul yang tidak
dapat dinyatakan secara tepat dengan hanya menggunakan satu struktur Lewis. Resonansi terjadi karena
adanya delokalisasi elektron dari ikatan rangkap ke ikatan tunggal.
Contoh :
molekul ozon (O3)
Untuk mengubah resonansi satu ke yang lain yaitu dengan cara memindahkan PEB ke posisi yang
berikatan dan sebaliknya.lambang resonasi bukan struktur nyata dari suatu senyawa.Sedangkan struktur
nyatanya merupakan gabungan dari semua struktur resonansinya(resonansi hibrida).
Resonansi hibrid dari ozon:
Ikatan
parsial,
seperti
yangterjadi
padaresonansi
hibrida,
rangka ikatan fraksional.UntukO3, kita memiliki:
Rangka ikatan = 3 pasangan elektron/2 pasangan ikatan atom = 1,5
Struktur Resonansi Benzena:
sering
mengarah
ke
Delokalisasi elektron yang terjadi pada benzena pada struktur resonansi adalah sebagai berikut:
Hal yang harus diperhatikan adalah, bahwa Hal ini pun berlaku dalam struktur resonansi benzena, sehingga
benzena lebih sering digambarkan sebagai berikut:
Rangka ikatan = 9 pasangan elektron/6 pasangan ikatan atom = 1,5
Untuk ion karbonat, dia bisa digambarkan menjadi 3 struktur resonansi, dimana 4 pasangan elektronnya
terbagi diantara 3 pasangan ikatan atom,sehingga rangka ikatannya adalah 4/3.
d. Muatan formal :pemilihan struktur resonansi yang lebih penting
3
kriteria yang digunakan untuk memilih struktur resonansi terpenting :
a. Muatan formal terkecil lebih dipilih (tidak memperhatikan positif atau negatifnya)
b. Tidak memilih muatan sama yang bersebelahan.
c. Muatan formal yang lebih negatif terletak pada atom yang lebih elektronegatif.
Contoh :
NCO- (ion sianat)
•
•
-
Eliminasi bentuk I, karena jumlah muatan formal paling banyak.
Jumlah muatan formal pada bentuk II dan III sama, namun karena muatan negatif (-1)
pada bentuk III terletak pada atom yang lebih elektronegatif , maka yang dipilih sebagai
struktur resonansi yang lebih penting adalah bentuk III.
Muatan formal tidak sama dengan bilangan oksidasi.
Note : Bilangan oksidasi tidak berubah dari resonansi satu ke resonansi lainnya(karena
elektronegatifitasnya tidak berubah), tetapi muatan formal berubah (karena ikatan ganda dan ikatan
tunggalnya berubah)
E. Struktur Lewis untuk Pengecualian terhadap Aturan Oktet
1. Molekul kekurangan Elektron
-
Senyawa dengan atom pusat Be atau B cenderung memiliki elektronvalensi kurang dari 8: BF3 dan
BeCl2
-
Muatan formal yang menunjukkan struktur tanpa ikatan rangkap lebih disukai
-
BF3memiliki 8 elektronvalensi dengan membentuk ikatan lebih lanjut dengan NH3
2. Molekul elektron Ganjil
- Beberapamolekulmemilikijumlahelektronganjilsehinggatidakmemungkinkanmencapai 8 elektron.
- Ada elektron yang tidakberpasangandantidakberikatan, spesiesinidisebutradikalbebas, misalpada NO2.
-
Senyawa ini berikatan dengan sesamanya membentuk N2O4dengan electron valensi 8.
3. Ekspansi Kulit Valensi
- Beberapa molekul/ion memiliki lebih dari 8 elektron di sekitarnya molekul ini meningkatkan kapasitas
kulit valensinya dengan memanfaatkan kulit d yang kosong untuk berikatan
- Kulit valensi terekspansi hanya terjadi pada atom pusat non logam dari periode 3 keatas dengan kulit d
yang bisadipakai
Contoh:
o SF6
Atom pusat S dikelilingi oleh 6 ikatan tunggal dengan atom F ,sehingga total elektron dalam
atom S adalah 12.
o PCl5
Terbentuk dari reaksi PCl3 dngan gas klorin . Pada atom P terdapat lima ikatan tunggal dengan
atom Cl,sehingga total elektron pada atom P adalah sepuluh elektron.
o Asam sulfat ,dapat membentuk resonansi
10.2 Teori Valence-Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR)
-
Penggambaran bentuk molekul dengan bantuan VSEPR didasari oleh penggambaran struktur Lewis
sebagai model 2 dimensi
Dalam teori VSEPR atom pusat akan menempatkan secara relatif grup (bisa berupa atom atau pasangan
elektron) pada posisi tertentu
Prinsip dasarnya: masing-masing grup elektron valensi ditempatkan sejauh mungkin satu sama lain
untuk meminimalkan gaya tolakan.
Notasi yang dipakai: A = atom pusat, X = atom sekitar yang berikatan dan E = grup elektron valensi
yang tidak berikatan.
Sudut ikatan adalah sudut yang terbentuk oleh dua inti atom yang mengelilingi atom pusat dengan inti
atom yang mengelilingi atom pusat. Berikut sudut ikatan ideal dari bentuk molekul.
1.
-
Bentuk Molekul dengan Dua Grup Elektron (Bentuk Linier)
Rumus bangunnya AX2
Mempunyai dua pasang elektron ikatan (PEI)
Tidak mempunyai pasangan elektron bebas (PEB)
Sudut ikatannya 1800
Contoh :
BeCl2 , Be mempunyai 2 e- valensi, Cl memunyai 7 e- valensi,sehingga struktur lewisnya :
CO2 , atom C mempunyai 4 e- valensi dan O mempunyai 6 e- valensi,sehingga struktur Lewisnya :
-
2. Bentuk Molekul dengann Tiga Grup elektron (Bentuk Trigonal Planar)
Rumus bangun : AX3
Sudut Ikatan
: 1200 (apabila dalam satu lingkaran penuh ada 360 0,maka jika dibagi tiga hasilnya
0
adalah 120 )
Trigonal planar mempunyai 3 PEI(pasangan electron ikatan) dan 0 PEB (pasangan electron bebas)
Contoh :
BF3, Atom B memiliki 3 elektron valensi dan F memilki 7 elektronvalensi.
ion nitrat NO3-.
Efek Ikatan Ganda. Sudut ikatan menyimpang dari sudut ideal karena ikatan ganda, dengan densitas
elektron yang lebih besar, menolak dua ikatan tunggal lebih kuat daripada menolak satu sama lain.
Efek Ikatan Tunggal. Ikatan tunggal menolak ikatan ganda dengan lebih kuat daripada ikatan ganda
menolak satusama lain.Bentuk V. Contoh. PbCl2.Pb memiliki 4 elektron valensi, dan Cl mempunyai 7
elektron valensi. Jika digambar struktur lewisnya, ada 2 pasang electron ikatan antara Pb dan Cl, dan ada 1
pasang electron bebas. Sehingga bentuk dasarnya adalah trigonal planar. Karena ada 1 pasang electron
bebas, maka bentuknya adalah V. (lihat gambar : dari 3 garis, salah satu garis tersebut merupakan electron
bebas).
3. Bentuk Molekul dengan Empat Grup Elektron (Bentuk Tetrahedral)
Dari kerangka dasar empat grup electron, ada beberapa bentuk molekul yang dapat dibuat.
a. Tetrahedral (AX4).
Contoh:
CCl2F2 : Atom pusat adalah C yang mempunyai 4 EV, Cl dan F mempunyai 7 EV. Sehingga struktur
lewisnya,
Dari gambar terlihat ada 4 grup electron, yaitu 4 pasang elektron ikatan (PEI) dan 0 pasangan
electron bebas(PEB).
b. Trigonal pyramid (AX3E)
Contoh :
NH3 : Atom pusat N (5EV), H(1 EV).
Dari gambar di atas, ada 4 grup electron ( 3 PEI dan 1 PEB). Ini berarti memiliki kerangka dasar
tetrahedral. Karena ada satu PEB, maka batang yang di atas tersebut dihilangkan, sehingga
terbentuklah trigonal pyramid. Sudut ikatannya adalah 107.3o. jika electron bebas dalam N bereaksi
dengan H+ menghasilkan ion NH4+ dan bentuk molekulnya adalah tetrahedral dengan sudut ikatan
109.5o.
c. Bentuk V(AX2E2)
Contoh:
H2O : atom pusat O (6 EV), dan atom H (1 EV). Jika digambar struktur lewisnya, ada 4 grup
electron (1 PEI dan 2 PEB). Karena ada 2 PEB, maka kita lepas batang yang disebelah atas dan
sebelah samping, sehingga terbentuk huruf V.
4. Bentuk Molekul dengan Lima Grup Elektron (Bentuk Trigonal Bipyramida)
Dari kerangka dasar lima grup electron, ada lima bentuk molekul yang dapat dibuat.
a. Trigonal Bipyramida (AX5)
Sudut antara satu axial dengan satu equatorial adalah 90 o, dan sudut antar equatorial adalah
120o. Contoh.PCl5 ,atom pusat P (5 EV), atom Cl (7 EV).
Dari gambar terdapat lima grup electron (5 PEI dan 0 PEB).
b. Bentuk Jungkat-Jungkit (AX4E)
Contoh :
SF4 : Atom pusat S (6 EV), atom F (7 EV).
Dari gambar, ada lima grup electron (4 PEI dan 1 PEB). Karena ada 1 PEB, maka dari kerangka
trigonal bipyramid kita hilangkan 1 batang equatorial, sehingga akan tampak seperti sebuah
jungkat – jungkit.
c. Bentuk T (AX3E2)
Contoh :
Bromin Trifluorida (BrF3). Atom pusat Br (7 EV), dan atom F (7 EV).
Dari gambar, ada lima grup electron (3 PEI dan 2 PEB). Dari kerangka dasar trigonal
bipyramida, kita hilangkan 2 batang equatorial, karena ada 2 PEB. Sehingga akan menghasilkan
bentuk seperti huruf T.
d. Linear (AX2E3)
Contoh:
XeF2 : Atom pusat Xe (8 EV), dan atom F(7 EV) . Jika digambarkan struktur lewisnya, maka
akan terbentuk lima grup electron (2 PEI dan 3 PEB), sehingga dari kerangka dasar trigonal
bipyramida, kita hilangkan 3 batang equatorial, dan masih tersisa batang axial, sehingga
bentuknya adalah linear.
5. Bentuk Molekul dengan Enam Grup Elektron (Bentuk Oktahedral)
Dari kerangka dasar enam grup electron, ada tiga bentuk molekul yang dapat dibuat.
a. Octahedral (AX6).
Contoh:
sulfur heksafluorida (SF6) : Atom pusat S (6 EV), atom F (7 EV).
Dari struktur lewis di atas, ada enam grup electron (6 PEI dan 0 PEB).sehingga bentuk
molekulnya adalah octahedral.
b. Pyramida Segiempat (AX5E)
Contoh :
Iodin pentafluorida,IF5 : Atom pusat I (7 EV), atom F (7 EV).
Dari struktur lewis di atas, ada enam grup electron (5 PEI dan 1 PEB). Dari kerangka dasar
octahedral, kita hilangkan satu batang yang ke bawah, sehingga terbentuk bentuk molekul
piramida segiempat.
c. Segiempat Planar (AX4E2).
Contoh:
Xenon tetrafluorida (XeF4) : Atom pusat Xe (8 EV), atom F (7 EV).
Dari struktur lewis di atas ada enam grup electron (4 PEI dan 2 PEB). Dari kerangka dasar
octahedral, kita hilangkan 2 batang vertical, sehingga terbentuk bentuk molekul segiempat
planar.
Ringkasan
Menggunakan VSEPR Teori untuk Meramalkan Bentuk Molekul
1. Tulis struktur Lewis
2. Hitung semua grup elektron (elektron ikatan da elektron bebas)
3. Prediksi sudut ikatan ideal dari susunan grup elektron dan arah deviasi yang disebabkan oleh elektron bebas
atau ikatan ganda.
4. Gambar dan namai bentuk molekul dengan menghitung grup yang berikatan dan yang tidak berikatan sec ara
terpisah.
Soal . Gambarlah bentuk molekul dan prediksi sudut ikatan dari : a. PF3 dan b. COCl2 c.SbF5 d.BrF5
Jawab. A. PF3
Langkah 1.Tulis struktur lewis. Atom pusat P (5 EV) dan atom F(7 EV)
Langkah 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada 4 grup electron (3 PEI dan 1 PEB), sehingga kerangka
dasarnya adalah bentuk tetrahedral.
Langkah 3. Prediksi sudut ikatan. Untuk tetrahedral, sudut idealnya adalah 109.5 o, karena ada pasangan electron
bebas, maka sudut relatifnya kurang dari 109.5o.
Langkah 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Bentuk molekulnya adalah trigonal pyramida (AX2E).
a. COCl2
Langkah 1. Tulis struktur lewisnya. Atom pusat C (4 EV), atom O(6 EV) dan atom Cl (7 EV).
Langkah 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada 3 grup electron (3 PEI dan 0 PEB), dengan satu
diantaranya merupakan ikatan ganda. Sehingga kerangka dasarnya adalah bentuk trigonal planar.
Langkah 3. Prediksi sudut ikatan. Sudut idealnya adalah 120 o, karena ada ikatan ganda maka sudutnya kurang dari
120o.
Langkah 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Bentuk molekulnya adalah trigonal planar (AX3).
b. SbF5
Langkah 1.Tulis struktur lewis. Atom pusat Sb(5 EV), atom F(7 EV)
Langkah 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada 5 grup electron (5 PEI dan 0 PEB), sehingga kerangka
dasarnya adalah bentuk trigonal bipyramida.
Langkah 3. Prediksi sudut ikatan. Sudut antara kerangka axial dan equatorial adalah 90o dan sudut antar equatorial
adalah 120o.
Langkah 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Rumus molekul tersebut adalah AX5, bentuk trigonal
bipyramida.
c. BrF5
Langkah 1.Tulis struktur lewis. Atom pusat Br(7 EV), atom F(7 EV).
Langkah 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada enam grup electron (5 PEI dan 1 PEB), sehingga kerangla
dasarnya adalah octahedral.
Langkah 3. Prediksi sudut ikatan. Adanya electron bebas, maka sudut ikatan kurang dari 90o.
Langkah 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Bentuk molekulnya adalah piramida segiempat (AX5E).
Bentuk Molekul dengan Atom Pusat Lebih Dari Satu Atom
Contoh :
Tentukan bentuk molekul dari aseton (CH3)2CO
Langkah 1. Tulis struktur lewis.
Langkah 2. Tentukan jumlah grup electron. Setiap CH 3 memiliki 4 grup electron (octahedral), atom C ke tiga
memiliki tiga grup electron (trigonal planar).
Langkah 3. Sudut ikatan. Dalam bentuk octahedral sudut ikatan 109.5o, sudut ikatan ganda CO kurang dari 120o.
Langkah 4. Bentuk yang mengelilingi atom pusat. CH 3 yang mengelilingi dua atom C memiliki bentuk tetrahedral
(AX4), bentuk yang mengelilingi atom C tengah adalah trigonal planar (AX3).