Bentuk Molekul - Chemical...
Transcript of Bentuk Molekul - Chemical...
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
BentukMolekul
Menggambarkan Molekul dan Ion dengan Struktur Lewis
Struktur Lewis lebih tepat disebut dengan rumus Lewis (“Lewis formula”) sebab
menggambarkan pendistribusian elektron valensi serta ikatan-ikatan antar atom dalam sebuah ion
atau molekul dan digambarkan dalam bentuk dua dimensi.
Penggunaan Aturan Oktet dalam Penulisan Struktur Lewis
Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Tunggal
Langkah-langkah penggambaran struktur lewis untuk molekul dengan ikatan tunggal:
1. Letakkan atom berdekatan satu sama lain berdasarkan nomor golongan di mana golongan
yang lebih rendah diletakkan sebagai atom pusat (di tengah), sebab semakin rendah
golongannya semakin rendah keelektronegatifannya.
2. Jumlahkan total elektron valensi dari semua atom. Apabila ion bermuatan negatif,
tambahkan 1 elektron. Apabila ion bermuatan positif, kurangkan 1 elektron.
3. Buat garis ikatan tunggal dari atom-atom yang mengelilingi atom pusat dan kurangkan
2e- tiap membuat 1 ikatan tunggal.
4. Distribusikan elektron yang tersisa sehingga semua atom memiliki 8 elektron valensi agar
memenuhi aturan oktet.
Contoh permasalahan
Soal: Gambarkan struktur Lewis CCl2F2
Penyelesaian:
1) Letakkan atom berdekatan satu sama lain dengan karbon sebagai atom pusatnya.
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
2) C terletak pada golangan 4A, F dalam golongan 7A, dan Cl dalam golongan 7A
sehingga diperoleh jumlah elektron valensi sebagai berikut:
[1 x C (4e-)] + [2 x F (7e-)] + [2 x Cl (7e-)] = 32 elektron valensi
3) Terdapat 4 ikatan tunggal sehingga jumlah elektron valensi dikurangi 8e-.
Sehingga sekarang total elektron yang tersisa adalah 24 e-.
4) Distribusikan elektron yang tersisa secara berpasangan hingga atom memenuhi
aturan oktet.
Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Rangkap
Langkah-langkah penggambaran struktur Lewis untuk molekul dengan ikatan rangkap:
Langkah 1-4 sama dengan langkah yang dilakukan dalam menggambarkan struktur lewis
berikatan tunggal. Karena pada tahap 4, atom pusat belum memenuhi aturan oktet, maka ubah
pasangan elektron bebas (lone pair) menjadi satu ikatan baru dengan menambahkan 1 ikatan lagi
antara atom pusat dengan atom di sekelilingnya.
Contoh permasalahan
Soal: Gambarkan struktur Lewis N2
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Penyelesaian:
Lakukan langkah yang sama dengan penggambaran struktur lewis untuk molekul dengan
ikatan tunggal pada tahap 1-4, seperti meletakkan atom, menghitung jumalah elektron valensi,
menggambarkan ikatan tunggal, dan mendistribusikan elektron valensi yang tersisa. Setelah
tahap 4, kita akan mendapatkan struktur
Karena N belum memenuhi aturan oktet, ubah pasangan elektron bebas (PEB) dengan
pasangan elektron ikatan (PEI) dan membentuk struktur
Walaupun sudah membentuk ikatan ganda, ternyata N tetap belum memenuhi aturan
oktet sehingga ditambahkan satu ikatan lagi dan membentuk struktur
Resonansi: Ikatan Pasangan Elektron Terdelokalisasi
Terkadang sebuah molekul atau ion yang memiliki ikatan tunggal berdekatan dengan
molekul atau ion berikatan rangkap membentuk struktur Lewis yang sama. Contohnya adalah
ozon (O3) dengan struktur sebagai berikut:
Molekul dengan dua struktur Lewis disebut struktur resonansi atau bentuk resonansi.
Struktur resonansi memliki penempatan yang relatif, tetapi dalam penempatan pasangan elektron
berikatan (PEI) dan pasangan elektron bebas (PEB) berbeda dan bukan merupakan
penggambaran ikatan yang sesungguhnya.
Walaupun pada struktur I dan II tampak sama, tetapi ternyata ikatan antara O-O dan O=O
berbeda. Struktur ini lebih tepat disebut resonansi hibrid yaitu bentuk rata-rata keduanya.
Contoh penulisan struktur resonansi
Soal: Tuliskan struktur resonansi ion nitrat (NO3-)
Penyelesaian:
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
1. Gambarkan struktur Lewis. Tambahkan 1 e- dari jumlah elektron valensi (karena NO3-
memiliki 1 muatan negatif). Setelah menggambarkan struktur resonansi, hubungkan
dengan garis resonansi sehingga akan terbentuk struktur seperti berikut:
2. Karena N hanya memiliki 6 e-, maka ubah PEB pada ion O menjadi PEI dengan
menambahkan ikatan rangkap sehingga memenuhi kaidah teori oktet. Semua atom O
equivalen sehingga didapat tiga struktur sebagai berikut:
Pengecekan: Setiap struktur memiliki penempatan atom relatif dan memenuhi aturan oktet
dengan memiliki 24 e-.
Keterangan: Ion NO3- merupakan resonansi hibrid
Muatan Formal: Seleksi Struktur Resonansi yang Lebih Disukai
Karena resonansi hibrid merupakan rata rata dari bentuk resonansi, maka salah satu atom
lebih berperan dalam menentukan rata rata tersebut. Caranya adalah dengan menentukan muatan
formal tiap atom, yang muatannya didapat apabila ikatan elektron dibagi rata. Muatan formal
didapat dengan persamaan sebagai berikut:
Muatan formal atom =
jumlah e- valensi – (jumlah e- valensi yang tidak berikatan + ½ jumlah e- berikatan)
Contoh muatan formal atom pada ion O3
Muatan formal atom dalam bentuk resonansi O3 adalah sebagai berikut :
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Struktur I
OA [6 – 4 – ½ (4)] = 0
OB [6 – 2 – ½ (6)] = +1
OC [6 – 6 – ½ (2)] = -1
Struktur II
OA [6 – 6 – ½ (2)] = -1
OB [6 – 2 – ½ (6)] = +1
OC [6 – 4 – ½ (4)] = 0
Bentuk I dan II berperan sama dalam resonansi hibrid karena memiliki muatan formal
yang sama. Muatan formal merupakan jumlah dari muatan yang sebenaranya dalam bentuk
tersebut (0 untuk molekul dan jumlah muatan ion dalam ion bermuatan).
Tiga kriteria untuk menentukan muatan formal:
1. Muatan formal yang disukai adalah yang lebih kecil
2. Muatan sama yang bersebelahan tidak disukai (karena adanya gaya tolak
menolak)
3. Muatan formal dengan nilai lebih negatif diposisikan ada pada atom
elektronegatif
Contoh penerapan kriteria penetuan struktur resonansi dengan muatan formal pada ion
NCO-
Bentuk I memiliki muatan formal terbesar sehingga tidak termasuk dalam kriteria.
Bentuk II dan III memiliki jumlah muatan formal yang sama, akan tetapi pada struktur III
muatan -1 terletak pada O yang lebih bersifat elektronegatif.
Pengecualian Aturan Oktet Struktur Lewis
Molekul Kekurangan Elektron (elektron-deficient)
Senyawa dengan atom pusat Be atau B memiliki elektron valensi kurang dari 8.
Contohnya adalah BeCl2 dan BF3
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Muatan formal menunjukan ikatan rangkap lebih tidak disukai dengan struktur
sebagai berikut:
Molekul dengan Elektron Ganjil (Odd Elektron)
Beberapa molekul memiliki elektron valensi ganjil pada atom pusatnya, sehingga
sulit untuk mencapai 8 elektron. Elektron tidak berpasangan dan tidak berikatan yang
terbentuk disebut radikal bebas.
Contoh pada NO2
NO2 memiliki bentuk resonansi seperti berikut:
Senyawa NO2 berikatan dengan sesamanya membentuk N2O4 sehingga memenuhi
aturan oktet.
Kulit Valensi Ekspansi (Expanded Valence Shell)
Beberapa molekul dan ion memiliki elektron valensi lebih dari 8. Molekul ini
meningkatkan kapasitas kulit valensinya dengan memanfaatkan kulit d terluar untuk
menambah ikatan. Kulit valensi ekspansi hanya terjadi pada atom pusat non logam
dari periode 3 ke atas, sebab pada periode ini orbital d ditemukan.
Contohnya adalah SF6
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Atom pusat pada SF6 dikelilingi oleh 6 ikatan tunggal dan membentuk lebih dari 4
atom.
Teori Valence-Shell Elektron-Pair Repulsion (VSEPR) dan Bentuk
Molekular
Dasar dari penggambaran bentuk molekul dengan VSEPR adalah penggambaran dengan
struktur Lewis yang berdimensi dua. Dalam teori VSEPR, elektron ditempatkan dalam grup yang
terdiri dari ikatan tunggal, ikatan rangkap, pasangan elektron bebas, atau elektron bebas. Prinsip
dasar teori VSEPR adalah “tiap grup elektron yang berada di sekitar atom pusat ditempatkan
sejauh mungkin antara yang satu dengan yang lain untuk meminimalisasi gaya tolak”. Notasi
yang digunakan untuk mengklasifikasikan bentuk molekul adalah AXmEn, di mana m dan n
adalah suatu bilangan, A adalah atom pusat, X adalah atom yang ada di sekelilingnya, dan E
adalah grup elektron valensi yang tidak berikatan (PEB).
Bentuk Molekul dengan 2 Grup Elektron (Bentuk Linear)
Bentuk molekul dengan 2 grup elektron (AX2) akan terpisah sejauh mungkin dan
membentuk bentuk linear dengan sudut 180o.
Contoh molekul linear adalah BeCl2 dengan struktur sebagai berikut:
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Bentuk Molekul dengan 3 Grup Elektron (Bentuk Trigonal Planar)
Molekul dengan 3 grup elektron membentuk segitiga sama sisi dalam bidang datar
dengan atom pusat di tengah segitiga atau yang lebih dikenal dengan trigonal planar (AX3).
Sudut ikatan yang dibentuk adalah 120o. Contoh molekul dengan bentuk segitiga planar ini
adalah BF3 dengan struktur sebagai berikut:
Ketika salah satu elektron dari molekul dengan 3 grup elektron adalah pasangan elektron
bebas (AX2E) maka bentuk yang dihasilkan adalah bengkok (bent) atau bentuk V. Contoh
molekul dengan bentuk V ini adalah SnCl2 dengan struktur sebagai berikut:
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Efek Ikatan Rangkap: ikatan rangkap memberikan gaya tolak lebih besar
dibandingkan dengan ikatan tunggal.
Efek Pasangan Elektron Bebas (lone pair): pasangan elektron bebas (PEB)
memberikan gaya tolak lebih besar dibandingkan dengan pasangan elektron berikatan
(PEI).
Bentuk Molekul dengan 4 Grup Elektron (Bentuk Tetrahedral)
Bentuk molekul yang terdiri dari 4 grup elektron di sekitar atom pusatnya secara umum
membentuk tetrahedral yang membentuk sudut ikatan 109,5o.
Apabila 4 grup elektron semuanya membentuk pasangan elektron berikatan (PEI) (AX4),
maka akan membentuk tetrahedral, contohnya adalah CCl2F2.
Apabila salah satu dari 4 grup elektron ini membentuk pasangan elektron bebas (AX3E),
maka akan membentuk piramida trigonal, contohnya adalah NH3.
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Apabila molekul dengan 4 grup elektron ini membentuk 2 pasangan elektron bebas dan 2
pasangan elektron berikatan (AX2E2) maka akan struktur molekulnya akan berbentuk bengkok
atau bentuk V, contohnya adalah H2O, OF2,SCl2.
Bentuk Molekul dengan 5 Grup Elektron (Bentuk Trigonal Bipiramida)
Bentuk molekul yang terdiri dari 5 grup elektron secara umum membentuk trigonal
bipiramida. Dalam molekul trigonal bipiramida atom pusat terletak pada bidang sekutu dari dua
buah limas segitiga yang berhimpit, sedangkan lima atom yang mengelilingi atom pusat berada
pada sudut sudut limas segitiga yang terbentuk. Sudut yang terbentuk antara setiap ikatan yang
terletak apda bidang segitiga membentuk sudut 120o, sedangkan antara sudut bidang datar
dengan dua ikatan yang vertical membentuk sudut 90o.
Apabila 5 grup elektron semuanya membentuk pasangan elektron berikatan (PEI) (AX5),
maka akan membentuk trigonal bipiramida, contohnya adalah PCl5 dengan struktur sebagai
berikut:
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Apabila salah satu dari grup elektron ini membentuk pasangan elektron bebas (AX4E)
dalam posisi garis lurus, maka akan membentuk bentuk jungkat-jungkit, contohnya adalah SF4
dengan struktur sebagai berikut:
Apabila dalam molekul ini terdapat 2 pasangan elektron bebas dan 3 pasangan elektron
berikatan (AX3E2) maka akan membentuk bentuk T, contohnya adalah BrF3 dengan struktur:
Apabila dalam molekul ini terdapat tiga pasangan elektron bebas dalam posisi satu garis
lurus dan dua pasangan elektron berikatan dalam posisi aksial (AX2E3) maka akan membentuk
bentuk linear, contohnya adalah I2 dengan struktur sebagai berikut
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Bentuk Molekul dengan 6 Grup Elektron (Bentuk Oktahedral)
Molekul dengan 6 grup elektron membentuk octahedral denagn sudut ikatan 90o.
Octahedral terdiri dari dua buah limas segi empat dengan bidang alas yang saling berhimpit
sehingga membentuk delapan bidang segitiga. Atom pusat molekul ini terletak pada pusat bidang
segi empat dari dua limas ynag berhimpit, sedangkan enam atom yang mengelilinginya berada
berada pada sudut-sudut pada limas tersebut.
Apabila 6 grup elektron semuanya membentuk pasangan elektron berikatan (PEI) (AX6),
maka akan membentuk oktahedral, contohnya adalah SF6 dengan struktur sebagai berikut:
Apabila salah satu dari grup elektron ini membentuk pasangan elektron bebas (AX5E),
maka akan membentuk bentuk piramida segi empat, contohnya adalah SF4 dengan struktur
sebagai berikut:
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
Apabila molekul ini membentuk 2 pasangan elektron bebas (AX4E2), maka akan
membentuk bentuk segi empat planar, contohnya adalah XeF4 dengan struktur sebagai berikut:
Penggunaan Teori VSEPR untuk Menentukan Bentuk Molekular
Langkah-langkah penggunaan teori VSEPR untuk menentukan bentuk molekuler:
1. Buat struktur Lewis dari rumus molekul tersebut
2. Tentukan bentuk yang sesuai dengan grup elektron
Jurusan Teknik Kimia – Fakultas Teknik – Universitas Diponegoro
Bentuk Molekul
3. Tentukan sudut ikatan dari bentuk grup elektron
4. Gambar bentuk molecular dengan menyesuaikan PEB dan PEI
Contoh penulisan
Soal: Tuliskan bentuk dari molekul CoCl2
Penyelesaian:
1. Buat struktur Lewis CoCl2
2. Bentuk yang sesuai dengan grup electron untuk CoCl2 adalah trigonal planar
3. Sudut ikatan dari bentuk grup electron ini adalah:
4. Gambar bentuk molecular dengan menyesuaikan PEB dan PEI
Bentuk Molekul dengan Lebih dari 1 Atom Pusat
Apabila terdapat molekul dengan lebih dari satu atom pusat, maka bentuk molekulnya
merupakan gabungan dari bentuk molekul tiap atom pusatnya. Contohnya adalah etanol (rumus
molekul: C2H6O) yang memiliki tiga atom pusat masing-masing dengan bentuk:
CH3 - : tetrahedral
- CH2 - : tetrahedral
O : bentuk V