BENTUK MOLEKUL / GEOMETRI MOLEKUL

BENTUK/GEOMETRI Molekul

Bentuk molekul suatu zat ditentukan berdasarkan percobaan, antara lain dengan metode difraksi sinar X dan metode spektroskopi infra merah. Dari bentuk-bentuk molekul yang diperoleh, para ilmuwan menyusun teori untuk menjelaskan bentuk molekul tersebut.

  1. Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion)

Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) menyatakan bahwa pasangan elektron dalam ikatan (PEI) kimia ataupun pasangan elektron yang tidak dipakai bersama (yaitu pasangan elektron bebas (PEB)) saling tolak-menolak, pasangan elektron cenderung untuk berjauhan satu sama lain. Tolakan-tolakan ini menyebabkan suatu senyawa memiliki struktur geometri

Berikut ini adalah urutan besarnya gaya tolakan antara dua pasang elektron yaitu PEB-PEB > PEB-PEI > PEI-PEI

    2. Teori Domain Elektron

Teori domain elektron berkaitan erat dengan teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) yang mengemukakan adanya tolakan pasangan elektron pada kulit valensi.

Teori domain elektron dikembangkan oleh Gilliespie dan Hargittai (1991) berdasarkan ide-ide yang dikemukakan oleh Sidgwick dan Powell. Teori domain elektron dapat digunakan untuk meramalkan bentuk molekul tanpa perlu melibatkan orbital-orbital atom yang terlibat dalam pembentukan ikatan.

  • Pengertian Domain Elektron

Elektron yang terdapat pada suatu atom, kecuali atom hidrogen dan helium dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu elektron pada kulit dalam (inner shell electron) dan elektron pada kulit valensi (valence shell electron). Elektron-elektron tersebut tidak stationer dan posisinya tidak dapat ditentukan secara pasti akibat berlakunya ketidakpasian Heissenberg. Oleh karena itu, elektron-elektron tersebut dianggap sebagai awan muatan (charge cloud) yang menempati daerah tertentu dalam ruang di sekitar inti atom. Daerah tertentu dalam ruang pada kulit valensi suatu atom yang ditempati oleh awan muatan pasangan elektron disebut domain pasangan elektron (electron pair domain). Domain pasangan elektron ada dua macam, yaitu domain pasangan elektron ikatan atau domain elektron ikatan dan domain pasangan elektron bebas atau domain elektron bebas. Dalam model domai elektron, berlaku aturan sebagai berikut:

  • Setiap elektron ikatan, baik ikatan tunggal, rangkap dua, maupun rangkap tiga berarti 1 domain
  • Setiap pasangan elektron bebas berarti 1 domain

Berdasarkan model domain elektron, bentuk molekul hanya ditentukan oleh domain elektron ikatan. Domain elektron bebas dianggap tidak berperan dalam menentukan bentuk molekul, namun dapat mempengaruhi sudut ikatan suatu molekul.

Domain elektron bebas menempati ruangan pada kulit valensi atom lebih besar daripada domain elektron ikatan, maka domain elektron bebas dapat memperkecil sudut ikatan yang ada.Bentuk-bentuk molekul yang memiliki 2 sampai 6 domain elektron diberikan dalam tabel berikut:

Jumlah domain (pasangan elektron) dalam suatu molekul dapat dinyatakan sebagai berikut:

  • Atom pusat dinyatakan dengan lambang A.
  • Domain elektron ikatan dinyatakan dengan X.
  • Domain elektron bebas dinyatakan dengan E.

Tipe molekul dapat dinyatakan dengan menggunakan langkah-langkahsebagai berikut:

1) Menentukan jumlah elektron valensi atom pusat (EV).

2) Menentukan jumlah domain elektron ikatan (X).

3) Menentukan jumlah domain elektron bebas (E).

     3. Teori hibridisasi

Teori domain elektron dapat digunakan untuk meramalkan bentuk molekul, tetapi teori ini tidak dapat digunakan untuk mengetahui penyebab suatu molekul dapat berbentuk seperti itu. Sebagai contoh, teori domain elektron meramalkan molekul metana (CH4) berbentuk tetrahedron dengan 4 ikatan C-H yang ekuivalen dan fakta eksperimen juga sesuai dengan ramalan tersebut, akan tetapi mengapa molekul CH4 dapat berbentuk tetrahedron? Pada tingkat dasar, atom C (nomor atom = 6) mempunyai konfigurasi elektron sebagai berikut.

Dengan konfigurasi elektron seperti itu, atom C hanya dapat membentuk 2 ikatan kovalen (ingat, hanya elektron tunggal yang dapat dipasangkan untuk membentuk ikatan kovalen). Oleh karena ternyata C membentuk 4 ikatan kovalen, dapat dianggap bahwa 1 elektron dari orbital 2s dipromosikan ke orbital 2p, sehingga C mempunyai 4 elektron tunggal sebagai berikut.

Dengan demikian C memiliki 4 orbital kosong yang kemudian digunakan untuk berikatan kovalen dengan H. CH4 memiliki orbital hibridisasi sp3. Berikut ini adalah bentuk orbital molekul berdasarkan teori hibridisasi:

  1. Gaya antar Molekul

Gaya antarmolekul ialah gaya tarik antar molekul. Gaya antarmolekul ini menentukan keberadaan materi terkondensasi-cairan dan padatan. Umumnya gaya antarmolekul jauh lebih lemah daripada gaya intramolekul. Jadi biasanya diperlukan energi yang lebih kecil untuk menguapkan cairan daripada untuk memutuskan ikatan dalam molekul cairan. misalnya H-O-H —— H-O-H , ikatan antar H2O lebih mudah putus daripada ikatan antara H dan O didalam 1 molekul H2O

  • Gaya Dipol-dipol

Gaya dipol-dipol merupakan gaya yang bekerja antara molekul – molekul polar. yaitu  antara molekul yang memiliki momen dipol. Semakin besar momen dipolnya, maka sebakin kuat gayanya.

  • Gaya ion dipol

Gaya ion dipol ini mirip seperti gaya dipol dipol, bedanya disini ialah interaksinya antara molekul polar dan ion (bisa kation atau anion). Kekuatan interaksi bergantung pada muatan dan ukuran ion dan pada besarnya momen dipol dan ukuran molekul. Muatan kation umumnya lebih terpusat, karena kation biasanya lebih kecil daripada anion. Jadi, untuk muatan yang sama, kation berinteraksi yang lebih kuat dari anion.

  • Gaya Dispersi

Gaya dispersi ialah jawabannya. gaya dispersi ialah gaya tarik menarik yang timbul sebagai hasil dipol dipol yang terinduksi sementara dalam atom atau molekul. Ketika terdapat molekul non polar  berdekatan dengan suatu molekul polar. Kesetimbangan distribusi muatan di dalam molekul tersebut akan terganggu akibat mleku polar. Sehingga sifat elektrostatisnya ‘tertular’ atau terinduksi dari molekul polar dan hanya bersifat sementara.

  • Ikatan Hidrogen

Ikatan hidrogen adalah jenis khusus interaksi dipol dipol antara atom hidrogen dalam ikatan polar, seperti N-H, O-H, atau F-H, dengan atom elektronegatif O, N atau F. Energi rata rata satu ikatn hidrogen cukup besar untuk satu interaksi dipol dipol (hingga 40 kJ/mol). Jadi, ikatanj hidrogen merupakan suatu gaya yang kuat dalam menentukan struktur atau sifat dari banyak senyawa. Bukti awal adanya ikatan hidrogen berasal dari kajian mengenai titik didih senyawa. Misalnya saja H2O, yang memiliki ikatan hidrogen O-H. titik didihnya 100C. Kekuatan ikatan hidrogen ditentukan ditentukan oleh interaksi coulomb antara pasangan elektron bebas pada atom elektronegatif  dan inti hidrogen.

Gaya antarmolekul yang bersifat tarik menarik. namun molekul juga melakukan gaya tolak menolak satu sama lain. Ketika dua molekulnya berdekatan, gaya tolak antara muatan yang sama timbul. dan semakin dekat, makan akan semakin tinggi energi tolaknya. Oleh karena itu akan dibutuhkan energi yang lebih tinggi untuk memampatkan suatu molekul

    Contoh Soal

  1. Jika atom 4X dan 17Y berikatan, bentuk molekul dan sifat kepolaran yang terbentuk adalah ….
    A. segi empat planar dan polar
    B. linear dan polar
    C. tetrahedral dan nonpolar
    D. oktahedral dan nonpolar
    E. linear dan nonpolar
  2. Molekul mempunyai bentuk oktahedral. Jika diketahui nomor atom S = 16, bentuk orbital hibrida adalah . . . .

  3. Manakah molekul yang memiliki gaya tarik-menarik dipol-dipole antarmolekulnya? (Gunakan tabel periodik yang tersedia)

         A. AsH3

         B. BCl3

         C. Cl2

         D. CO2

         E. XeF4

     4. Gaya intermolekul apasajakah yang ada pada partikel-partikel HI dan H2S?

      A. dipol-dipol dan ion-dipol

      B. gaya dispersi, dipol-dipol, dan ion-dipol

      C. gaya dispersi, ikatan hidrogen, dipol-dipol, dan ion-dipol

      D. gaya dispersi dan dipol-dipol

      E. gaya dispersi, dipol-dipol, dan ikatan hidrogen

  • Pembahasan
  1. Elektron valensi dari unsur X dan Y adalah 

4X  : 1s2 2s2                      (2 elektron valensi) 

17Y : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5   (7 elektron valensi)

Unsur X menggunakan kedua elektronnya untuk berikatan dengan Y. Sementara itu, 1 unsur Y hanya mampu berikatan dengan 1 elektron unsur X. Berarti dibutuhkan 2 unsur Y agar dapat berikatan membentuk XY2.

atom pusat        : X; PEI                    : 2; PEB                   : ½(2 − 2) = 0

tipe molekul     : AX2 bentuk molekul : linear

Tidak terdapatnya elektron bebas menyebabkan bentuk molekulnya simetris. Bentuk molekul yang simetris ini merupakan ciri dari senyawa kovalen nonpolar.

Jadi, bentuk molekul dan sifat kepolaran yang terjadi antara unsur X dan Y adalah linear dan bersifat nonpolar

  • Jawaban : E
  1. Molekul mempunyai bentuk oktahedral. Dalam molekul yang menjadi :
    Atom pusat = S (nomor atom 16)
    Konfigurasi S =

    Atom S akan berikatan tunggal dengan F(nomor atom 9), karena jumlah elektron valensi F adalah 7 sehingga hanya membutuhkan satu buah elektron lagi agar stabil secara oktet.

    Konfigurasi F =

    Diagram Orbital :

  • Atom S berkewajiban untuk menyediakan enam buah orbital yang berisi elektron tidak berpasanan agar bisa berikatan dengan enam bua atom F. Pada bentuk dasar seperti gambar diatas, atom S hanya mempunyai dua orbital yang terisi elektron yang tidak berpasangan. Untuk menyediakan 4 orabital lagi, maka masing masing satu buah elektron pada sub kulit 3s dan 3p diseksitasi / promosi / dipindahkan ke orbital 3d sehingga tercipta orbital baru (orbital hibrida) yang memiliki enam buah elektron tidak berpasangan pada orbitalnya.

     

Orbital yang sudah berisi enam buah elektron menyendiri akan ditempai oleh enam buah elektron dari atom F

  • Jawaban: E
  1. Molekul-molekul akan memiliki gaya dipol-dipol bila molekul tersebut bersifat polar.
    Setiap atom kebanyakan akan stabil bila elektron valensinya berjumlah 8 atau 2. Untuk senyawa kovalen bisa dicapai dengan menggunakan pasangan elektron bersama atom-atom lain.
    AsH3:
    As atom pusat (jumlahnya hanya 1 atom).
    As mempunyai e-valensi 5
    H atom luar dengan e-valensi 1
    H merupakan atom monovalen (perlu 1 elektron lagi untuk stabil)
    H berjumlah 3 atom X3
    Jumlah EB = valensi atom pusat – (jumlah atom luar × elektron yang diperlukan per atom)
    Jumlah EB = 5 – (3 × 1) = 5 – 3 = 2
    PEB = jumlah EB/2 = 2/2 = 1 E1
    Keterangan EB = elektron bebas, PEB = pasangan elektron bebas
    AsH3 sistem AX3E1 atau AX3E
    AX3E Bentuk molekul piramida segitga polar

    BCl3:
    B atom pusat (jumlahnya hanya 1 atom).
    B mempunyai e-valensi 3
    Cl atom luar dengan e-valensi 7
    Cl merupakan atom monovalen (perlu 1 elektron lagi untuk stabil)
    Cl berjumlah 3 atom X3
    Jumlah EB = valensi atom pusat – (jumlah atom luar × elektron yang diperlukan per atom)
    Jumlah EB = 3 – (3 × 1) = 3 – 3 = 0
    PEB = 0 E0
    BCl3 sistem AX3E0 atau AX3
    AX3 Bentuk molekul segitiga datar nonpolar

    CO2:
    C atom pusat (jumlahnya hanya 1 atom).
    C mempunyai e-valensi 4
    O atom luar dengan e-valensi 6
    O merupakan atom divalen (perlu 2 elektron lagi untuk stabil)
    O berjumlah 2 atom X2
    Jumlah EB = valensi atom pusat – (jumlah atom luar × elektron yang diperlukan per atom)
    Jumlah EB = 4 – (2 × 2) = 4 – 4 = 0
    PEB = 0 E0
    CO2 sistem AX4E0 atau AX4
    AX4 Bentuk molekul tetrahedral nonpolar

    Cl2:
    Cl2 atau Cl – Cl molekul diatomik

    XeF4:
    Xe atom pusat (jumlahnya hanya 1 atom).
    Xe mempunyai e-valensi 8
    F atom luar dengan e-valensi 7
    F merupakan atom monovalen (perlu 1 elektron lagi untuk stabil)
    F berjumlah 4 atom X4
    Jumlah EB = valensi atom pusat – (jumlah atom luar × elektron yang diperlukan per atom)
    Jumlah EB = 8 – (4 × 1) = 8 – 4 = 4
    PEB = jumlah EB/2 = 4/2 = 2 E2
    XeF4 sistem AX3E2
    AX3E2 Bentuk molekul segiempat datar nonpolar
    Kesimpulan, dari pilihan molekul yang tersedia hanya AsH3 yang bersifat polar. Jadi yang memiliki gaya tarik menarik adalah AsH3 saja. Molekul lain semua bersifat nonpolar, tidak punya gaya dipol-dipol.

  • Jawaban : A
  1. Gaya dispersi dimiliki oleh setiap zat yang berinteraksi. Demikian pula HI dengan H2S sudah pasti memiliki gaya dispersi. Ingat bahwa setiap spesi atau zat yang memiliki elektron akan memiliki gaya dispersi. Memang pengaruhnya biasanya kalah dibanding jenis interaksi lain bila ada bersamaan, namun tetap ada. HI dan H2S merupakan molekul yang bersifat polar , pada molekul sesama polar maka terjadi interaksi dipol-dipol.HI dan H2S tidak mungkin memiliki ikatan hidrogen, ikatan hidrogen hanya terjadi pada molekul yang punya ikatan H-F, H-O, H-N dan pada atom pusatnya harus memiliki PEB. Kesimpulan jawaban yang tepat D.

Tinggalkan Balasan

Alamat email anda tidak akan dipublikasikan. Required fields are marked *