Bentuk Molekul, Teori
Domain Elektron, Tolakan Pasangan, Notasi VSEPR, Hibridisasi,
Teori Domain Elektron, Tolakan Pasangan,
Notasi VSEPR dan Bentuk Molekul, Hibridisasi, Contoh Soal, Pembahasan, Kimia -
Domain berarti wilayah atau daerah. Domain elektron berarti suatu wilayah yang
ditempati oleh elektron. Adapun elektron yang dimaksud di sini adalah elektron
dari atom-atom pembentuk molekul, meliputi pasangan elektron bebas (PEB) dan
pasangan elektron ikatan (PEI). Sebuah molekul memiliki bentuk atau struktur
yang berbeda dengan struktur molekul lain. Bentuk molekul berarti cara atom
tersusun di dalam ruang. Bentuk molekul ini banyak memengaruhi sifat-sifat
fisis dan kimia dari molekul tersebut, khususnya dalam reaksi kimia. Ketika dua
molekul dicampurkan untuk bereaksi, ada kemungkinan reaksi tidak berhasil
dikarenakan struktur tiga dimensi dan orientasi relatif molekul-molekul
tersebut tidak tepat. Dalam reaksi biologi, terutama pada obat dan aktivitas
enzim, struktur molekul sangat penting untuk mengetahui kecocokan antara bentuk
molekul dengan tapak atau membran yang dipakai. (Baca juga : Gaya Antar Molekul)
Bentuk molekul adalah gambaran tentang
susunan atom-atom dalam molekul berdasarkan susunan ruang pasangan elektron
dalam atom atau molekul, baik pasangan elektron yang bebas maupun yang
berikatan.
Bentuk suatu molekul dapat diperkirakan
berdasarkan teori tolakan pasangan elektron maupun teori hibridisasi.
Bagaimanakah bentuk suatu molekul berdasarkan teori tersebut? Perhatikan uraian
berikut.
1. Teori Tolakan Pasangan
Elektron
Konsep yang dapat menjelaskan bentuk geometri (struktur ruang) molekul
dengan pendekatan yang tepat adalah Teori Tolakan Pasangan Elektron Valensi
(Valence Shell Electron Pair Repulsion = VSEPR). Teori ini disebut juga
sebagai Teori Domain Elektron. Teori Domain dapat menjelaskan ikatan
antar atom dari PEB dan PEI yang kemudian dapat mempengaruhi bentuk
molekul. Dalam teori ini dinyatakan bahwa "pasangan elektron terikat dan
pasangan elektron bebas, yang secara kovalen digunakan bersama-sama di antara
atom akan saling menolak, sehingga pasangan itu akan menempatkan diri
sejauh-jauhnya untuk meminimalkan tolakan". Teori VSEPR pertama kali
dikembangkan oleh ahli kimia dari Kanada, R.J. Gillespie (1957). Bentuk molekul
dan strukturnya dapat diramalkan dengan tepat melalui Struktur Lewis. Struktur
ini dapat menggambarkan bagaimana elektron tersusun pada suatu atom yang
berikatan. Sebagat contoh adalah ikatan kovalen pada molekul HC1 (Gambar 1).
Struktur Lewis juga dapat menggambarkan jumlah pasangan elektron bebas dan
jumlah pas-angan elektron ikatan yang berada di sekitar atom pusat.
|
Gambar 1. PEI dan PEB pada ikatan
kovalen molekul HCl.
|
Teori VSEPR tidak menggunakan orbital
atom dalam meramalkan bentuk molekul, tetapi menggunakan titik elektron suatu
atom. Jika suatu atom bereaksi, maka elektron pada kulit terluar (elektron
valensi) akan bcrhubungan langsung terlebih dahulu. Elektron valensi akan
menentu-kan bagaimana suatu ikatan dapat terjadi.
Teori VSEPR menjelaskan terjadinya gaya
tolak-menolak antara pasangan-pasangan elektron pada kulit terluar atom pusat.
Masih ingatkah kalian dcngan jumlah
elektron yang mcncmpati suatu orbital? Apakah yang dimaksud dengan rumus duplet
dan rumus oktet?
Pada setiap orbital terdapat sejumlah elektron. Ikatan antar atom terjadi
karena kecenderungan atom untuk memenuhi rumus duplet dan rumus oktet. Duplet
berarti mcmiliki 2 elektron, scdangkan oktrt menandakan suatu atom memiliki 8
elektron. Bagaimana cara meramalkan bentuk molekul dengan titik elektron?
Pengaturan pasangan elektron di sekitar atom sedemikian rupa sehingga tolakan
di antara pasangan elektron itu minimum. Tolakan minimum tcrjadi bila elektron
terletak pada bagian yang saling bcrlawanan terhadap inti. Perhatikan
molekul BeC12 pada Gambar 2.
|
Gambar 2. Bentuk molekul BeC12 berupa linear.
|
Terdapat 2 elektron yang terletak berlawanan pada orbital berupa balon
terpilin. Molekul BeC12 berbentuk linear dengan sudut 1800. Bagaimana dengan bentuk molekul
lain, semisal SO2 dan BC13? Perhatikan Gambar 3. dan 4.
|
Gambar 3. Bentuk molekul SO2 berupa V.
|
lkatan kovalen adalah ikatan yang terjadi karena pemilikan bersama pasangan
elektron berikatan yang merupakan sum-bangan dari kedua atom atau salah
satunya.
|
Gambar 4. Bentuk molekul BC13 berupa segitiga
datar.
|
Teori VSEPR berhasil menjelaskan bentuk
molekul. Ketepatan daya prediksi teori VSEPR relatif sangat tinggi, khususnya
untuk molekul-molekul yang pusatnya atom non-logam.
(www.unibookstore.stie-mce.ac.id)
Mengapa struktur SO2 berbeda dengan
struktur BeC12? Mengapa pula berbeda dengan struktur BC13. Penjelasan berikut akan memberikan
jawabannya.
Tolakan minimum didapat dengan
meletakkan elektron pada bagian yang berlawanan. Tolakan minimum pada
mulekul BC13 dengan atom B sebagai atom pusat didapat dengan bentuk segitiga.
Adapun pada molekul SO2 terdapat 3 kelompok elektron, yang salah satunya adalah PEB dari atom
S. Adanya elektron bebas ini akan mendesak atau mendorong elekron ikatan untuk
saling berdesakan, sehingga bentuk molekul menjadi bentuk V.
Urutan tolak-menolak antara pasangan
elektron pada atom pusat dapat diurutkan sebagai: PEB-PEB > PEI-PEB >
PEI-PEI.
PEB mempunyai gaya tolak-menolak sejauh
mungkin sehingga tolakannya minimum. Perbedaan kekuatan tolakan PEB dan PEI
menyebabkan penyimpangan dalam susunan ruang elektron dari bentuk molekul yang
seharusnya.
Apabila pada molekul BC12 atom pusat B
dinotasikan dengan M, sedangkan ikatan dengan Cl yang terjadi dengan 2 pasang
elektron ikatan dinotasikan dengan X2, maka
molekul BC12 dan molekul sejenis dinotasikan dengan MX2. SO2 dinotasikan
dengan MX2E, dengan E menunjukkan jumlah pasangan pa sangan elektron bebas. Notasi
semacam ini disebut sebagai notasi VSEPR. Perhatikan notasi VSEPR dan bentuk
molekul beberapa senyawa pada Tabel 1.
Tabel 1. Notasi VSEPR Molekul
Jumlah
Domain
|
Jumlah
PEI
|
Jumlah
PEB
|
Notasi
VSEPR
|
Contoh
Molekul
|
2
|
2
|
-
|
AX2
|
BeCl2
|
3
|
3
|
-
|
AX3
|
BCl3
|
3
|
2
|
1
|
AX2E
|
SO2
|
4
|
4
|
0
|
AX4
|
CH4
|
4
|
3
|
1
|
AX3E
|
NH3
|
4
|
4
|
2
|
AX2E3
|
H2O
|
5
|
5
|
0
|
AX5
|
PCl5
|
5
|
4
|
1
|
AX4E
|
TeCl4
|
5
|
3
|
2
|
AX3E2
|
ClF3
|
5
|
2
|
3
|
AX2E3
|
XeF2
|
6
|
6
|
0
|
AX6
|
SF6
|
6
|
5
|
1
|
AX5E
|
IF5
|
6
|
4
|
2
|
AX4E2
|
XeF4
|
Tabel 2. Bentuk Molekul
Contoh
Molekul
|
Bentuk Molekul
|
BeCl2
|
|
BCl3
|
|
SO2
|
|
CH4
|
|
NH3
|
|
H2O
|
|
PCl5
|
|
TeCl4
|
|
ClF3
|
|
XeF2
|
|
SF6
|
|
IF5
|
|
XeF4
|
|
Penentuan bentuk molekul dari beberapa
molekul dapat lebih jelas jika kalian perhatikan contoh soal berikut.
Contoh Soal :
Tentukan PEB, PEI, serta notasi VSEPR
dan bentuk molekul dari:
a. CH4
b. NH3
Jawaban :
a. CH4
Atom pusat C memiliki nomor atom 6,
dengan konfigurasi elektron: 1s2, 2s2, 2p2, sehingga
mempunyai 4 elektron valensi. Atom C mengikat 4 atom H yang masing-masing
memiliki 1 elektron tunggal, sehingga:
Jumlah atom
|
:
|
C = 4 x 1 = 4 elektron
|
|
|
|
H = 4 x 1 = 4 elektron
|
+
|
|
|
8 elektron
|
Dari 8 elektron (4 pasang elektron)
tersebut, keempatnya merupakan PEI (Pasangan Elektron Ikatan) dengan 1 elekton
atom C berikatan dengan 1 elektron atom H. Berdasarkan data pada Tabel 1, kita
dapat menyimpulkan bahwa molekul CH4 dengan notasi
VSEPR AX4, memiliki bentuk molekul tetrahedron (tetrahedral).
|
Gambar 5. Bentuk molekul CH4.
|
b. NH3
Atom pusat N memiliki nomor atom 7,
dengan konfigurasi elektron: 1s2, 2s2, 2p3, sehingga
memiliki 5 elektron valensi. Atom C mengikat 3 atom H yang masing-masing
memiliki 1 elektron tunggal, sehingga:
Jumlah atom
|
:
|
N = 5 x 1 = 4 elektron
|
|
|
|
H = 3 x 1 = 4 elektron
|
+
|
|
|
8 elektron
|
Dari 8 elektron (4 pasang elektron)
tersebut, 3 pasang merupakan PEI (3 elekton atom N berikatan dengan 3 elektron
atom H), dan sepasang elektron merupakan PEB (Pasangan Elektron Bebas).
Berdasarkan data pada Tabel 1, kita dapat menyimpulkan bahwa molekul NH3 dengan notasi
VSEPR AX3E memiliki bentuk molekul piramida trigonal.
Cara Menentukan Bentuk Molekul Berdasarkan
Teori VSEPR
- Tentukan atom pusatnya.
- Cari tahu nomor atomnya dan buat konfigurasi
elektronnya.
- Tentukan jumlah elektron valensinya.
- Tentukan jumlah domain elektron dari atom lain
yang berikatan (ligan).
- Jumlahkan elektron dari semua atom.
- Bagilah dua untuk mendapatkan jumlah pasangan
elektron.
- Tentukan PEI berdasarkan jumlah atom yang terikat
pada atom pusat, sisanya merupakan PEB.
- Tentukan notasi VSEPR dan bentuk molekul
berdasarkan jumlah PEB dan PEI (lihat tabel 1. sebagai acuan).
2. Bentuk Molekul
Berdasarkan Teori Hibridisasi
Orbital hibrida adalah orbital yang terbentuk sebagai hasil penggabungan
(hibridisasi) 2 atau lebih orbital atom. Sebagai contoh, sebuah atom C yang
pada kulit valensinya memiliki 3 orbital, yaitu 2s2, 2px1,
2pyl, dan sebuah orbital kosong, 2pz°. Keempat orbital
ini dapat berhibridisasi membentuk empat orbital hibrida sp3. Masing-masing
orbital hibrid dari atom C inilah yang digunakan untuk berikatan dengan 4
orbital s dari 4 atom H membentuk sebuah molekul CH4 Keempat
ikatan ini saling mem-bentuk sudut tetrahedron. Lebih jelasnya, lihatlah Gambar
6.
|
Gambar 6. Bentuk molekul CH4 berdasarkan
teori hibridisasi.
|
Dalam molekul C2H4, 1 orbital s dan 2 orbital p dalam scbuah atom C
dapat membentuk 2 orbital hibrida sp2 dengan sudut
120°, sedangkan dalam molekul C2H2, 1 orbital s dan
2 orbital p dapat membentuk 1 orbital hibrid sp (linear). Perhatikan contoh
molekul NH3 pada Gambar 7.
Bila bentuk molekul didasarkan pada
tolakan pasangan elektron, NH3 dengan notasi
VSEPR AX3 memiliki bentuk molekul piramida trigonal. Bagaimana bentuk
molekulnya berdasarkan hibridisasi orbital?
Atom N memiliki nomor atom 7 dan konfigurasi elektronnya 1s2, 2s2,
2px1, 2py1, dan 2pz1. Karena memiliki
3 atom tunggal pada orbital 2p, maka atom N dapat membentuk 3 ikatan kovalen
dengan atom H secara ekuivalen, sehingga sudut N-H-N sebesar 107 C. Mengingat
sudut ikatan mendekati sudut tetrahedron (sp3), maka untuk
menambahkan 1 orbital lagi dipakai orbital 2s2. Akhirnya, atom N menggunakan 4 orbital
atom untuk berikatan, 1 orbital dengan elektron berpasangan dan 3 orbital lain
dengan elektron tunggal. Perhatikan Gambar 8. agar lebih jelas.
|
Gambar 8. Bentuk molekul
berdasarkan hibridisasi dari NH3.
|