Bentuk Molekul Senyawa Sederhana Perbedaan kekuatan daya tolak menolak, dapat menyebabkan sudut

Teori ini menekankan pada kekuatan tolak menolak diantara pasangan -pasangan elektron pada atom pusat urutan kekuatannya adalah sebagai berikut : Pasangan Elektron Terikat PET ; Pasangan Elektron Bebas PEB

A. Bentuk Molekul Senyawa Sederhana Perbedaan kekuatan daya tolak menolak, dapat menyebabkan sudut

ikatan mengecil sehingga bentuk molekulnya mengalami penyimpangan dari susunan ruang pasangan elekron pada kulit terluar atom pusat yang seharusnya “Perhatikanlah table 2.1” yang menunjukkan susunan ruang pasangan elektron pada kulit terluar dan sudut ikatan dalam molekul. Tabel 1. Susunan ruang pasangan-pasangan elektron pada kulit terluar atom pusat Jumlah Pasanga n Elektron Susunan Ruang Bentuk Molekul Sudut Ikatan 2 Linear 180° 3 Segitiga Samasisi 120° 4 Tetrahedron 109,5° 5 Bipiramidal Trigonal 90° 120° Modul Kimia Kelas XI Semester 1 18 6 Oktahedron 90° Dimana A merupakan atom pusat Dapatkah Anda membayangkan bentuk molekulnya ? Bentuk molekul Linear diumpamakan seperti garis lurus. Bentuk molekul segitiga sama sisi, atom pusat terletak pada pusat diagonal sisi-sisi segitiga, Sedangkan atom yang berikatan dengan atom pusat terletak pada sudut-sudut segitiga. Bentuk molekul tetrahedron dapat dibayangkan seperti limas yang alasnya berbentuk segitiga, atom pusatnya terletak diantara puncak dan alas limas tengah. Sedangkan atom yang berikatan terletak pada puncak dan sudut-sudut dari alas limas. Bentuk molekul bipiramidal trigonal dapat Anda bayangkan seperti dua buah tetrahedron yang ditumpuk, satu menghadap ke atas sedangkan yang lain menghadap ke bawah. Dan bentuk molekul oktahedron dapat dibayangkan seperti dua alas limas yang alasnya berbentuk segiempat dan ditumpuk sedemikian rupa sehingga satu menghadap ke atas dan yang lainnya menghadap ke bawah. Buatlah maket dan model yang menggambarkan bentuk tetrahedron dan oktahedron berkelompok. Bagilah menjadi dua kelompok, kelompok satu membuat dengan kertas karton dan kelompok lainnya dengan besi atau kawat. Untuk kelompok yang membuat dengan kertas karton buatlah jaring-jaring bentuk limas segitiga sebanyak 3 buah, satu buah untuk menunjukkan bentuk tetrahedron yang lainnya tumpuklah menjadi satu bipiramidal trigonal. Perbesarlah jaring-jaring berikut ini dengan panjang sisi AF, AB, AC, BC, CD, CE, CA, BF sama panjang. Gambar 1. Jaring-jaring Limas Segitiga Tetrahedron Apakah anda mengalami kesulitan untuk membuatnya ? Mintalah bantuan guru bina untuk memperjelas proses pembuatannya. Setelah selesai, buatlah 3 buah Limas segi empat dengan jaring- jaring sebagai berikut : Modul Kimia Kelas XI Semester 1 19 Gambar 2. Jaring-jaring Limas segi empat Oktahedron Apakah Anda mengalami kesulitan ? Jika Anda mengalami kesulitan tanyakanlah pada guru bina. Sedangkan untuk kelompok yang membuat dengan kawat dan besi. Ikuti langkah sebagai berikut : 1. Membuat limas segitiga tetrahedron, siapkanlah : - - - - - - - - - - Potonglah 3 buah kawat A cm untuk alas Potonglah 3 buah kawat B cm untuk sisi miring Potonglah 3 buah kawat C cm untuk diagonal ruang Bola pimpong 1 buah. Tahap pembuatan : Satukanlah kawat A menjadi bentuk segitiga sama sisi sebagai alas Ikatkanlah kawat B pada masing-masing sudut alas segitiga Hubungkanlah ujung kawat B yang lainnya ke atas dan satukanlah, sehingga membentuk limas Ikatkanlah bola pimpong dan satu buah kawat C Letakkan bola pimpong yang terikat dengan kawat dengan ujung puncak limas, 13 dari alas segitiga Ikatkanlah sudut-sudut alas segitiga dengan bola pimpong Jika digambarkan sebagai berikut : 2. Membentuk limas segi empat oktahedron, langkah-langkahnya: Modul Kimia Kelas XI Semester 1 20 Apakah bayangan Anda sudah sesuai keterangan dengan bentuk limas tersebut? Jika sudah, selamat, pengetahuan Anda tentang struktur ruang atau tiga dimensi sangat baik. Tetapi jika Anda belum dapat membayangkannya, silahkan Anda meminta guru untuk menjelaskannya. Jika semua sudut limas mengikat atom lain, maka table 3.1 seperti maket yang Anda buat. Tetapi bila salah satu sudut limas tidak mengikat atom lain dan merupakan elektron bebas maka terjadi perubahan sudut antar atom yang berikatan. Perhatikan gambar 3 untuk membedakan sudut ikatan pada molekul CH4, NH3, dan H2O. Sudut HCH = 109,5° Sudut HNH = 107,3° Sudut HNE = 109,5° Sudut HNH = 104,5° Sudut HNE = 109,5° di mana : C : tanda atom karbon H : tanda atom hidrogen O : tanda atom oksigen N : tanda atom nitrogen E : Pasangan elektron bebas Gambar 3 : Fakta bahwa sudut ikatan dalam molekul H2O dan NH3 lebih kecil dari pada sudut CH4 tetrahedral. Fakta ini menunjukkan bahwa tolakan pasangan elektron berikatan dalam orbital ikatan lebih kecil daripada orbital pasangan elektron bebas. Dengan adanya pasangan elektron bebas inilah, maka bentuk molekul dari atom-atom yang berikatan tidak sama dengan bentuk geometri yang merupakan susunan ruang elektron . Perhatikanlah tabel 2 untuk melihat pengaruh pasangan elektron bebas terhadap bentuk molekul. Tabel 2. Berbagai kemungkinan bentuk molekul berdasarkan PEI dan PEB Jumlah Elektro n yang Ada Jumlah Pasang an Elektro n Berikat an Jumlah Pasang an Elektro n Bebas Susunan Ruang Elektron Bentuk Molekul 2 2 Linear Linear Modul Kimia Kelas XI Semester 1 21 3 3 Segitiga sama sisi Segitiga datar 4 4 Tetrahedron Tetrahedral 4 3 1 Segitiga piramidal 4 2 2 Huruf V 5 5 Bipiramidal Trigonal Segitiga piramidal 5 4 1 Tetrahedral tak simetris bidang 4 5 3 2 Huruf T 5 2 3 Linear 6 6 Oktahedron Oktahedral 6 5 1 Segiempat Bipiramidal 6 4 2 Segiempat datar 6 2 4 Linear B. Analisis Perkiraan Bentuk Molekul Senyawa Bentuk molekul akan sama dengan susunan ruang elektron yang ada pada atom pusat jika tidak pasangan elektron bebas. Perhatikan gambar berbagai bentuk molekul berikut ini X : atom pusat E : pasangan elektron bebas Modul Kimia Kelas XI Semester 1 22 Gambar 4. Berbagai bentuk molekul Cobalah Anda menggambarkan berbagai bentuk molekul untuk memudahkan dalam mengingatnya. Buatlah sampai persis sama, sehingga Anda mempunyai bayangan tentang bentuk molekul tersebut sesungguhnya. Anda juga dapat meminta guru Bantu menayangkan VCD tentang bentuk molekul di sekolah. Bagaimanakah menentukan bentuk molekul suatu senyawa CCl4 dan H2O ? No. atom C = 6 H = 1 O = 8 Cl = 17 Perhatikan langkah berikut : a. Buatlah struktur Lewis b. Tentukan pasangan elektron berikatan pada atom pusat c. Tentukanlah pasangan elektron bebas pada atom pusat d. Tentukanlah bentuk molekulnya Contoh : 1. Bentuk molekul CCl4 • Konfigurasi elektron 6C = 2 4 Modul Kimia Kelas XI Semester 1 23 • • • • • • 17Cl = 2 8 7 Elektron Valensi C = 4 Cl = 7 Jumlah elektron valensi 1 x 4 + 4 x 7 = 32 buah Jumlah Pasangan Elektron Valensi PEV = 32 = 16 pasang Pasangan Elektron Berikatan PEI = 4 pasang Pasangan Elektron Bebas PEB = 16 – 4 = 12 pasang Disebarkan sekitar atom pusat secara merata sehingga memenuhi kaidah oktet, jika masih ada sisa letakkan pada atom pusat Struktur Lewis : Atom C sebagai atom pusat, atom Cl yang mengelilingi atom C • • Perhatikan pasangan elektron pada atom pusat Pasangan elektron atom pusat = 4 Pasangan elektron atom berikatan = 4 Pasangan elektron atom bebas = 0 Sehingga susunan ruang elektronnya :Tetrahedron. Bentuk molekulnya : Tetrahedral 2. Bentuk molekul H2O • • • • • • • • • • Konfigurasi elektron 1H = 1 8O = 2 6 Elektron Valensi H = 1 dan O = 6 Jumlah elektron Valensi 1 x 1 + 2 x 6 = 8 PEV = = 4 pasang. PEI = 2 pasang PEB = 4 – 2 = 2 pasang Struktur Lewis Jumlah pasangan elektron pada atom pusat = 4 pasang Jumlah pasangan elektron berikatan = 2 pasang Jumlah pasangan elektron bebas = 2 pasang Susunan ruang elektronnya = Tetrahedron Bentuk molekulnya = Huruf V Latihan Perkirakan bentuk molekul dari masing – masing senyawa berikut ini : a. PCl5 d. XeF3 g. XeF4 b. SF4 e. SF6 h. XeF2 c. IF3 f. IF5 Modul Kimia Kelas XI Semester 1 24 No. atom masing-masing dapat dilihat pada tabel SPU Sistem Periodik Unsur Jawaban Anda akan benar, jika : PCl5 : bipiramidal trigonal SF4 : bidang 4 IF3 : bentuk T XeF3 : Linear SF6 : oktahedron IF5 : piramidal segi empat XeF4 : segi empat planar XeF2 : Linear Apakah jawaban Anda benar semua ? Jika masih ada kesalahan, diskusikan dengan guru bina atau teman sejawat Anda ? Jika sudah benar dan Anda betul-betul paham, silahkan kerjakan soal Tugas 1. HIBRIDISASI Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan Linus Pauling dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana CH 4 . Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas, dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur senyawa organik. Teori hibridisasi tidaklah sepraktis teori orbital molekul dalam hal perhitungan kuantitatif. Masalah-masalah pada hibridisasi terlihat jelas pada ikatan yang melibatkan orbital d, seperti yang terdapat pada kimia koordinasi dan kimia organologam. Walaupun skema hibridisasi pada logam transisi dapat digunakan, ia umumnya tidak akurat. Sangatlah penting untuk dicatat bahwa orbital adalah sebuah model representasi dari tingkah laku elektron-elektron dalam molekul. Dalam kasus hibridisasi yang sederhana, pendekatan ini didasarkan pada orbital-orbital atom hidrogen. Orbital-orbital yang terhibridisasikan diasumsikan sebagai gabungan dari orbital-orbital atom yang bertumpang tindih satu sama lainnya dengan proporsi yang bervariasi. Orbital-orbital hidrogen digunakan sebagai dasar skema hibridisasi karena ia adalah salah satu dari sedikit orbital yang persamaan Schrödingernya memiliki penyelesaian analitis yang diketahui. Orbital-orbital ini kemudian diasumsikan terdistorsi sedikit untuk atom-atom yang lebih berat seperti karbon, nitrogen, dan oksigen. Dengan asumsi-asumsi ini, teori hibridisasi barulah dapat diaplikasikan. Perlu dicatat bahwa kita tidak memerlukan Modul Kimia Kelas XI Semester 1 25 hibridisasi untuk menjelaskan molekul, namun untuk molekul- molekul yang terdiri dari karbon, nitrogen, dan oksigen, teori hibridisasi menjadikan penjelasan strukturnya lebih mudah. Teori hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O kadang kala juga P dan S. Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan dalam metana. Hibridisasi sp 3 Hibridisasi menjelaskan atom-atom yang berikatan dari sudut pandang sebuah atom. Untuk sebuah karbon yang berkoordinasi secara tetrahedal seperti metana, CH 4 , maka karbon haruslah memiliki orbital-orbital yang memiliki simetri yang tepat dengan 4 atom hidrogen. Konfigurasi keadaan dasar karbon adalah 1 s 2 2 s 2 2 p x 1 2 p y 1 atau lebih mudah dilihat: Perhatikan bahwa orbital 1 s memiliki energi lebih rendah dari orbital 2 s, dan orbital 2s berenergi sedikit lebih rendah dari orbital- orbital 2 p Teori ikatan valensi memprediksikan, berdasarkan pada keberadaan dua orbital p yang terisi setengah, bahwa C akan membentuk dua ikatan kovalen, yaitu CH 2 . Namun, metilena adalah molekul yang sangat reaktif lihat pula: karbena, sehingga teori ikatan valensi saja tidak cukup untuk menjelaskan keberadaan CH 4 . Lebih lanjut lagi, orbital-orbital keadaan dasar tidak bisa digunakan untuk berikatan dalam CH 4 . Walaupun eksitasi elektron 2 s ke orbital 2 p secara teori mengijinkan empat ikatan dan sesuai dengan teori ikatan valensi adalah benar untuk O 2 , hal ini berarti akan ada beberapa ikatan CH 4 yang memiliki energi ikat yang berbeda oleh karena perbedaan aras tumpang tindih orbital. Gagasan ini telah dibuktikan salah secara eksperimen, setiap hidrogen pada CH 4 dapat dilepaskan dari karbon dengan energi yang sama. Untuk menjelaskan keberadaan molekul CH 4 ini, maka teori hibridisasi digunakan. Langkah awal hibridisasi adalah eksitasi dari satu atau lebih elektron: Proton yang membentuk inti atom hidrogen akan menarik salah satu elektron valensi karbon. Hal ini menyebabkan eksitasi, memindahkan elektron 2s ke orbital 2p. Hal ini meningkatkan Modul Kimia Kelas XI Semester 1 26 pengaruh inti atom terhadap elektron-elektron valensi dengan meningkatkan potensial inti efektif. Kombinasi gaya-gaya ini membentuk fungsi-fungsi matematika yang baru yang dikenal sebagai orbital hibrid. Dalam kasus atom karbon yang berikatan dengan empat hidrogen, orbital 2 s orbital inti hampir tidak pernah terlibat dalam ikatan bergabung dengan tiga orbital 2 p membentuk hibrid sp 3 dibaca s-p-tiga menjadi Pada CH 4 , empat orbital hibrid sp 3 bertumpang tindih dengan orbital 1 s hidrogen, menghasilkan empat ikatan sigma. Empat ikatan ini memiliki panjang dan kuat ikat yang sama, sehingga sesuai dengan pengamatan. sama dengan Sebuah pandangan alternatifnya adalah dengan memandang karbon sebagai anion C 4− . Dalam kasus ini, semua orbital karbon terisi: Jika kita menrekombinasi orbital-orbital ini dengan orbital- s 4 hidrogen 4 proton, H + dan mengijinkan pemisahan maksimum antara 4 hidrogen yakni tetrahedal, maka kita bisa melihat bahwa pada setiap orientasi orbital-orbital p, sebuah hidrogen tunggal akan bertumpang tindih sebesar 25 dengan orbital- s C dan 75 dengan tiga orbital- p C. HaL ini sama dengan persentase relatif antara s dan p dari orbital hibrid sp 3 25 s dan 75 p. Menurut teori hibridisasi orbital, elektron-elektron valensi metana seharusnya memiliki tingkat energi yang sama, namun spektrum fotoelekronnya menunjukkan bahwa terdapat dua pita, satu pada 12,7 eV satu pasangan elektron dan saty pada 23 eV tiga pasangan elektron. Ketidakkonsistenan ini dapat dijelaskan apabila kita menganggap adanya penggabungan orbital tambahan yang terjadi ketika orbital-orbital sp 3 bergabung dengan 4 orbital hidrogen. Hibridisasi sp 2 Senyawa karbon ataupun molekul lainnya dapat dijelaskan seperti yang dijelaskan pada metana. Misalnya etilena C 2 H 4 yang memiliki ikatan rangkap dua di antara karbon-karbonnya. Struktur Kekule metilena akan tampak seperti: Modul Kimia Kelas XI Semester 1 27 Karbon akan melakukan hibridisasi sp 2 karena orbtial-orbital hibrid hanya akan membentuk ikatan sigma dan satu ikatan pi seperti yang disyaratkan untuk ikatan rangka dua di antara karbon-karbon. Ikatan hidrogen-karbon memiliki panjang dan kuat ikat yang sama. Hal ini sesuai dengan data percobaan. Dalam hibridisasi sp 2 , orbital 2 s hanya bergabung dengan dua orbital 2 p: membentuk 3 orbital sp 2 dengan satu orbital p tersisa. Dalam etilena, dua atom karbon membentuk sebuah ikatan sigma dengan bertumpang tindih dengan dua orbital sp 2 karbon lainnya dan setiap karbon membentuk dua ikatan kovalen dengan hidrogen dengan tumpang tindih s-sp 2 yang bersudut 120°. Ikatan pi antara atom karbon tegak lurus dengan bidang molekul dan dibentuk oleh tumpang tindih 2 p-2p namun, ikatan pi boleh terjadi maupun tidak. Jumlah huruf p tidaklah seperlunya terbatas pada bilangan bulat, yakni hibridisasi seperti sp 2.5 juga dapat terjadi. Dalam kasus ini, geometri orbital terdistorsi dari yang seharusnya. Sebagai contoh, seperti yang dinyatakan dalam kaidah Bent, sebuah ikatan cenderung untuk memiliki huruf- p yang lebih banyak ketika ditujukan ke substituen yang lebih elektronegatif. Hibridisasi sp Ikatan kimia dalam senyawa seperti alkuna dengan ikatan rangkap tiga dijelaskan dengan hibridisasi sp. Dalam model ini, orbital 2 s hanya bergabung dengan satu orbital-p, menghasilkan dua orbital sp dan menyisakan dua orbital p. Ikatan kimia dalam asetilena etuna terdiri dari tumpang tindih sp-sp antara dua atom karbon membentuk ikatan sigma, dan dua ikatan pi tambahan yang dibentuk oleh tumpang tindih p-p. Setiap karbon juga berikatan dengan hidrogen dengan tumpang tindih s-sp bersudut 180°. Hibridisasi dan bentuk molekul Hibridisasi, bersama dengan [[teori VSEPR}}, membantuk kita dalam menjelaskan bentuk molekul:  AX 1 contoh: LiH: tidak ada hibridisasi; berbentuk linear Modul Kimia Kelas XI Semester 1 28  AX 2 contoh: BeCl 2 : hibridisasi sp; berbentuk Linear atau diagonal; sudut ikat cos −1 −1 = 180° o AX 2 E contoh: GeF 2 : berbentuk V, 120°  AX 3 contoh: BCl 3 : hibridisasi sp 2 ; berbentuk datar trigonal; sudut ikat cos −1 −12 = 120° o AX 3 E contoh: NH 3 : piramida trigonal, 107°  AX 4 contoh: CCl 4 : hibridisasi sp 3 ; berbentuk tetrahedral; sudut ikat cos −1 −13 ≈ 109.5°  AX 5 contoh: PCl 5 : hibridisasi sp 3 d; berbentuk Bipiramida trigonal  AX 6 contoh: SF 6 : hibridisasi sp 3 d 2 ; berbentuk oktahedral atau bipiramida persegi Hal ini berlaku apabila tidak terdapat pasangan elektron menyendiri lone pair electron pada atom pusat. Jika terdapat pasangan elektron menyendiri, maka elektron tersebut harus dihitung pada bagian X i , namun sudut ikat akan menjadi lebih kecil karena gaya tolak menolak. Sebagai contoh, air H 2 O memiliki atom oksigen yang berikatan dengan dua H dan dua pasangan elektron menyendiri, hal ini berarti terdapat 4 elemen pada O. Sehingga termasuk dalam kategori AX 4 dan terdapat hibridisasi sp 3 . Secara umum, untuk sebuah atom dengan orbital s dan p yang membentuk hibrid h i dengan sudut θ, maka berlaku: 1 + λ i λ j cosθ = 0. Rasio ps untuk hibrid i adalah λ i 2 , dan untuk hibrid j λ j 2 . Dalam kasus khusus hibrdid dengan atom yang sama, dengan sudut θ, persamaan tersebut akan tereduksi menjadi 1 + λ 2 cosθ = 0. Sebagai contoh, BH 3 memiliki geometri datar trigonal, sudut ikat 120 o , dan tiga hibrid yang setara. Maka 1 + λ 2 cosθ = 0 menjadi 1 + λ 2 cos120 o = 0, berlaku juga λ 2 = 2 untuk rasio ps. Dengan kata lain terdapat hibrid sp 2 seperti yang diperkirakan dari daftar di atas. Teori hibridisasi vs. Teori orbital molekul Teori hibridisasi adalah bagian yang tak terpisahkan dari kimia organik dan secara umum didisukusikan bersama dengan teori orbital molekul dalam buku pelajaran kimia organik tingkat lanjut. Walaupun teori ini masih digunakan secara luas dalam kimia organik, teori hibridisasi secara luas telah ditinggalkan pada kebanyakan cabang kimia lainnya. Masalah dengan teori hibridisasi ini adalah kegagalan teori ini dalam memprediksikan spektra fotoelektron dari kebanyakan molekul, meliputi senyawa yang paling dasar seperti air dan metana. Dari sudut pandang pedagogi, pendekatan hibridisasi ini cenderung terlalu menekankan lokalisasi elektron-elektron ikatan dan tidak secara efektif mencakup simetri molekul seperti yang ada pada teori orbital molekul. Modul Kimia Kelas XI Semester 1 29 TUGAS TERSTRUKTUR 1. Perhatikan molekul belerang tetrafluorida, SF 4 . a. Berapa pasangan ikatan PEI dan pasangan menyendiri PEB dari elektron-elektron dalam kulit valensi atom belerang itu? Berdasarkan teori VSEPR, ramalkan bentuk molekul dari pasangan elektron valensi. b. Gambarkan semua penataan yang mungkin dari pasangan ikatan dan pasangan menyendiri sesuai dengan bentuk molekul yang diramalkan di a. Dari penataan- penataan itu, manakah yang kira-kira paling stabil? 2. Gambarkan rumus struktur suatu molekul yang semua elektron valensinya berikatan dengan bentuk molekul: a. linear: c.tetrahedral; b. segitiga planar;d. oktahedral. Tentukan sudut-sudut ikatan pada tiap struktur tersebut. 3. Urutkan molekul-molekul berikut berdasarkan naiknya kepolaran momen dipol: H 2 O, CBr 4 , H 2 S, HF, NH 3 , dan CO 2 . 4. Sebutkan orbital hibridisasi tiap atom, selain hidrogen, dalam masing- masing senyawa berikut: a. etilena, C 2 H 4 b. disilana, Si 2 H 6 c. asetilena, C 2 H 4 d. hidrazina, N 2 H 4 5. Tentukan orbital hibridisasi atom pusat dalam senyawa dengan bentuk molekul: a. linear; b. segitiga datar planar; c. tetrahedral; d. trigonal bipiramida; e. oktahedral. Modul Kimia Kelas XI Semester 1 30

A. Gaya Tarik Antar Molekul Jika Molekul – molekul membentuk senyawa tentunya ada interaksi