Teori Tolakan Pasangan Elektron Kulit Valensi
1. 136 Banyak spesies sederhana maupun poliatomik tersusun oleh satu atom pusat yang
mengikat atom-atom atau gugus-gugus atom lain di sekelilingnya. Dalam molekul H
2
O, atom O bertindak sebagai atom pusat sebab dikelilingi oleh dua atom H; secara sama
dalam molekul BCl
3
, dan CH
4
, atom B dan C, masing-masing bertindak sebagai atom pusat.
Bangun geometri regular suatu molekul dengan rumus umum AB
x
dengan A sebagai atom pusat dapat diramalkan oleh teori VSEPR yaitu linear untuk x = 1-2,
trigonal untuk x = 3, tetrahedron regular untuk x = 4, trigonal bipiramida bipiramida segitiga untuk x = 5, dan oktahedron regular untuk x = 6 Gambar 5.14. Dalam hal
ini, x tidak lain juga menunjuk pada jumlah pasangan elektron ikatan bonding electron dan tanpa adanya pasangan elektron non-ikatan non bonding di seputar atom pusat.
Apabila atom pengeliling B tidak sama satu dengan yang lain maka bentuk yang dihasilkan akan merupakan bentuk distorsi atau penyimpangan dari bentuk regularnya,
misalnya ada penyimpangan besarnya sudut dan atau panjangnya ikatan. Ikatan rangkap juga diperlakukan
sebagai ikatan tunggal, namun karena rapatan elektron pada daerah ikatan rangkap
lebih besar maka hal ini akan memberikan tolakan yang kuat sehingga sudut ikatan akan terdistorsi dari bentuk teraturnya. Sebagai
contoh, formaldehid, H
2
CO, akan mengadopsi bentuk trigonal namun bukan lagi sama Gambar 5.14 Bentuk geometri regular molekul
tipe AB
x
menurut teori VSEPR
A B
B A B
linear
AB dan AB
2 180
o
B A
B B
Trigonal AB
3 120
o
A B
B B
B
Tetrahedron AB
4 109,5
o
B B
B B
B B
A
oktahedron AB
6
bipiramida segitiga AB
5
B A
B B
B
B
e e
e a
a aksial
ekuatorial aksial
ekuatorial 120
o
90
o
C O
H H
121
o
118
o
C C
H H
121,3
o
117,4
o
H H
Struktur formula formaldehid dan etena
1. 137 sisi; demikian juga etena H
2
C=CH
2
akan mengadopsi bangun suatu bidang dengan sudut-sudut ikatan menyimpang dari sudut-sudut bangun trigonal.
Apabila pasangan-pasangan elektron terdiri atas elektron-elektron ikatan dan non- ikatan maka bangun geometri yang sesungguhnya dapat diturunkan dari bentuk
regularnya yang sesuai menurut diagram Gambar 5.14, kemudian menghilangkan ikatan setiap pasangan elektron non-ikatan tersebut; selain itu terjadi perubahan-perubahan
besarnya sudut ikatan. Untuk itu, molekul atau ion diklasifikasi berdasarkan banyaknya pasangan elektron ikatan bonding, b dan pasangan elektron menyendiri atau non-
ikatan non bonding, nb di seputar atom pusat. Tambahan pula perlu dipertimbangkan bahwa kekuatan interaksi tolakan antar elektron-elektron ikatan dan non-ikatan tidak
sama, melainkan mengikuti urutan sebagai berikut: tolakan nb vs nb nb vs b
b vs b, sebab elektron non-ikatan bergerak lebih bebas. Tipe Molekul dengan Satu dan Dua Pasang Elektron Ikatan
Untuk molekul dengan satu pasang elektron ikatan yaitu jenis diatomik AB, hanya ada satu kemungkinan bentuk yaitu linear, misalnya H_Cl. Untuk molekul tipe AB
2
dengan tanpa pasangan elektron non-ikatan di seputar atom pusat, juga hanya ada satu kemungkinan bentuk yaitu linear dengan sudut ikatan B_A_B sebesar 180
o
, misalnya BeCl
2
. Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektron non-ikatan maka dapat diramalkan adanya tiga tipe molekul yaitu AB
2
E , AB
2
E
2
, dan AB
2
E
3
, dengan E = pasangan elektron non-ikatan atau non bonding atau pasangan elektron menyendiri.
Tipe AB
2
E diramalkan akan mempunyai bentuk V hasil turunan dari bangun
trigonal AB
3
. Bangun ini mempunyai sudut B_A_B lebih kecil dari 120
o
sebagai akibat tolakan pasangan elektron menyendiri E yang lebih kuat terhadap pasangan elektron
ikatan; misalnya, SnCl
2
mempunyai sudut ikatan ≈
95
o
. Tipe AB
2
E
2
diramalkan juga mempunyai bentuk V sebagai hasil adopsi turunan bangun tetrahedron AB
4
namun dengan sudut lebih kecil dari 109,5
o
; lagi-lagi sebagai akibat tolakan dari dua pasangan elektron menyendiri E
2
yang lebih kuat. Sebagai contoh, H
2
O mempuyai sudut ikatan H‒O‒H
≈ 104,5
o
. Namun, tipe AB
2
E
3
mempunyai bentuk linear hasil adopsi turunan bangun bipiramida segitiga. Dalam hal ini ketiga pasangan elektron non-ikatan E
3
memilih posisi bidang ekuatorial agar menghasilkan tolakan minimum ∠
B
e
‒ A‒B
e
= 120
o
daripada posisi aksial ∠
B
a
_ A_B
e
= 90
o
. Sebagai contoh adalah XeF
2
.
1. 138
Tipe Molekul dengan Tiga Pasang Elektron Ikatan
Tipe molekul AB
3
, misalnya BF
3
, mengadopsi bangun trigonal dengan sudut ikatan B–A–B
≈ 120
o
. Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektron menyendiri, maka dapat diramalkan adanya dua tipe molekul yaitu AB
3
E dan AB
3
E
2
. Tipe AB
3
E diramalkan mempunyai bentuk piramida segitiga sebagai hasil turunan
bangun tetrahedron AB
4
, tetapi dengan sudut ikatan B–A–B sedikit lebih kecil dari 109,5
o
sebagai akibat tolakan satu pasang elektron menyendiri E. Sebagai contoh, NH
3
mempunyai sudut ikatan H–N–H ≈
106,67
o
. Tipe AB
3
E
2
diramalkan mempunyai bentuk huruf T sebagai hasil turunan bangun bipiramida segitiga; pemilihan dua pasangan elektron menyendiri pada posisi bidang
ekuatorial lagi-lagi agar menghasilkan tolakan elektron minimum. Akibat lanjut dari tolakan pasangan elektron menyendiri yang lebih kuat ini adalah akan mengecilkan
sudut ikatan aksial dengan ekuatorial; misalnya, BrF
3
mempunyai sudut ikatan F
a
– Br–F
e
≈ 86
o
.
Tipe Molekul dengan Empat Pasang Elektron Ikatan Tipe molekul AB
4
, misalnya CH
4
, mengadopsi bangun tetrahedron regular dengan sudut ikatan H–C–H
≈ 109,5
o
. Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektron menyendiri, maka dapat diramalkan adanya spesies tipe AB
4
E dan AB
4
E
2
. Tipe AB
4
E diramalkan akan mengadopsi bangun papan jungkat-jungkit seesaw hasil turunan
bangun bipiramida segitiga; pemilihan pasangan elektron menyendiri pada posisi Sn
Cl Cl
95o
H O
H
104,5o
Xe F
F Komparasi geometri molekul SnCl
2
, H
2
O, dan XeF
2
Komparasi geometri molekul BF
3
, NH
3
, dan BrF
3
B F
F F
120o
Br F
F F
86 o
H N
H H
106,67
o
1. 139 bidang ekuatorial agar menghasilkan tolakan minimum. Akibat lanjut adalah
mengecilnya sudut-sudut ikatan baik pada aksial maupun pada ekuatorial sebagaimana dijumpai dalam senyawa SF
4
dengan sudut ikatan F
a
–S–F
a
≈ 173
o
, dan F
e
–S–F
e
≈ 103
o
. Tipe AB
4
E
2
diramalkan akan mengadopsi bangun bujursangkar hasil turunan bangun oktahedron; pemilihan kedua pasangan elektron menyendiri pada posisi satu
sumbu agar menghasilkan tolakan minimum, misalnya pada XeF
4
.
Tipe Molekul dengan Lima Pasang Elektron Ikatan
Tipe molekul AB
5
, misalnya PCl
5
, mengadopsi bangun bipiramida segitiga. Namun, jika pada atom pusat terdapat pasangan elektron menyendiri maka tipe AB
5
E akan mengadopsi bangun piramida bujursangkar hasil turunan bangun oktahedron;
dengan adanya pasangan elektron menyendiri maka atom pusat tidak terletak pada titik pusat bujursangkar, melainkan sedikit terangkat ke atas, misalnya pada ClF
5
.
Tipe Molekul dengan Enam Pasang Elektron Ikatan
Tipe molekul AB
6
, misalnya SF
6
, mengadopsi bangun oktahedron teratur. Untuk senyawa XeF
6
yang mempunyai satu pasang elektron menyendiri pada atom pusatnya, tarnyata dalam keadaan gas molekul ini mengadopsi bentuk distorsi dari oktahedron.
Pasangan elektron menyendiri muncul pada daerah titik pusat salah satu permukaan bidang tiga atau pada daerah titik tengah salah satu sisi bidang empat. Arah anak panah
pada gambar berikut menunjukkan arah pergeseran penyimpangan atom F oleh tolakan pasangan elektron menyendiri dalam senyawa XF
6
Komparasi geometri molekul SF
4
dan XeF
4
F
Xe
F F
F S
F F
F F
103
o
93,5
o
Komparasi geometri PCl
5
dan ClF
5
Cl P
Cl Cl
Cl
Cl
90
o
120
o
F
Cl
F F
F F
1. 140 Jadi secara ringkas, teori VSEPR mengusulkan berbagai ketentuan berikut ini.
1 Bentuk ruang atau penataan atom-atom atau kelompok atom di seputar atom pusat ditentukan terutama hanya oleh tolakan antar pasangan-pasangan elektron yang
ada pada kulit terluar atom pusat. 2 Pasangan-pasangan elektron tersebut akan menata sedemikian sejauh mungkin
sehingga tolakan antar pasangan elektron mencapai terendah. 3 Bentuk molekul ditentukan terutama oleh pasangan elektron bonding dan akan
mengalami distorsi oleh adanya pasangan elektron non bonding. 4 Pasangan elektron non bonding nb menolak lebih kuat daripada pasangan
elektron bonding b dan diperoleh urutan tolakan: nb vs nb nb vs b
b
vs
b ; hal ini terjadi karena elektron non-bonding dikendalikan hanya oleh satu inti
atom saja sehingga mempunyai ruang gerak lebih luas bebas daripada elektron bonding
yang terlokalisasi oleh dua inti atom yang mengadakan ikatan. Atas dasar ketentuan tersebut, hubungan antara banyaknya pasangan elektron-
bonding pada kulit valensi dengan bentuk molekul dapat dinyatakan seperti pada
Gambar 5.14.
Catatan
: 1 Molekul AB
2
sd AB
6
tersebut mempunyai bentuk regular teratur karena semua pasangan elektron di seputar atom pusat A adalah elektron bonding dan
berikatan dengan atom-atom yang sama B. 2 Jika salah satu atau sebagian atom B diganti oleh atom lain, maka bentuk regular
akan mengalami sedikit distorsi, mungkin berubah besarnya sudut dan atau panjang ikatan antara atom-atom yang bersangkutan.
Komparasi geometri SF
6
dan XeF
6
F S
F F
F F
F Xe
Xe
1. 141 3 Jika salah satu atau lebih atom B diganti oleh pasangan elektron non bonding dari
atom pusat yang bersangkutan, maka bentuk molekul menjadi sama sekali berbeda
tetapi, dapat diturunkan dari bentuk regularnya.
1. 142 C.
Latihan Kegiatan Belajar-5
1. Jelaskan dengan bahasa Anda sendiri, apa yang dimaksud dengan a konsep muatan formal, b hibridisasi, dan c teori VSEPR
2. Gambarkan struktur Lewis elektron-dot untuk: [GeCl
3
]-, SeF
4
, [FCO
2
]-, [AlCl
4
]-, dan XeF
4
. 3. Tentukan pula bangun geometri seputar atom pusat dari masing-masing spesies
tersebut nomor 2 menurut teori VSEPR, dan ramalkan juga model hibridisasi-nya. 4. Lukiskan struktur ion sianat, OCN
-
, lengkapi dengan muatan formal, dan berbagai kemungkinan bentuk resonansinya.
5. Gambarkan struktur elektron-dot untuk ion nitrit, dan gambarkan pula kemungkinan 2 bentuk resonansinya.
6. Tentukan sifat kepolaran molekul berikut, dan pertimbangkan momen dipol-nya: ICl
3
, NO
2
0,316D, BF
3
, IF
5
; CH
3
OH polar ~1,67D 7. Atom unsur Y dan Z masing-masing mempunyai nomor atom 15 dan 17; Tentukan
posisinya Golongan dan Periode dalam Tabel Periodik menurut Sistem IUPAC maupun sistem Amerika Utara. Jika keduanya saling bersenyawa Y-Z, ramalkan
kemungkinan rumus molekulnya, jenis senyawanya ionik atau kovalen, dan bentuk geometrinya dengan jenis hibridisasinya.
1. 143 D.
Rambu-rambu Kunci Jawaban Latihan Kegiatan Belajar-5
1. a. Muatan formal suatu atom dalam senyawanya kovalen atau molekulnya adalah bilangan positif yang menyatakan banyaknya kekurangan elektron atau bilangan
negatif yang menyatakan banyaknya kelebihan elektron relatif terhadap atom netralnya dengan ketentuan setiap elektron ikatan selalu dibagi rata sama besar oleh
atom-atom yang berikatan; jadi, tidak peduli adanya perbedaan elektronegativitas antar-atom pengikatnya.
b. Hibridisasi adalah pencampuran 2 atau lebih macam orbital-murni yang terdekat energinya sehingga membentuk orbital-baru orbital hibrida untuk
membangun ikatan dalam molekul senyawanya. Misalnya, orbital s, p, dan d, dapat membentuk berbagai macam orbital hibrida sp
3
, sp
2
, sp, sd
3
, dsp
2
, sp
3
d , d
2
sp
3
, dan sp
3
d
2
. c. Teori VSEPR Valence-Shell Electron-Pair Repulsion beranggapan bahwa
bentuk-geometri suatu molekul ditentukan oleh banyaknya tolakan repulsion antar pasangan-elektron electron-pair pada kulit valensiterluar valence-shell
atom pusat dari molekul yang bersangkutan. Ada 2 jenis pasangan-elektron, yakni ikatan bonding dan non-ikatan non bonding-lone pair; pasangan elektron non-
ikatan menolak lebih kuat ketimbang pasangan elektron ikatan. 2. Struktur Lewis elektron-dot untuk: [GeCl
3
]-, SeF
4
, [FCO
2
]-, [AlCl
4
]-, dan XeF
4
:
Ge Cl
Cl Cl
Se F
F F
F C
F O
O
Al Cl
Cl Cl
Cl
Xe F
F F
F
3. Geometri menurut VSEPR dan teori hibridisasi: a Ion [GeCl
3
]
-
; ada 4 pasang elektron di seputar atom Ge, dan ini tertata dalam geometri tetrahedron menurut VSEPR; namun karena jumlah ikatan Ge-Cl hanya ada
3, maka bangun yang dihasilkan adalah piramid segitiga. Atom pusat ini akan mengadopsi hibridisasi
sp
3
, dimana salah satunya berisi sepasang
lone-pair electron
non-ikatan. b SeF
4
; ada 5 pasang elektron di seputar atom pusat Se yang akan tertata dalam bangun trigonalbipiramid menurut VSEPR. Oleh karena salah satunya adalah
pasangan elektron
lone-pair
, ia akan menempati posisi aksial sehingga geometri
1. 144 yang dihasilkan adalah see-saw papan jungkat-jungkit. Teori ikatan valensi
meramalkan atom pusat Se mengadopsi hibridisasi sp
3
d dimana salah satunya berisi
elektron lone-pair. c [FCO
2
]-; terdapat 4 pasang elektron di seputar atom pusat C namun, oleh karena hanya ada 3 ikatan, model Lewis menata salah satu ikatannya harus berisi 2 pasang ,
dan dengan demikian VSEPR meramal bangun trigonal, dan VBT meramal terjadinya hibridisasi sp
2
. d [AlCl
4
]-; adanya 4 pasang elektron ikatan di seputar atom pusat Al, VSEPR meramalkan bangun tetrahedron untuk ion ini, dan VBT menjelaskan hibridisasi sp
3
. e XeF
4
; adanya 6 pasang elektron di seputar atom pusat Xe, VSEPR menata ke dalam bangun oktahedron; namun karena 2 pasang diantaranya adalah lone-pair, maka
hasilnya adalah bangun bujur-sangkar square-plane, dan VBT meramalkan hibridisasi sp
3
d
2
dengan dua diantaranya berisi elektron non-ikatan. 4. Struktur ion sianat, OCN
-
, muatan formal, dan berbagai kemungkinan bentuk resonansinya.
-1 -1
+1 -2
a b
c O C N
← →
←
→
O C N O C N
Bentuk a menghasilkan muatan formal yang paling besar dan untuk atom O dan N berlawanan dengan sifat elektronegativitasnya; bentuk b dan c menghasilkan
muatan formal yang sama rendahnya, namun atom N yang lebih negatif ketimbang atom O pada bentuk c tentu kurang stabil; jadi bentuk b dimungkinkan paling
stabil, sebab selain menghasilkan muatan formal rendah juga tidak bertentangan dengan sifat elektronegatifitasnya.
5. Struktur elektron-dot untuk ion nitrit, dan kemungkinan bentuk resonansinya.
Panjang ikatan N-O keduanya sama, menyarankan bahwa ion nitrit memiliki struktur resonansi a ↔ b, atau sebagaimana dilukiskan seperti c.
6. Sifat kepolaran molekul berikut, dan pertimbangan momen dipol-nya: c
b a
N O
O ←
→
N O
O N
O O
← →
1. 145 a. ICl
3
. Di seputar atom pusat I molekul ini terdapat 5 pasang elektron yang tertata dalam geometri trigonalbipiramid yang terdiri atas 3 pasang elektron-ikat dan
2 non-ikat yang menempati posisi aksial sehingga membentuk geometri huruf T; jadi ikatan I-Cl bersifat polar dengan ujung negatif berada pada atom-atom Cl, sehingga
resultante momen ikatan I-Cl berimpit dan searah dengan ikatan I
→
Cl aksial. Akan tetapi arah moment ikatan ini dilawan oleh arah resultante pasangan elektron non-
ikat, sehingga melemahkan momen dipolnya. b. NO
2
. Lihat struktur NO
2
pada nomor 5. Lagi-lagi adanya pasangan elektron non- ikat pada atom pusat N melemahkan momen dipol dari resultante momen ikatan
N→O yakni ~ 0,316D. c. BF
3
. Molekul ini berbentuk trigonal planar, dan ikatan B-F bersifat polar; resultante kedua ikatan B-F menghasilkan momen ikatan B-F yang sama dengan
komponennya, namun dengan arah yang melawan arah momen ikatan B-F satunya sehingga menhasilkan momen dipol nol, F
←
B
→
F. catatan: resultante 2 ikatan B-F, x
B-F
dapat dihitung: = [√x
2B-F
+ x
2B-F
+ 2 cos 120 = x
B-F
] d. IF
5
. Molekul ini berbentuk piramida segi empat, sedikit terdistorsi karena adanya sepasang elektron non-ikat pada atom pusat I. Resultante keempat ikatan I-F pada
dasar piramid adalah nol, sehingga momen dipol hanya ditentukan oleh satu momen ikatan I
→
F-aksial, namun ini dilawan oleh adanya pasangan elektron non-ikat, sehingga melemahkan nilai momen dipolnya.
e. CH
3
OH. Struktur molekul ini dapat dipandang seperti H
2
O, dengan salah satu atom H diganti dengan gugus metil, H
3
C-O-H. Adanya 2 pasang elektron non-ikat molekul ini bersifat polar. Jadi terdapat resultante momen-ikatan dari C
→
O dan H
→
O yang searah dengan kedua pasangan elektron, sehingga molekul ini mempunyai
momen dipol yang cukup besar 1,67D, hanya sedikit lebih rendah dari H
2
O 1,85D
7. Atom unsur Y dengan nomor atom 15 mempunyai konfigurasi elektronik [Ne] 3s
2
3p
3
dan Z dengan nomor atom 17 mempunyai konfigurasi elektronik [Ne] 3s
2
3p
5
. Maka dalam Tabel Periodik Unsur menurut IUPAC, atom unsur Y terletak dalam
Periode 3 dan Golongan 15 atau Golongan VA menurut model Amerika Utara sedangkan atom unsur Z dalam Periode 3 dan Golongan 17 atau Golongan VIIA
menurut model Amerika Utara. Oleh karena keduanya mempunyai kecenderungan
elektronegatif, maka senyawa yang dibentuk dari keduanya cenderung kovalen
1. 146
dengan kemungkinan rumus molekul YZ
3
dengan bentuk geometri piramid segitiga dan mengadopsi hibridisasi sp
3
.
Namun, oleh karena elektron terluar dalam atom unsur Y melibatkan orbital 3d – kosong
, maka dimungkinkan dapat membentuk senyawa dengan rumus molekul
YZ
5
dengan bentuk geometri trigonalbipiramid oleh sebab atom Y mampu mengadopsi hibridisasi sp
3
d.
1. 147 DAFTAR PUSTAKA
Alderdice, D., 1981. Energy Level and Atomic Spectra, Department of Physical Chemistry, The University of New South Wales, Australia.
Bills, J.L., 1998, ”Experimental 4s and 3d Energies in Atomic Ground States, Journal of Chemical Education
, Vol. 75, No. 5, May, 589 – 593 Chang, R., 1991. Chemistry, Fourth Edition, New York : McGraw-Hill, Inc.
Darsey, J. P., J. Chem. Ed. 1988, Vol. 65, 1036 Day, Jr., M. C., and Selbin, J., Theoretical Inorganic Chemistry, Second Edition,
Van Nostrand Reinhold Company, New York, 1969. Douglas, B.E., McDaniel, D.H., Alexander, J. J., 1983. Concepts and Models of
Inorganic Chemistry , New York, John Wiley Sons, Inc.
Greenwood, N.N., 1968. Principles of Atomic Orbitals Revised Edition. London, Huheey, J.E., 1983. Inorganic Chemistry, Third Edition, Cambridge, Harper
International SI Edition. Kristian H. Sugiyarto, 2000. Diktat Petunjuk Praktikum Kimia Anorganik I, Jurusan
Pendidikan Kimia, FMIPA, UNY. Kristian H. Sugiyarto, dan Retno D. Suyanti, 2010. Dasar-Dasar Kimia Anorganik
Nonlogam, Graha Ilmu, Yogyakarta Kristian H. Sugiyarto, Hari Sutrisno, dan Retno D. Suyanti, 2013. UNY Press in
press McQuarrie, D., 1983. Quantum Chemistry, London, University Science Books and
Oxford University Press. Melrose, M.P., and Scerri, E.R., 1996, ”Why the 4s orbital is occupied before the 3d”,
Journal of Chemical Education , Vol. 73, No. 6, June, 498-503
Pao-Fang Yi , J. Chem. Ed. 1947, Vol. 24, 567 Parson, RR.W., J. Chem.Ed. 1989, 66, 319
Pilar, F.L., 1978 ”4s is Always above 3d or How to tell the orbitals from the
wavefunctions ” Journal of Chemical Education, Vol. 55, No. 1, January, 2- 6
Rayner-Canham, G., Descriptive Inorganic Chemistry, W. H. Freeman and Company, INC., New York, 1996
Vanguickenborne, L.G., Pierloot, K., and Devoghel, D., 1994, ”Transition Metals and the Aufbau Principle”, Journal of Chemical Education, Vol. 71, No. 6, June, 469-
471
1. 148 Scerri, E.R., 1989, ”Transition Metal Configurations and Limitation of the Orbital
Approximation”, Journal of Chemical Education, Vol. 66, No. 6, June, 481-483 Scerri, E.R., 1999, A Critique of Atkins’ Periodic Kingdom and Some Writings on
Electronic Structure, Foundations of Chemistry 1: 297–305,. © Kluwer Academic
Publishers. Printed in the Netherlands. Singh, R., and Dikshit, S.K., J. Chem.Ed. 1991, Vol. 68, 396
Uncle Wiggly, J. Chem. Ed. 1983, Vol. 60, 562
1.149