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
95 o
H O
H
104,5 o
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
120 o
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