IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR MOLEKUL
IKATAN KIMIA DAN STRUKTUR
MOLEKUL
A. Ikatan Kimia
1. Pendahuluan
Dua atom atau lebih dapat berinteraksi membentuk
molekul atau senyawa dan ion. Antaraksi ini selalu disertai dengan pengeluaran
energi. Gaya-gaya yang menahan dalam bentuk molekul atau ion disebut ikatan
kimia. Disebut ikatan kimia jika antaraksi tadi dapat mengeluarkan
energi lebih dari 42 kJ. Jenis ikatan dalam molekul juga menentukan gaya
antarmolekul. Wujud bahan; padat cair atau gas juga bergantung pada gaya-gaya
ikatan. Ikatan bahkan dapat menentukan bentuk fisis molekul, maksudnya; apakah
molekul itu bulat, datar, kaku, atau lentur.
2. Peranan Elektron dalam
Pembentukan Ikatan Kimia
Pada tahun 1916, gagasan tentang pembentukan ikatan
kimia telah dikemukakan oleh dua kimiawan Amerika yaitu Lewis dan Langmuir
serta seorang kimiawan Jerman Kossel. Menurut mereka; jika gas mulia tidak
bersenyawa dengan atom lain, tentu ada keunikan dalam konfigurasi elektronnya
yang mencegah persenyawaan tersebut. Oleh karena itu diduga bahwa dalam
pembentukan senyawa atom-atom mungkin mengalami perubahan dalam konfigurasi
elektronnya yang mengakibatkan atom-atom itu lebih menyerupai gas mulia. Teori
inilah yang disebut dengan teori Lewis. Menurut Lewis:
1. Elektron valensi memainkan peranan penting dalam pembentukan ikatan kimia.
2. Dalam beberapa kasus, pembentukan ikatan kimia terjadi karena adanya
perpindahan satu atau lebih elektron dari satu atom ke atom lain. Hal ini
mendorong terjadinya pembentukan ion positif dan ion negatif dan terbentuknya
satu jenis ikatan di antara kedua ion tersebut yang disebutikatan ion.
3. Dalam kasus yang lain, pembentukan ikatan kimia dapat terjadi karena
pemakaian bersama (patungan) elektron di antara atom-atom. Ikatan ini
disebut ikatan kovalen.
4. Perpindahan atau patungan elektron berlangsung sedemikian rupa sehingga
setiap atom yang terlibat mendapatkan konfigurasi elektron yang mantap.
Konfigurasi yang tercapai umumnya merupakan konfigurasi dengan 8 elektron pada
kulit terluarnya yang disebut teori oktet.
3. Ikatan Ion
Suatu senyawa
ion adalah stabil, karena dibebaskan energi kisi yang besar, jika ion-ion
membentuk padatan ionik. Senyawa ion mudah terbentuk jika logam dengan energi
ionisasi dan afinitas elektron rendah bereaksi dengan non logam dengan energi
ionisasi dan afinitas elektron tinggi.
Ciri-ciri ikatan ion adalah adanya perpindahan
elektron dari atom logam keatom nonlogam atau
perbedaan keelektronegatifan antara atom yang membentuk ikatan besar (misalnya
ikatan antara atom Na sebagai logam dengan atom Cl sebagai nonlogam
menghasilkan senyawa ion NaCl). Sifat-sifat senyawa ion adalah:
1. Padatan senyawa ion tidak menghantarkan listrik, sedangkan leburan maupun
larutannya dapat meng-hantarkan listrik
2. Titik leleh dan titik didihnya tinggi
3. Umumnya senyawa ion bersifat keras, permukaannya tidak mudah digores tetapi
distorsi menyebabkan tolak menolak antara ion yang sama sehingga getas (rapuh)
4. Umumnya senyawa ion melarut dalam pelarut polar dan tidak melarut dalam
pelarut nonpolar.
4. Ikatan Kovalen
Senyawa-senyawa seperti H2, O2,
HCl dan sebagainya, tidak terjadi perpindahan elektron tetapi pemakaian secara
bersama elektron. Ciri ikatan kovalen adalah adanya pemakaian bersama elektron
antara atom nonlogam dengan atom non logam pula. Jika elektron tertarik lebih
kuat ke salah satu atom (yang memiliki keelektronegatifan yang lebih besar)
maka disebut ikatan kovalen polar (misalnya HCl). Jika
tertarik sama kuat atau keelektronegatifannya sama, maka terbentuklah
senyawa kovalen nonpolar (misalnya H2, O2).
Ikatan kovalen yang lain adalah ikatan kovalen koordinat.
Ikatan kovalen ini mirip dengan ikatan kovalen tetapi hanya satu atom yang
menyediakan dua elektron (sepasang elektron) untuk dipakai bersama misalnya NH4+,
NH3BCl3.
5. Resonansi
Resonansi adalah keadaan jika lebih dari satu struktur
yang masuk akal dapat ditulis untuk satu spesies dan struktur yang benar tidak
dapat ditulis secara keseluruhan. Atau suatu molekul tidak dapat digambarkan
dengan satu rumus Lewis saja tetapi dua atau lebih rumus Lewis. Contoh untuk
molekul SO2
Mana yang benar kedua struktur di atas, sebenarnya
tidak satupun. Kedua struktur menunjukkan bahwa satu ikatan belerang-oksigen
merupakan ikatan tunggal sedangkan yang lainnya dalah ikatan ganda dua. Dari
hasil percobaan diperoleh bahwa sifat kedua ikatan tersebut adalah sama. Rumus
Lewis yang ekivalen inilah yang disebut dengan bentuk resonansi atau hibrida
resonansi, untuk itu cara menuliskannya adalah:
6. Pengecualian Kaidah
Oktet
a. Spesi elektron ganjil
Jika jumlah elektron valensi ganjil akan terdapat
elektron yang tidak berpasangan dan sekurang-kurangnya terdapat satu atom
dengan oktet yang tidak lengkap. Misalnya NO2.
b. Oktet yang tidak sempurna
Tetapi adakalanya dijumpai struktur yang konfigurasi
oktetnya tidak lengkap dan dapat dibenarkan. Hal ini dapat ditunjukkan oleh
molekul BeCl2 atau BeCl3.
c. Oktet yang diperluas
Pada pengisian elektron, subkulit d adakalanya
tersedia sehingga oktet yang diperluas dimungkinkan terbentuk, misalnya pada
PCl5 dikelilingi oleh 10 elektron dan SF6 dikelilingi
oleh 12 elektron.
7. Muatan Formal
Dalam menuliskan
struktur Lewis, kadang-kadang diperoleh beberapa susunan atom, ikatan atau
pasangan mandiri, dan semuanya memenuhi kaidah oktet, maka untuk menentukan
struktur yang masuk akal digunakan konsep muatan formal.
Contoh untuk molekul NH4+ :
muatan formal atom H dalam NH4+ = 1 - 0 -2/2 =
0 (atom H memiliki satu elektron valensi, tidak ada pasangan elektron
bebas, dan setiap atom hidrogen memakai bersama dua elektron). Atom nitrogen
memiliki lima elektron valensi, dan nitrogen memakai bersama delapan elektron.
Muatan formal N pada NH4+ = 5 - 0 - 8/2 = +1.
Jadi rumus molekul NH4+ dapat ditulis:
B. Bentuk Molekul
Bentuk molekul dapat diramalkan dengan dua cara yang
berbeda: (a) pengaruh tolak menolak antara pasangan elektron dalam kulit
valensi atom pusat, (b) distribusi orbital atom pusat (cara ini dikenal dengan
konsep hibridisasi). Teori tolakan pasangan elektron kulit valensi (TPEK) atau
VSEPR (Valence shell elektron pair reppulsion). Prinsip teori ini adalah
pasangan elektron dalam kulit valensi suatu atom cenderung saling menjauhi agar
tolak menolak antara pasangan-pasangan elektron seminimal mungkin.
Langkah-langkah yang sebaiknya dilakukan dalam menentukan bentuk molekul:
1. Hitung jumlah elektron valensi (elektron pada kulit terluar) dari atom
pusat.
2. Tambahkan dengan besarnya muatan untuk spesi yang bermuatan negatif atau
kurangi untuk spesi positif.
3. Tambahkan dengan jumlah atom yang terikat.
4. Bagi dengan dua; untuk menghasilkan jumlah pasangan elektron.
5. Tempatkan pasangan elektron sehingga mengelilingi atom pusat.
6. Jumlah pasangan elektron (d) dikurangi jumlah atom yang terikat adalah sama
dengan pasangan elektron bebas.
Bentuk pasangan-pasangan :
1. Dua pasang elektron. Atom pusat
membentuk sudut 1800
2. Tiga pasang elektron. Susunannya
berbentuk segitiga planar dengan sudut 1200 antara pasangan
elektron.
3. Empat pasangan elektron. Ada dua
macam susunan:
a. Segi empat datar dengan
pasangan elektron terdapat pada pojok dengan sudut antara pasangan e- = 900.
b. Tetrahedral dengan pasangan elektron
terdapat di pojok tetrahedral dengan sudut 109,50 (sudut
tetrahedral)
4. Lima pasangan elektron. Meskipun
simetris yang terbaik adalah pentagon planar (sudut 720)
tetapi susunan tiga dimensi yang paling tepat adalahtrigonal bipiramida (sudut
antara pasangan equatorial 1200 dan sudut
antara pasangan axial 900).
5. Enam pasangan elektron. Susunannya
berbentuk oktahedral dengan sudut antara pasangan elektron yang ber-dekatan 900.
6. Tujuh pasangan atau
lebih elektron. Hanya sedikit senyawa yang lebih dari enam pasangan elektron
mengelilingi atom pusat dan strukturnya ditentukan secara khusus.
Contoh Soal 3.1
Ramalkan geometri BF3 dan NH4+.
Jawab:
(a). Untuk molekul BF3. (1)
Elektron valensi B = 3; (2) BF3 adalah molekul netral, maka =
0; (3) Elektron dari 3 F untuk berikatan = 3; (4) jumlah elektron yang terlibat
dalam ikatan = 3 + 0 + 3 = 6; (5) jumlah pasangan elektron = 6/2 = 3; (6)
Susunan elektron yang mungkin adalah segitiga planar.
(b). Untuk molekul NH4+.
(1) elektron valensi N = 5; (2) NH4+ adalah ion
dengan muatan +1, maka = -1; (3) elektron dari 4 atom H untuk berikatan = 4; (4) jumlah elektron yang
terlibat dalam ikatan = 5 + (-1) + 4 = 8; (5) jumlah pasangan elektron = 8/2 = 4; (6) susunan elektron
yang mungkin adalahtetrahedral.
Soal-soal
Latihan
1. Jelaskan perbedaan utama antara senyawa ion dan senyawa molekular
Jawab:
a. Senyawa ion
umumnya larut dalam air sedangkan senyawa molekular umumnya tidak.
b. Senyawa ion
umumnya berbentuk kristal sedang senyawa molekular tidak (berupa gas atau
cairan)
c. Senyawa ion
dalam larutan air dapat menghantar arus listrik sedang senyawa molekular tidak
menghantar arus listrik.
d. Titik lebur
dan titik didih senyawa ion rata-rata tinggi sedangkan senyawa molekular
titik didihnya rendah.
2. Uraikan dengan singkat dan sifat-sifat suatu senyawa kovalen disertai
dengan contoh senyawanya.
3. Uraikan dengan singkat dan jelas bagaimana terbentuknya suatu senyawa
kovalen koordinasi ?.
Jawab :
Senyawa kovalen koordinasi adalah senyawa yang
terbentuk dari atom-atom yang berikatan kovalen koordinat, yaitu ikatan yang
hanya satu atom yang menyediakan 2 elektron untuk dipakai bersama
4. Jelaskan perbedaan antara ikatan kovalen koordinat dengan ikatan kovalen
disertai dengan contoh.
5. Tuliskan lambang Lewis untuk unsur Se, Br, Al, K, Ba, Ge dan P.
6. Tuliskan rumus Lewis untuk molekul Cl2, SO2, C2H4.
7. Gunakan lambang Lewis untuk membuat bagan pembentukan ikatan kovalen dalam
NH3, H2O dan HF.
8. Gunakan rumus Lewis untuk menunjukkan pembentukan ikatan kovalen koordinat
dalam reaksi:
AlCl3 + Cl- ®
AlCl4-
9. Jelaskan kegunaan dari lambang Lewis.
Jawab:
Kegunaan dari lambang Lewis adalah untuk menggambarkan
elektron terluar yang berperan dalam pembentukan ikatan kimia.
10. Gambarkan struktur Lewis untuk ion berikut ini:
a. CH3-
b. NH4+
c. ClO3-
d. I3-
11. Apa yang dimaksud dengan hibrida resonansi ?
Jawab:
Hibrida resonansi adalah bentuk rumus Lewis yang
ekivalen yang digambarkan dengan kedua ujung anak panah
12. Jelaskan apa sebabnya perlu digunakan konsep resonansi ?
13. Berikan struktur-struktur resonansi untuk molekul CO32-, SO42-, NO2-.
Jawab:
14. Gambarkan struktur resonansi untuk senyawa: N2O4;
O3; CH3NO2 (C-N berikatan).
15. Apa yang dimaksud dengan keelektronegatifan ?
Jawab:
Keelektronegatifan adalah kemampuan relatif suatu atom
untuk menarik elektron dalam suatu ikatan kimia.
16. Jelaskan kecenderungan perubahan keelektronegatifan dalam sistem periodik.
Hubungan apakah antara ke-elektronegatifan dan afinitas elektron.
17. Tunjukkan kepolaran dari ikatan dalam molekul-molekul H-F; H-O-H dan O=C=O.
Yang manakan bersifat polar, jelaskan !
Jawab:
HF dan H2O bersifat polar sedangkan CO2 nonpolar.
18. Jelaskan mengapa BF3 non polar sedangkan PF3 polar
?
19. Jelaskan apa yang dimaksud dengan kepolaran, dipol dan momen dipol.
Jawab:
Molekul polar adalah molekul yang mempunyai muatan
positif dan muatan negatif yang dipisahkan oleh suatu jarak, molekul yang
dihasilkan disebut dipol.
Momen dipol adalah hasil kali muatan kedua ujung dipol
dengan jarak antara muatan.
20. Belerang dioksida SO2 dan nitrogen dioksida NO2 adalah
polar, sedangkan CO2 adalah non polar. Jelaskan mengapa hal
tersebut berbeda ?
21. Sebutkan dan jelaskan parameter yang menentukan struktur molekul suatu
senyawa!
Jawab:
Parameter yang menentukan struktur molekul ada 3
yaitu:
a. Energi ikatan yaitu energi yang diperlukan untuk memutuskan satu mol ikatan
atau sebaliknya energi yang dilepaskan jika terbentuk satu mol ikatan.
b. Panjang ikatan atau jarak ikatan adalah jarak rata-rata antara inti dua
atom yang terikat dengan syarat
1) Umumnya ikatan yang kuat lebih pendek dari pada ikatan lemah.
2) Kekuatan ikatan rangkap tidak dua kali kekuatan ikatan tunggal.
3) Panjang ikatan rangkap tidak setengah dari panjang ikatan tunggal, namun
lebih pendek.
c. Sudut ikatan adalah sudut yang dibuat oleh dua atom dengan suatu atom
sentral.
22. Apa perbedaan antara energi ikatan dan energi ionisasi, berikan contohnya.
23. Berapa besarnya sudut ikatan dalam :
a. Molekul
linier
b. Molekul
tetrahedral
c. molekul oktahedral
d. Molekul bipiramida segitiga e.
molekul segitiga planar.
Jawab:
a. Molekul linier misalnya BeCl2 b.
Molekul tetrahedral CH4
c. Molekul oktahedral
SF6
d. Molekul bipiramidal segitiga PCl5
e. Molekul segitiga
planar BCl3
24. Ramalkan bentuk molekul dari : BF3, NH3 dan BeCl2.
25. Untuk senyawa berikut, ramalkan susunan pasangan elektron dan struktur
molekul.
Jawab:
Susunan Elektron
|
Struktur Molekul
|
||
a. AsH3
|
Tetrahedral
|
Piramidal
|
|
b. AlH4-
|
Tetrahedral
|
Tetrahedral
|
|
c. BrF3
|
Bipiramidal Segitiga
|
Bentuk-T
|
26. Ramalkan susunan pasangan elektron dan struktur molekul untuk senyawa
berikut:
Susunan Elektron
|
Struktur Molekul
|
|
a. GeCl4
|
||
b. XeF2
|
||
c. AtF5
|
||
d. XeF4
|
27. Apakah dasar dari teori tolakan pasangan elektron dari kulit valensi ?
Jawab:
a. Ikatan kovalen antara berbagai spesi ikatan terdiri dari suatu pemakaian
bersama pasangan elektron.
b. Susunan geometri dari atom-atom atau kelompok atom terhadap atom pusat
ditentukan oleh tolakan-tolakan antara pasangan elektron (terikat atau bebas)
yang terdapat dalam kulit valensi dari molekul sentral.
28. Konsep apakah yang mendasari teori ikatan valensi ?
29. Uraikan perubahan dalam geometri molekul yang terjadi dari reaksi berikut
ini:
a. BF3 + F- ®
BF4-
b. PCl5 + Cl- ®
PCl6-
c. SF2
+ F2 ®
SF4
Jawab:
a. Segitiga datar ®
Tetrahedral
b. Bipiramida segitiga ®
Oktahedral
c. Bentuk V ® Tetrahedral yang tak sempurna
Ramalkan bentuk geometri dari XeF4, BF4,
CuCl2-, PF6
Comments
Post a Comment