Penjelasan Lengkap Mengenai Bentuk Geometri Molekul Dan Teori Hibridisasi
Ikatan Kimia
Di kelas X kita telah mempelajari konsep ikatan kimia, yaitu ihwal ikatan ion, ikatan kovalen, dan ikatan logam. Pada pokok bahasan ini, kita akan mempelajari bentuk molekul dalam ikatan kimia yang akan mempengaruhi gaya tarik-menarik antarmolekul dan sifat-sifat gas.
A. Bentuk Geometri Molekul
Bentuk molekul berkaitan dengan susunan ruang atom-atom dalam molekul. Berikut ini bentuk geometri dari beberapa molekul.
Kita sanggup memilih bentuk molekul dari hasil percobaan maupun dengan cara meramalkan bentuk molekul melalui pemahaman struktur elektron dalam molekul. Pada subbab ini, kita akan membahas cara meramalkan bentuk molekul menurut teori tolak-menolak elektron-elektron pada kulit luar atom pusatnya.
1. Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion)
Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) menyatakan bahwa pasangan elektron dalam ikatan kimia ataupun pasangan elektron yang tidak digunakan bersama (yaitu pasangan elektron “mandiri”) saling tolakmenolak, pasangan elektron cenderung untuk berjauhan satu sama lain.
Menurut asas Pauli, jikalau sepasang elektron menempati suatu orbital, maka elektron lain bagaimanapun rotasinya tidak sanggup berdekatan dengan pasangan tersebut. Teori ini menggambarkan arah pasangan elektron terhadap inti suatu atom. Gaya tolak-menolak antara dua pasang elektron akan semakin berpengaruh dengan semakin kecilnya jarak antara kedua pasang elektron tersebut.
Gaya tolakan akan menjadi semakin berpengaruh jikalau sudut di antara kedua pasang elektron tersebut besarnya 90º. Selain itu, tolakan yang melibatkan pasangan elektron sanggup bangun diatas kaki sendiri lebih berpengaruh daripada yang melibatkan pasangan ikatan Berikut ini yakni urutan besarnya gaya tolakan antara dua pasang elektron.
2. Teori Domain Elektron
Teori domain elektron merupakan penyempurnaan dari teori VSEPR. Domain elektron berarti kedudukan elektron atau tempat keberadaan elektron, dengan jumlah domain ditentukan sebagai berikut
a. Setiap elektron ikatan (baik itu ikatan tunggal, rangkap, atau rangkap tiga) berarti 1 domain.
b. Setiap pasangan elektron bebas berarti 1 domain.
Teori domain elektron memiliki prinsip-prinsip dasar sebagai berikut
a. Antardomain elektron pada kulit luar atom sentra saling tolak-menolak sehingga domain elektron akan mengatur diri (mengambil formasi) sedemikian rupa, sehingga tolak-menolak di antaranya menjadi minimum.
Susunan ruang domain elektron yang berjumlah 2 sampai 6 domain yang memberi tolakan minimum, sanggup dilihat pada tabel
b. Urutan kekuatan tolak-menolak di antara domain elektron adalah: tolakan antardomain elektron bebas > tolakan antara domain elektron bebas dengan domain elektron ikatan > tolakan antardomain elektron ikatan.
Perbedaan daya tolak ini terjadi alasannya pasangan elektron bebas hanya terikat pada satu atom saja, sehingga bergerak lebih leluasa dan menempati ruang lebih besar daripada pasangan elektron ikatan. Akibat dari perbedaan daya tolak tersebut yakni mengecilnya sudut ikatan alasannya desakan dari pasangan elektron bebas. Hal ini juga terjadi dengan domain yang memiliki ikatan rangkap atau rangkap tiga, yang niscaya memiliki daya tolak lebih besar daripada domain yang hanya terdiri dari sepasang elektron.
c. Bentuk molekul hanya ditentukan oleh pasangan elektron terikat.
Jumlah domain (pasangan elektron) dalam suatu molekul sanggup dinyatakan sebagai berikut.
• Atom sentra dinyatakan dengan lambang A.
• Domain elektron ikatan dinyatakan dengan X.
• Domain elektron bebas dinyatakan dengan E.
Tipe molekul sanggup dinyatakan dengan memakai langkah-langkah sebagai berikut.
1) Menentukan jumlah elektron valensi atom sentra (EV).
2) Menentukan jumlah domain elektron ikatan (X).
3) Menentukan jumlah domain elektron bebas (E).
Contoh Soal :
Tentukan tipe molekul dari senyawa-senyawa biner berikut ini.
a. BF3 c. ClF3
b. PCl3
Jawab:
a. Jumlah elektron valensi atom sentra (boron) = 3
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3
Jumlah domain elektron bebas (E) = (3-3)/2 = 0
Tipe molekul: AX3
b. Jumlah elektron valensi atom sentra (fosfor) = 5
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3
Jumlah domain elektron bebas (E) = (5-3)/2 = 1
Tipe molekul: AX3E
c. Jumlah elektron valensi atom sentra (klorin) = 7
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3
Jumlah domain elektron bebas (E) = (7-3)/2 = 2
Tipe molekul: AX3E
Cara penetapan tipe molekul dengan memakai langkah-langkah di atas hanya berlaku untuk senyawa biner berikatan tunggal. Untuk senyawa biner yang berikatan rangkap atau ikatan kovalen koordinasi, maka jumlah elektron yang digunakan untuk membentuk pasangan terikat menjadi dua kali jumlah ikatan.
Contoh Soal :
Tentukan tipe molekul senyawa-senyawa biner rangkap berikut ini.
a. XeO4
b. SO3
a. Jumlah elektron valensi atom sentra = 8
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 4, tetapi jumlah elektron yang digunakan atom sentra = 4 × 2 = 8
Jumlah domain elektron bebas (E) = (8-8)/2 = 0
Tipe molekul: AX4
b. Jumlah elektron valensi atom sentra = 6
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3, tetapi jumlah elektron yang digunakan atom sentra = 3 × 2 = 6
Jumlah domain elektron bebas (E) = (6-6)/2 = 0
Tipe molekul: AX3
Langkah-langkah yang dilakukan untuk meramalkan geometri molekul adalah:
a. Menentukan tipe molekul.
b. Menggambarkan susunan ruang domain-domain elektron di sekitar atom sentra yang memberi tolakan minimum.
c. Menetapkan pasangan terikat dengan menuliskan lambang atom yang bersangkutan.
d. Menentukan geometri molekul sesudah mempertimbangkan efek pasangan elektron bebas.
Contoh:
Molekul air, H2O
Langkah 1: Tipe molekul yakni AX2E2 (4 domain).
Langkah 2: Susunan ruang pasangan-pasangan elektron yang memberi tolakan minimum yakni tetrahedron.
Langkah 3: Menentukan pasangan terikat dengan menuliskan lambang atom yang terikat (atom H).
Langkah 4: Molekul berbentuk V (bentuk bengkok).
Hasil percobaan menawarkan bahwa sudut ikatan H–O–H dalam air yakni 104,5°, sedikit lebih kecil daripada sudut tetrahedron (109,5°). Hal ini terjadi alasannya desakan pasangan elektron bebas.
B. Teori Hibridisasi
Teori domain elektron sanggup digunakan untuk meramalkan bentuk molekul, tetapi teori ini tidak sanggup digunakan untuk mengetahui penyebab suatu molekul sanggup berbentuk menyerupai itu. Sebagai contoh, teori domain elektron meramalkan molekul metana (CH4) berbentuk tetrahedron dengan 4 ikatan C-H yang ekuivalen dan fakta eksperimen juga sesuai dengan ramalan tersebut, akan tetapi mengapa molekul CH4 sanggup berbentuk tetrahedron?
Pada tingkat dasar, atom C (nomor atom = 6) memiliki konfigurasi elektron sebagai berikut.
Dengan konfigurasi elektron menyerupai itu, atom C hanya sanggup membentuk 2 ikatan kovalen (ingat, hanya elektron tunggal yang sanggup dipasangkan untuk membentuk ikatan kovalen). Oleh alasannya ternyata C membentuk 4 ikatan kovalen, sanggup dianggap bahwa 1 elektron dari orbital 2s dipromosikan ke orbital 2p, sehingga C memiliki 4 elektron tunggal sebagai berikut.
Namun demikian, keempat elektron tersebut tidaklah ekuivalen dengan satu pada satu orbital 2s dan tiga pada orbital 2p, sehingga tidak sanggup menjelaskan penyebab C pada CH4 sanggup membentuk 4 ikatan ekuivalen yang equivalen. Untuk menjelaskan hal ini, maka dikatakan bahwa dikala atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan H membentuk CH4, orbital 2s dan ketiga orbital 2p mengalami hibridisasi membentuk 4 orbital yang setingkat.
Orbital hibridanya ditandai dengan sp3 untuk menyatakan asalnya, yaitu satu orbital s dan 3 orbital p.
6C: 1s2 2s1 2p3 mengalami hibridisasi menjadi 6C : 1s2 (2sp3)4
Hibridisasi tidak hanya menyangkut tingkat energi, tetapi juga bentuk orbital gambar.
Sekarang, C dengan 4 orbital bibit unggul sp3, sanggup membentuk 4 ikatan kovalen yang equivalen. Jadi, hibridisasi adalah peleburan orbital-orbital dari tingkat energi yang berbeda menjadi orbital-orbital yang setingkat.
Jumlah orbital bibit unggul (hasil hibridisasi) sama dengan jumlah orbital yang terlihat pada hibridasi itu. Berbagai tipe hibridisasi disajikan dalam tabel.
Terima Kasih Telah Berkunjung !
Di kelas X kita telah mempelajari konsep ikatan kimia, yaitu ihwal ikatan ion, ikatan kovalen, dan ikatan logam. Pada pokok bahasan ini, kita akan mempelajari bentuk molekul dalam ikatan kimia yang akan mempengaruhi gaya tarik-menarik antarmolekul dan sifat-sifat gas.
A. Bentuk Geometri Molekul
Bentuk molekul berkaitan dengan susunan ruang atom-atom dalam molekul. Berikut ini bentuk geometri dari beberapa molekul.
Kita sanggup memilih bentuk molekul dari hasil percobaan maupun dengan cara meramalkan bentuk molekul melalui pemahaman struktur elektron dalam molekul. Pada subbab ini, kita akan membahas cara meramalkan bentuk molekul menurut teori tolak-menolak elektron-elektron pada kulit luar atom pusatnya.
1. Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion)
Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) menyatakan bahwa pasangan elektron dalam ikatan kimia ataupun pasangan elektron yang tidak digunakan bersama (yaitu pasangan elektron “mandiri”) saling tolakmenolak, pasangan elektron cenderung untuk berjauhan satu sama lain.
Menurut asas Pauli, jikalau sepasang elektron menempati suatu orbital, maka elektron lain bagaimanapun rotasinya tidak sanggup berdekatan dengan pasangan tersebut. Teori ini menggambarkan arah pasangan elektron terhadap inti suatu atom. Gaya tolak-menolak antara dua pasang elektron akan semakin berpengaruh dengan semakin kecilnya jarak antara kedua pasang elektron tersebut.
Gaya tolakan akan menjadi semakin berpengaruh jikalau sudut di antara kedua pasang elektron tersebut besarnya 90º. Selain itu, tolakan yang melibatkan pasangan elektron sanggup bangun diatas kaki sendiri lebih berpengaruh daripada yang melibatkan pasangan ikatan Berikut ini yakni urutan besarnya gaya tolakan antara dua pasang elektron.
2. Teori Domain Elektron
Teori domain elektron merupakan penyempurnaan dari teori VSEPR. Domain elektron berarti kedudukan elektron atau tempat keberadaan elektron, dengan jumlah domain ditentukan sebagai berikut
a. Setiap elektron ikatan (baik itu ikatan tunggal, rangkap, atau rangkap tiga) berarti 1 domain.
b. Setiap pasangan elektron bebas berarti 1 domain.
Teori domain elektron memiliki prinsip-prinsip dasar sebagai berikut
a. Antardomain elektron pada kulit luar atom sentra saling tolak-menolak sehingga domain elektron akan mengatur diri (mengambil formasi) sedemikian rupa, sehingga tolak-menolak di antaranya menjadi minimum.
Susunan ruang domain elektron yang berjumlah 2 sampai 6 domain yang memberi tolakan minimum, sanggup dilihat pada tabel
b. Urutan kekuatan tolak-menolak di antara domain elektron adalah: tolakan antardomain elektron bebas > tolakan antara domain elektron bebas dengan domain elektron ikatan > tolakan antardomain elektron ikatan.
Perbedaan daya tolak ini terjadi alasannya pasangan elektron bebas hanya terikat pada satu atom saja, sehingga bergerak lebih leluasa dan menempati ruang lebih besar daripada pasangan elektron ikatan. Akibat dari perbedaan daya tolak tersebut yakni mengecilnya sudut ikatan alasannya desakan dari pasangan elektron bebas. Hal ini juga terjadi dengan domain yang memiliki ikatan rangkap atau rangkap tiga, yang niscaya memiliki daya tolak lebih besar daripada domain yang hanya terdiri dari sepasang elektron.
c. Bentuk molekul hanya ditentukan oleh pasangan elektron terikat.
Jumlah domain (pasangan elektron) dalam suatu molekul sanggup dinyatakan sebagai berikut.
• Atom sentra dinyatakan dengan lambang A.
• Domain elektron ikatan dinyatakan dengan X.
• Domain elektron bebas dinyatakan dengan E.
Tipe molekul sanggup dinyatakan dengan memakai langkah-langkah sebagai berikut.
1) Menentukan jumlah elektron valensi atom sentra (EV).
2) Menentukan jumlah domain elektron ikatan (X).
3) Menentukan jumlah domain elektron bebas (E).
Contoh Soal :
Tentukan tipe molekul dari senyawa-senyawa biner berikut ini.
a. BF3 c. ClF3
b. PCl3
Jawab:
a. Jumlah elektron valensi atom sentra (boron) = 3
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3
Jumlah domain elektron bebas (E) = (3-3)/2 = 0
Tipe molekul: AX3
b. Jumlah elektron valensi atom sentra (fosfor) = 5
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3
Jumlah domain elektron bebas (E) = (5-3)/2 = 1
Tipe molekul: AX3E
c. Jumlah elektron valensi atom sentra (klorin) = 7
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3
Jumlah domain elektron bebas (E) = (7-3)/2 = 2
Tipe molekul: AX3E
Cara penetapan tipe molekul dengan memakai langkah-langkah di atas hanya berlaku untuk senyawa biner berikatan tunggal. Untuk senyawa biner yang berikatan rangkap atau ikatan kovalen koordinasi, maka jumlah elektron yang digunakan untuk membentuk pasangan terikat menjadi dua kali jumlah ikatan.
Contoh Soal :
Tentukan tipe molekul senyawa-senyawa biner rangkap berikut ini.
a. XeO4
b. SO3
a. Jumlah elektron valensi atom sentra = 8
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 4, tetapi jumlah elektron yang digunakan atom sentra = 4 × 2 = 8
Jumlah domain elektron bebas (E) = (8-8)/2 = 0
Tipe molekul: AX4
b. Jumlah elektron valensi atom sentra = 6
Jumlah domain elektron ikatan (X) = 3, tetapi jumlah elektron yang digunakan atom sentra = 3 × 2 = 6
Jumlah domain elektron bebas (E) = (6-6)/2 = 0
Tipe molekul: AX3
Langkah-langkah yang dilakukan untuk meramalkan geometri molekul adalah:
a. Menentukan tipe molekul.
b. Menggambarkan susunan ruang domain-domain elektron di sekitar atom sentra yang memberi tolakan minimum.
c. Menetapkan pasangan terikat dengan menuliskan lambang atom yang bersangkutan.
d. Menentukan geometri molekul sesudah mempertimbangkan efek pasangan elektron bebas.
Contoh:
Molekul air, H2O
Langkah 1: Tipe molekul yakni AX2E2 (4 domain).
Langkah 2: Susunan ruang pasangan-pasangan elektron yang memberi tolakan minimum yakni tetrahedron.
Langkah 3: Menentukan pasangan terikat dengan menuliskan lambang atom yang terikat (atom H).
Langkah 4: Molekul berbentuk V (bentuk bengkok).
Hasil percobaan menawarkan bahwa sudut ikatan H–O–H dalam air yakni 104,5°, sedikit lebih kecil daripada sudut tetrahedron (109,5°). Hal ini terjadi alasannya desakan pasangan elektron bebas.
B. Teori Hibridisasi
Teori domain elektron sanggup digunakan untuk meramalkan bentuk molekul, tetapi teori ini tidak sanggup digunakan untuk mengetahui penyebab suatu molekul sanggup berbentuk menyerupai itu. Sebagai contoh, teori domain elektron meramalkan molekul metana (CH4) berbentuk tetrahedron dengan 4 ikatan C-H yang ekuivalen dan fakta eksperimen juga sesuai dengan ramalan tersebut, akan tetapi mengapa molekul CH4 sanggup berbentuk tetrahedron?
Pada tingkat dasar, atom C (nomor atom = 6) memiliki konfigurasi elektron sebagai berikut.
Dengan konfigurasi elektron menyerupai itu, atom C hanya sanggup membentuk 2 ikatan kovalen (ingat, hanya elektron tunggal yang sanggup dipasangkan untuk membentuk ikatan kovalen). Oleh alasannya ternyata C membentuk 4 ikatan kovalen, sanggup dianggap bahwa 1 elektron dari orbital 2s dipromosikan ke orbital 2p, sehingga C memiliki 4 elektron tunggal sebagai berikut.
Namun demikian, keempat elektron tersebut tidaklah ekuivalen dengan satu pada satu orbital 2s dan tiga pada orbital 2p, sehingga tidak sanggup menjelaskan penyebab C pada CH4 sanggup membentuk 4 ikatan ekuivalen yang equivalen. Untuk menjelaskan hal ini, maka dikatakan bahwa dikala atom karbon membentuk ikatan kovalen dengan H membentuk CH4, orbital 2s dan ketiga orbital 2p mengalami hibridisasi membentuk 4 orbital yang setingkat.
Orbital hibridanya ditandai dengan sp3 untuk menyatakan asalnya, yaitu satu orbital s dan 3 orbital p.
6C: 1s2 2s1 2p3 mengalami hibridisasi menjadi 6C : 1s2 (2sp3)4
Hibridisasi tidak hanya menyangkut tingkat energi, tetapi juga bentuk orbital gambar.
Sekarang, C dengan 4 orbital bibit unggul sp3, sanggup membentuk 4 ikatan kovalen yang equivalen. Jadi, hibridisasi adalah peleburan orbital-orbital dari tingkat energi yang berbeda menjadi orbital-orbital yang setingkat.
Jumlah orbital bibit unggul (hasil hibridisasi) sama dengan jumlah orbital yang terlihat pada hibridasi itu. Berbagai tipe hibridisasi disajikan dalam tabel.
Terima Kasih Telah Berkunjung !
