10. BENTUK MOLEKUL

10.1 Menggambar Molekul dan Ion dengan Struktur Lewis

Untuk mengetahui seperti apa molekul itu, langkah pertama adalah dengan mengubah rumus suatu

molekul menjadi Struktur Lewis.

Menggunakan Aturan Oktet

Menurut aturan octet, dalam setiap atom maksimal berisi 8 elektron.

Struktur Lewis Molekul Rantai Tunggal (single Bond)

Perhatikan langkah membuat struktur Lewis molekul dengan ikatan tunggal NF3 sebagai contoh.

Step 1.Place atom with lowest EN in center. Dalam NF3, N(gol.5A ; EN= 3) dan F (gol. 7A ; EN = 4).

EN N < EN F, sehingga atom N merupakan atom pusat. Nomor golongan suatu atom sama dengan

electron valensinya (EV), sehingga atom N memiliki EV 5. Supaya memenuhi aturan oktet, maka atom

N membutuhkan 3 elektron, sedangkan pada atom F yang memiliki EV 7, memerlukan 1 elektron agar

memenuhi aturan oktet.

Jika masing- masing atom berasal dari golongan yang sama, maka atom dengan nomor periode lebih

tinggi berkedudukan sebagai atom pusat. Sebagai contoh SO3 dan ClF3.

Step 2. Hitung jumlah seluruh electron valensi.[1 x N(5e-)

] + [3 x F(7e- )] = 26e

-

Untuk ion poliatom, tambah 1 e- untuk setiap ion negatif, dan kurangi 1 e

- untuk setiap ion positif.

Step 3.Gambar ikatan tunggal antara atom pusat dan atom yang mengelilinginya. Satu ikatan tunggal

terdiri dari 2e-

3 N F x 2e- = 6 e

- , jadi sisa e

- adalah 26e

- - 6e

- = 20e

-

Step 4. Letakkan elektron sisa secara berpasangan sehingga setiap atom memiliki 8e-.(untuk atom H

2e-). Pertama, letakkan pasangan e

- pada atom yang mengelilingi atom pusat, jika ada e

- sisa, tempatkan

pada atom pusat. Kemudian cek bahwa setiap atom memiliki 8e-.

Soal.gambarlah struktur lewis dari CCl2F2.

Solusi. Step 1.Carbon memiliki EN terendah, C sebagai atom pusat.

Step 2. Hitung jumlah seluruh electron valensi. (C gol 4A ; F gol.7A ; Cl gol 7A).

[1 x C(4e-)] + [2 x F(7 e

-)] + [2 x Cl(7 e

-)] = 32 e

-

Step 3. Hubungkan rantai tunggal ke atom pusat. Ada 4 ikatan (4 x 2e-=8e

-), masih ada 24e

- sisa (32 e

-

- 8 e-)

Step 4. Letakkan e- sisa secara berpasangan, dimulai dari atom yang mengelilingi atom pusat,

sehingga setiap atom memiliki 8e-

Bagaimana jika atom pusat lebih dari satu atom?

Tulislah struktur lewis dari methanol (CH4O)!

Solusi. Step 1.tempatkan atom penyusun. H hanya memiliki 1 ikatan, C memiliki 4 ikatan, dan O

memiliki 2 ikatan, sehingga C dan O harus berdekatan.

Step 2. Hitung jumlah electron valensi. [1 x C(4e-)] + [1 x O(6 e

-)] + [4 x H(1 e

-)] = 14 e

-

Step 3. Hitung jumlah electron sisa, kurangi 2 e- untuk setiap ikatan. Ada lima ikatan tunggal,

sehingga 5 x 2 e-= 10 e

- , sehingga masih tersisa 4 e

-

Step 4. Tempatkan electron sisa secara berpasangan. Atom C dan H telah memenuhi aturan octet,

sehingga 4 electron sisa membentuk dua pasang electron pada atom O.

Struktur Lewis untuk Molekul Ikatan Rangkap (Multiple Bond)

Terkadang kamu akan menemukan bahwa setelah step 1 sampai 4, jumlah electron untuk atom pusat

belum memenuhi aturan octet, kemungkinan bahwa atom pusat tersebut memiliki ikatan rangkap,

sehingga step masih berlanjut.

Step 5. Jika setelah step 4 atom pusat belum memenuhi aturan oktet, maka ubahlah ikatan tunggal

atom pusat menjadi ikatan rangkap.

Gambarlah struktur lewis dari: a) Etilen (C2H4) dan b) Nitrogen (N2)

Solusi

a. Etilen

Step 1. Tempatkan C sebagai atom pusat, karena EN C paling kecil.

Step 2. Hitung jumlah electron valensi. [2 x C(4e-)] + [4 x H(1 e

-)] = 12 e

-

Step 3. Hitung electron sisa. 12 e- - (5 x 2 e

-) = 2 e

-

step 4. Tempatkan sisa electron pada atom pusat sehingga memenuhi aturan oktet. Jika 2 e- tersebut

diletakkan pada salah satu atom C, maka atom C tersebut telah memenuhi aturan octet, tetapi atom C

yang lain masih belum memenuhi aturan octet. Sehingga, harus berlanjut ke step 5.

Step 5. Ubahlah ikatan tunggal menjadi ikatan ganda.

Dari gambar di atas dapat dihitung bahwa jumlah electron dalam masing-masing atom ada 8 e- (telah

memenuhi aturan oktet)

a. Nitrogen

Setelah step 1 sampai 4, struktur yang diperoleh yaitu

Step 5. Ubahlah rantai tunggal menjadi rantai ganda, yaitu , namun aturan octet belum

terpenuhi. Jadi, ubahlah rantai ganda menjadi rantai rangkap 3, .

Resonansi : Ikatan Pasangan Elektron Terdelokalisasi

Satu senyawa dapat memiliki lebih dari satu struktur lewis, dengan penempatan atom yang

sama, tetapi berbeda dalam hal letak ikatan dan electron pair, inilah yang disebut dengan resonansi.

Membuat resonansi dilakukan dengan memindah lokasi ikatan/bond dan juga memindah electron pair.

Namun, struktur resonansi tersebut tidaklah menggambarkan ikatan yang sebenarnya. Molekul

yang sebenarnya adalah resonansi hybrid, yaitu rata-rata dari bentuk resonansi keduanya.

Contoh lain adalah benzene (C6H6), memiliki dua resonansi. Molekul yang sebenarnya memiliki enam

ikatan carbon identik, karena ada 6 ikatan C-C dan tiga pasangan electron terdelokalisasi dalam 6C

tersebut.

Ikatan parsial seperti yang terjadi dalam resonansi hybrid, menyebabkan adanya farksi bond

order. Untuk O3, bond order =

, untuk benzene, bond order =

Contoh. Tulislah struktur resonansi dari ion nitrat,NO3-.

Solusi. Langkah pertama adalah gambarkan struktur lewisnya. Ingat senyawa ionic, tambahkan 1e-

dalam jumlah seluruh electron valensi. Jumlah electron valensi = [1 x N(5e-) + 3 x O(6 e

-) + 1 e

-] = 24

e-

Lakukan step 1 sampai 4, sehingga diperoleh

Step 5. Karena N hanya memiliki 6 e-, kita ubah satu ikatan tunggal O menjadi ikatan rangkap,

sehingga memenuhi aturan octet. Untuk memperoleh struktur resonansi, pindahlah letak ikatan rangkap

tersut dengan tetap memperhatikan aturan octet. Sehingga diperoleh,

Muatan Formal : Memilih Struktur Resonansi yang Lebih Penting

Dalam O3, formal charge dari oksigen A = 6 valence e- - (4 unshared e

- +

4 shared e

- ) = 0

OA[ 6 – 4 -

(4)] = 0 OA[ 6 – 6 -

(2)] = -1

OB[ 6 – 2 -

(6)] = +1 OB[ 6 – 2 -

(6)] = +1

OC[ 6 – 6 -

(2)] = -1 OA[ 6 – 4 -

(4)] = 0

Tiga criteria untuk memilih struktur resonansi terpenting :

1. Muatan formal terkecil (positif atau negative) lebih dipilih

2. Muatan sama yang bersebelahan tidak disukai/ditolak

3. Muatan formal yang lebih negative terletak pada atom yang lebih elektronegatif

Contoh :

Menentukan struktur resonansi yang lebih penting dari ion sianat, NCO-

No. of unshared valence e-

No. of shared valence -

Eliminasi bentuk I, karena jumlah formal charge paling banyak (tanda negative tidak

berpengaruh).

Diantara atom N, C, dan O yang paling elektronegatif adalah atom O. Bandingkan formal

charge O dalam bentuk II dan III, yang lebih negatif itulah merupakan struktur resonansi yang

lebih penting.

Jadi, struktur resonansi yang lebih penting adalah bentuk II.

Formal charge yang digunakan untuk menentukan struktur resonansi tidak sama dengan nomor

oksidasi yang digunakan dalam reaksi redoks.

Perhatikan bahwa nomor oksidasi tidak berubah dari resonansi satu ke resonansi yang lain (karena

elektronegatifitasnya tidak berubah), tetapi formal charge berubah (karena ikatan ganda dan ikatan

tunggalnya berubah).

Struktur Lewis untuk Pengecualian terhadap Aturan Oktet

1. Molekul Kekurangan Elektron

Dari gambar di atas, atom Be dan B memiliki electron kurang dari 8 elektron, Be hanya

memiliki empat electron dan B hanya memiliki enam electron. Agar keduanya sesuai dengan

aturan octet, mengapa ikatan tunggal dari unsur halogen yang mengelilingi atom pusat tidak

diubah menjadi ikatan ganda?? Unsur halogen lebih elektronegatif daripada Be dan B, dan

formal charge yang diperoleh tidaklah sesuai dengan strukturnya.

(data dari BF3 menunjukkan bahwa ikatan lebih pendek dari yang diharapkan, dan ini

menunjukkan adanya ikatan ganda , sehingga menjadi minus contributor dalam resonansi

hybrid). Langkah utama atom yang kekurangan jumlah electron agar memenuhi aturan octet

adalah dengan bereaksi dengan molekul lain sehingga terbentuk ikatan tambahan. Misal BF3

bereaksi dengan NH3

2. Molekul Elektron Ganjil

Beberapa atom pusat dalam suatu molekul memiliki electron valensi ganjil,atau disebut

radikal bebas, sehingga tidak dapat membentuk pasangan electron. Inilah yang membuat

mereka bersifat paramagnetic dan reaktif. Maka digunakanlah formal charge untuk menentukan

posisi dari electron tunggal tersebut. Sebagai contoh NO2, memiliki dua sruktur resonansi.

Dari gambar di atas, bentuk electron tunggal di N lebih penting disbanding dengan

elktron tunggal pada O. Ini karena jika molekul NO2 bertemu dengan NO2 yang lain, maka

electron tunggal N akan berpasangan membentuk dalam dinitrogen tetraoksida (N2O4).

3. Ekspansi Kulit valensi

Molekul dengan atom pusat yang memiliki lebih dari delapan electron akan

mengekpansikan kulit valensinya untuk membentuk lebih banyak ikatan, dan melepaskan

energi.

Ekspansi kulit valensi terjadi hanya pada atom pusat dari golongan nonlogam dari

periode 3 atau lebih tinggi , salah satu electron berada pada orbital d. Misalnya sulfur

heksafluorida, SF6. Atom pusat S dikelilingi oleh enam ikatan tunggal dengan atom F, sehingga

total electron dalam atom S adalah 12.

Contoh lain adalah PCl5, terbentuk dari reaksi PCl3 dengan gas klorin. Pada atom P terdapat

lima ikatan tunggal dengan atom Cl, sehingga total electron pada atom P adalah sepuluh

electron.

Contoh lain yaitu asam sulfat, dapat membentuk dua resonansi.

Utuk menentukan resonansi yang lebih penting pilih formal charge pada atom pusat

yang lebih kecil. Dari gambar di atas, maka yang lebih penting adalah bentuk II ,dan sulfur

memiliki ekspansi kulit electron sebanyak 12 elektron.

Contoh. Gambarlah struktur lewis dari: a.H3PO4 dan b.BFCl2

Rencana. Tulislah masing-masing truktur lewisnya dan periksalah apakah termasuk dalam

pengecualian aturan octet. Pada soal a.,atom pusat berasal dari periode 3, jadi dapat

menggunakan orbital d, sehingga lebih dari aturan octet. Pada soal b.atom pusat B, memiliki

electron kurang dari delapan.

Solusi. A.untuk H3PO4, ada dua struktur resonansi yang mungkin.

Struktur II memiliki formal charge yang lebih kecil, sehingga merupakan bentuk resonansi yang

lebih penting.

B,untuk BFCl2 , pada atom B hanya ada enam elekton yang mengelilinginya.

10.2 Teori Tolakan Pasangan Elektron Kulit Valensi (Valence-Shell Elektron-Pair

Repulsion/VSEPR) dan Bentuk Molekul

Untuk meramalkan suatu bentuk molekul dari struktur lewis, ilmu kimia menggunkan Valence-

Shell Elektron-Pair Repulsion/VSEPR teori. Prinsip dasarnya adalah setiap group electron valensi

yang mengelilingi atom pusat terletak sejauh mungkin dari yang lainnya untuk meminimalisasi gaya

tolakan. Setiap grup electron valensi menolak grup yang lainnya untuk memaksimalkan sudut yang

terbentuk diantara keduanya.

Susunan Elektron Grup dan Bentuk Molekul

Rumus Bangun = AXmEn

Dimana :

A : atom pusat

X : atom yang mengelilingi atom pusat

E : Pasangan Elektron Bebas (PEB)

Jumlah grup elektron = m + n

Sudut ikatan adalah sudut yang terbentuk oleh dua inti atom yang mengelilingi atom pusat dengan inti

atom yang mengelilingi atom pusat. Berikut sudut ikatan ideal dari bentuk molekul.

Bentuk Molekul dengan Dua Grup Elektron (Bentuk Linear)

Rumus bangunnya adalah AX2, berarti ada dua pasang elektron ikatan, dan tidak ada pasangan

elektron bebas. Sudut ikatannya yaitu 180o. Contoh molekul BeCl2. Atom Be mempunyai 2 elektron

valensi dan Cl mempunyai 7 elektron valensi, sehingga struktur lewisnya :

Pada CO2 , atom C mempunyai 4 elektron valensi dan O mempunyai 6 elektron valensi, sehingga

struktur lewisnya

Bentuk Molekul denagn Tiga Grup Elektron (Bentuk Trigonal Planar)

Rumus bangun : AX3

Sudut Ikatan : 120o , jika dalam satu lingkaran penuh ada 360

0, maka jika dibagi tiga hasilnya

adalah 120o

Dari kerangka dasar trigonal planar, ada dua kemungkinan bentuk molekul :

Trigonal Planar (AX3), ada 3 PEI(pasangan elektron ikatan) dan 0 PEB(pasangan elektron bebas).

Contoh boron trifluorida, BF3. Atom B memiliki 3elektron valensi dan F memilki 7 elektronvalensi.

Contoh lain, ion nitrat NO3-.

Efek Ikatan Ganda. Sudut ikatan menyimpang dari sudut ideal karena ikatan ganda, dengan densitas

elektron yang lebih besar, menolak dua ikatan tunggal lebih kuat daripada menolak satu sama lain.

Efek Ikatan Tunggal. Ikatan tunggal menolak ikatan ganda dengan lebih kuat daripada ikatan ganda

menolak satusama lain.Bentuk V. Contoh. PbCl2.Pb memiliki 4 elektron valensi, dan Cl mempunyai 7

elektron valensi. Jika digambar struktur lewisnya, ada 2 pasang electron ikatan antara Pb dan Cl, dan

ada 1 pasang electron bebas. Sehingga bentuk dasarnya adalah trigonal planar. Karena ada 1 pasang

electron bebas, maka bentuknya adalah V. (lihat gambar : dari 3 garis, salah satu garis tersebut

merupakan electron bebas).

Bentuk Molekul dengan Empat Grup Elektron (Bentuk Tetrahedral)

Dari kerangka dasar empat grup electron, ada beberapa bentuk molekul yang dapat dibuat.

Tetrahedral (AX4). Untuk mengetahui bentuk ini, kita bayangkan bentuk tetrahedral seperti kerangka

limas segitiga bagian yang tegak ditambah satu batang berada di atasnya. Contoh CCl2F2. Atom pusat

adalah C yang mempunyai 4 EV, Cl dan F mempunyai 7 EV. Sehingga struktur lewisnya,

Dari gambar terlihat ada 4 grup electron, yaitu 4 pasang elektron ikatan (PEI) dan 0 pasangan electron

bebas(PEB).

Trigonal pyramid (AX3E). Contoh NH3. Atom pusat N (5EV), H(1 EV).

Dari gambar di atas, ada 4 grup electron ( 3 PEI dan 1 PEB). Ini berarti memiliki kerangka dasar

tetrahedral. Karena ada satu PEB, maka batang yang di atas tersebut dihilangkan, sehingga terbentuklah

trigonal pyramid. Sudut ikatannya adalah 107.3o. jika electron bebas dalam N bereaksi dengan H

+

menghasilkan ion NH4+ dan bentuk molekulnya adalah tetrahedral dengan sudut ikatan 109.5

o.

Bentuk V (AX2E2). Contoh H2O. atom pusat O (6 EV), dan atom H (1 EV). Jika digambar struktur

lewisnya, ada 4 grup electron (1 PEI dan 2 PEB). Karena ada 2 PEB, maka kita lepas batang yang

disebelah atas dan sebelah samping, sehingga terbentuk huruf V.

Bentuk Molekul dengan Lima Grup Elektron (Bentuk Trigonal Bipyramida)

Dari kerangka dasar lima grup electron, ada lima bentuk molekul yang dapat dibuat. Trigonal

Bipyramida (AX5). Untuk mengetahui bentuk ini, kita bayangkan ada lima batang, dua batang kea rah

vertical (grup axial) dan tiga batang kea rah horizontal (grup equatorial). Sudut antara satu axial dengan

satu equatorial adalah 90o, dan sudut antar equatorial adalah 120

o. Contoh.PCl5 ,atom pusat P (5 EV),

atom Cl (7 EV).

Dari gambar terdapat lima grup electron (5 PEI dan 0 PEB).

Bentuk Jungkat-Jungkit (AX4E). Contoh SF4. Atom pusat S (6 EV), atom F (7 EV).

Dari gambar, ada lima grup electron (4 PEI dan 1 PEB). Karena ada 1 PEB, maka dari kerangka

trigonal bipyramid kita hilangkan 1 batang equatorial, sehingga akan tampak seperti sebuah jungkat –

jungkit. Bentuk T (AX3E2). Contoh Bromin Trifluorida (BrF3). Atom pusat Br (7 EV), dan atom F (7

EV).

Dari gambar, ada lima grup electron (3 PEI dan 2 PEB). Dari kerangka dasar trigonal bipyramida, kita

hilangkan 2 batang equatorial, karena ada 2 PEB. Sehingga akan menghasilkan bentuk seperti huruf T.

Linear (AX2E3). Contoh XeF2. Atom pusat Xe (8 EV), dan atom F(7 EV) . Jika digambarkan struktur

lewisnya, maka akan terbentuk lima grup electron (2 PEI dan 3 PEB), sehingga dari kerangka dasar

trigonal bipyramida, kita hilangkan 3 batang equatorial, dan masih tersisa batang axial, sehingga

bentuknya adalah linear.

Bentuk Molekul dengan Enam Grup Elektron (Bentuk Oktahedral)

Dari kerangka dasar enam grup electron, ada tiga bentuk molekul yang dapat dibuat.

Octahedral (AX6). Untuk mengetahui bentuk ini kita bayangkan ada enam batang, empat batang di

tengah ke arah horizontal(membetuk segi empat), dan dua batang ke arah vertical. Contoh sulfur

heksafluorida (SF6). Atom pusat S (6 EV), atom F (7 EV).

Dari struktur lewis di atas, ada enam grup electron (6 PEI dan 0 PEB).sehingga bentuk molekulnya

adalah octahedral. Pyramida Segiempat (AX5E). Contoh Iodin pentafluorida,IF5. Atom pusat I (7

EV), atom F (7 EV).

Dari struktur lewis di atas, ada enam grup electron (5 PEI dan 1 PEB). Dari kerangka dasar octahedral,

kita hilangkan satu batang yang ke bawah, sehingga terbentuk bentuk molekul piramida segiempat.

Segiempat Planar (AX4E2). Contoh Xenon tetrafluorida (XeF4). Atom pusat Xe (8 EV), atom F (7

EV).

Dari struktur lewis di atas ada enam grup electron (4 PEI dan 2 PEB). Dari kerangka dasar octahedral,

kita hilangkan 2 batang vertical, sehingga terbentuk bentuk molekul segiempat planar.

Ringkasan

Menggunakan VSEPR Teori untuk Meramalkan Bentuk Molekul

Step 1. Tulis struktur Lewis

Step 2. Hitung semua grup elektron (elektron ikatan da elektron bebas)

Step 3. Prediksi sudut ikatan ideal dari susunan grup elektron dan arah deviasi yang disebabkan oleh

elektron bebas atau ikatan ganda.

Step 4. Gambar dan namai bentuk molekul dengan menghitung grup yang berikatan dan yang tidak

berikatan sec ara terpisah.

Soal . Gambarlah bentuk molekul dan prediksi sudut ikatan dari : a. PF3 dan b. COCl2 c.SbF5 d.BrF5

Jawab. A. PF3

Step 1.Tulis struktur lewis. Atom pusat P (5 EV) dan atom F(7 EV)

Step 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada 4 grup electron (3 PEI dan 1 PEB), sehingga

kerangka dasarnya adalah bentuk tetrahedral.

Step 3. Prediksi sudut ikatan. Untuk tetrahedral, sudut idealnya adalah 109.5o, karena ada pasangan

electron bebas, maka sudut relatifnya kurang dari 109.5o.

Step 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Bentuk molekulnya adalah trigonal pyramida

(AX2E).

b. COCl2

Step 1. Tulis struktur lewisnya. Atom pusat C (4 EV), atom O(6 EV) dan atom Cl (7 EV).

Step 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada 3 grup electron (3 PEI dan 0 PEB), dengan satu

diantaranya merupakan ikatan ganda. Sehingga kerangka dasarnya adalah bentuk trigonal planar.

Step 3. Prediksi sudut ikatan. Sudut idealnya adalah 120o, karena ada ikatan ganda maka sudutnya

kurang dari 120o.

Step 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Bentuk molekulnya adalah trigonal planar (AX3).

c. SbF5

Step 1.Tulis struktur lewis. Atom pusat Sb(5 EV), atom F(7 EV)

Step 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada 5 grup electron (5 PEI dan 0 PEB), sehingga

kerangka dasarnya adalah bentuk trigonal bipyramida.

Step 3. Prediksi sudut ikatan. Sudut antara kerangka axial dan equatorial adalah 90o dan sudut antar

equatorial adalah 120o.

Step 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Rumus molekul tersebut adalah AX5, bentuk

trigonal bipyramida.

d. BrF5

Step 1.Tulis struktur lewis. Atom pusat Br(7 EV), atom F(7 EV).

Step 2. Tentukan susunan/jumlah grup electron. Ada enam grup electron (5 PEI dan 1 PEB), sehingga

kerangla dasarnya adalah octahedral.

Step 3. Prediksi sudut ikatan. Adanya electron bebas, maka sudut ikatan kurang dari 90o.

Step 4. Gambar dan namai bentuk molekul tersebut. Bentuk molekulnya adalah piramida segiempat

(AX5E).

Bentuk Molekul dengan Atom Pusat Lebih Dari Satu Atom

Contoh. Tentukan bentuk molekul dari aseton (CH3)2CO

Step 1. Tulis struktur lewis.

Step 2. Tentukan jumlah grup electron. Setiap CH3 memiliki 4 grup electron (octahedral), atom C ke

tiga memiliki tiga grup electron (trigonal planar).

Step 3. Sudut ikatan. Dalam bentuk octahedral sudut ikatan 109.5o, sudut ikatan ganda CO kurang dari

120o.

Step 4. Bentuk yang mengelilingi atom pusat. CH3 yang mengelilingi dua atom C memiliki bentuk

tetrahedral (AX4), bentuk yang mengelilingi atom C tengah adalah trigonal planar (AX3).