IKATAN KIMIA DAN GEOMETRI MOLEKUL
Sebagian besar unsur di alam tidak pernah dijumpai dalam atom bebas (kecuali gas mulia), namun dalam bentuk berikatan dengan atom yang sejenis maupun atom-atom yang lain. Tujuan utama pembentukan ikatan adalah untuk meningkatkan kestabilan atom tersebut dalam molekul atau senyawa. Kestabilan tersebut tercapai umumnya jika konfigurasi elektronnya menyerupai gas mulia
I. Jenis Ikatan Kimia a. Ikatan kovalen
Ikatan kovalen terbentuk dari penggunaan elektron bersama antara dua atom yang berikatan. Umumnya ikatan kovalen terjadi jika perbedaan keelektronegatifan antar atom yang berikatan tidak terlalu besar (kurang dari 1,2 ), yaitu antara nonlogam dengan nonlogam.
Sifat senyawa kovalen : Umumnya tia
Berdasarkan asal pasangan elektronnya, ikatan kovalen dapat dibedakan menjadi dua : Ikatan kovalen murni
Jika pasangan elektron berasal dari kedua atom yang berikatan (masing-masing menyumbang 1 e). Misal Cl2, H2O, da O2
Ikatan kovalen koordinasi/datif
Jika pasangan elektron berasal dari salah satu atom saja (salah satu atom menyumbang 2 e, atom yang lain hanya menerima saja). Ikatan koordinasi umumnya terjadi jika salah satu atom atau molekul telah octet dan masih memiliki pasangan elektron bebas sedangkan ada atom atau molekul lain yang belum octet atau duplet dan membutuhkan 2 e lagi. Misal [NH4]+ dan BF3NH3
Contoh :
Pembentukan ikatan kovalen antara H dengan O pada H2O.
2 H + O
H
O
H
H butuh 1 e O butuh 2 e H memiliki 2e (duplet) dan O udah oktet (8e)
Ikatan kovalen umumnya dinyatakan dalam bentuk notasi lewis yaitu menggunakan notasi dot-cross (titik-silang) untuk menyatakan elektron dan ikatan.
HOH dinyatakan
H
O
H
Notasi lewis juga dapat dinyatakan dengan lebih sederhana menggunakan garis yang melambangkan satu pasangan elektron
Pembentukan ikatan kovalen antara C dengan O pada CO2.
Karbon memiliki 4 e valensi sehingga membutuhkan empat elektron ([He]2s2 2p2) lagi agar memiliki konfigurasi elektron seperti Ne (gas mulia)
Oksigen memiliki 6 elektron valensi ([Ne]3s2 3p4) sehingga apabila membutuhkan dua elektron lagi maka jumlah elektron valensinya menjadi 8 yaitu sama dengan Ar (gas mulia).
x x x
x x x
:C: + 2 O
O : C: O atau O=C=O
C butuh 4 e O butuh 2 e C dan O sudah oktet (8e)
Pembentukan ikatan kovalen antara N dengan H pada NH4+.
Hidrogen memiliki 1 e valensi sehingga membutuhkan satu elektron lagi agar memiliki konfigurasi elektron seperti He (gas mulia)
Nitrogen memiliki 5 elektron valensi ([Ne]3s2 3p3) sehingga apabila membutuhkan tiga elektron lagi maka jumlah elektron valensinya menjadi 8 yaitu sama dengan Ar (gas mulia). Pada NH4+ terdapat muatan positif yang dapat diselesaikan dalam 2 cara :
Muatan positif diletakkan pada atom pusat (nitrogen)
Karena nitrogen bermuatan +1 maka jumlah elektron valensi nitrogen tinggal 4 elektron. Oleh karena itu, nitrogen membutuhkan 4 e agar memiliki konfigurasi octet.
+ H + H +
N
+ 4 H
H
N H
N butuh 4 e masing-masing H butuh 1 e N sudah oktet (8e) dan
H duplet
Muatan positif diletakkan pada salah satu atom hidrogen
Salah satu hidrogen bermutan +1 sehingga hidrogen tersebut tidak memiliki elektron valensi lagi dan membutuhkan 2 e agar duplet. Tiga hidrogen lainnya membutuhkan 1 e agar duplet
H
H +
N: + 3 H
H
N:
N butuh 4 e masing-masing H butuh 1 e N sudah oktet (8e) dan H duplet
NH3 membentu
+ + H H H | + | H H Hk ikatan kovalen koordinasi dengan H+
H
N: + H
H
N:H
atau H- N
H
sudah oktet membutuhkan 2 e
N sudah oktet (8e) dan H duplet
Ikatan kovalen dipengaruhi oleh : Kesesuaian ukuran masing-masing atom
Jika kedua atom yang berikatan memiliki ukuran yang hampir sama maka kekuatan ikatan kovalen akan semakin kuat
Jumlah ikatan (orde ikatan)
Ikatan kovalen rangkap tiga lebih kuat dibandingkan ikatan kovalen rangkap dua, dan seterusnya
b. Ikatan Ionik
Ikatan ionic terbentuk dari serah terima elektron sehingga terjadi interaksi elektrostatik antara ion bermuatan positif (disebut kation) dan ion bermuatan negatif (disebut anion) Ikatan ionic umumnya terbentuk oleh unsure yang sangat elektropositif (logam) dengan
Natrium memiliki 1 elektron valensi ([Ne]3s1) sehingga apabila satu elektron tersebut dilepas maka konfigurasi elektronnya akan sama dengan Ne (gas mulia).
Klor memiliki 7 elektron valensi ([Ne]3s2 3p5) sehingga apabila menerima satu elektron lagi maka jumlah elektron valensinya menjadi 8 yaitu sama dengan Ar (gas mulia).
+ +
-
-+ - +
-Na
Na + e (Na melepas 1 elektron menjadi Na )
Cl + e
Cl (Cl menerima 1 elektron menjadi Cl )
Na + Cl
NaCl (Na dan Cl berinte
raksi membentuk NaCl)
Pembentukan ikatan ionic antara K dengan O
kalium memiliki 1 elektron valensi ([Ar]4s1) sehingga apabila satu elektron tersebut dilepas maka konfigurasi elektronnya akan sama dengan Ar (gas mulia).
Oksigen memiliki 6 elektron valensi ([Ne]3s2 3p4) sehingga apabila menerima dua elektron lagi maka jumlah elektron valensinya menjadi 8 yaitu sama dengan Ar (gas mulia).
+ +
2-
2-+ 2- +
2-2
2 K
2K + 2e (K melepas 1 elektron menjadi K )
O + 2e
O (O menerima 2 elektron menjadi O )
2K + O
K O (K dan O berinteraks
i membentuk K O)
2Ciri senyawa ionic :
Memiliki titik lebur dan titik didih yang tinggi Keras, namun getas (rapuh)
Padatannya bersifat isolator listrik, namun lelehan dan larutannya bersifat konduktor
c. Ikatan Logam
Ikatan logam terbentuk dari penggunaan bersama seluruh elektron valensi oleh seluruh atom dalam logam. Elektron valensi tersebut membentuk awan elektron yang terus bergerak (terdelokalisasi) menyelubungi ion-ion atom logam sehingga logam memiliki sifat:
Penghantar listrik dan panas yang baik baik padatan maupun lelehannya Kuat dan keras serta dapat ditempa
Ikatan logam dipengaruhi oleh :
Jumlah elektron valensi (semakin banyak elektron valensi maka semakin kuat ikatan logam)
Ukuran atom (semakin kecil jari-jari atom semakin kuat ikatan logam)
Struktur logam (semakin kompak struktur logam maka semakin kuat ikatan logam) II. Muatan Formal dan Resonansi
Saat menentukan strukur lewis sering terdapat beberapa kemungkinan struktur. Misalnya N2O
N
O
N |N
N
O| N
N=O
(A) (B) (C)
Struktur yang benar dapat ditentukan dengan muatan formal (Formal Charge atau FC) .
Jumlah elektron ikatan
FC=Jumlah elektron valensi - Jumlah elektron bebas -
2
Atau
FC=Jumlah elektron valensi - Jumlah elektron bebas - Jumlah ikatan
Contoh :Struktur Atom Jumlah elektron FC
Valensi Bebas Ikatan1
A N kiri 5 4 4 -1 O 6 0 4 +1 N kanan 5 4 4 -1 B N kiri 5 2 6 0 N tengah 5 0 8 +1 O 6 6 2 -1 C N kiri 5 4 4 -1
Struktur lewis diterima jika muatan formal masing-masing atom = 0 atau muatan formal yang negative berada di atom yang lebih elektronegatif pada tiap dua atom yang berikatan.
Struktur A tidak diterima karena muatan formal kedua N = -1 dan O = +1 padahal O lebih elektronegatif dibandingkan N
Struktur B diterima karena muatan formal yang -1 berada di O yang lebih elektronegatif Struktur C diterima karena N kiri dan N kanan memiliki kelektronegatifan sama (keduanya sama-sama nitrogen) sehingga tidak penting mana di antaranya yang negatif.
Struktur B dan struktur C merupakan struktur yang saling resonansi
Struktur resonansi adalah Strukur yang memiliki perbedaan posisi elektron, namun posisi atomnya.
|N
N
O|
N
N=O
III. Geometri Molekul
Struktur lewis hanya menunjukkan bentuk molekul secara dua dimensi. Bentuk molekul sebanarnya (3D) dapat ditentukan dengan teori domain (pengembangan dari VSEPR).
Tahapan penentuan bentuk molekul sebagai berikut : Gambar struktur lewis molekul atau ion tersebut
Contoh : IF3
Tentukan jumlah domain elektron pada atom pusat
Satu ikatan tunggal, satu ikatan rangkap dua, satu ikatan rangkap tiga dan satu pasangan elektron bebas masing-masing dihitung satu domain
Dalam contoh IF3 di atas ada 5 domain ( 2 pasangan elektron bebas dan 3 ikatan tunggal)
Hubungan jumlah domain terhadap bentuk molekul sebagai berikut Jumlah
domain
Bentuk Geometri Asal
2 Linier CO2 sp O=O, O=C=O 3 Segiempat datar BCl3 sp2 4 Tetrahedral CH4 sp3 5 Bipiramida segitiga PCl5 sp3d 6 Oktahedral SF6 sp3d2
Berdasarkan tabel di atas bentuk dasar IF3 adalah bipiramida segitiga
Apabila ada pasangan elektron maka elektron bebas diletakkan di daerah lebih luas. Khusus untuk bipiramida segitiga elektron bebas diletakkan di daerah ekuatorial, bukan aksial
Latihan soal :
1. Tentukan struktur lewis dan muatan formal masing-masing atom dalam senyawa berikut : a. BF3 b. SO2 c. H2SO4 d. NH4Cl e. XeF4 f. ClF4 -g. ClF2+ h. HNO3 2. Manakah struktur SO42- berikut yang benar beserta alasannya
Petunjuk : gunakan muatan formal 3. Gambarkan struktur resonansi dari :
a. CO32- b. PO43- c. O3
Tentukan pola muatan formal masing-masing atom pada tiap struktur resonansinya
4. Gambarkan bentuk geometri masing-masing senyawa atau ion pada soal nomor 1, termasuk nama bentuk geometrinya
5. Jelaskan mengapa :
titik leleh logam golongan IA semakin kebawah semakin kecil Titik leleh logam golongan IA lebih rendah dibandingkan IIA
