KI1101 KIMIA DASAR 1A. Konsep Ikatan Kimia I NYOMAN MARSIH

Konsep

Ikatan Kimia

KI1101 KIMIA DASAR 1A

I N Y O M A N M A R S I H

Mengapa atom membentuk molekul?

• Kestabilan gas mulia berkaitan dengan konfigurasi elektronnya.

• Atom yang lain berusaha menjadi ‘mulia’ dengan melepas elektron, menerima elektron, atau menggunakan elektron bersama.

melepas atau

menerima elektron

kation dan

anion ikatan

ionik

Menggunakan beberapa

elektron bersama

ikatan kovalen

Pengantar

• Molekul terdiri dari beberapa atom yang saling berikatan

• Struktur molekul: bagaimana atom-atom menata dirinya dalam suatu molekul

• Ikatan ion terbentuk antara dua atom yang perbedaan keelektronegatifannya cukup besar.

• Ikatan kovalen terbentuk antara dua atom yang perbedaan kelektronegatifannya tidak cukup besar.

Tren Kelektronegatifan

• Atom yang lebih

elektronegatif, lebih kuat menarik elektron,

cenderung membentuk anion.

• Unsur-unsur di sebelah kiri, yang keelektronegatifan- nya lebih kecil, lebih mudah membentuk kation.

• LiF adalah senyawa ion, sedangkan NO₂senyawa kovalen.

Ikatan ion

• Ikatan antara atom blok-s dengan atom blok-p.

• kelektronegatifan (χ) keduanya jauh berbeda, ^{∆χ > 3}

• Konfigurasi elektron ion

• Tersusun atas kation dan anion yang terikat oleh gaya elektrostatik.

• Menghasilkan senyawa dengan titik leleh tinggi tetapi getas.

Siklus Born-Haber

• Menunjukkan tahap-tahap pembentukan senyawa ion.

• Digunakan untuk menghitung energi kisi (U).

• Energi kisi adalah kalor reaksi pembentukan satu mol padatan ionik dari ion-ionnya dalam keadaan gas.

Ikatan Kovalen

Contoh: Pembentukan molekul F₂

• Atom fluor memiliki 7 elektron valensi – 1s²2s²2p⁵

• Agar lebih stabil, F ingin memiliki 8 elektron valensi

• Jika dua atom fluor saling mendekat, satu elektron dari masing-masing atom F dapat digunakan secara

bersama.

• Bagaimana hal ini terjadi?

Struktur Titik Lewis

• Cara menggambarkan elektron valensi di dalam suatu molekul

• Terdiri dari lambang unsur dan titik. Setiap titik mewakili satu elektron valensi

• Lambang unsur menyatakan inti atom

• Pada umumnya ada dua elektron di setiap sisi, ada 4 sisi.

• Jika semua sisi penuh, ada 8 elektron sekitar satu atom.

Keadaan ini disebut oktet.

• Atom yang ditengah (atom pusat) mengikat lebih dari satu atom, atom di luar (ujung) mengikat hanya satu atom.

• Atom H selalu berada di ujung.

• Atom pusat biasanya adalah atom yang kurang elektronegatif.

Ketentuan dalam penulisan struktur Lewis

• Hanya elektron valensi yang digambarkan

• Sepasang elektron ikatan dinyatakan dengan ¾

• Sepasang titik menyatakan pasangan elektron yang tidak digunakan untuk berikatan, disebut juga

pasangan elektron bebas.

Tahap-tahap penulisan struktur Lewis

± Tuliskan kerangka molekul; letakan atom dengan keelektronegatifan paling rendah sebagai atom pusat.

H dan F biasanya menempati posisi ujung.

± Hitung jumlah seluruh elektron valensi. Tambahkan atau kurangi dengan muatan.

± Letakan sepasang elektron di antara atom pusat dan atom ujung. Lengkapi oktet dari atom ujung.

± Jika atom pusat belum oktet, gunakan pasangan elektron bebas pada atom ujung untuk membentuk ikatan rangkap.

PCl ₃

Pasangan elektron ikatan

Pasangan elektron bebas

P Cl Cl

Cl

kerangka molekul PCl₃

Jumlah elektron valensi = 5 +(3x7)=26 e^-.

Contoh Soal

Tuliskan struktur Lewis;

anion BF

₄^-

.

diethylamine, (CH

₃

CH

₂

)

₂

NH.

formaldehid, H

₂

CO

akrilonitril, H

₂

CCHCN

• Molekul dengan jumlah elektron ganjil

• Oktet yang tidak lengkap

• Oktet yang diperluas.

Pengecualian dari Aturan Oktet

••

••

•••

N = O

B F

F F

••••

••

•• ••••

••

•• ••

P Cl

Cl

••

Cl••

••••

••

••^•• _•• •• ••

Cl••

•• •• ••

••Cl

S F

F

••

F••

••••

••

•• ^•• _•• •• ••

F••

•••• ••

••F

F^••

••••

Contoh Soal

Klor trifluorida, ClF₃adalah senyawa yang digunakan untuk mendapatkan kembali uranium dari bahan bakar nuklir. Pada suhu tinggi ClF₃bereaksi dengan uranium menghasilkan uranium hexafluorida;

2ClF₃(g) + U (s) à UF₆(g) + Cl₂(g) Tuliskan struktur Lewis ClF₃

••F

••

•• ••

Cl ••

F F

••

••^•• _••

•• ••

Muatan Formal

mf(O) = 6 - 4 – (4) = 0 2

1

mf(N) = 5 - 0 – (8) = +1 2

1

•• ••

•• ••

O=N=O ⁺

Muatan formal (mf) = (jumlah elektron dari suatu atom)- jumlah elektron yang dimiliki oleh atom tersebut di dalam struktur Lewis.

Contoh: CO, ion NO

₂⁺

dan CO

₃^2-

C O

O O-

-

•• ••

••

•• •• ••

•• ••

Muatan Formal

Jika atom pusat dari unsur periode ke-3 atau yang lebih besar memiliki m.f positif, pindahkan pasangan elektron bebas dari atom ujung menjadi ikatan rangkap untuk

mengurangi muatan positif tersebut, walaupun akibatnya ada lebih dari 8 elektron pada atom pusat.

Contoh: struktur Lewis ion SO₄^2-

Struktur Resonansi

• Beberapa molekul memiliki lebih dari satu struktur Lewis.

Beberapa struktur Lewis ini disebut struktur resonansi.

• Contoh: NO₃^-

Walaupun ketiga struktur di atas adalah struktur Lewis yang benar, tetapi tidak ada yang menggambarkan ikatan pada NO₃^- yang sebenarnya.

Faktanya, NO₃^- tidak memiliki 1 ikatan N=O dan 2 ikatan N-O, ketiga ikatannya identik.

Jadi, NO₃^- tidak digambarkan oleh salah satu dari struktur di atas, tetapi oleh superposisi dari ketiganya.

Resonance

Just as green is a synthesis of blue and yellow, ozone is a synthesis of these two resonance structures.

It is not jumping between the two.

Struktur Resonansi

• Perhatikan struktur resonansi N₂O berikut;

• Data:

N - N 167 pm N = O 115 pm N = N 120 pm N – O 147 pm N ≡ N 110 pm

• Fakta: Panjang ikatan N₂O: N-N 112 pm dan N-O 119 pm.

Tidak ada struktur resonansi yang sesuai dengan data ini, tetapi (a) dan (b) lebih mendekati.

N ≡ N - O

: : :

N = N = O

: : :

: : : ^{N − N ≡ O} : : :

(a) (b) (c)

Struktur resonansi yang lebih stabil

• Jika suatu molekul memiliki beberapa struktur Lewis atau struktur resonansi, struktur Lewis yang paling stabil adalah struktur yang

(i) muatan formalnya paling kecil dan

(ii) muatan formal negative berada di atom yang lebih elektronegatif dan muatan formal positif berada di atom yang kurang elektronegatif.

• Struktur Lewis asam sulfat sebelah kiri lebih stabil dan lebih menggambarkan ikatan asam sulfat yang

sebenarnya, karena tanpa muatan formal, walapun tidak memenuhi aturan octet.

• Untuk asam nitrat, struktur (II) lebih stabil dan lebih disukai karena memiliki muatan formal lebih kecil.

390 Chapter 9|The Basics of Chemical Bonding

and for the oxygens not bonded to hydrogen,

formal charge 6 (1 6) 1

O O

H 9 O 9 S 9 O 9 H (Structure I)

6 − (2 bonds + 4 unshared) = 0 6 − (1 bond + 6 unshared) = −1

Nonzero formal charges are indicated in a Lewis structure by placing them in circles alongside the atoms, as follows:

O O

H9O9S9O9H

−

− 2+

Notice that the sum of the formal charges in the molecule adds up to zero. After you’ve assigned formal charges, it is important to always check that the sum of the formal charges in the Lewis structure adds up to the charge on the particle.

Now let’s look at the formal charges in Structure II. For sulfur we have formal charge on S 6 (6 0) 0

so the sulfur has no formal charge. The hydrogens and the oxygens that are also bonded to H are the same in this structure as before, so they have no formal charges. And finally, the oxygens that are not bonded to hydrogen have

formal charge 6 (2 4) 0 These oxygens also have no formal charges.

Now let’s compare the two structures side by side.

O O

H 9 O 9 S 9 O 9 H

O O

H 9 O 9 S 9 O 9 H

−

−

' 2+

'

Imagine changing the one with the double bonds (no formal charges on any atoms) to the one with the single bonds (having two negative and two positive charges). In doing so, we’ve create two pairs of positive–negative charge from something electrically neutral.

Because the process involves separating negative charges from positive charges, it would produce an increase in the potential energy. Our conclusion, therefore, is that the singly bonded structure on the right has a higher potential energy than the one with the double bonds. In general, the lower the potential energy of a molecule, the more stable it is.

Therefore, the lower energy structure with the double bonds is, in principle, the more stable structure, so it is preferred over the one with only single bonds. This now gives us a rule that we can use in selecting the best Lewis structures for a molecule or ion:

When several Lewis structures are possible, the one with formal charges closest to zero is the most stable and is preferred.

Selecting the best Lewis structure

jespe_c09_357-407hr.indd 390 11/11/10 2:36 PM

9.8|Lewis Structures 391

A student drew the following three Lewis structures for the nitric acid molecule:

O O H 9 O " N

O

(III) (II)

(I)

O H 9 O 9 N

O O H 9 O 9 N

Which one is preferred?

Analysis: When we have to select among several Lewis structures to find the best one, we first have to assign formal charges to each of the atoms. As a rule, the structure with the formal charges closest to zero will be the best structure. We have to be careful, however, that we don’t select a structure in which an atom is assigned more electrons than its valence shell can actually hold. Such a structure must be eliminated from consideration.

Assembling the Tools: To assign the formal charges, the tool we use is Equation 9.3 on page 389.

Solution: Except for hydrogen, all of the atoms in the molecule are from Period 2, and therefore can have a maximum of eight electrons in their valence shells. (Period 2 elements never exceed an octet because their valence shells have only s and p subshells and can accommodate a maximum of eight electrons.) Scanning the structures, we see that I and II show octets around both N and O. However, the nitrogen in Structure III has 5 bonds to it, which require 10 electrons. Therefore, this structure is not acceptable and can be eliminated immediately. Our choice is then between Structures I and II. Let’s calculate formal charges on the atoms in each of them.

Structure I:

O O H 9 O " N

6 − (1 + 6) = −1

6 − (3 + 2) = +1 6 − (1 + 6) = 1

5 − (4 + 0) = +1

Structure II:

O O H 9 O ! N

6 − (2 + 4) = 0

6 − (1 + 6) = −1

5 − (4 + 0) = +1

Next, we place the formal charges on the atoms in the structures.

−

− +

+ O ₋

+

O H 9 O " N

O

(II) (I)

O H 9 O 9 N

In Structure III, the formal charges are zero on each of the atoms, but this cannot be the

“preferred structure” because the nitrogen atom has too many electrons in its valence shell.

Example 9.9 Selecting Lewis Structures Based on Formal Charges

jespe_c09_357-407hr.indd 391 11/11/10 2:36 PM

Tips untuk Struktur titik Lewis

1. Karbon membentuk 4 ikatan tunggal.

2. Hidrogen biasanya membentuk satu ikatan.

3. Ikatan rangkap biasanya terbentuk antara C, N, O dan S.

4. Unsur non-logam dapat membentuk ikatan rangkap-dua atau tiga, tetapi tidak rangkap-4.

5. Selalu memulai dengan membentuk ikatan tunggal, jika oktet tidak tercapai cobalah ikatan rangkap.

6. Pikirkan kemungkinan struktur resonansi.

Soal latihan

1. Gambarkan semua struktur resonansi SO₂Cl₂. 2. Gambarkan semua struktur resonansi PO₄^3-.

3. Gambarkan semua struktur resonansi N,N-dimetilformamid, HCON(CH₃)₂.