MODUL 11
PEMBENTUKAN IKATAN KOVALEN DAN
STRUKTUR MOLEKUL
Oleh : Ir. Nanang Ruhyat, MT.
Secara umum ikatan kimia dapat dibagi menjadi dua kategori utama yaitu ikatan ion dan ikatan kovalen. Ikatan ion muncul sebagai daya tarik menarik murni antara partikel bermuatan berlawanan clan oleh sebab itu nondireksional. Artinya pembentukan ion dalam kluster ditentukan dengan mudah oleh keseimbangan yang terjadi antara daya tarik dan daya tolak antar ion, tidak disebabkan oleh struktur elektroniknya. Ikatan kovalen sebaliknya, mempunyai sifat direksional yang sangat kuat. Zat-zat ikatan kovalen, misalnya molekul atau poliatom, mempunyai bentuk tertentu yang biasanya tetap bentuknya bila zat tersebut mengalami perubahan fisika seperti mencair atau menguap.
Bentuk molekul, yang berarti cara atom tersusun di dalam ruang, mempengaruhi banyak sifat-sifat fisika dan kimia molekul tersebut. Misalnya kita telah mempelajari bahwa bentuk molekul dapat ditentukan tanpa memperhatikan apakah molekul tersebut polar atau tidak-fenomena ini yang akan kita pelajari lebih jauh dalam Bab ini. Akhimya saudara akan mengetahui bahwa polaritas molekul mempunyai pengaruh yang kuat pada sifat fisika seperti titik leleh dan titik didih. Bentuk molekul dapat juga mempengaruhi sifat kimia.
Dalam sistim biologi seperti badan kita, reaksi kimialah yang mempertahankan hidup kita (dan bahkan memberikan kita kesempatan mempelajari ilmu kimia) karena rangkaian molekul-molekul yang sangat tepat dan sesuai. Bila rangkaiannya putus, yang pada- umtimnya dapat bila ada terjadi keracunan, organisms tersebut akan coati. Jadi, pengertian tentang geometri molekul dan faktor-faktor yang mempengaruhinya merupakan hal yang sangat penting untuk pengertian kita mengenai ilmu kimia.
Sejauh ini, gambaran sederhana dari ikatan kovalen adalah sepasang titik yang terbagi antara dua atom, tidak memberikan kepada kita pengertian mengenai struktur molekul. Dalam Bab ini kita akan melihat, struktur Lewis dapat digunakan untuk mengira (predik) bentuk molekul dengan ketepatan yang lebih tinggi. Kemudian kita akan mengamati bagaimana teori modern yang berdasarkan mekanika kuantum berusaha untuk menjawab pertanyaan "mengapa" dan "bagaimana"-mengapa molekul mempunyai bentuk seperti itu, dan bagaimana atom mampu Baling membagi elektronnya. Seperti dapat saudara lihat, kita akan mengamati beberapa cara pendekatan yang berbeda untuk mengerti mengenai struktur molekul dan perlu diingat bahwa tidak satupun dari teori mengenai ikatan ini yang sempuma. Meskipun demikian, kita perlu memperhatikan salah satu dari teori ini. Setiap teori mempunyai kegunaan untuk suatu tujuan tertentu, dan bentuk struktur yang dipilih oleh ahli kimia pada suatu keadaan tertentu tergantung dari aspck ikatan clan struktur yang akan diselidiki.
BENTUK MOLEKUL
Meskipun jumlah molekul sangat banyak, tetapi jumlah cara atom menata dirinya membentuk molekul terbatas. Oleh sebab itu pengertian dan melukiskan bentuk molekul tidak begitu rumit seperti yang dibayangkan.
Kebanyakan molekul mempunyai bentuk yang didasarkan kepada lima bentuk geometri yang berbeda. Tujuan kita pada Seksi ini adalah agar saudara terbiasa membayangkan struktur molekul dalam tiga di mensi. Saudara harus mempelajari bagaimana bentuk molekul diten tukan oleh bermacam-macam sudut yang dibentuk oleh ikatan dan meskipun saudara pada permulaan menemui kesulitan, saudara harus berL4aha menggambar bentuk struktur tersebut. (Untuk struktur-struktur yang rumit, beberapa petunjuk diberikan). Berlatihlah, sampai saudara mampu menggambar bentuk struktur, sehingga gambar tersebut dapat memberi informasi tiga dimensi kepada saudara. Jika saudara mengerjakannya, maka saudara dapat lebih mullah dan lebih menarik untuk mempelajari struktur molekul. Marilah kita perhatikan sekarang lima struktur dasar, dimulai dari yang paling sederhana
Molekul linier (garis lurus)
Penataan atom dalam bentuk linier, bila semua atom berada dalam bentuk garis lurus. Sudut yang terbentuk di antara dua atom yang terikat yang menuju ke atom sentral, disebut sudut ikatan yang besarnya 180°
Molekul triangular (sudut segitiga) yang rata (dalam satu bidang)
Empat atom yang disusun membentuk segitiga (triangular) pads bidang rata, keempat atomnya terletak pads bidang yang sama. Atom sentral dikelilingi oleh tiga atom yang membentuk segitiga. Semua sudut ikatan besarnya 120°
Molekul triangular
(dengan bentuk lain yang memperlihatkan semua sudut segitiga) yang rata atom berada pads satu bidang
Molekul tetrahedron
Tetrahedron adalah piramid empat sisi yang mempunyai tiga sudut yang sama. Pada molekul tetrahedron, atom sentral terletak ditengah tetrahedron dan keempat atomnya terletak pads sudut-sudut. Semua sudut ikatan sama besarnya yaitu 109,5°
Tetrahedron Molekul tetrahedron
Molekul bipiramid yang trigonal
Bipiramid trigonal terdiri dari dua piramid trigonal (piramid dengan dasar triangular, yang sama dengan tetrahedron) yang pennukaannya dibagi bersama.
Piramid tetragonal
Molekul bipiramid trigonal mempunyai atom sentral yang dikelilingi oleh lima atom lainnya. Atom sentral terletak di tengah bidang triangular, dimana bidang ini merupakan bagian dari piramid atas dan piramid bawah. Kelima atom yang melekat pads atom pusat terletak pads lima sudut. Pada molelcul ini, tidak semua sudut ikatan sama. Di antara dua ikatan yang terletak di bidang segitiga pusat, besar sudut ikatan adalah 120°. Besar sudutnya hanya 90° antara ikatan dengan bidang segitiga pusat dengan ikatan yang membentuk bipiramid trigonal di atas clan di bawah bidang segitiga pusat.
Bila kita menggambar molekul bipiramid yang trigonal, biasanya dibw gambar segitiga dan kemudian melihat segitiga tersebut dari kedua sisi, dari atas dan bawah. Kemudian kita tank garis lurus ke atas dan kebawah bipiramid trigonal.
Molskul oktahedron
Suatu oktahedron adalah gambar geometri yang mempunyai delapan permukaan. Kita dapat membayangkan molekul tersebut terdiri dari dua piramid yang dasarnya bidang empat persegi yang dibagi bemama. Perhatikan bahwa gambar ini mempunyai enam sudut meskipun ada delapan permukaan.
Oktahedron
Pads molekul oktahedron, atom p*u&u dikelilingi oleh enam atom hdn nya. Atom puss terletak di tengah segiempat yang melalui titik tengah oktahedm. Keenam atom terikat ke atas pusat dengan enam sudut &Ww*on. Sudut setup pasangan atom yang berdekatan besarnya sama yaitu 90°
Untuk memudahkan menggambar oktahedron, biasanya -digambar bidang segiempat, dari titik tengah segiempat digambar garis lures ke atas dan ke bawah oktahedron.
Sebelum membicarakan Seksi selanjutnya, saudara hares berlatih menggambar kelima struktur ini. Bila saudara telah memahaminya, maka lebih memudahkan saudara untuk memahami Seksi-seksi selanjutnya dalam Bab ini.
TEORI PERPUTARAN BERPASANGAN ELEKTRON KULIT VALENSI
Salah satu tujuan utama teori ikatan kimia adalah untuk menerangkan dan (kite harap) memperkirakan struktur molekul. Teori yang memperlihatkan kemudahan dalam konsepnya dan memberikan hasil yang memuaskan dalam kemampuannya memperkirakan bentuk geometri molekul yang tepat disebut teori perputaran berpasangan elektron Wit valensi (valence shell electron pair repulsion theory-VSEPR theory). Teori ini tidak menggunakan same sekali orbital atom. Kite lihat sebagai penggantinya adalah bile struktur titik elektron dapat digambar untuk suatu molekul, maka bentuk umum molekul tersebut dapat diperkirakan.
Bila kits ingin mengetahui bentuk suatu molekul, kite cari caranya untuk menentukan bagaimana atom atau sekelompok atom (biasanya untuk ini digunakan istilah ligan) tersusun mengelilingi atom pusat. Sebagai contoh, dalam molekul S02, bagaimana atom oksigen (ligan) diatur mengelilingi atom beleran~? Apakah ketiga atom tersebut pads satu garis lurus (disebut molekul Tinier) atau terikat membentuk sudut kurang dari 180°?. Untuk menjawab pertanyaan ini, teori VSEPR menunjukkan bahwa pengaturan geometri ligan sekeliling atom pusat ditentukan hanya oleh perputaran pasangan elektron dikulit valensi atom pusat. Menurut teori tersebut pasangan elektron dianggap dalam posisi dimana perputaran di antara elektron An minimum dan ligan mengikuti perputaran tersebut. Untuk mengetahui bagaimana car
janya, marilah kita mulai dengan memperhatikan molekul BeC12 yang sederhana. Struktur -titik elektronnya seperti ini
CI~Be:CI
Molekul khusus ini, memenuhi rumus oktet, jadi hanya ada dua pasang elektron dikulit valensi Be. Menurut teori VSEPR, pasangan elektron ini akan mengatur sendiri letaknya sejauh mungkin, sehingga perputaran antar elektron tersebut minimum. Bila ada dua pasang elektron pada kulit valensi, perputaran minimum ini terjadi bila elektron terletak ada bagian yang berlawanan dm. inti, yang dapat kita gambarkan sebagai berikut
Dalam molekul BeCl, ligan (dalam hal ini atom klor) melekat pada Be, dengan membagi sama pasangan elektron tersebut. Ini berarti klor harus ditempatkan dimana pasangan elektron tersebut berada. Dengan demikian struktur molekul adalah linear
Dalam kenyataannya, bentuk molekul BeC12 adalah gas.
Kita dapat jugs mempelajari hal ini lebih lanjut dengan mempelajari ikatan rangkap dua dan rangkap tiga. Misalnya molekul CO2 mempunyai struktur titik sebagai berikut
dimana terlihat ada ikatan rangkap antara atom C dan O. Kedua pasang elektron pada ikatan rangkap harus berada pada daerah yang sama di kulit valensi atom, bila tidak, ikatan itu bukan ikatan rangkap. Oleh, sebab itu, dilihat dari akibat penentuan menurut geometri molekul, kelompok empat elektron pada ikatan rangkap mempunyai sifat yang hampir sama dengan kelompok dua elektron pada ikatan. tunggal. Oleh sebab itu pada kulit valensi karbon, kita mempunyai dua kelompok ’empat elektron dan kelompok ini terletak pada tempat yang berlawanan dari inti karbon, jadi perputaran di antara elektronnya minimum
seperti sebelumnya, ligan (dalam hal ini oksigen) melekat pada atom pusat dengan bantuan pasangan elektron ini dan kita peroleh lagi struktur yang tinier
Bila, ada lebih dari dua pasang (kelompok pasangan) elektron dikulit valensi, kita menjumpai pengaturan geometri yang berbeda seperti yang terlihat pada Gambar 9.1. Pasangan elektron pada kulit valensi pada bentuk ini menghasilkan perputaran minimum. Marilah kita perhatikan bagaimana kita dapat menggunakan susunan pasangan elektron ini untuk memperkirakan struktur molekul.
Tiga kelompok elektron pada Wit valensi
Dalam Bab 8 kita lihat bahwa molekul BC13 mempunyai struktur titik sebagai berikut
Jadi ada tiga pasang elektron mengelilingi boron. Menurut Gambar 9.1 diharapkan ada tiga atom klor yang dapat disusun sekeliling atom boron di sudut segitiga sama sisi. Menurut Hasil percobaan, struktur inilah yang dijumpai untuk BC13, yang disebut molekul segitiga datar (planar triangular molecule).
Sekarang, kita perhatikan molekul S02- Strutur titik untuk salah satu dari dua struktur resonansinya adalah
Di sekeliling atom belerang ada tiga kelompok elektron, dua kelompok masing-masing dengan satu pasang elektron dan satu kelompok dengan dua pasang elektron (ikatan rangkap). Untuk memperoleh perputaran
REFERENSI :
- Chemistry, Reactions, Structure, and Properties., Clyde R.Dilliard & David E.Goldberg
- Kimia Universitas, Asas & Struktur,. James E. Brady
