Geometri Molekul
Sigit
Ridho Saputro
09/284199/PA/12837
Jurusan
Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas
Gadjah Mada
2011
A.
Tujuan Percobaan
Tujuan
dari percobaan ini antara lain:
1. Mempelajari
struktur Lewis untuk model senyawa molekular dan ion poliatomik
2. Menerapkan
teori VSEPR untuk memprediksikan bentuk tiga dimension molekul dan ion
poliatomik.
3. Memprediksikan
polaritas molekul.
B.
Landasan teori
Semua zat pada dasarnya terdiri dari
atom-atom. Atom-atom sejenis bergabung membentuk molekul unsur, sementara
atom-atom yang berbeda jenis bergabung membentuk molekul senyawa. Selain
molekul, banyak juga zat yang terdiri dari ion-ion. Semua itu akan berikatan
membentuk molekul yang lebih kompleks. Ikatan-ikatan tersebut akan mempengaruhi
bentuk dari suatu molekul.seperti teori ikat atom yang dijelaskan oleh Lewis.
Lewis
mengusulkan bahwa supaya stabil atom harus menerima, melepaskan, atau
menggunakan bersama-sama (share)
elektron valensi dengan atom lain sampai stiap elektron berpasangan. Dia juga
mengusulkan bahwa atom dalam senyawa mencapai kestabilan paling tinggi jika
jumlah elektron valensi sama dengan yang dimilki gas mulia. Dengan perkecualian helium, jumlah elektron 8 dan dikenal aturan oktet. Ikatan yang dibentuk oleh ionik
atau kovalen bergantung pada apakah elektron ditransfer atau digunakan untuk
bersama. Aturan oktet Lewis cukup efektif dalam menerangkan ikatan terutama
untuk ikatan antara unsur-unsur utama. Tetapi mengabaikan struktur 3-D untuk
molekul atau ion poliatomik.
Salah satu teori yang dapat
menjelaskan tentang bentuk molekul 3 dimensi adalah Teori VSEPR (valence shell electron pair repulsion)
atau teori pasangan elektron valensi. Teori ini menyatakan bahwa geometri
molekul atau ion poliatomik merupakan tolakan pasangan elektron kulit valensi
atom. Atom yang sangat menentukan geometri 3-D adalah atom pusat. Orientasi
adalah sedemikian sehingga tolakan antar pasangan elektron minimal dan
memaksimalkan jarak antar pasangan elektron.
Dalam menerangkan bentuk molekul 3-D, Teori
VSEPR berlandaskan Teori Domain elektron. Domain elektron berarti kedudukan
elektron atau daerah keberadaan elektron. Jumlah domain elektron ditentukan
sebagai berikut:
·
Setiap elektron ikatan
(ikatan tunggal, rangkap 2 atau rangkap 3) berarti 1 domain.
·
Setiap pasangan
elektron bebas berati satu domain.
Jumlah domain
elektron dalam beberapa senyawa
No.
|
Senyawa
|
Rumus Lewis
|
Jumlah domain
elektron
|
1.
|
H2
|
H:H
|
1
|
2.
|
CO2
|
|
2
|
3.
|
N2
|
|
1
|
4.
|
C2H2
|
H:CC:H
|
3
|
5.
|
H2O
|
H::H
|
4
|
Prinsip-prinsip
dasar dalam domain elektron adalah sebagai berikut:
·
Antar domain elektron
pada kulit luar atom pusat saling tolak-menolak sehingga domain elektron akan
mengatur sedemikian rupa sehingga tolak-menolak diantaranya menjadi minimum.
·
Urutan kekuatan
tolak-menolak diantara domain elektron adalah sebagai berikut:
Tolakan
antar domain elektron bebas > tolakan antara domain elektron bebas dengan
domain elektron ikatan > tolakan antar domain elektron ikatan. Perbedaan
daya tolak ini terjadi karena pasangan elektron bebas hanya terikat pada satu
atom saja, sehingga bergerak lebih leluasa dan menempati ruang lebih besar
daripada pasanagan elektron ikatan. Akibat dari gaya tolak tersebut adalah
mengecilnya sudut ikatan karena desakan dari pasangan elektron bebas. Demikian
dengan domain yang terdiri dari dua atau tiga pasang elektron (rangkap 2 atau
rangkap 3) tentu mempunyai daya tolak yang lebih besar daripada domain yang
hanya terdiri dari sepasang elektron.
·
Bentuk molekul hanya
ditentukan oleh pasangan elektron terikat.
Untuk
lebih jelasnya dapat diambil contoh molekul BeCl2 yang sederhana.
Struktrur titik elektronya seperti berikut.
:: Be : :
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 putaran antar elektron tersebut minimum. Bila
ada dua pasang elektron pada kulit valensi, perputaran minimum ini terjadi bila
elektron terletak pada bagian yang berlawanan dari inti, yang dapat digambarkan
sebagai berikut.
Dalam
molekul BeCl2, 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 struktur molekul
adalah linear.seperti pada gambar 1.
Gambar 1. Bentuk molekul BeCl2 menurut
Teori VSEPR.
Pada molekul metana atau CH4, empat
pasangan elektron valensi atom karbon bertolakan. Hal ini membuat posisi
pasangan elektron berada pada sudut tetrahedral dengan atom karbon dipusat
struktur 3-D. Seperti pada gambar dibawah ini.
Tolakan antar aton hidrogen
menyebabkan bentuk metana berupa tetrahedral.
Struktur 3-D untuk molekul dengan
atom pusat yang memilki 2 sampai 6 pasangan elektron terdapat dalam tabel
C-3.1.
Tabel C-3.1
struktur VSEPR
Jumlah domain
|
Bentuk
|
Nama
|
Contoh senyawa
|
2
|
|
Linear
|
|
3
|
|
Segitiga planar
|
|
4
|
|
Tetrahedral
|
|
5
|
|
Bipiramida trigonal
|
|
6
|
|
Oktahedral
|
|
Setelah struktur 3-D suatu molekul
diketahui, maka polaritas dapat ditentukan. Polaritas terjadi karena adanya
perbedaan keelektronegativitas antar atom dalam satu molekul. Perbedaan ini
menyebabkan adanya gaya tarik atom, sehingga timbul resultan gaya pada suatu
molekul. Resultan gaya tersebut mengakibatkan suatu molekul menjadi polar.
Seperti yang terjadi pada molekul H2O.
karena atom O lebih elektronegatif daripada H,
maka atom H akan tertarik oleh O. Akibatnya timbul resultan gaya diantara atom
H.
Resultan
ini menyebabkan molekul H2O menjadi polar.
Sama
halnya yang terjadi pada molekul CHCL3, NH3.
Tetapi jika gaya tarik
antar atom saling menghilangkan, maka resultan gaya
yang
terjadi mendi nol. Sehingga molekul tersebut menjadi non polar.seperti pada
molekul CO2,
BCl3, CCl4.
C. Alat dan
Bahan
1. Set
model molekul
2. Tabel
periodik unsur
D. Prosedur Percobaan
Geometri
molekul dengan model struktur
Petama Set model molekul disiapkan.
Dan dengan menggunakan data pada tabel C-3.1, maka dapat ditentukan Struktur
Lewisnya, Jumlah pasangan elektron ikatan pada atom pusat, jumlah pasangan
elektron non ikatan pada atom pusat, dan juga kepolaranya. Selain itu sudut
ikat atom-atom dalam molekul atau ion poliatomik dan struktur 3-Dnya dapat
diprediksikan.
Tabel
C-3.2
Molekul
/ion
|
Struktur Lewis
|
Pasangan elektron ikatan
|
Pasangan elektron non ikatan
|
Sudut ikat
|
Sketsa
3-D
|
Polaritas
|
CH4
|
|
4
|
0
|
109,5
|
|
Non
polar
|
....
|
....
|
....
|
....
|
....
|
....
|
....
|
Geometri
molekul dengan pemodelan komputer
Program Hyperchem diaktifkan, setiap
struktur yang telah dilakukan pada percobaan sebelumnya dibuat struktur 2-Dnya.
Tabel atom untuk pembuatan atom diaktifkan dengan dipanggilnya Default
Elements. Setelah struktur 2-D terbentuk, building dilakukan agar diperoleh struktur
3-D. Struktur 3-D ini dibentuk dengan pendekatan metode mekanika Newton tanpa
perlu dilakukan optimasi geometri.sudut ikat, panjang ikatan antar atom dan
bentuk struktur molekul secara nyata.
E. Hasil Percobaan
1. Pengamatan
model molekul
Molekul
/ion
|
Struktur Lewis
|
Pasangan elektron ikatan
|
Pasangan elektron non ikatan
|
Sketsa
3-D
|
Polaritas
|
Metana
|
|
4
|
0
|
|
Non
polar
|
Ion
Amonia
|
|
4
|
0
|
|
Non
polar
|
Khloroform
|
|
4
|
0
|
|
Polar
|
Etana
|
|
4
|
0
|
|
Non
polar
|
Etena
|
|
3
|
0
|
|
Non
polar
|
Etuna
|
|
2
|
0
|
|
Non
polar
|
1,2-difluoro
etana
|
|
4
|
0
|
|
Polar
|
Metanol
|
|
4
|
0
|
|
Polar
|
2. Pemodelan molekul dengan komputer
Molekul/ion
|
Sketsa 3-D
|
Panjang ikatan (Å)
|
Sudut ikat (°)
|
Polaritas
|
H2O
|
|
O-H = 0,96
|
H-O-H = 104,5
|
Polar
|
CF3Cl
|
|
C-F = 1,39
C-Cl = 1,79
|
F-C-F = 109,5
F-C-Cl = 109,5
|
Polar
|
SF4
|
|
S-F = 1,74
|
F-S-F = 90
F-S-F = 120
|
Polar
|
SF6
|
|
S-F = 1,74
|
F-S-F = 90
F-S-F = 180
|
Non
polar
|
POCl3
|
|
P=O = 1,79
P-Cl = 2,05
|
Cl-P-Cl = 109,5
O-P-Cl = 109,5
|
Polar
|
C3O2
|
|
C=O = 1,16
C=C = 1,28
|
O-C-C = 180
|
Non
polar
|
PF5
|
|
P-F = 1,78
|
F-P-F = 90
F-P-F = 180
F-P-F = 120
|
Non
polar
|
CH4
|
|
C-H = 1,09
|
H-C-H = 109,5
|
Non
polar
|
CHCl3
|
|
C-Cl = 1,76
C-H = 1,09
|
Cl-C-H = 109,5
Cl-C-Cl = 109,5
|
Polar
|
C2H6
|
|
C-C = 1,54
C-H = 1,09
|
H-C-H = 109,5
C-C-H = 109,5
|
Non
polar
|
C2H4
|
|
C=C = 1,34
C-H = 1,08
|
H-C=C = 120
H-C-H = 120
|
Non
polar
|
C2H2
|
|
CC
= 1,2
C-H = 1,06
|
H-CC
= 180
|
Non
polar
|
C2H2F2
|
|
C-H = 1,09
C-F = 1,36
C-C = 1,54
|
H-C-C = 109,5
F-C-C = 109,5
F-C-H = 109,5
H-C-H = 109,5
|
Polar
|
CH3OH
|
|
C-O = 1,43
C-H = 1,09
O-H = 0,96
|
H-O-C = 109,5
H-C-O = 109,5
H-C-H = 109,5
|
Polar
|
NH4+
|
|
N-H = 1,07
|
H-N-H = 109,5
|
Non
polar
|
F. Pembahasan
Bentuk molekul suatu senyawa
ditentukan oleh adanya domain elektron. Domain elektron bisa berupa ikatan
tunggal, ikatan rangkap dua atau rangkap tiga, dan bisa juga berupa pasangan
elektron bebas. Urutan kekuatan tolak-menolak diantara domain elektron adalah
tolakan antar domain elektron bebas lebih besar daripada tolakan antara domain
elektron bebas dengan domain elektron ikatan juga lebih besar daripada tolakan
antar domain elektron ikatan. Perbedaan daya tolak ini terjadi karena pasangan
elektron bebas hanya terikat pada satu atom saja, sehingga bergerak lebih
leluasa dan menempati ruang lebih besar daripada pasangan elektron ikatan.
Akibat dari gaya tolak tersebut adalah mengecilnya sudut ikatan karena desakan
dari pasangan elektron bebas. Demikian dengan domain yang terdiri dari dua atau
tiga pasang elektron (rangkap 2 atau rangkap 3) tentu mempunyai daya tolak yang
lebih besar daripada domain yang hanya terdiri dari sepasang elektron. Dengan
menggunakan aturan tersebut maka bentuk molekul 3-D dan sudut yang terbentuk
antar atom dari suatu senyawa dapat dijelaskan.
Pada
molekul H2O, bentuk molekulnya berupa bentuk benkok atau seperti
huruf ‘V’ terbalik dan mempunyai sudut ikat 104,5. Bentuk molekul bengkok
tersebut terjadi karena H2O mempunyai 4 domain elektron. 2 domain
berupa pasangan elektron bebas, 2 domain lagi berupa pasangan elektron ikatan
dua atom hidrogen.
Bentuk
molekul H2O seharusnya tetrahedral dengan sudut ikat 109,5. Tetapi
karena adanya 2 pasangan elektron bebas menyebabkan bentuk molekul H2O
menjadi bengkok atau seperti huruf ‘V’ terbalik.
Pasangan elektron bebas
menyebabkan bebtuk H2O bengkok dengan sudut ikat 104,5.
Menurut
Teori VSEPR, pasangan elektron bebas tersebut akan saling tolak-menolak dan
tolakan yang dihasilkan oleh pasangan elektron bebas tersebut lebih kuat
dibandingkan dengan tolakan yang dihasilkan oleh pasangan elektron ikatan. Sehingga
menyebabkan jarak antar atom hidrogen semakin dekat. Tolakan yang kuat antar
pasangan elektron bebas tersebut juga menyebabkan sudut ikat yang terbentuk
menjadi lebih kecil dari semula. Karena menurut Teori Domain elektron,
seharusnya sudut ikat molekul H2O adalah 109,5. Tetapi akibat dari
tolakan antar pasangan elektron bebas, sudut ikat yang terbentuk menjadi kurang
dari 109,5 yakni 104,5.
Dalam hal lain, ikatan yang
terbentuk (tungal, rangkap 2 atau rangkap 3) juga mempengaruhi bentuk suatu
molekul. Contohnya pada molekul etana dan etena. Etana mempunyai ikatan
tunggal, sedangkan etena mempunyai ikatan rangkap 2. Bentuk molekul etana
berupa tetrahedral, karena mempunyai 4 domain elektron. Ikatan tunggal pada
etana memyebabkan masing-masing atom C dapat bebrputar bebas sehingga membentuk posisi stagger dan eclips.
Stagger Eclips
Berbeda
halnya dengan etena, etena tidak dapat berputar bebas seperti etana. Hal itu
disebabkan oleh adanya ikatan rangkap antar atom C, ikatan yang terbentuk
adalah ikatan zigma (σ) dan phi (π).
Karena
orbital pz tegak lurus dengan ikatan sigma dan etena mempunyai 3
domain elektron, maka bentuk 3-D etena adalah berupa piramida trigonal.
G. Kesimpulan
Pada
struktur Lewis, terbentuknya molekul terjadi karena adanya sharing atau
pemberian elektron untuk berikatan. Tiap atom mempunyai konfigurasi elektron
yang sama dengan konfigurasi gas mulia. Bentuk ikatanya berupa ikatan ionik
atau kovalen. Struktur Lewis ini tidak dapat digunakan untuk menerangkan bentuk
molekul secara 3-D, tetapi hanya dapat menerangkan bagaimana antar atom saling
berikatan.
Teori
VSEPR menyatakan bahwa geometri molekul atau ion poliatomik merupakan tolakan
pasangan elektron kulit valensi atom. Atom yang sangat menentukan geometri 3-D
adalah atom pusat. Orientasi adalah sedemikian sehingga tolakan antar pasangan
elektron minimal dan memaksimalkan jarak antar pasangan elektron. Teori VSEPR
ini dapat menerangkan bentuk molekul 3-D.
Polaritas
terjadi karena adanya perbedaan keelektronegativitas antar atom dalam satu
molekul. Perbedaan ini menyebabkan adanya gaya tarik atom, sehingga timbul
resultan gaya pada suatu molekul. Resultan gaya tersebut mengakibatkan suatu
molekul menjadi polar. Kepolaran suatu molekul juga ditentukan dari bentuk
molekulnya.
H. Bab pengesahan
Laporan
ini telah diperiksa oleh asisten.
Mengetahui, Yogyakarta, 21 Maret 2010
Asisten
Praktikan
Gian Pramahana Sigit Ridho S.
H.
Daftar pustaka
Brady,
James E., 1998, General Chemistry
Principles & Structure, 5th edition, St. John’s University
Jamaica, New York.
Fessenden, Ralp J. & Fessenden, Joan
S., 1986, Organic Chemistry, 3rd
edition, Wadsworth, Inc., California.
http://www.chem-is-try.org/index.php?_teori_VSEPR,
(tanggal 19 maret 2010).
http://www.chemeddl.org/collections/molecules/index.php?molecule,
(tanggal 20 maret 2010.
Purba, Michael., 2002, Kimia untuk umum, Struktur dan Bentuk
Molekul, Erlangga, Jakarta.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar