Kamis, 20 Oktober 2011

Geometri Molekul

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.
w0360-n
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.
w0360-n
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.
w0365-n


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.
Purba, Michael., 2002, Kimia untuk umum, Struktur dan Bentuk Molekul, Erlangga, Jakarta.

Tidak ada komentar: