Bentuk molekul adalah gambaran tentang susunan atom-atom dalam molekul berdasarkan susunan ruang pasangan elektron dalam atom atau molekul, baik pasangan elektron yang bebas maupun yang berikatan. Bentuk suatu molekul dapat diperkirakan berdasarkan teori tolakan elektron elektron maupun teori hibridisasi. Bentuk molekul dapat dijelaskan dengan menggunakan berbagai pendekatan, misalnya teori orbital bastar (hibridisasi orbital) dan teori tolakan pasangan elektron (Valence Shell Electron Pair Repulsionatau VSEPR). Domain elektron adalah pasangan-pasangan elektron, baik pasangan electron ikatan (PEI) maupun pasangan elektron bebas (PEB). Teori domain elektron dapat menjelaskan ikatan antar atom dari PEB dan PEI yang kemudian dapat mempengaruhi bentuk molekul. Dalam teori ini dinyatakan bahwa "pasangan elektron terikat dan pasangan elektron bebas, yang secara kovalen digunakan bersama-sama di antara atom akan saling menolak, sehingga pasangan itu akan menempatkan diri sejauh-jauhnya untuk meminimalkan tolakan" . Menurut teori VSEPR meskipun kedudukan pasangan elektron dapat tersebar di antara atom – atom tersebut, tetapi secara umum terdapat pola dasar kedudukan pasangan-pasangan elektron akibat adanya gaya tolak-menolak yang terjadi antara pasangan elektron-elektron tersebut. Atom-atom dalam berikatan untuk membentuk molekul melibatkan elektron-elektron pada kulit terluar. Ikatannya terbentuk karena pemakaian bersama pasangan elektron (ikatan kovalen). Oleh sebab itu, bentuk molekul ditentukan oleh kedudukan pasanganpasangan elektron tersebut. Teori VSEPR tidak menggunakan orbital atom dalam meramalkan bentuk molekul, tetapi menggunakan titik elektron suatu atom. Jika suatu atom bereaksi, maka elektron pada kulit terluar (elektron valensi) akan berhubungan langsung terlebih dahulu. Elektron valensi akan menentukan bagaimana suatu ikatan dapat terjadi. Teori VSEPR menjelaskan terjadinya gaya tolak-menolak antara A. PENGERTIAN BENTUK MOLEKUL B. TEORI TOLAKAN PASANGAN ELEKTRON/TEORI DOMAIN ELEKTRON
pasangan-pasangan elektron pada kulit terluar atom pusat. Jumlah pasangan elektron Jumlah PEI Jumlah PEB Sudut Bentuk Contoh 2 2 0 180° Linier CO2, BeCl2, BaI2 3 3 0 120° Segitiga Planar BF3, SO3, BCl3 2 1 120° Bengkok SO2, NO2 4 4 0 109,5° Tetrahedral CH4, CCl4 3 1 107,5° Segitiga Piramida NH3, NF3, PCl3 2 2 104,5° Bentuk V H2O, OF2 C. BENTUK-BENTUK MOLEKUL YANG TERJADI AKIBAT BANYAKNYA PEI DAN PEB
5 5 0 90°, 120° Segitiga Bipiramida PCl5, PF5 4 1 90°, 120° Jungkat – Jungkit SF4 3 2 90° Bentuk T ClF3, IF3 2 3 180° Linier XeF2 6 6 0 90° Oktahedral SF6 5 1 90° Segiempat Piramida IF5, BrF5, XeOF4 4 2 90° Segiempat Planar XeF4
Pasangan elektron yang berada di sekitar atom pusat dibedakan menjadi pasangan elektron ikatan yang selanjutnya disebut PEI dan pasangan elektron bebas yang selanjutnya disebut PEB. PEB mempunyai gaya tolak yang lebih besar daripada PEI. PEB akan menempati ruang yang lebih luas pula. Hal ini disebabkan karena gaya tolak yang kuat dari PEB. Pasangan elektron dalam suatu molekul akan menempatkan diri, sehingga gaya tolak – menolak pasangan elektron kecil. Agar kedudukan pasangan elektron tersebut menghasilkan gaya tolak – menolak yang rendah, maka pasangan elektron tersebut akan berada pada jarak yang saling berjauhan satu sama lain. Berdasarkan hal tersebut, kedudukan pasangan-pasangan elektron mempunyai pola dasar sebagai berikut. 1. Linier Dalam molekul linier, atom – atom tertata pada satu garis lurus. Sudut yang dibentuk oleh dua ikatan ke arah atom pusat akan saling membentuk sudut 180° yang disebut dengan sudut ikatan. Contoh molekul yang berbentuk linier adalah BeCl2. Gambar 1. Sudut Ikatan Bentuk Molekul Linier 2. Segitiga Planar atau Segitiga Datar Atom – atom dalam molekul berbentuk segitiga tertata dalam bidang datar, tiga atom akan berada pada titik sudut segitiga sama sisi dan di pusat segitiga terdapat atom pusat. Sudut ikatan antaratom yang mengelilingi atom pusat membentuk sudut 120°. Contoh molekul yang berbentuk segitiga datar adlaah BCl3. Gambar 2. Sudut Ikatan Bentuk Molekul Segitiga Datar
3. Tetrahedron atau Tetrahedral Atom – atom dalam molekul yang berbentuk tetrahedron akan berada dalam suatu ruang piramida segitiga dengan keempat bidang permukaan segitiga sama sisi. Atom pusat terletak pada pusat tetrahedron dan keempat atom lain akan berada pada keempat titik sudut yang mempunyai sudut ikatan 109,5°. Contoh molekul berbentuk tetrahedron adalah CH4. Gambar 3. Sudut Ikatan Bentuk Molekul Tetrahedral 4. Trigonal Bipiramida Dalam molekul trigonal bipiramida, atom pusat terdapat pada bidang sekutu dua buah limas segitiga yang saling berhimpit. Sedangkan kelima atom yang mengelilinginya akan berada pada sudut – sudut limas segitiga yang dibentuk. Sudut ikatan masing – masing atom tidak sama. Antara setiap ikatan yang terletak pada bidang segitiga mempunyai sudut 120°, sedangkan antara sudut bidang datar ini dengan dua ikatan yang vertikal akan bersudut 90°. Contoh molekul berbentuk trigonal bipiramida adalah PCl5. Gambar 4. Sudut Ikatan Bentuk Molekul Trigonal Bipiramida 5. Oktahedron atau Oktahedral Oktahedron adalah suatu bentuk yang terjadi dari dua buah limas alas segiempat, dengan bidang alasnya saling berhimpit, sehingga membentuk delapan bidang segitiga. Pada molekul yang berbentuk oktahedron, atom pusatnya berada pada pusat bidang seiempat dari dua limas yang berhimpit tersebut, sedangkan enam atom yang mengelilinginya akan berada pada sudut-sudut limas tersebut. Sudut ikatan yang dibentuk 90°. Contoh molekul yang berbentuk oktahedron adalah SF6.
Gambar 5. Sudut Ikatan Bentuk Molekul Oktahedral 1. Antar domain elektron pada atom pusat saling tolak menolak sehingga mengatur diri sedemikian rupa sehingga tolakkannya menjadi minimum. 2. Urutan kekuatan tolakan domain elektron: Akibat dari perbedaan kekuatan ini adalah mengecilnya sudut ikatan pada bentuk molekulnya. 3. PEB memiliki daya tolak lebih besar karena hanya terikat pada satu atom 4. PEI terikat pada dua atom sehingga daya tolak lebih kecil 5. Daya tolak domain ikatan rangkap lebih besar daripada domain ikatan tunggal Langkah – langkah berikut yang dapat digunakan untuk meramalkan bentuk molekul. 1. Menentukan jumlah elektron valensi atom pusat (atom pusat yang dikelilingi oleh dua atau lebih atom lain). 2. Menentukan jumlah domain elektron ikatan (X) 3. Menentukan jumlah domain elektron bebas (E) 4. Menuliskan notasi dan menentukan geometri molekul Notasi Bentuk Molekul : Keterangan : A : Atom Pusat D. PRINSIP-PRINSIP DOMAIN ELEKTRON PEB –PEB > PEB – PEI > PEI – PEI E. CARA MERAMALKAN BENTUK MOLEKUL
X : Pasangan Elektron Ikatan (PEI) E : Pasangan Elektron Bebas (PEB) = − Contoh : a) Menentukan bentuk molekul CH4 Jumlah atom C =1 Jumlah atom H = 4 Atom Pusat = C Konfigurasi Elektron 6C = 2 4 Jumlah PEI = 4 Jumlah PEB = Elektron Valensi Atom Pusat−PEI 2 4 −4 = 0 2 Notasi = AX4 (Tetrahedral ) b) Menentukan bentuk molekul NH3 Jumlah atom N =1 Jumlah atom H = 3 Atom Pusat = N Konfigurasi Elektron 7N = 2 5 Jumlah PEI = 3 Jumlah PEB = Elektron Valensi Atom Pusat−PEI 2 5 −3 = 1 2
Notasi = AX3E (Segitiga Piramida) KETUPAT OPOR Salah satu menu sajian khas yang hadir saat lebaran adalah opor dan ketupat. Opor dan ketupat merupakan dua hidangan yang tak pernah terlupakan dalam sajian hari raya Idul Fitri. Keduanya menjadi pasangan paling cocok yang tak pernah terpisahkan. Filosofi ketupat opor yang selalu muncul di hari lebaran antara lain saat menyajikan ketupat di hari lebaran, kulit ketupat dibuang sedangkan beras yang putih bersih dimakan bersama opor ayam. Cara penyajian makan ketupat ini melambangkan permintaan maaf sekaligus memulai kembali lembaran baru. Ketupat dan opor ayam yang disajikan memiliki makna simbolis mengakui kesalahan dengan tulus dan diikuti meminta maaf. Didalam filosofi Jawa, Ketupat atau kupat dalam bahasa Jawa merupakan kependekan dari Ngaku Lepat dan Laku Papat. Ngaku lepat artinya mengakui kesalahan. Sedangkan laku papat artinya empat tindakan dalam perayaan lebaran. Empat tindakan tersebut adalah lebaran, leburan, dan leburan, dan laburan. Lebaran memiliki makna usai, menandaka berakhirnya waktu puasa. Luberan memiliki makna meluber atau melimpah. Leburan memiliki makna habis dan melebur. Maksudnya pada momen lebaran, dosa dan kesalahan kamu akan melebur habis. Sedangkan laburan adalah labar atau kapur. Kapur adalah zat yang biasa digunakan untuk penjernihan air maupun pemutih dinding. Maksudnya adalah agar manusia selalu menjaga kesucian lahir dan batin satu sama lain. Ketupat opor ini berkaitan dengan materi kimia yaitu kepolaran senyawa kovalen. Pada masakan opor jika didiamkan pada waktu yang lama, maka lemak atau minyak yang terkandung dalam opor akan cenderung membentuk lapisan terpisah di permukaan opor. Interaksi antara air dan minyak pada opor dapat dijelaskan dengan ikatan kovalen polar dan non polar.
Ikatan kovalen adalah ikatan yang terjadi antara unsur nonlogam dengan unsur nonlogam yang lain dengan cara pemakaian bersama pasangan elektron. Suatu senyawa kovalen tersusun dari dua atau lebih atom. Setiap unsur memiliki harga keelektronegatifan yang berbeda-beda. Perbedaan keelektronegatifan ini terjadi karena perbedaan jari-jari, energy ionisasi, dan afinitas suatu unsur. Gambar 6. Keelektronegatifan unsur dalam sistem periodik unsur Berdasarkan tingkat kepolaran senyawa, Ikatan Kovalen dibagi menjadi dua yaitu Ikatan Kovalen Polar dan Ikatan Kovalen Nonpolar.Ikatan kovalen polar dan nonpolar ini dibedakan berdasarkan polaritas atau kepolaran ikatan. Apa itu kepolaran? Kepolaran adalah potensi suatu senyawa untuk membentuk kutub (pole) pada salah satu unsur penyusun senyawa tersebut karena dipengaruhi oleh perbedaan nilai keelektronegatifan. Kepolaran senyawa adalah perilaku suatu zat yang akan menyerupai medan magnet, yaitu membentuk kutub sementara yang disebut dipol. Kepolaran senyawa yang terdapat pada suatu senyawa dibagi menjadi dua, yaitu polar dan non polar. Kepolaran Senyawa atau Polaritas Senyawa adalah perilaku suatu zat yang akan menyerupai medan magnet, yaitu membentuk kutub sementara yang disebut dipol. Dipol dapat menyebabkan gaya tarik-menarik atau tolak-menolak antar atom dalam suatu senyawa. Dipol (δ) pada suatu molekul terdiri atas : 1. Dipol positif atau kutub positif (δ+), atom yang berdipol positif adalah yang memiliki keelektronegatifan lebih kecil dari atom lain. F. KEPOLARAN SENYAWA
2. Dipol negatif atau kutub negaif (δ–), atom berdipol negatif adalah yang memiliki keelektronegatifan lebih besar dari atom lain. Contoh : Pada ikatan H-F, keelektronegatifan H lebih kecil dari F, sehingga pada HF, H bertindak sebagai δ+, dan Cl bertindak sebagai δ–. Kepolaran suatu senyawa dipengaruhi oleh: 1. Sudut ikatan Atom yang berikatan dengan atom lain akan selalu berada jarak jauh maksimum dengan atom lainnya yang akan membentuk sudut ikatan yang merata, dan saling meniadakan kepolaran senyawa. Namun, jika sudut ikatan tidak tersebar merata, maka kepolaran pasti akan muncul. 2. Bentuk molekul Bentuk molekul senyawa yang berbentuk simetris bersifat nonpolar, sedangkan bentuk molekul senyawa yang berbentuk asimetris bersifat polar. 3. Pasangan elektron bebas (PEB) Jika terdapat pasangan elektron bebas yang tidak saling meniadakan posisinya (asimetris), maka kepolaran akan muncul. 1. Ikatan Kovalen Polar Suatu ikatan kovalen disebut polar, apabila Pasangan Elektron Ikatan (PEI) tertarik lebih kuat ke salah 1 atom. Kepolaran suatu ikatan kovalen ditentukan oleh keelektronegatifan suatu unsur. Senyawa kovalen polar biasanya terjadi antara atom atom unsur yang beda keelektronegatifannya besar, mempunyai bentuk molekul tidak simetris, mempunyai momen dipol (µ = hasil kali jumlah muatan dengan jaraknya) ≠0. Contoh : Molekul HCl oo H Cl oo Meskipun atom H dan Cl sama-sama menarik pasangan elektron, tetapi keelektronegatifan Cl lebih besar daripada atom H. Akibatnya atom Cl menarik pasangan elektron ikatan (PEI) lebih kuat daripada atom H sehingga letak PEI lebih dekat ke arah Cl (akibatnya terjadi semacam kutub dalam molekul HCl). oo
oo oo Cl oo δ δ oo H Cl oo Ciri-ciri Senyawa Kovalen bersifat Polar a) Berbentuk tidak simetris Contoh. H2O dan NH3 H2O NH3 b) Mempunyai momen dipol Momen Dipol ( µ ) adalah suatu besaran yang digunakan untuk menyatakan kepolaran suatu ikatan kovalen. Momen dipol terjadi karena senyawa kovalen terbentuk dari 2 atom dengan keelektronegatifan berbeda, contoh HCl, HBr. 2. Ikatan Kovalen Nonpolar Ikatan kovalen nonpolar yaitu ikatan kovalen yang PEI-nya tertarik sama kuat ke arah atom atom yang berikatan. Senyawa kovalen nonpolar terbentuk antara atom-atom unsur yang mempunyai beda keelektronegatifan nol atau mempunyai momen dipol = 0 (nol) atau mempunyai bentuk molekul simetris. Contoh 1: oo oo H H oo Cl Dalam tiap molekul di atas, ke-2 atom yang berikatan menarik PEI sama kuat karena atom-atom dari unsur sejenis mempunyai harga keelektronegatifan yang sama. Akibatnya muatan dari elektron tersebar secara merata sehingga tidak terbentuk kutub. oo
oo oo ** *o * o oo Contoh 2: H H C H H oo oo O C O Meskipun atom-atom penyusun CH4 dan CO2 tidak sejenis, akan tetapi pasangan elektron tersebar secara simetris diantara atom-atom penyusun senyawa, sehingga PEI tertarik sama kuat ke semua atom (tidak terbentuk kutub). Ciri-ciri Senyawa Kovalen bersifat Non Polar a) Berbentuk simetris Misalnya senyawa CH4, CCl4, BF3, BeCl2 BeCl2 (linier) BF3 ( trigonal) CH4 (tetrahedral) b) Tidak mempunyai momen dipol Contoh.CH4,CCl4,CBr4 Senyawa Momen Dipol HF 1,91 HBr 1,03 HI 0,78 NH3 1,49 CO2 0,00 CH4 0,00
Secara umum, karakteristik senyawa polar dan nonpolar dapat dilihat pada berikut: Polar Non Polar Dapat larut dalam air dan pelarut polar lain Tidak larut dalam air dan pelarut polar lain, namun larut dalam pelarut non polar Memiliki selisih nilai keelektronegatifan yang relatif besar Tidak memiliki selisih nilai keelektronegatifan Memiliki kutub positif (δ+) dan kutub negatif (δ–), karena memiliki pasangan elektron bebas atau memiliki perbedaan keelektronegatifan Tidak memiliki kutub positif (δ+) dan kutub negatif (δ–), akibat meratanya distribusi elektron. Memiliki pasangan elektron bebas pada atom pusatnya (bila bentuk molekul diketahui) Tidak memiliki pasangan elektron bebas pada atom pusatnya (bila bentuk molekul diketahui) Bentuknya asimetris Bentuknya simetris Contoh : HCl, HBr, CH3Cl, H2O, dll. Contoh : H2, N2, O2, CH4, CCl4, dll. Kelarutan Senyawa Polar dan Non-polar Jika sudah mengetahui polaritas dari suatu molekul, maka dapat diprediksi apakah dapat bercampur untuk membentuk larutan kimia atau tidak. Aturan umumnya yaitu “like dissolve like”, yang berarti molekul polar akan larut menjadi cairan polar lain dan molekul nonpolar akan larut menjadi cairan nonpolar. Inilah sebabnya mengapa minyak dan air tidak bercampur, minyak bersifat nonpolar sedangkan airnya polar.