MENERAPKAN TEORI pasangan elektron kulitvelensi VSEPR DAN TEORI domain elektron dalam bentuk molekul

  KD. ESSENSIAL

1.    Menerapkan Teori Pasangan Elektron Kulit  Valensi  (VSEPR)  dan  Teori Domain elektron dalam menentukan bentuk molekul

2.    Menghubungkan interaksi antar ion, atom dan molekul dengan sifat fisika zat

BENTUK MOLEKUL BERDASAR TEORI TOLAKAN ELEKTRON VSEPR

Jika mengacu pada Wikipedia, teori VSEPR atau Valence Shell Electron Pair Repulsion adalah suatu model kimia yang digunakan untuk menjelaskan bentuk-bentuk molekul kimiawi berdasarkan gaya tolakan elektrostatik antar pasangan elektron. Akronim “VSEPR” sendiri diucapkan sebagai “vesper” dengan alasan kemudahan pengucapan.

 

Teori tolakan antara pasangan elektron (VSEPR, Valence Shell Electron Pair Repulsion), merupakan penjabaran sederhana dari rumusan Lewis yang berguna untuk memprediksikan bentuk molekul poliatom berdasarkan struktur Lewis-nya.

dikenalkan oleh Nevil Sidgwick dan Herbet Powel pada tahun 1940, dan dikembangkan lebih lanjut oleh Ronald Gillespie dan Ronald Nyholm.

 

Premis utama teori VSEPR adalah bahwa pasangan elektron valensi di sekitar atom akan saling tolak menolak, sehingga susunan pasangan elektron tersebut akan mengadopsi susunan yang meminimalisasi gaya tolak menolak. Minimalisasi gaya tolakan antar pasangan elektron ini akan menentukan bentuk geometri molekul. Jumlah pasangan elektron di sekitar atom disebut sebagai bilangan sterik.

 

Bilangan Sterik

 

Penentuan bentuk molekul yang diadposi oleh suatu senyawa dapat dilakukan dengan cara menentukan bilangan sterik (steric number, SN) atom pusat. Bilangan sterik (SN) didefinisikan sebagai penjumlahan atom yang terikat pada atom pusat dan jumlah pasangan elektron non-ikat.

Bilangan sterik molekul ditentukan berdasarkan struktur Lewis senyawa yang bersangkutan. Apabila pada senyawa AB_n, dengan n adalah atom yang terikat pada atom pusat, tidak terdapat pasangan elektron non-ikat, maka bilangan sterik atom pusat sama dengan jumlah atom yang terikat pada atom pusat, yaitu n.

Ikatan rangkap dua dan tiga dalam penentuan bilangan sterik dihitung sama dengan ikatan tunggal. Misalnya pada molekul CO₂. terdapat dua ikatan rangkap dua dari atom oksigen yang terikat pada atom pusat C, sehingga tidak ada lagi pasangan elektron non-ikat pada atom C. Maka bilangan sterik CO₂ adalah 2.

Pengaturan posisi yang meminimalkan tolakan secara alami tergantung pada jumlah pasangan elektron. Jumlah atom yang terikat pada atom pusat, jumlah pasangan elektron, struktur Lewis dan bentuk molekul yang memberikan energi potensial minimum disajikan pada Tabel 1.

 

Tabel 1. Hubungan Jumlah Atom yang Terikat pada Atom Pusat dengan Pengaturan Elektron dan Bentuk Molekul

Ide dasar teori VSEPR adalah adanya tolakan antara pasangan elektron sehingga pasangan elektron tersebut akan menempatkan diri pada posisi sejauh mungkin dari pasangan elektron lainnya.

 

Tolakan antar pasangan elektron terjadi antara pasangan elektron non-ikat yang terlokalisasi pada atom pusat dan elektron ikat secara ikatan koordinasi.

 

Teori VSEPR mengasumsikan bahwa masing-masing molekul akan mencapai geometri tertentu sehingga tolakan pasangan antar elektron di kulit valensi menjadi minimal. Teori VSEPR, memaparkan prosedur untuk memprediksi bentuk molekul dengan energi potensial terendah sebagai akibat adanya tolakan pasangan elektron.

 

 

Postulat utama

Teori VSEPR mengatakan bahwa bentuk molekul bergantung pada pasangan elektron dan kulit valensi. Menurut teori ini:

1.      Bentuk molekul tergantung pada jumlah pasangan elektron valensi kulit di sekitar atom pusat.

2.      Pasang elektron dalam valensi kulit saling tolak-menolak karena awan elektron mereka bermuatan negatif.

3.      Pasangan elektron ini cenderung menempati posisi seperti itu di ruang yang meminimalkan tolakan dan dengan demikian memaksimalkan jarak di antara mereka.

4.      Kulit valensi diambil sebagai bola dengan pasangan elektron melokalisasi pada permukaan bola pada jarak maksimum dari satu sama lain.

5.      Sebuah ikatan ganda diperlakukan seolah-olah itu adalah pasangan elektron tunggal dan dua atau tiga pasang elektron dari ikatan ganda diperlakukan sebagai pasangan super tunggal.

6.      Model VSEPR berlaku untuk setiap struktur di mana dua atau lebih struktur resonansi dapat mewakili suatu molekul.

Perkiraan Bentuk Molekul Berdasarkan Teori VSEPR

Teori VSEPR mengasumsikan bahwa setiap atom akan mencapai bentuk dengan tolakan antar elektron yang dalam kulit terluar seminimal mungkin. Aplikasi teori VSEPR pada senyawa sederhana dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Lewis dan Bentuk Molekul BeF_2, BF₃, CH₄, PF₅ dan SF₆

 

 

 

Pada BeF₂ tidak ada lagi pasangan elektron non-ikat, karena semua elektron dipakai untuk berikatan. Pasangan elektron akan saling menolak satu dengan yang lain. Tolakan antar pasangan elektron minimal bila kedua pasangan elektron menempati posisi yang sejauh mungkin. Berdasar kenyataan tersebut, kedua atom F akan menempati posisi yang saling berseberangan. Teori VSEPR memprediksi bentuk molekul BF₂ adalah linear dengan sudut ikat F-Be-F 180^o.

Ada tiga tempat menemukan elektron di atom pusat ion boron triflorida (BF₃). Tolakan antar pasangan elektron dapat diminimalkan dengan mengatur ketiga pasangan elektron ke ketiga sudut segitiga. VSEPR memprediksi bentuk molekul BF₃ adalah segitiga datar dengan suduk ikat F-B-F 120^o.

Molekul BeF₂ dan BF₃ merupakan molekul dua dimesional, dimana atom- atom berada pada bidang yang sama. Jika metana (CH₄) ditempatkan pada bidang dua dimensi, maka metana akan mengadopsi bentuk molekul segiempat datar dengan sudut ikat H-C-H 90^o. Jika metana ditempatkan pada bidang 3 dimensi, metana akan mengadopsi bentuk molekul tetrahedral dengan sudut ikat H-C-H 109^o28’

Tolakan antar kelima pasangan elektron di kulit terluar atom pospor dalam molekul PF₅ dapat diminimalkan dengan cara mendistribusikan elektron-elektron tersebut ke sudut-sudut trigonal bipiramidal. Tiga pasangan elektron dalam trigonal bipiramidal berada di posisi ekuatorial dengan sudut ikat F-P-F sebesar120^o, dan dua pasangan di posisi aksial (posisi yang tegak lurus dengan bidang ekuatorial) dengan sudut ikat F-P-F sebesar 90^o.

Terdapat 6 atom F yang terikat secara langsung pada atom pusat SF₆. Tolakan antara keenam pasangan elektron tersebut diminimalkan dengan cara mendistribusikan elektron-elektron ke sudut-sudut oktahedron. Istilah oktahedron secara literatur berarti “delapan sisi”, tetapi dalam konteks ini oktahedron diartikan sebagai “bangun yang mempunyai enam sudut”. Untuk menggambarkan bentuk molekul SF₆, tempatkan atom-atom F di sisi yang berseberangan sepanjang sumbu X, Y dan Z yang melewati atom S pada sistem koordinat Cartesian.

 

Peranan Ikatan Rangkap Dua dan Rangkap Tiga dalam Teori VSEPR

 

Senyawa yang mengandung ikatan rangkap dua atau tiga, memainkan peranan yang penting pada penentuan bentuk molekul suatu senyawa. Geometri di sekitar atom pusat ditentukan oleh banyaknya tempat ditemukannya pasangan elektron , bukan ditentukan oleh banyaknya pasangan elektron valensi. Struktur Lewis karbondioksida dan ion karbonat disajikan pada Gambar 2.

Berdasar Gambar 2, terdapat empat pasangan elektron yang terikat pada atom C dalam molekul CO₂, tetapi hanya dua tempat dimana elektron dapat ditemukan, yaitu di ujung kiri dan kanan ikatan rangkap C=O. Gaya tolak antar pasangan elektron menjadi minimal apabila kedua ikatan rangkap C=O berada pada posisi yang berseberangan dan letaknya sejauh mungkin. Teori VSEPR memprediksi bentuk molekul CO₂ adalah linear, seperti halnya BeF₂, dengan sudut ikat 180^o.

Berdasar struktur Lewis ion karbonat, terdapat empat pasangan elektron pada atom pusat (atom C). Pasangan elektron tersebut terlokalisasi di tiga tempat, yaitu di dua ikatan tunggal C-O, dan 1 ikatan rangkap dua C=O. Tolakan antar pasangan elektron diminimalkan dengan cara mendistribusikan ketiga atom oksigen ke sudut- sudut segitiga ekuilateral. Berdasarkan hal tersebut dapat diprediksikan bahwa ion karbonat mengadopsi bentuk molekul segitiga datar (trigonal planar), seperti pada BF₃, dengan sudut ikat 120^o.

 

Aturan Elektron Non-ikat Pada Teori VSEPR

Elektron valensi pada atom pusat pada NH₃ dan H₂O didistribusikan ke sudut tetrahedron. Teori VSEPR memprediksikan elektron valensi atom pusat dalam

amonia dan air akan mengarah ke sudut tetrahedron, seperti yang terlihat pada Gambar 3.

Gambar 3. Distribusi Elektron dan Bentuk Molekul NH₃ dan H₂O

Karena elektron non-ikat tidak bisa ditempatkan pada posisi yang akurat, prediksi bentuk molekul tidak bisa dilakukan secara langsung. Tetapi hasil yang dikemukakan oleh teori VSEPR dapat digunakan untuk memprediksi posisi atom pusat dalam molekul. Posisi atom pusat ini ditentukan secara eksperimental. Berdasarkan posisi atom pusat amonia, VSEPR memprediksikan bahwa molekul amonia mengadopsi bentuk trigonal piramidal, dengan nitrogen berada di puncak piramid. Sedangkan air mengadopsi bentuk bengkok atau menyudut.

Jika teori VSEPR diperluas terhadap molekul yang elektronnya terdistribusi ke sudut trigonal bipiramidal, pertanyaan yang muncul adalah: Elektron non-ikat akan berada pada posisi aksial ataukah ekuatorial? Secara eksperimen, umumnya elektron non-ikat menempati posisi ekuatorial dalam trigonal bipiramidal.

Untuk memahami hal itu, harus ditekankan bahwa elektron non-ikat menempati ruang yang lebih besar dibandingkan elektron ikat. Posisi elektron non- ikat berdekatan dengan salah satu inti atom, dan hal ini yang berkaitan dengan ruang yang ditempati dimana elektron non-ikat menyesuaikan diri dengan ruang yang ada tetapi tetap berdekatan dengan salah satu inti atom.

Keberadaan pasangan elektron non-ikat akan sedikit mengubah situasi pembentukan geometri molekul senyawa. Tiga tipe tolakan yang terjadi, adalah:

a.      Tolakan antara pasangan elektron ikat dengan pasangan elektron ikat

b.      Tolakan antara pasangan elektron ikat dengan pasangan elektron non-ikat

c.      Tolakan antara pasangan elektron non-ikat dengan pasangan elektron non- ikat.

Karena elektron non-ikat menempati ruang yang lebih besar, menyebabkan gaya tolak antar elektron non-ikat menjadi relatif besar, gaya tolak antara pasangan elektron non-ikat dengan elektron ikat menjadi lebih kecil dan gaya tolak antar pasangan elektron ikat menjadi jauh lebih kecil. Posisi pasangan elektron non-ikat pada molekul SF₄ disajikan pada Gambar 4.

Gambar 4. Posisi Pasangan Elektron Non-ikat Pada Molekul SF₄

Jika elektron non-ikat pada molekul SF₄ ditempatkan pada posisi aksial, menyebabkan elektron non-ikat menjadi relatif dekat dengan tiga pasangan elektron ikat yang menempati posisi ekuatorial. Tetapi jika pasangan elektron non-ikat ditempatkan pada posisi ekuatorial, jarak dengan elektron ikat pada posisi aksial menjadi cukup jauh. Hasilnya, jika elektron non-ikat ditempatkan pada posisi ekuatorial, tolakan antara elektron non-ikat dan ikat pada molekul SF₄ menjadi minimal.

Aplikasi teori VSEPR pada senyawa SF₄, ClF₃ dan I₃^- tersaji pada Gambar 3. Apabila pasangan elektron non-ikat belerang pada molekul SF₄ ditempatkan di posisi ekuatorial, bentuk molekul yang paling sesuai adalah bentuk jungkat-jungkit (see- saw). Tolakan antar pasangan elektron di kulit valensi atom klor dalam ClF₃ dapat diminimalkan dengan menempatkan kedua pasangan non-ikat dalam trigonal bipiramidal di posisi ekuatorial. Hal ini menyebabkan bentuk paling baik yang diadopsi ClF₃ adalah bentuk T. Struktur Lewis dari ion triiodida (I₃^-) memprediksi distribusi elektron valensi atom pusat dalam trigonal bipiramidal. Bila tiga pasangan elektron non-ikat ditempatkan di posisi ekuatorial, akan didapatkan bentuk linear.

 

 

 

Bentuk molekul didasarkan pada distribusi elektron valensi pada bidang oktahedron sehingga lebih mudah digunakan untuk memprediksikan bentuk molekul karena semua sudut oktahedron adalah identik

Metode perhitungan elektron AXE umumnya digunakan ketika kita menerapkan teori VSEPR. A mewakili atom pusat. X mewakili jumlah ikatan sigma antara atom pusat dengan atom luar. Ikatan ganda kovalen dihitung sebagai satu X. E mewakili jumlah pasangan elektron menyendiri yang ada disekitar atom pusat. Jumlah X dan E, disebut sebagai bilangan sterik juga diasosiasikan dengan jumlah orbital hibridisasi yang digunakan dalam teori ikatan valensi.   Berdasarkan jumlah bilangan sterik dan distribusi X serta E, teori VSEPR akan memberikan prediksi sebagai berikut: