Kelas 10 - BAB 3 Ikatan Kimia dan Sturktur molekul

A.      Ikatan Kimia

1.        Pendahuluan

Dua atom atau lebih dapat berinteraksi membentuk molekul atau senyawa dan ion. Antaraksi ini selalu disertai dengan pengeluaran energi. Gaya-gaya yang menahan dalam bentuk molekul atau ion disebut ikatan kimia. Disebut ikatan kimia jika antaraksi tadi dapat mengeluarkan energi lebih dari 42 kJ. Jenis ikatan dalam molekul juga menentukan gaya antarmolekul. Wujud bahan; padat cair atau gas juga bergantung pada gaya-gaya ikatan. Ikatan bahkan dapat menentukan bentuk fisis molekul, maksudnya; apakah molekul itu bulat, datar, kaku, atau lentur.

2.        Peranan Elektron dalam Pembentukan Ikatan Kimia

Pada tahun 1916, gagasan tentang pembentukan ikatan kimia telah dikemukakan oleh dua kimiawan Amerika yaitu Lewis dan Langmuir serta seorang kimiawan Jerman Kossel. Menurut mereka; jika gas mulia tidak bersenyawa dengan atom lain, tentu ada keunikan dalam konfigurasi elektronnya yang mencegah persenyawaan tersebut. Oleh karena itu diduga bahwa dalam pembentukan senyawa atom-atom mungkin mengalami perubahan dalam konfigurasi elektronnya yang mengakibatkan atom-atom itu lebih menyerupai gas mulia. Teori inilah yang disebut dengan teori Lewis. Menurut Lewis:

1.         Elektron valensi memainkan peranan penting dalam pembentukan ikatan kimia.

2.         Dalam beberapa kasus, pembentukan ikatan kimia terjadi karena adanya perpindahan satu atau lebih elektron dari satu atom ke atom lain. Hal ini mendorong terjadinya pembentukan ion positif dan ion negatif dan terbentuknya satu jenis ikatan di antara kedua ion tersebut yang disebutikatan ion.

3.         Dalam kasus yang lain, pembentukan ikatan kimia dapat terjadi karena pemakaian bersama (patungan) elektron di antara atom-atom. Ikatan ini disebut ikatan kovalen.

4.         Perpindahan atau patungan elektron berlangsung sedemikian rupa sehingga setiap atom yang terlibat mendapatkan konfigurasi elektron yang mantap. Konfigurasi yang tercapai umumnya merupakan konfigurasi dengan 8 elektron pada kulit terluarnya yang disebut teori oktet.

3.        Ikatan Ion

Suatu senyawa ion adalah stabil, karena dibebaskan energi kisi yang besar, jika ion-ion membentuk padatan ionik. Senyawa ion mudah terbentuk jika logam dengan energi ionisasi dan afinitas elektron rendah bereaksi dengan non logam dengan energi ionisasi dan afinitas elektron tinggi.

Ciri-ciri ikatan ion adalah adanya perpindahan elektron dari atom logam keatom nonlogam atau perbedaan keelektronegatifan antara atom yang membentuk ikatan besar (misalnya ikatan antara atom Na sebagai logam dengan atom Cl sebagai nonlogam menghasilkan senyawa ion NaCl). Sifat-sifat senyawa ion adalah:

1.       Padatan senyawa ion tidak menghantarkan listrik, sedangkan leburan maupun larutannya dapat meng-hantarkan listrik

2.       Titik leleh dan titik didihnya tinggi

3.       Umumnya senyawa ion bersifat keras, permukaannya tidak mudah digores tetapi distorsi menyebabkan tolak menolak antara ion yang sama sehingga getas (rapuh)

4.       Umumnya senyawa ion melarut dalam pelarut polar dan tidak melarut dalam pelarut nonpolar.

4.        Ikatan Kovalen

Senyawa-senyawa seperti H2, O2, HCl dan sebagainya, tidak terjadi perpindahan elektron tetapi pemakaian secara bersama elektron. Ciri ikatan kovalen adalah adanya pemakaian bersama elektron antara atom nonlogam dengan atom non logam pula. Jika elektron tertarik lebih kuat ke salah satu atom (yang memiliki keelektronegatifan yang lebih besar) maka disebut ikatan kovalen polar (misalnya HCl). Jika tertarik sama kuat atau keelektronegatifannya sama, maka terbentuklah senyawa kovalen nonpolar (misalnya H2, O2). Ikatan kovalen yang lain adalah ikatan kovalen koordinat. Ikatan kovalen ini mirip dengan ikatan kovalen tetapi hanya satu atom yang menyediakan dua elektron (sepasang elektron) untuk dipakai bersama misalnya NH4+, NH3BCl3.

5.        Resonansi

Resonansi adalah keadaan jika lebih dari satu struktur yang masuk akal dapat ditulis untuk satu spesies dan struktur yang benar tidak dapat ditulis secara keseluruhan. Atau suatu molekul tidak dapat digambarkan dengan satu rumus Lewis saja tetapi dua atau lebih rumus Lewis. Contoh untuk molekul SO2

Mana yang benar kedua struktur di atas, sebenarnya tidak satupun. Kedua struktur menunjukkan bahwa satu ikatan belerang-oksigen merupakan ikatan tunggal sedangkan yang lainnya dalah ikatan ganda dua. Dari hasil percobaan diperoleh bahwa sifat kedua ikatan tersebut adalah sama. Rumus Lewis yang ekivalen inilah yang disebut dengan bentuk resonansi atau hibrida resonansi, untuk itu cara menuliskannya adalah:

6.        Pengecualian Kaidah Oktet

a.         Spesi elektron ganjil

Jika jumlah elektron valensi ganjil akan terdapat elektron yang tidak berpasangan dan sekurang-kurangnya terdapat satu atom dengan oktet yang tidak lengkap. Misalnya NO2.

b.        Oktet yang tidak sempurna

Tetapi adakalanya dijumpai struktur yang konfigurasi oktetnya tidak lengkap dan dapat dibenarkan. Hal ini dapat ditunjukkan oleh molekul BeCl2 atau BeCl3.

c.         Oktet yang diperluas

Pada pengisian elektron, subkulit d adakalanya tersedia sehingga oktet yang diperluas dimungkinkan terbentuk, misalnya pada PCl5 dikelilingi oleh 10 elektron dan SF6 dikelilingi oleh 12 elektron.

7.        Muatan Formal

Dalam menuliskan struktur Lewis, kadang-kadang diperoleh beberapa susunan atom, ikatan atau pasangan mandiri, dan semuanya memenuhi kaidah oktet, maka untuk menentukan struktur yang masuk akal digunakan konsep muatan formal.

Contoh untuk molekul NH4+ : muatan formal atom H dalam NH4+ = 1 - 0 -2/2  =  0 (atom H memiliki satu elektron valensi, tidak ada pasangan elektron bebas, dan setiap atom hidrogen memakai bersama dua elektron). Atom nitrogen memiliki lima elektron valensi, dan nitrogen memakai bersama delapan elektron. Muatan formal N pada NH4+ = 5 - 0 - 8/2 = +1. Jadi rumus molekul NH4+ dapat ditulis:

B.       Bentuk Molekul

Bentuk molekul dapat diramalkan dengan dua cara yang berbeda: (a) pengaruh tolak menolak antara pasangan elektron dalam kulit valensi atom pusat, (b) distribusi orbital atom pusat (cara ini dikenal dengan konsep hibridisasi). Teori tolakan pasangan elektron kulit valensi (TPEK) atau VSEPR (Valence shell elektron pair reppulsion). Prinsip teori ini adalah pasangan elektron dalam kulit valensi suatu atom cenderung saling menjauhi agar tolak menolak antara pasangan-pasangan elektron seminimal mungkin. Langkah-langkah yang sebaiknya dilakukan dalam menentukan bentuk molekul:

1.        Hitung jumlah elektron valensi (elektron pada kulit terluar) dari atom pusat.

2.      Tambahkan dengan besarnya muatan untuk spesi yang bermuatan negatif atau kurangi untuk spesi   positif.

3.        Tambahkan dengan jumlah atom yang terikat.

4.        Bagi dengan dua; untuk menghasilkan jumlah pasangan elektron.

5.        Tempatkan pasangan elektron sehingga mengelilingi atom pusat.

6.        Jumlah pasangan elektron (d) dikurangi jumlah atom yang terikat adalah sama dengan pasangan elektron bebas.

Bentuk pasangan-pasangan :

1.        Dua pasang elektron. Atom pusat membentuk sudut 1800

2.       Tiga pasang elektron. Susunannya berbentuk segitiga planar dengan sudut 1200 antara pasangan elektron.

3.        Empat pasangan elektron. Ada dua macam susunan:

a.  Segi empat datar dengan pasangan elektron terdapat pada pojok dengan sudut antara pasangan e- =  900.

b.   Tetrahedral dengan pasangan elektron terdapat di pojok tetrahedral dengan sudut 109,50 (sudut tetrahedral)

4.   Lima pasangan elektron. Meskipun simetris yang terbaik adalah pentagon planar (sudut 720) tetapi susunan tiga dimensi yang paling tepat adalahtrigonal bipiramida (sudut antara pasangan equatorial 1200 dan sudut antara pasangan axial 900).

5.  Enam pasangan elektron. Susunannya berbentuk oktahedral dengan sudut antara pasangan elektron yang ber-dekatan 900.

6.  Tujuh pasangan atau lebih elektron. Hanya sedikit senyawa yang lebih dari enam pasangan elektron mengelilingi atom pusat dan strukturnya ditentukan secara khusus.

Contoh Soal 3.1

Ramalkan geometri BF3 dan NH4+.

Jawab:

(a). Untuk molekul BF3. (1) Elektron valensi B = 3; (2) BF3 adalah molekul netral, maka = 0; (3) Elektron dari 3 F untuk berikatan = 3; (4) jumlah elektron yang terlibat dalam ikatan = 3 + 0 + 3 = 6; (5) jumlah pasangan elektron = 6/2 = 3; (6) Susunan elektron yang mungkin adalah segitiga planar.

(b). Untuk molekul NH4+. (1) elektron valensi N = 5; (2) NH4+ adalah ion dengan muatan +1, maka = -1; (3) elektron dari 4 atom H untuk berikatan = 4; (4) jumlah elektron yang terlibat dalam ikatan = 5 + (-1) + 4 = 8; (5) jumlah pasangan elektron = 8/2 = 4; (6) susunan elektron yang mungkin adalahtetrahedral.