Bentuk Molekul: Memprediksi Geometri dengan VSEPR untuk Kimia HSC
Pelajari cara memprediksi bentuk molekul menggunakan daerah elektron, pasangan ikatan, pasangan elektron bebas, dan teori VSEPR. Dilengkapi contoh pengerjaan, miskonsepsi umum, dan latihan bergaya HSC.
Gabungkan tiga atom dan Anda mungkin mengira ketiganya akan membentuk garis lurus. Terkadang memang demikian. \(\ce{CO2}\) berbentuk linear. Namun \(\ce{H2O}\), yang juga memiliki tiga atom, berbentuk bengkok.
Jadi, apa yang membuat satu molekul lurus dan molekul lainnya bengkok?
Sebelum melanjutkan membaca, buatlah prediksi. Jika atom oksigen dalam \(\ce{H2O}\) berikatan dengan dua atom hidrogen, apa yang mungkin mendorong ikatan O-H tersebut menjauh dari susunan garis lurus?
Bagian yang belum diperhitungkan adalah pasangan elektron bebas. Pasangan ini menempati ruang di sekitar oksigen meskipun tidak terlihat dalam rumus molekul. Untuk memprediksi bentuk molekul dengan benar, kita perlu menghitung semua daerah kerapatan elektron di sekitar atom pusat, bukan hanya atom-atom yang terikat padanya.
Gagasan tersebut merupakan dasar teori tolakan pasangan elektron kulit valensi, atau VSEPR.
01Gagasan dasar: daerah elektron menyebar
Bayangkan beberapa balon yang diikat menjadi satu pada satu titik. Setiap balon menekan balon lainnya, sehingga semuanya mengatur posisi sejauh mungkin satu sama lain.
Daerah elektron di sekitar suatu atom berperilaku kurang lebih serupa. Elektron bermuatan negatif, sehingga daerah yang mengandung elektron saling menolak. Susunan yang membuat daerah-daerah ini berada sejauh mungkin satu sama lain biasanya paling stabil.
Perbandingan ini tidak sepenuhnya tepat. Awan elektron bukanlah balon padat, dan bentuk serta gaya tolaknya tidak semuanya sama. Namun, model ini memberi kita gambaran awal yang berguna:
Daerah elektron di sekitar atom pusat mengatur diri untuk meminimalkan tolakan.
Suatu daerah elektron dapat berupa:
- ikatan tunggal
- ikatan rangkap dua
- ikatan rangkap tiga
- pasangan elektron bebas
Ada satu aturan yang sering membuat banyak siswa keliru:
Ikatan rangkap dua atau rangkap tiga tetap dihitung sebagai satu daerah elektron.
Ikatan tersebut mengandung kerapatan elektron yang lebih besar daripada ikatan tunggal, sehingga gaya tolaknya dapat sedikit lebih kuat, tetapi arahnya tetap menuju satu arah umum dari atom pusat.
02Susunan elektron ditentukan sebelum bentuk molekul
Misalkan suatu atom pusat memiliki empat daerah elektron di sekelilingnya.
Keempat daerah tersebut menyebar membentuk susunan elektron tetrahedral, dengan sudut ideal sekitar \(109.5^\circ\).
Namun, ada perbedaan penting.
Geometri domain elektron menggambarkan susunan semua daerah elektron, termasuk pasangan elektron bebas.
Bentuk molekul menggambarkan posisi atom-atom saja.
Inilah sebabnya empat daerah elektron dapat menghasilkan beberapa bentuk molekul yang berbeda.
| Daerah elektron di sekitar atom pusat | Daerah ikatan | Pasangan bebas | Geometri domain elektron | Bentuk molekul |
|---|---|---|---|---|
| 2 | 2 | 0 | Linear | Linear |
| 3 | 3 | 0 | Planar trigonal | Planar trigonal |
| 3 | 2 | 1 | Planar trigonal | Bengkok |
| 4 | 4 | 0 | Tetrahedral | Tetrahedral |
| 4 | 3 | 1 | Tetrahedral | Piramida trigonal |
| 4 | 2 | 2 | Tetrahedral | Bengkok |
Kolom terakhir biasanya merupakan hal yang dimaksud oleh soal ketika menanyakan bentuk molekul.
03Mengapa pasangan elektron bebas mengubah bentuk
Perhatikan \(\ce{CH4}\), amonia \(\ce{NH3}\), dan air \(\ce{H2O}\).
Ketiganya memiliki empat daerah elektron di sekitar atom pusatnya.
Namun, bentuknya berbeda.
Metana: \(\ce{CH4}\)
Karbon memiliki empat daerah ikatan dan tidak memiliki pasangan elektron bebas.
Keempat daerah elektron tersebut semuanya mengandung ikatan, sehingga bentuk molekul sama dengan geometri domain elektronnya:
tetrahedral, dengan sudut ikatan sekitar \(109.5^\circ\).
Amonia: \(\ce{NH3}\)
Nitrogen memiliki tiga daerah ikatan N-H dan satu pasangan elektron bebas.
Masih terdapat empat daerah elektron, sehingga susunan elektron dasarnya adalah tetrahedral. Namun, ketika memberi nama bentuk molekul, pasangan elektron bebas tidak dihitung sebagai posisi atom.
Karena itu, ketiga atom hidrogen membentuk bentuk piramida trigonal.
Sudut H-N-H sekitar \(107^\circ\), sedikit lebih kecil daripada sudut tetrahedral ideal.
Mengapa?
Pasangan elektron bebas tertarik hanya pada satu inti atom, bukan digunakan bersama antara dua atom yang berikatan. Awan elektronnya menyebar lebih luas di sekitar atom pusat dan menolak daerah ikatan di sekitarnya dengan lebih kuat.
Urutan yang berguna adalah:
\[ \text{tolakan pasangan bebas-pasangan bebas} > \text{tolakan pasangan bebas-pasangan ikatan} > \text{tolakan pasangan ikatan-pasangan ikatan} \]
Jadi, pasangan elektron bebas pada nitrogen menekan ikatan N-H sehingga sedikit lebih berdekatan.
Air: \(\ce{H2O}\)
Oksigen memiliki dua daerah ikatan O-H dan dua pasangan elektron bebas.
Sekali lagi terdapat empat daerah elektron, sehingga geometri domain elektronnya adalah tetrahedral.
Namun, hanya dua dari daerah tersebut yang mengandung atom. Karena itu, bentuk molekulnya adalah bengkok.
Sudut H-O-H sekitar \(104.5^\circ\), bahkan lebih kecil daripada sudut pada amonia karena terdapat dua pasangan elektron bebas yang menghasilkan tolakan kuat.
Hal ini memberi kita pola yang berguna:
\[ \ce{CH4}: 109.5^\circ \]
\[ \ce{NH3}: \text{sekitar }107^\circ \]
\[ \ce{H2O}: \text{sekitar }104.5^\circ \]
Jumlah daerah elektronnya tidak berubah. Yang berubah adalah berapa banyak dari daerah tersebut yang merupakan pasangan elektron bebas.
04Metode yang andal untuk memprediksi bentuk
Untuk sebagian besar soal bentuk molekul HSC, gunakan urutan berikut.
Langkah 1: Tentukan atom pusat
Atom pusat biasanya merupakan atom yang terikat dengan beberapa atom lainnya. Hidrogen tidak pernah menjadi atom pusat pada molekul yang dibahas di sini karena hanya membentuk satu ikatan.
Langkah 2: Gunakan struktur Lewis
Anda perlu mengetahui letak ikatan dan pasangan elektron bebas.
Jika struktur Lewis tidak diberikan, ingat proses dasarnya:
- Hitung jumlah total elektron valensi.
- Hubungkan atom-atom dengan ikatan tunggal.
- Lengkapi kulit valensi atom-atom luar jika sesuai.
- Tempatkan elektron yang tersisa pada atom pusat.
- Bentuk ikatan rangkap jika diperlukan untuk memperoleh struktur Lewis yang masuk akal.
Muatan formal dan resonansi dapat berperan dalam struktur yang lebih rumit, tetapi perhitungan bentuk dimulai setelah Anda mengetahui daerah elektron di sekitar atom pusat.
Langkah 3: Hitung daerah elektron di sekitar atom pusat
Hitung masing-masing berikut sebagai satu daerah:
- satu ikatan tunggal
- satu ikatan rangkap dua
- satu ikatan rangkap tiga
- satu pasangan elektron bebas
Sebagai contoh, atom karbon dalam \(\ce{CO2}\) memiliki dua ikatan rangkap dua:
\[ \ce{O=C=O} \]
Itu berarti terdapat dua daerah elektron, bukan empat.
Langkah 4: Tentukan geometri domain elektron
Susunan yang paling penting adalah:
| Jumlah daerah elektron | Geometri domain elektron dasar | Sudut ideal |
|---|---|---|
| 2 | Linear | \(180^\circ\) |
| 3 | Planar trigonal | \(120^\circ\) |
| 4 | Tetrahedral | \(109.5^\circ\) |
| 5 | Bipiramida trigonal | \(90^\circ\), \(120^\circ\), \(180^\circ\) |
| 6 | Oktahedral | \(90^\circ\), \(180^\circ\) |
Langkah 5: Abaikan pasangan elektron bebas ketika memberi nama bentuk molekul
Jangan menghilangkan pasangan elektron bebas sebelum menentukan susunan elektron. Biarkan pasangan tersebut menentukan susunannya terlebih dahulu.
Setelah itu, abaikan pasangan tersebut ketika memberi nama bentuk molekul.
Urutan ini penting.
05Contoh pengerjaan: Apa bentuk amonia?
Prediksikan bentuk molekul dan perkiraan sudut ikatan H-N-H pada \(\ce{NH3}\).
Langkah 1
Nitrogen terikat pada ketiga atom hidrogen, sehingga nitrogen adalah atom pusat.
Langkah 2
Nitrogen memiliki tiga ikatan N-H dan satu pasangan elektron bebas.
Jadi:
\[ 3\text{ daerah ikatan} + 1\text{ pasangan bebas} = 4\text{ daerah elektron} \]
Langkah 3
Empat daerah elektron tersusun secara tetrahedral.
Langkah 4
Satu posisi tetrahedral ditempati oleh pasangan elektron bebas, sehingga tersisa tiga atom hidrogen yang terikat.
Bentuk molekulnya adalah piramida trigonal.
Langkah 5
Sudut tetrahedral sempurna adalah \(109.5^\circ\). Pasangan elektron bebas menolak daerah ikatan N-H lebih kuat daripada daerah-daerah ikatan tersebut saling menolak, sehingga sudut H-N-H menjadi sedikit lebih kecil.
Sudut yang teramati sekitar:
\[ 107^\circ \]
Jadi, \(\ce{NH3}\) berbentuk piramida trigonal, dengan sudut ikatan sekitar \(107^\circ\).
06Tiga daerah elektron: mengapa \(\ce{CO2}\) dan \(\ce{SO2}\) berbeda
Sekarang bandingkan dua molekul yang mengandung ikatan rangkap.
Karbon dioksida adalah:
\[ \ce{O=C=O} \]
Atom karbon memiliki dua daerah elektron. Keduanya bergerak sejauh mungkin satu sama lain, menghasilkan susunan \(180^\circ\).
Jadi, \(\ce{CO2}\) berbentuk linear.
Sulfur dioksida, \(\ce{SO2}\), berbeda. Di sekitar sulfur pusat terdapat tiga daerah elektron utama: dua daerah ikatan yang mengarah ke atom oksigen dan satu pasangan elektron bebas.
Tiga daerah cenderung membentuk susunan elektron planar trigonal.
Namun, salah satu posisi tersebut ditempati oleh pasangan elektron bebas, sehingga atom-atomnya membentuk molekul bengkok.
Seorang siswa mungkin melihat dua hubungan S-O dan memprediksi bentuk linear karena ada “dua hal yang terikat”. Prediksi tersebut mengabaikan pasangan elektron bebas. VSEPR bergantung pada daerah elektron, bukan sekadar jumlah atom di sekeliling atom pusat.
Contoh pengerjaan: Prediksikan bentuk \(\ce{SO2}\)
Prediksikan geometri domain elektron, bentuk molekul, dan perkiraan sudut ikatan O-S-O pada \(\ce{SO2}\).
Langkah 1
Sulfur adalah atom pusat. Deskripsi Lewis yang sesuai memberikan dua daerah ikatan S-O dan satu pasangan elektron bebas di sekitar sulfur.
Setiap arah ikatan S-O dihitung sebagai satu daerah, bahkan ketika ikatan tersebut direpresentasikan menggunakan ikatan rangkap dalam struktur Lewis.
Karena itu:
\[ 2\text{ daerah ikatan} + 1\text{ pasangan bebas} = 3\text{ daerah elektron} \]
Langkah 2
Tiga daerah elektron menghasilkan susunan elektron planar trigonal dengan pemisahan ideal \(120^\circ\).
Langkah 3
Hanya sulfur dan kedua atom oksigen yang menentukan bentuk molekul.
Karena itu, molekul tersebut berbentuk bengkok.
Langkah 4
Pasangan elektron bebas menempati lebih banyak ruang di sekitar sulfur daripada daerah ikatan. Pasangan tersebut mendorong kedua daerah ikatan S-O menjadi lebih berdekatan.
Karena itu:
\[ \angle\ce{OSO} < 120^\circ \]
Penalaran HSC yang penting bukanlah menghafal suatu nilai sudut desimal tertentu. Yang penting adalah menjelaskan mengapa sudut tersebut harus kurang dari \(120^\circ\).
07Apa yang terjadi dengan lima atau enam daerah elektron?
Gagasan tolakan yang sama tetap berlaku untuk lebih dari empat daerah.
Lima daerah
Lima daerah elektron membentuk susunan bipiramida trigonal.
Ada dua jenis posisi:
- tiga posisi ekuatorial dalam satu bidang, terpisah sebesar \(120^\circ\)
- dua posisi aksial di atas dan di bawah bidang tersebut
Pasangan elektron bebas umumnya lebih memilih posisi ekuatorial karena posisi ini memberinya lebih sedikit interaksi \(90^\circ\) dengan daerah elektron lainnya.
Sebagai contoh, \(\ce{SF4}\) memiliki lima daerah elektron di sekitar sulfur: empat daerah ikatan dan satu pasangan elektron bebas.
Geometri domain elektronnya adalah bipiramida trigonal, tetapi karena satu posisi ekuatorial ditempati oleh pasangan elektron bebas, bentuk molekulnya adalah jungkat-jungkit.
Enam daerah
Enam daerah elektron membentuk susunan oktahedral.
Sebagai contoh, \(\ce{SF6}\) memiliki enam daerah ikatan dan tidak memiliki pasangan elektron bebas, sehingga bentuknya oktahedral.
Jika suatu susunan oktahedral mengandung dua pasangan elektron bebas, posisi kedua pasangan tersebut penting. Menempatkannya saling berseberangan membuat keduanya terpisah \(180^\circ\) dan mengurangi tolakan di antara keduanya.
Hal ini terjadi pada \(\ce{XeF4}\). Xenon memiliki enam daerah elektron: empat daerah ikatan Xe-F dan dua pasangan elektron bebas.
Kedua pasangan elektron bebas menempati posisi yang saling berseberangan, sehingga empat atom fluor tersisa dalam satu bidang.
Bentuk molekulnya adalah planar persegi.
08Dua kesalahan penghitungan yang paling umum
Kesalahan 1: Menghitung ikatan, bukan daerah elektron
Misalkan karbon pusat memiliki satu ikatan rangkap dua dan dua ikatan tunggal.
Anda mungkin menghitung:
\[ 2 + 1 + 1 = 4 \]
dan memprediksi susunan tetrahedral.
Itu tidak benar.
Ikatan rangkap dua dihitung sebagai satu daerah elektron, karena kerapatan elektronnya mengarah ke satu arah keseluruhan.
Jadi, hitungan yang benar adalah:
\[ 1 + 1 + 1 = 3\text{ daerah elektron} \]
Geometri domain elektronnya adalah planar trigonal.
Kesalahan 2: Mengabaikan pasangan elektron bebas terlalu awal
Misalkan sebuah atom oksigen terikat pada dua atom.
Jika Anda hanya melihat kedua ikatan tersebut, Anda mungkin memprediksi bentuk linear karena dua daerah akan berada terpisah \(180^\circ\).
Namun, oksigen biasanya juga memiliki dua pasangan elektron bebas. Jadi, secara keseluruhan terdapat empat daerah elektron.
Karena itu, susunan elektronnya tetrahedral, dan kedua atom yang terikat hanya menempati dua dari empat arah tersebut. Hasilnya adalah bentuk bengkok.
Aturan pengambilan keputusan yang baik adalah:
Hitung pasangan elektron bebas ketika menentukan susunan elektron. Abaikan pasangan tersebut hanya ketika memberi nama bentuk molekul akhir.
09VSEPR memprediksi kecenderungan yang berguna, bukan sudut yang sempurna
Model VSEPR sederhana sering dimulai dengan sudut ideal seperti \(120^\circ\) dan \(109.5^\circ\). Molekul nyata tidak selalu memiliki nilai tersebut secara tepat.
Daerah elektron yang berbeda tidak saling menolak dengan kekuatan yang sama.
Secara khusus:
- pasangan elektron bebas biasanya menolak lebih kuat daripada daerah ikatan
- ikatan rangkap dapat menolak lebih kuat daripada ikatan tunggal
- atom-atom berbeda di sekeliling atom pusat dapat mengubah distribusi elektron ikatan
Jadi, ketika sebuah soal meminta Anda menjelaskan sudut ikatan yang menyimpang, jangan hanya menyatakan bahwa “elektron saling menolak”.
Jelaskan dengan lebih tepat:
- identifikasi daerah-daerah elektron,
- identifikasi daerah mana yang menghasilkan tolakan lebih kuat,
- nyatakan ikatan mana yang terdorong menjadi lebih berdekatan atau lebih berjauhan,
- bandingkan sudut yang dihasilkan dengan geometri ideal.
Penjelasan tersebut jauh lebih kuat daripada menghafal sudut-sudut ikatan secara terpisah.
10Pertanyaan dan solusi
Pertanyaan 1
Atom boron pusat dalam \(\ce{BF3}\) membentuk tiga ikatan B-F dan tidak memiliki pasangan elektron bebas. Prediksikan bentuk molekul dan sudut ikatan F-B-F.
Solusi 1
\(\ce{BF3}\) berbentuk planar trigonal, dengan sudut ikatan F-B-F sekitar \(120^\circ\).
Atom boron memiliki tiga daerah ikatan dan tidak memiliki pasangan elektron bebas:
\[ 3\text{ daerah ikatan} = 3\text{ daerah elektron} \]
Tiga daerah elektron meminimalkan tolakannya dengan menyebar dalam satu bidang, terpisah \(120^\circ\).
Karena setiap daerah elektron mengandung ikatan, geometri domain elektron dan bentuk molekul keduanya adalah planar trigonal.
Kesalahan umum adalah menganggap setiap molekul dengan beberapa ikatan akan menjadi tetrahedral. Geometri tetrahedral memerlukan empat daerah elektron, bukan sekadar “lebih dari dua”.
Pertanyaan 2
Sebuah molekul memiliki atom pusat dengan empat daerah elektron. Tiga merupakan daerah ikatan dan satu merupakan pasangan elektron bebas.
Nyatakan geometri domain elektron dan bentuk molekulnya. Apakah Anda memperkirakan sudut ikatannya tepat \(109.5^\circ\)? Jelaskan.
Solusi 2
Geometri domain elektronnya adalah tetrahedral, bentuk molekulnya adalah piramida trigonal, dan sudut ikatannya seharusnya sedikit kurang dari \(109.5^\circ\).
Empat daerah elektron secara keseluruhan menghasilkan susunan tetrahedral:
\[ 3\text{ daerah ikatan} + 1\text{ pasangan bebas} = 4\text{ daerah} \]
Ketika pasangan elektron bebas diabaikan untuk tujuan penamaan posisi atom, tersisa tiga atom yang terikat, sehingga menghasilkan bentuk molekul piramida trigonal.
Sudutnya mengecil karena pasangan elektron bebas menempati lebih banyak ruang di sekitar atom pusat dan menolak daerah ikatan di sekitarnya lebih kuat daripada daerah-daerah ikatan saling menolak. Kesalahannya adalah langsung menggunakan \(109.5^\circ\) hanya karena susunan elektron dasarnya tetrahedral.
Pertanyaan 3
Formaldehida, \(\ce{CH2O}\), mengandung atom karbon pusat yang terikat pada dua atom hidrogen dan berikatan rangkap dua dengan sebuah atom oksigen.
Prediksikan susunan di sekitar karbon. Jelaskan mengapa memperlakukan ikatan rangkap C=O sebagai dua daerah elektron terpisah menghasilkan jawaban yang salah.
Solusi 3
Susunan di sekitar karbon adalah planar trigonal, dengan sudut ikatan di sekitar karbon mendekati \(120^\circ\).
Di sekitar atom karbon terdapat:
\[ 2\text{ daerah C-H} + 1\text{ daerah C=O} = 3\text{ daerah elektron} \]
Karena itu, ketiga daerah tersebut menyebar membentuk susunan planar trigonal.
Ikatan rangkap C=O mengandung dua pasangan elektron yang digunakan bersama, tetapi keduanya berada dalam arah ikatan keseluruhan yang sama antara karbon dan oksigen. Karena itu, VSEPR memperlakukan seluruh ikatan rangkap tersebut sebagai satu daerah kerapatan elektron, bukan dua arah yang terpisah.
Menghitung ikatan rangkap dua kali akan secara keliru menghasilkan empat daerah dan menyebabkan prediksi tetrahedral.
Sudut yang tepat tidak harus semuanya persis \(120^\circ\), karena ikatan rangkap yang kaya elektron dapat menolak daerah ikatan di sekitarnya sedikit lebih kuat daripada ikatan tunggal.
Pertanyaan 4
Amonia dapat bereaksi dengan ion hidrogen untuk membentuk amonium:
\[ \ce{NH3 + H+ -> NH4+} \]
Prediksikan bagaimana bentuk molekul di sekitar nitrogen berubah dari \(\ce{NH3}\) menjadi \(\ce{NH4+}\). Prediksikan juga apakah sudut H-N-H menjadi lebih besar, lebih kecil, atau tetap sama.
Solusi 4
Bentuknya berubah dari piramida trigonal pada \(\ce{NH3}\) menjadi tetrahedral pada \(\ce{NH4+}\), dan sudut H-N-H menjadi sedikit lebih besar.
Dalam \(\ce{NH3}\), nitrogen memiliki:
\[ 3\text{ daerah ikatan} + 1\text{ pasangan bebas} = 4\text{ daerah elektron} \]
Geometri domain elektronnya adalah tetrahedral, tetapi satu posisi ditempati oleh pasangan elektron bebas. Bentuk molekulnya adalah piramida trigonal, dengan sudut H-N-H sekitar \(107^\circ\).
Ketika \(\ce{NH3}\) membentuk \(\ce{NH4+}\), pasangan elektron bebas nitrogen digunakan untuk membentuk ikatan N-H tambahan. Nitrogen sekarang memiliki:
\[ 4\text{ daerah ikatan} + 0\text{ pasangan bebas} = 4\text{ daerah elektron} \]
Keempat posisi tetrahedral sekarang semuanya ditempati oleh atom hidrogen yang terikat, sehingga bentuk molekulnya tetrahedral.
Tanpa pasangan elektron bebas yang menghasilkan penekanan tambahan, sudut H-N-H menjadi sekitar:
\[ 109.5^\circ \]
Kesalahan yang menggoda adalah mengatakan bahwa penambahan satu hidrogen pasti meningkatkan kesesakan sehingga sudutnya menjadi lebih kecil. Yang penting bukan hanya jumlah atom. Pasangan elektron bebas yang memberikan tolakan kuat telah digantikan oleh daerah ikatan, sehingga keempat daerah menjadi lebih setara.
Pertanyaan 5
Seorang siswa mengatakan:
“Setiap molekul dengan dua atom yang terikat pada atom pusat pasti linear karena kedua ikatan dapat mengarah ke arah yang berlawanan.”
Evaluasi pernyataan ini menggunakan \(\ce{CO2}\) dan \(\ce{H2O}\).
Solusi 5
Pernyataan tersebut tidak benar karena bentuk molekul bergantung pada semua daerah elektron di sekitar atom pusat, bukan hanya jumlah atom yang terikat.
Dalam \(\ce{CO2}\), karbon memiliki dua daerah elektron:
\[ \ce{O=C=O} \]
Setiap ikatan rangkap dua dihitung sebagai satu daerah, sehingga terdapat dua daerah secara keseluruhan. Keduanya bergerak terpisah \(180^\circ\), membuat \(\ce{CO2}\) berbentuk linear.
Dalam \(\ce{H2O}\), oksigen memiliki:
\[ 2\text{ daerah ikatan} + 2\text{ pasangan bebas} = 4\text{ daerah elektron} \]
Empat daerah menghasilkan susunan elektron tetrahedral. Ketika kedua pasangan elektron bebas diabaikan dalam penamaan bentuk molekul, kedua ikatan O-H tetap berada dalam susunan bengkok.
Jadi, perbandingan pentingnya adalah:
| Molekul | Daerah ikatan | Pasangan bebas pada atom pusat | Jumlah daerah | Bentuk |
|---|---|---|---|---|
| \(\ce{CO2}\) | 2 | 0 | 2 | Linear |
| \(\ce{H2O}\) | 2 | 2 | 4 | Bengkok |
Penalaran siswa tersebut terasa masuk akal karena dua objek yang terisolasi dapat memaksimalkan jaraknya dengan berada saling berseberangan. Penalaran tersebut gagal ketika ada daerah elektron lain yang tidak terlihat dan juga bersaing memperebutkan ruang.
Pertanyaan 6
Dalam \(\ce{XeF4}\), xenon memiliki empat daerah ikatan Xe-F dan dua pasangan elektron bebas.
Seorang siswa dengan benar mengidentifikasi enam daerah elektron dan susunan elektron oktahedral, tetapi kemudian memprediksi bentuk molekul tetrahedral karena terdapat empat atom fluor.
Jelaskan mengapa prediksi ini salah dan tentukan bentuk molekul yang benar.
Solusi 6
Bentuk molekul yang benar adalah planar persegi, bukan tetrahedral.
Terdapat enam daerah elektron di sekitar xenon:
\[ 4\text{ daerah ikatan} + 2\text{ pasangan bebas} = 6\text{ daerah elektron} \]
Enam daerah elektron membentuk susunan oktahedral.
Kedua pasangan elektron bebas saling menolak dengan kuat. Dalam susunan oktahedral, keduanya dapat menempati posisi yang saling berseberangan secara langsung, sehingga terpisah \(180^\circ\).
Hal ini meninggalkan keempat ikatan Xe-F dalam bidang yang sama, tersusun dengan sudut \(90^\circ\) terhadap ikatan di sebelahnya. Karena itu, keempat atom fluor membentuk persegi di sekitar xenon.
Kesalahan siswa tersebut cukup halus. Empat atom yang terikat tidak secara otomatis berarti tetrahedral. Bentuk tetrahedral terjadi ketika keempat ikatan tersebut tersusun di antara empat daerah elektron secara keseluruhan. Dalam \(\ce{XeF4}\), keempat ikatan merupakan bagian dari susunan oktahedral enam daerah, sehingga posisinya berbeda.
11Ke mana pemahaman tentang bentuk molekul membawa Anda selanjutnya
Setelah dapat memprediksi bentuk, Anda dapat melakukan lebih dari sekadar memberi nama struktur.
Bentuk memberi tahu Anda bagaimana masing-masing dipol ikatan tersusun dalam ruang. Artinya, bentuk menjadi sangat penting ketika menentukan apakah suatu molekul polar atau nonpolar.
Sebagai contoh, baik \(\ce{CO2}\) maupun \(\ce{H2O}\) mengandung ikatan polar. Bentuknya yang berbeda menentukan apakah dipol-dipol ikatan tersebut saling meniadakan.
Jadi, pertanyaan berguna berikutnya bukan sekadar, “Apakah ikatannya polar?” Melainkan: setelah ikatan-ikatan tersebut ditempatkan dalam bentuk molekulnya, apa yang terjadi ketika dipol-dipolnya digabungkan?