Kompetensi Dasar
3.6 Menerapkan Teori Pasangan Elektron Kulit Valensi (VSEPR) dan Teori Domain elektron dalam menentukan bentuk molekul.
4.6 Membuat model bentuk molekul dengan menggunakan bahan-bahan yang ada di lingkungan sekitar atau perangkat lunak komputer
Deskripsi.
Dalam kehidupan sehari-hari kita menemukan senyawa berupa gas, seperti gas metana (CH₄), gas karbondioksida (CO₂), dan gas oksigen (O₂), sementara ada zat kimia yang berupa zat cair seperti air (H₂O) dan alkohol (C₂H₅OH). Lalu apa yang mempengaruhi suatu senyawa ada yang berbentuk gas ada senyawa yang berwujud cair bahkan padat. Hal ini erat kaitannya dengan kepolaran suatu senyawa, kepolaran berkaitan dengan bentuk molekul, apakah bentuk molekulnya simetris atau non simetris. Senyawa-senyawa yang bentuk molekulnya simetris cenderung bersifat non polar dan titik didihnya rendah sehingga berwujud gas, sedangkan senyawa yang bentuk moekulnya non simetris cenderung bersifat polar dan memiliki titik didih tinggi sehingga wujudnya cair. Lalu bagaimana kita mengetahui bentuk molekul suatu senyawa?
Seperti yang kamu tahu, kenapa bentuk molekul itu bisa bermacam-macam ? Bentuk molekul bisa beragam karena unsur-unsur yang telah berikatan dan membentuk senyawa atau molekul akan memiliki bentuk molekul yang berbeda-beda agar menjadi lebih stabil.
Untuk memprediksi bentuk molekul suatu senyawa dapat menggunakan teori domain elektron. Pada materi ini akan dipelajari bagaimana memperkirakan bentuk molekul suatu senyawa dengan menggunakan teori Valence Shell Electron Pair of Repulsion (VSEPR) dan Teori Domain Elektron dan mengaitkan dengan sifat fisik suatu senyawa terutama titik didih/titik leleh.
KEGIATAN PEMBELAJARAN 1 BENTUK MOLEKUL BERDASARKAN TEORI VSEPR DAN TEORI DOMAIN ELEKTRON
A. Tujuan Pembelajaran
Setelah mengikuti pembelajaran secara mandiri pada modul ini, siswa dapat :
1. Menerapkan teori VSEPR untuk memperkiranakan bentuk molekul suatu senyawa.
2. Menentukan rumus/Tipe molekul berdasarkan jumlah PEI/PEB.
B. Uraian Materi
1. Teori Valence Shell Electron Pair of Repulsion (VSEPR) dan Teori Domain Elektron.
Teori VSEPR adalah teori yang menggambarkan bentuk molekul berdasarkan kepada tolakan pasangan electron disekitar atom pusat. Teori tolakan pasangan elektron ini dikenal dengan istilah VSEPR (Valence Shell Electron Pair of Repulsion).
Bentuk molekul didasarkan kepada jumlah electron yang saling tolak-menolak disekitar atom pusat yang akan menempati tempat sejauh munkin untuk meminimumkan tolakan.
Teori VSEPR merupakan penjabaran sederahana dari rumus Lewis yang berguna untuk memprediksikan bentuk molekul poliatom berdasarkan struktur Lewis-nya.
Teori VSEPR pertama kali dikembangkan oleh NevilSidgwick dan Herbet Powel pada tahun 1940, dan dikembangkan lebihlanjut oleh Ronald Gillespie dan Ronald Nyholm.
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. Posisi pasangan elektron satu dengan yang lain yang semakin berjauhan akan menyebabkan tolakan antar mereka menjadi semakin kecil. Pada posisi yang paling jauh yang dapat dicapai, tolakan antar pasangan elektron menjadi minimal. Tolakan antar pasangan elektron terjadi antara pasangan elektron bebas 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 Domain Elektron
Menurut Ralph H. Petrucci (1985), teori Domain Elektron merupakan penyempurnaan dari teori VSEPR. Teori ini adalah suatu cara meramalkan bentuk molekul berdasarkan tolak menolak elektron-elektron pada kulit luar atom pusat. Domain elektron berarti kedudukan elektron atau daerah keberadaan elektron.
Jumlah domain elektron ditentukan sebagai berikut:
a. Setiap elektron ikatan (apakah ikatan tunggal, rangkap atau rangkap tiga)merupakan 1 domain.
b. Setiap pasangan elektron bebas merupakan 1 domain.
Contoh :
Tentukan domain elektron atom pusat pada beberapa senyawa : H₂O, CO₂ dan SO₂!
Pembahasan :
• Gambarkan struktur lewis masing-masing senyawa
• Setiap satu elektron ikatan (tunggal, rangkap dua maupun rangkap tiga merupakan satu domain
• Setiap pasangan elektron bebas merupakan satu domain
Sehingga jumlah domainnya dapat dilihat pada tabel berikut.
Tabel 3.6-1. Contoh Penentuan Domain Elektron
Penjelasan :
1. Pada struktur lewis H₂O atom pusat O dikelilingi oleh 4 PEI sehingga jumlah domain elektron = 4
2. Pada struktur lewis CO₂ atom pusat C dikelilingi oleh 2 ikatan rangkap, sehingga domain elektron = 2
3. Pada struktur lewis SO₂ atom pusat S dikelilingi oleh dua ikatan rangkap, ikatan tunggal dan 1 PEB, sehingga jumlah domain elektron = 3
Teori domain elektron mempunyai prinsip-prinsip dasar sebagai berikut:
a. Antar domain elektron pada kulit luar atom pusat saling tolak-menolak
sehingga domain elektron akan mengatur diri (mengambil formasi) sedemikian rupa, sehingga tolak-menolak di antaranya menjadi minimum.
b. Urutan kekuatan tolak-menolak di antara domain elektron adalah:
Tolakan antar domain elektron bebas > tolakan antara domain elektron bebas dengan domain elektron ikatan > tolakan antara domain elektron ikatan.
c. Bentuk molekul hanya ditentukan oleh pasangan elektron ikatan.
2. Rumus/Tipe Molekul
Rumusan tipe molekul dapat ditulis dengan lambang AXnEm (jumlah pasangan electron), pasangan elektron ikatan (PEI) dan pasangan elektron bebas (PEB)
dimana :
A : Atom pusat
X : Jumlah pasangan elektron ikatan (PEI)
E : jumlah pasangan elektron bebas (PEB)
Catatan:
a. ikatan rangkap dua atau rangkap tiga dihitung satu pasang electron ikatan
b. tolakan antara PEB-PEB> PEB-PEI>PEI-PEI
c. PEI menentukan bentuk molekul,PEB mempengaruhi besar sudut ikatan
Langkah-langkah memprediksi bentuk molekul dengan teori VSEPR
a. Tentukan struktur lewis dari rumus molekul
b. Tentukan jumlah PEB dan PEI atom pusat
c. Tentukan tipe/rumus molekulnya
d. Gambar bentuk molekul dan beri nama sesuai dengan jumlah PEI dan PEB
Contoh :
1. Senyawa metana, CH4
Struktur lewisnya dapat digambarkan sebagai berikut.
Dari struktur lewisnya, bahwa atom pusat, C memiliki empat pasangan elektron ikatan (PEI) dan tidak memiliki pasangan elektron bebas (PEB),
sehingga tipe molekulnya adalah AX₄.
Pasangan elektron ikatan akan menempati posisi dimana tolakan sekecil
mungkin, sehingga posisi PEI antara satu dengan yang lain menjadi sama jaraknya dan menghasilkan sudut antara H – C – H yang sama besarnya, sehingga berdasarkan rumus/tipe molekulnya, CH₄ memiliki bentuk tetrahedral seperti tampak pada gambar berikut.
2. Senyawa amonia, NH₃
Struktur lewis NH₃ adalah sebagai berikut :
Pembahasan :
Atom pusat adalah N mempunyai elektron valensi 5
Pasangan Eekton ikatan (X) = 3
Pasangan Elektron Bebas E = (5-3)/2 = 1
Bentuk molekul AX3E bentuk molekulnya piramida segitiga
Dengan menggunakan teori VSEPR maka kita dapat meramalkan bentuk geometri suatu molekul, seperti terlihat pada tabel berikut.
Tabel 3.6-2. Hubungan antara jumlah PEI, PEB, tipe molekul dan bentuk molekul
Dalam modul ini maka akan di contohkan menentukan bentuk geometri molekul XeF₂, XeF₄, dan XeF₆. Diantara molekul-molekul tersebut ada yang memiliki pasangan elektron bebas dan ada yang tidak, jadi molekul-molekul tersebut adalah contoh yang bagus untuk lebih memahami teori VSEPR.
Pertama kita harus mementukan struktur lewis masing-masing molekul. Xe memiliki jumlah elektron valensi 8 sedangkan F elektron valensinya adalah 7 (lihat gambar dibawah)
Struktur Lewis XeF₂ seperti gambar di bawah, dua elektron Xe masing-masing diapakai untuk berikatan secara kovalen dengan 2 atom F sehingga meninggalkan 3 pasangan elektron bebas pada atom pusat Xe. Hal yang sama terjadi pada molekul XeF4 dimana 4 elektron Xe dipakai untuk berikatan dengan 4 elektron dari 4 atom F, sehingga meninggalkan 2 pasangan elektron bebas pada atom pusat Xe.
Lihat gambar diatas XeF₂ memiliki 2 pasangan elektron ikatan (PEI) dan 3 pasangan elektron bebas (PEB) jadi total ada 5 pasangan elektron yang terdapat pada XeF₂, hal ini menandakan bahwa geometri molekul atau kerangka dasar molekul XeF₂ adalah trigonal bipiramid. Karena terdapat 3 PEB maka PEB ini masing masing akan menempati posisi ekuatorial pada kerangka trigonal bipiramid, sedangkan PEI akan menempati posisi aksial yaitu pada bagian atas dan bawah. Posisi inilah posisi yang stabil apabila terdapat atom dengan 2 PET dan 3 PEB sehingga menghasilkan bentuk molekul linear. Jadi bentul molekul XeF₂ adalah linier.(lihat gambar dibawah)
Lihat gambar strutur lewis XeF₄ memiliki 4 pasangan elekktron terikat (PEI) dan 2 pasangan elektron bebas (PEB) jadi total ada 6 pasangan elektron yang terdapat pada XeF₄, hal ini menandakan bahwa geometri molekul atau kerangka dasar molekul XeF₄ adalah oktahedral. Karena terdapat 2 PEB maka PEB ini masing masing akan menempati posisi aksial pada kerangka oktahedral, sedangkan PEI akan menempati posisi ekuatorial. Posisi inilah posisi yang stabil apabila terdapat atom dengan 4 PET dan 2 PEB sehingga menghasilkan bentuk molekul yang disebut segiempat planar. Jadi bentuk molekul XeF₂ adalah segiempat planar.(lihat gambar dibawah).
C. Rangkuman
1. Teori yang sederhana untuk menjelaskan bentuk molekul yang mengandung ikatan pasangan elektron adalah teori tolakan pasangan elektron dalam kulit valensi atau teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion). Menurut teori ini, bangun suatu molekul ditentukan oleh pasangan elektron yang terdapat dalam kulit valensi atom pusat.
2. Molekul kovalen terdapat pasangan-pasangan elektron baik PEI maupun PEB.
Karena pasangan-pasangan elektron mempunyai muatan sejenis, maka tolakmenolak antarpasangan elektron. Tolakan (PEB – PEB) > tolakan (PEB – PEI) > tolakan (PEI – PEI).
3. Teori Domain Elektron adalah penyempurnaan dari teori VSEPR. Domain elektron artinya kedudukan suatu elektron atau daerah keberadaan elektron, dapat ditentukan dengan jumlah domain sebagai berikut: Setiap elektron ikatan (ikatan tunggal, rangkap 2, atau rangkap 3) mempunyai 1 domain.
D. Penugasan Mandiri
1. Uraikan apa yang Anda ketahui tentang teori Valence Shell Electron Pair of Repulsion (VSEPR)!
2. Bagaimana urutan kekutan tolakan PEI dan PEB?
3. Apa saja prinsip dari teori Domain elektron?
4. Senyawa CH₄, NH₃ dan H₂O sama-sama memiliki 4 pasang elektron, tetapi berbeda
bentuk molekul dan besar sudut ikatannya. Uraikan faktor penyebabnya!
5. Mengapa molekul CH₄ berbentuk simetris?
6. Uraikan langkah-langkah dalam menentukan tipe/rumus molekul poliatom!
7. Dari senyawa berikut tentukan rumus/tipe molekul dan bentuk molekul berdasarkan teori VSEPR!
a. CCl₄
b. PCl₃
E. Latihan Soal
1. Unsur P (Z = 15) bersenyawa dengan unsur Cl (Z = 17) membentuk PCl₃. Banyaknya pasangan elektron bebas pada atom pusat dalam senyawa PCl₃ adalah…
A. 0
B. 1
C. 2
D. 3
E. 4
2. Suatu molekul mempunyai 4 pasang elektron di sekitar atom pusat, 2 diantaranya merupakan PEB, maka bentuk molekul yang paling mungkin adalah …
A. segitiga datar
B. segiempat planar
C. tetrahedron
D. bentuk T
E. bentuk V
3. Sudut ikatan molekul H₂O adalah 104,5 lebih kecil dari sudut tetrahedron, hal ini disebabkan oleh …
A. adanya 2 pasangan elektron bebas
B. adanya 2 pasangan elektron ikatan
C. adanya ikatan hidrogen pada H₂O
D. adanya dipol permanen pada H₂O
E. pasangan elektron jauh dari atom pusat
4. Suatu senyawa memiliki jumlah domain elektron ikatan 3 dan domain elektron bebas 0, bentuk molekul dari senyawa tersebut adalah …
A. Linear
B. Tetrahedral
C. Segitiga datar
D. Oktahedral
E. Bipiramida segitiga
5. Perhatikan tabel berikut
Pernyataan yang benar hbungan antara jumlah PEI, PEB dan bentuk molekul adalah....
A. (1) dan (2)
B. (1) dan (3)
C. (2) dan (3)
D. (3) dan (4)
E. (4) dan (5)
₀₁₂₃₄₅₆₇₈₉₉₊₋
