Cara Menghitung Muatan Atom Lewis-Langmuir

Bahasan ini terinspirasi dari soal Olimpiade Kimia Nasional UGM 2016 (babak penyisihan). Terdapat soal yang menguji kemampuan siswa dalam menentukan besarnya muatan Lewis-Langmuir sebagaimana contoh soal pertama yang dibahas pada tulisan ini.

Ikatan kimia mulanya dibagi menjadi 2 bagian yang sangat berbeda sifatnya, yaitu ikatan kovalen (pemakaian bersama pasangan elektron untuk berikatan) dan ikatan ion (serah terima elektron dan membentuk ikatan  dengan tarik-menarik elektrostatik). Pada ikatan kovalen ada istilah muatan formal sedangkan pada ikatan ion ada istilah bilangan oksidasi. Tentang penjelasan dan cara menghitung muatan formal (MF) dan cara menghitung bilangan oksidasi suatu atom dapat dibaca di sini.

Rumus MF yang umum:
MF X=ΣEVX−ΣEBX−(Σ Ikatan)

Meskipun demikian sulit dijumpai zat yang memiliki jenis ikatan yang murni, kecuali pada senyawa kovalen nonpolar yang tersusun dari atom yang identik. Karena kebanyakan sifat senyawa memiliki karakter di antara senyawa kovalen dan senyawa ion kemudian dibuatlah "jembatan" dari keduanya. Dengan adanya jembatan ini maka ia dapat digunakan untuk kedua jenis senyawa dengan deskripsi kuantitatifnya. Untuk itu Allen (1989) kemudian memperkenalkan cara menentukan jumlah muatan antara 2 atom yang disebut dengan muatan atom Lewis-Langmuir (LL_X).

Dengan muatan atom LL_X ini kita dapat memprediksi sebaran elektron (electron distribution) sedikit lebih baik. Cara menghitung LL_X adalah dengan memperhitungkan nilai keelektronegatifan setiap atom yang terlibat dalam ikatan kimia secara langsung. Meskipun demikian dengan cara ini masih dijumpai beberapa anomali (kebanyakan senyawa organik), namun untuk pembelajaran dasar cara tersebut tetap dapat digunakan.

LLX=ΣEVX−ΣEBX−2 ∑YENXENX+ENY(Σ Ikatan)
ΣEV = jumlah elektron valensi
ΣEB = jumlah elektron bebas
ΣIkatan = jumlah ikatan antara X dan Y
EN_X = keelektronegatifan atom X
EN_Y = keelektronegatifan atom Y

Pada rumus muatan Lewis-Langmuir ini kemudian direvisi (dikoreksi) guna menjelaskan beberapa penyimpangan pada kasus senyawa tertentu, namun ini menjadi sangat matematis.

Contoh soal:
#1
Tentukan muatan Lewis-Langmuir atom F pada senyawa HF jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan atom F = 4,0!
Penyelesaian:
EV H = 1; EV F = 7; EB H = 0; EB F = 6

LLF=ΣEVF−ΣEBF−2 ∑YENFENF+ENH(Σ Ikatan)
LLF=7−6−2 44+2,2(1)
LLF=7−6−1,290
LLF=−0,290

---

#2
Tentukan muatan Lewis-Langmuir atom O pada senyawa H₂O jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan atom O = 3,44!
Penyelesaian:
EV H = 1; EV O = 6; EB H = 0; EB O = 4

LLO=6−4−2 3,443,44+2,2(2)
LLO=6−4−2,440
LLO=−0,440

---

#3
Tentukan muatan Lewis-Langmuir atom N pada senyawa NH₃ jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan atom N = 3,04!
Penyelesaian:
EV H = 1; EV N = 5; EB H = 0; EB N = 2

LLN=5−2−2 3,043,04+2,2(3)
LLN=5−2−3,481
LLN=−0,481

---

#4
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa N₂O jika diketahui keelektronegatifan atom O = 3,40 dan atom N = 3,04!
Penyelesaian:

(a)
EV N = 5; EV O = 6;
EB N kiri = 4; EB N tengah = 0; EB O = 4
Jumlah ikatan sekitar N kiri = 2
Jumlah ikatan sekitar N tengah = 2 dengan N dan 2 dengan O
Jumlah ikatan sekitar O tengah = 2

LLNkiri=5−4−2[3,043,04+3,04(2)]=5−4−2=−1

LLNtegah=5−0−2[3,043,04+3,04(2)+3,043,04+3,40(2)]=5−0−2(1+0,944)=5−3,888=+1,112

LLO=6−4−2[3,403,40+3,04(2)]=6−4−2,112=−0,112

(b)
EV N = 5; EV O = 6;
EB N kiri = 2; EB N tengah = 0; EB O = 6
Jumlah ikatan sekitar N kiri = 3
Jumlah ikatan sekitar N tengah = 4
Jumlah ikatan sekitar O tengah = 1

LLNkiri=5−2−2[3,043,04+3,04(3)]=5−2−3=0

LLNtegah=5−0−2[3,043,04+3,04(3)+3,043,04+3,40(1)]=5−0−2(1,50+0,472)=5−3,944=+1,056

LLO=6−6−2[3,403,40+3,04(1)]=6−6−1,056=−1,056

---

#5
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa C₂H₄ jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan C = 2,55!

Penyelesaian:
EV C = 4; EV H = 1;
EB C = 0; EB H = 0;
EN C = 2,55; EN H = 2,20;
Jumlah ikatan sekitar C = 4
Jumlah ikatan sekitar H = 1

LLC=4−0−2[2,552,55+2,20(2)+2,552,55+2,55(2)]=4−0−2(1,074+1)=4−4,148=−0,148

LLH=1−0−2[2,202,55+2,20(1)]=1−0−0,926=−0,074

---

#6
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa H₂CO jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20, C = 2,55 dan O = 3,44!

Penyelesaian:
EV C = 4; EV H = 1; EV O = 6;
EB C = 0; EB H = 0; EB O = 4;
EN C = 2,55; EN H = 2,20; EH O = 3,44.
Jumlah ikatan sekitar C = 4
Jumlah ikatan sekitar H = 1
Jumlah ikatan sekitar O = 2

LLC=4−0−2[2,552,55+2,20(2)+2,552,55+2,55(2)]=4−0−2(1,074+1)=4−4,148=−0,148

LLO=6−4−2[3,443,44+2,55(2)]=6−4−2(1,185)=6−4−2,370=−0,370

LLH=1−0−2[2,202,55+2,20(1)]=1−0−0,926=+0,074

---

#7
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa HCN jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20, C = 2,55 dan atom N = 3,04!

Penyelesaian:
EV C = 4; EV H = 1;
EB C = 0; EB H = 0;
EN C = 2,55; EN H = 2,20;  EN N = 3,04.
Jumlah ikatan sekitar C = 4
Jumlah ikatan sekitar H = 1
Jumlah ikatan sekitar N = 3

LLC=4−0−2[2,552,55+2,20(1)+2,552,55+3,04(3)]=4−0−2(0,537+1,369)=4−3,812=+0,188

LLH=1−0−2[2,202,55+2,20(1)]=1−0−2(0,463)=1−0−0,926=+0,074

LLN=5−2−2[3,042,55+3,04(3)]=5−2−2(1,631)=5−2−3,262=−0,262