Bentuk Molekul, Teori Domain Elektron

Domain berarti wilayah atau daerah. Domain elektron berarti suatu wilayah yang ditempati oleh elektron. Adapun elektron yang dimaksud di sini adalah elektron dari atom-atom pembentuk molekul, meliputi pasangan elektron bebas (PEB) dan pasangan elektron ikatan (PEI). Sebuah molekul memiliki bentuk atau struktur yang berbeda dengan struktur molekul lain. Bentuk molekul berarti cara atom tersusun di dalam ruang. Bentuk molekul ini banyak memengaruhi sifat-sifat fisis dan kimia dari molekul tersebut, khususnya dalam reaksi kimia. Ketika dua molekul dicampurkan untuk bereaksi, ada kemungkinan reaksi tidak berhasil dikarenakan struktur tiga dimensi dan orientasi relatif molekul-molekul tersebut tidak tepat. Dalam reaksi biologi, terutama pada obat dan aktivitas enzim, struktur molekul sangat penting untuk mengetahui kecocokan antara bentuk molekul dengan tapak atau membran yang dipakai. (Baca juga : Gaya Antar Molekul)

Bentuk molekul adalah gambaran tentang susunan atom-atom dalam molekul berdasarkan susunan ruang pasangan elektron dalam atom atau molekul, baik pasangan elektron yang bebas maupun yang berikatan.

Bentuk suatu molekul dapat diperkirakan berdasarkan teori tolakan pasangan elektron maupun teori hibridisasi. Bagaimanakah bentuk suatu molekul berdasarkan teori tersebut? Perhatikan uraian berikut.

1. Teori Tolakan Pasangan Elektron

Konsep yang dapat menjelaskan bentuk geometri (struktur ruang) molekul dengan pendekatan yang tepat adalah Teori Tolakan Pasangan Elektron Valensi (Valence Shell Electron Pair Repulsion = VSEPR). Teori ini disebut juga sebagai Teori Domain Elektron. Teori Domain dapat menjelaskan ikatan antar atom dari PEB dan PEI yang kemudian dapat mempengaruhi bentuk molekul. Dalam teori ini dinyatakan bahwa "pasangan elektron terikat dan pasangan elektron bebas, yang secara kovalen digunakan bersama-sama di antara atom akan saling menolak, sehingga pasangan itu akan menempatkan diri sejauh-jauhnya untuk meminimalkan tolakan". Teori VSEPR pertama kali dikembangkan oleh ahli kimia dari Kanada, R.J. Gillespie (1957). Bentuk molekul dan strukturnya dapat diramalkan dengan tepat melalui Struktur Lewis. Struktur ini dapat menggambarkan bagaimana elektron tersusun pada suatu atom yang berikatan. Sebagat contoh adalah ikatan kovalen pada molekul HC1 (Gambar 1). Struktur Lewis juga dapat menggambarkan jumlah pasangan elektron bebas dan jumlah pas-angan elektron ikatan yang berada di sekitar atom pusat.

Gambar 1. PEI dan PEB pada ikatan kovalen molekul HCl.

Teori VSEPR tidak menggunakan orbital atom dalam meramalkan bentuk molekul, tetapi menggunakan titik elektron suatu atom. Jika suatu atom bereaksi, maka elektron pada kulit terluar (elektron valensi) akan bcrhubungan langsung terlebih dahulu. Elektron valensi akan menentu-kan bagaimana suatu ikatan dapat terjadi.

Teori VSEPR menjelaskan terjadinya gaya tolak-menolak antara pasangan-pasangan elektron pada kulit terluar atom pusat.

Masih ingatkah kalian dcngan jumlah elektron yang mcncmpati suatu orbital? Apakah yang dimaksud dengan rumus duplet dan rumus oktet?

Pada setiap orbital terdapat sejumlah elektron. Ikatan antar atom terjadi karena kecenderungan atom untuk memenuhi rumus duplet dan rumus oktet. Duplet berarti mcmiliki 2 elektron, scdangkan oktrt menandakan suatu atom memiliki 8 elektron. Bagaimana cara meramalkan bentuk molekul dengan titik elektron? Pengaturan pasangan elektron di sekitar atom sedemikian rupa sehingga tolakan di antara pasangan elektron itu minimum. Tolakan minimum tcrjadi bila elektron terletak pada bagian yang saling bcrlawanan terhadap inti. Perhatikan molekul BeC1₂ pada Gambar 2. 

Gambar 2. Bentuk molekul BeC1₂ berupa linear.

Terdapat 2 elektron yang terletak berlawanan pada orbital berupa balon terpilin. Molekul BeC1₂ berbentuk linear dengan sudut 1800. Bagaimana dengan bentuk molekul lain, semisal SO₂ dan BC1₃? Perhatikan Gambar 3. dan 4.

Gambar 3. Bentuk molekul SO₂ berupa V.

lkatan kovalen adalah ikatan yang terjadi karena pemilikan bersama pasangan elektron berikatan yang merupakan sum-bangan dari kedua atom atau salah satunya.

Gambar 4. Bentuk molekul BC1₃ berupa segitiga datar.

Teori VSEPR berhasil menjelaskan bentuk molekul. Ketepatan daya prediksi teori VSEPR relatif sangat tinggi, khususnya untuk molekul-molekul yang pusatnya atom non-logam. (www.unibookstore.stie-mce.ac.id)

Mengapa struktur SO₂ berbeda dengan struktur BeC1₂? Mengapa pula berbeda dengan struktur BC1₃. Penjelasan berikut akan memberikan jawabannya.

Tolakan minimum didapat dengan meletakkan elektron pada bagian yang berlawanan. Tolakan minimum pada mulekul BC1₃ dengan atom B sebagai atom pusat didapat dengan bentuk segitiga. Adapun pada molekul SO₂ terdapat 3 kelompok elektron, yang salah satunya adalah PEB dari atom S. Adanya elektron bebas ini akan mendesak atau mendorong elekron ikatan untuk saling berdesakan, sehingga bentuk molekul menjadi bentuk V.

Urutan tolak-menolak antara pasangan elektron pada atom pusat dapat diurutkan sebagai: PEB-PEB > PEI-PEB > PEI-PEI. 

PEB mempunyai gaya tolak-menolak sejauh mungkin sehingga tolakannya minimum. Perbedaan kekuatan tolakan PEB dan PEI menyebabkan penyimpangan dalam susunan ruang elektron dari bentuk molekul yang seharusnya.

Apabila pada molekul BC1₂ atom pusat B dinotasikan dengan M, sedangkan ikatan dengan Cl yang terjadi dengan 2 pasang elektron ikatan dinotasikan dengan X₂, maka molekul BC1₂ dan molekul sejenis dinotasikan dengan MX₂. SO₂ dinotasikan dengan MX₂E, dengan E menunjukkan jumlah pasangan pa sangan elektron bebas. Notasi semacam ini disebut sebagai notasi VSEPR. Perhatikan notasi VSEPR dan bentuk molekul beberapa senyawa pada Tabel 1.

Tabel 1. Notasi VSEPR Molekul

Jumlah Domain	Jumlah PEI	Jumlah PEB	Notasi VSEPR	Contoh Molekul
2	2	-	AX2	BeCl2
3	3	-	AX3	BCl3
3	2	1	AX2E	SO2
4	4	0	AX4	CH4
4	3	1	AX3E	NH3
4	4	2	AX2E3	H2O
5	5	0	AX5	PCl5
5	4	1	AX4E	TeCl4
5	3	2	AX3E2	ClF3
5	2	3	AX2E3	XeF2
6	6	0	AX6	SF6
6	5	1	AX5E	IF5
6	4	2	AX4E2	XeF4

Tabel 2. Bentuk Molekul

Contoh Molekul	Bentuk Molekul
BeCl2
BCl3
SO2
CH4
NH3
H2O
PCl5
TeCl4
ClF3
XeF2
SF6
IF5
XeF4

Penentuan bentuk molekul dari beberapa molekul dapat lebih jelas jika kalian perhatikan contoh soal berikut.

Contoh Soal :

Tentukan PEB, PEI, serta notasi VSEPR dan bentuk molekul dari:

a. CH₄ 

b. NH₃

Jawaban :

a. CH₄ 

Atom pusat C memiliki nomor atom 6, dengan konfigurasi elektron: 1s², 2s², 2p², sehingga mempunyai 4 elektron valensi. Atom C mengikat 4 atom H yang masing-masing memiliki 1 elektron tunggal, sehingga:

Jumlah atom	:	C = 4 x 1 = 4 elektron
		H = 4 x 1 = 4 elektron	+
		8 elektron

Dari 8 elektron (4 pasang elektron) tersebut, keempatnya merupakan PEI (Pasangan Elektron Ikatan) dengan 1 elekton atom C berikatan dengan 1 elektron atom H. Berdasarkan data pada Tabel 1, kita dapat menyimpulkan bahwa molekul CH₄ dengan notasi VSEPR AX₄, memiliki bentuk molekul tetrahedron (tetrahedral).

Gambar 5. Bentuk molekul CH₄.

b. NH₃

Atom pusat N memiliki nomor atom 7, dengan konfigurasi elektron: 1s², 2s², 2p³, sehingga memiliki 5 elektron valensi. Atom C mengikat 3 atom H yang masing-masing memiliki 1 elektron tunggal, sehingga:

Jumlah atom	:	N = 5 x 1 = 4 elektron
		H = 3 x 1 = 4 elektron	+
		8 elektron

Dari 8 elektron (4 pasang elektron) tersebut, 3 pasang merupakan PEI (3 elekton atom N berikatan dengan 3 elektron atom H), dan sepasang elektron merupakan PEB (Pasangan Elektron Bebas). Berdasarkan data pada Tabel 1, kita dapat menyimpulkan bahwa molekul NH₃ dengan notasi VSEPR AX₃E memiliki bentuk molekul piramida trigonal.

Cara Menentukan Bentuk Molekul Berdasarkan Teori VSEPR

1. Tentukan atom pusatnya.
2. Cari tahu nomor atomnya dan buat konfigurasi elektronnya.
3. Tentukan jumlah elektron valensinya.
4. Tentukan jumlah domain elektron dari atom lain yang berikatan (ligan).
5. Jumlahkan elektron dari semua atom.
6. Bagilah dua untuk mendapatkan jumlah pasangan elektron.
7. Tentukan PEI berdasarkan jumlah atom yang terikat pada atom pusat, sisanya merupakan PEB.
8. Tentukan notasi VSEPR dan bentuk molekul berdasarkan jumlah PEB dan PEI (lihat tabel 1. sebagai acuan).

2. Bentuk Molekul Berdasarkan Teori Hibridisasi 

Orbital hibrida adalah orbital yang terbentuk sebagai hasil penggabungan (hibridisasi) 2 atau lebih orbital atom. Sebagai contoh, sebuah atom C yang pada kulit valensinya memiliki 3 orbital, yaitu 2s², 2p_x¹, 2p_y^l, dan sebuah orbital kosong, 2pz°. Keempat orbital ini dapat berhibridisasi membentuk empat orbital hibrida sp³. Masing-masing orbital hibrid dari atom C inilah yang digunakan untuk berikatan dengan 4 orbital s dari 4 atom H membentuk sebuah molekul CH₄ Keempat ikatan ini saling mem-bentuk sudut tetrahedron. Lebih jelasnya, lihatlah Gambar 6.

Gambar 6. Bentuk molekul CH₄ berdasarkan teori hibridisasi.

Dalam molekul C₂H₄, 1 orbital s dan 2 orbital p dalam scbuah atom C dapat membentuk 2 orbital hibrida sp² dengan sudut 120°, sedangkan dalam molekul C₂H₂, 1 orbital s dan 2 orbital p dapat membentuk 1 orbital hibrid sp (linear). Perhatikan contoh molekul NH₃ pada Gambar 7. 

Gambar 7. Molekul NH₃.

Bila bentuk molekul didasarkan pada tolakan pasangan elektron, NH₃ dengan notasi VSEPR AX₃ memiliki bentuk molekul piramida trigonal. Bagaimana bentuk molekulnya berdasarkan hibridisasi orbital? 

Atom N memiliki nomor atom 7 dan konfigurasi elektronnya 1s², 2s², 2p_x¹, 2p_y¹, dan 2p_z¹. Karena memiliki 3 atom tunggal pada orbital 2p, maka atom N dapat membentuk 3 ikatan kovalen dengan atom H secara ekuivalen, sehingga sudut N-H-N sebesar 107 C. Mengingat sudut ikatan mendekati sudut tetrahedron (sp³), maka untuk menambahkan 1 orbital lagi dipakai orbital 2s². Akhirnya, atom N menggunakan 4 orbital atom untuk berikatan, 1 orbital dengan elektron berpasangan dan 3 orbital lain dengan elektron tunggal. Perhatikan Gambar 8. agar lebih jelas.

Gambar 8. Bentuk molekul berdasarkan hibridisasi dari NH₃.

Anda sekarang sudah mengetahui Bentuk Molekul dan Teori Domain Elektron. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Premono, S. A. Wardani, dan N. Hidayati. 2009. Kimia : SMA/ MA Kelas XI. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta, p. 282.