3.3. STRUKTUR MOLEKUL TERISOLASI: SIFAT IKATAN KIMIA KOVALEN Struktur molekul yang stabil ditentukan oleh susunan 3D atom-atom dalam molekul itu: * Panjang ikatan ⇒ ukuran molekul (jarak antarinti atom dalam ikatan tertentu) * Sudut ikatan ⇒ bentuk molekul (orientasi relatif dua ikatan yang berdekatan) Vibrasi molekul → panjang & sudut ikatan berubah-ubah → nilai rerata diukur dengan spektroskopi & difraksi sinar-X

Anomali energi ikatan: F2 << Cl2 > Br2 > I2 ⇒ kuatnya tolak-menolak antaratom F yang sangat elektronegatif N2 >> O2 >> F2 ⇒ faktor orde ikatan Panjang ikatan dari sepasang atom tertentu hanya berubah sedikit dari satu molekul ke molekul lain, sedangkan energi ikatan tidak begitu terulangkan (+10%) Contoh: Ikatan Molekul Panjang ikatan (Å) O–H H2O 0,958 H2O2 0,960 HCOOH 0,95 CH3OH 0,956

Orde ikatan ↑ ⇒ Panjang ikatan ↓ ⇒ Energi ikatan ↑ Molekul Orde ikatan Panjang ikatan (Å) Energi ikatan - 1 (kJ mol ) C–C etana (H3C–CH3) 1 1,536 345 C=C etilena (H2C=CH2) 2 1,337 612 C≡C asetilena (HC≡CH) 3 1,204 809 C–C & C=C selang-seling benzena (C6H6) 1½ (antara – & =) 1,37 505 Orde ikatan ↑ ⇒ Panjang ikatan ↓ ⇒ Energi ikatan ↑ Orde ikatan rangkap juga ada pada ikatan antaratom selain C dan antaratom taksejenis: C–O 1,43 C–H 1,10 C=O 1,20 N–H 1,01 N–N 1,45 O–H 0,96 N=N 1,25 C–N 1,47 N≡N C≡N 1,16

3.4. IKATAN KOVALEN Atom-atom yang identik dapat memperoleh konfigurasi e- yang stabil dengan cara penggunaan bersama elektron. Contoh: elektron takberpasangan elektron berpasangan Cl + Cl Cl Cl atau Cl Cl elektron nonikatan H + H H H atau H H Cl 4 Cl + C Cl C Cl Cl

CONTOH 3.2 Tulislah struktur titik-elektron untuk senyawa yang dihasilkan nitrogen (N) dan hidrogen (H) ketika berikatan kovalen. Penyelesaian: N + 3 H H N H H atau H N H H amonia (NH3)

H2SO4 → dua struktur Lewis yang memenuhi : 3.6 MUATAN FORMAL H2SO4 → dua struktur Lewis yang memenuhi : O H O S O H (1) 4 ikatan S-O O H O S O H (2) 2 ikatan S-O 2 ikatan S=O Eksperimen: Ada 2 jenis ikatan antara S dan O pada H2SO4 → 157 pm (S–O) & 142 pm (S=O) → Struktur (2) yang realistis

Alat bantu untuk memilih: Muatan formal MF = Σ e- valensi – Σ e- nonikatan – ½ Σ e- ikatan Struktur (1) Struktur (2) H Okiri Okanan Oatas Obawah S = 1 – 0 – ½ (2) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 6 – ½ (2) = –1 = 6 – 0 – ½ (8) = +2 H Okiri Okanan Oatas Obawah S = 1 – 0 – ½ (2) = 0 = 6 – 4 – ½ (4) = 0 = 6 – 0 – ½ (12) = 0 Muatan bersih = 0 Muatan bersih =0 Struktur (1) memiliki 3 atom bermuatan → energi sangat tinggi (tidak stabil)

CONTOH 3.4 Gunakan konsep muatan formal untuk menentukan mana struktur hidroksilamina, NH3O, yang terbaik. Penyelesaian: H H N O H (1) H = 1 – 0 – ½ (2) = 0 N = 5 – 0 – ½ (8) = +1 O = 6 – 6 – ½ (2) = –1 H N O H H (2) H = 1 – 0 – ½ (2) = 0 N = 5 – 2 – ½ (6) = 0 O = 6 – 4 – ½ (4) = 0 Struktur (2) terbaik karena muatan formal semua atomnya nol.

3.7 BENTUK MOLEKUL: TEORI VSEPR Molekul dengan > 1 ikatan kovalen polar bisa polar/nonpolar bergantung pada susunan ikatan-ikatannya dalam ruang Contoh : CO2 → O C O molekul nonpolar linear µtot = 0 H2O → H O H µtpt ≠ 0 molekul polar yang bengkok Teori VSEPR (valence shell electron-pair repulsion = tolakan pasangan-elektron kulit valensi) Pasangan elektron ikatan maupun nonikatan cenderung tolak-menolak ⇒ menempatkan diri sejauh-jauhnya untuk meminimumkan tolakan.

Geometri pasangan elektron ⇐ bilangan sterik atom pusat SN = (Σ atom yang terikat pada atom pusat) + (Σ pasangan elektron nonikatan pada atom pusat) (Atom pusat = atom yang mengikat dua atau lebih atom lain) 109,5o SN = 4: tetrahedral 90o 180o SN = 2: linear 90o 120o SN = 3: planar trigonal SN = 5: bipiramida trigonal SN = 6: oktahedral

CONTOH 3.5 Hitunglah bilangan sterik untuk iodin pada IF4- dan untuk bromin pada BrO4-. Kedua ion molekular memiliki pusat I- atau Br- yang dikelilingi oleh 4 atom. Tentukan pula geometri pasangan elektronnya. Penyelesaian: IF4- ⇒ Atom pusat I- : 8 e- val. Atom ujung F : 7 e- val. ⇒ menggunakan bersama 1 e- dari I- agar oktet Maka: 4 e- I- ⇒ ikatan dengan 4 atom F 4 e- sisanya ⇒ 2 pasangan nonikatan SN = 4 + 2 = 6 ⇒ (geometri pasangan e-: OKTAHEDRAL)

BrO4- ⇒ Atom pusat Br-: 8 e- val. Atom ujung O : 6 e- val. ⇒ menggunakan bersama 2 e- dari Br- agar oktet Maka: 8 e- Br- ⇒ ikatan dengan 4 atom O Tidak ada pasangan menyendiri SN = 4 + 0 = 4 ⇒ (geometri pasangan e-: TETRAHEDRAL) Ikatan rangkap/rangkap-tiga dianggap sama dengan ikatan tunggal ⇒ CO2 ( O C O) ⇒ SN = 2 + 0 = 2 (geometri pasangan e-: LINEAR)

Geometri molekul ⇐ geometri pasangan elektron (bergantung pada Σ pasangan menyendiri) 1. Tanpa pasangan nonikatan: geometri molekul = geometri pasangan elektron Contoh: BeCl2 : SN = 2 + 0 = 2 (linear) BF3 SF6 : SN = 3 + 0 = 3 (planar trigonal) : SN = 6 + 0 = 6 (oktahedral) 2. Ada pasangan nonikatan: Pasangan e- nonikatan dipegang lebih dekat ke atom pusat Menempati lebih banyak ruang daripada pasangan e- ikatan

Sudut antarpasangan e- ikatan < antara pasangan e- ikatan dan pasangan e- nonikatan < antarpasangan e- nonikatan CH4 : SN = 4 + 0 = 4 NH3 : SN = 3 + 1 = 4 Geometri pasangan e- = tetrahedral H2O : SN = 2 + 2 = 4 Amonia (NH3) Sudut ikatan 107,3o

CH4 : tidak ada pasangan e- nonikatan (geometri molekul = geometri pasangan e- = tetrahedral) ⇒ Sudut ikatan H-C-H: 109,5o 109,5 H O H H NH3 : 1 pasang e- nonikatan N H (geometri molekul = piramida trigonal: O H tetrahedral yang dihilangkan 1 buah ikatannya) H 107,3 ⇒ Sudut ikatan H-N-H: 107,3o H2O : 2 pasang e- nonikatan ] (geometri molekul = bentuk V: tetrahedral yang dihilangkan 2 buah ikatannya) O H H 104,5 O ⇒ Sudut ikatan H-O-H: 104,5o

CONTOH 3.7 Tentukan bilangan sterik atom sulfur dalam SO2 dan ramalkan struktur molekul SO2 Penyelesaian Bilangan sterik sulfur 3 (dua atom terikat dan satu pasang nonikatan) Molekul SO2 bengkok, sudut ikatan sedikit < 120o

Molekul dengan bilangan sterik 5: PF5, SF4, ClF3, dan XeF2 dengan jumlah pasangan nonikatan berturut- turut 0, 1, 2, dan 3.

Perkirakan geometri (a) ion ClO3+ dan CONTOH 3.8 Perkirakan geometri (a) ion ClO3+ dan (b) molekul IF5 Penyelesaian (a) ClO3+ ⇒ Atom pusat Cl+ : 6 e- val. Atom ujung O : 6 e- val. ⇒ menggunakan bersama 2 e- dari Cl- (konfigurasi Ar) ⇒ ikatan dengan 3 atom O Maka: 6 e- CI+ Tidak ada pasangan nonikatan

SN = 3 + 0 = 3 tanpa pasangan e- nonikatan: Cl SN = 3 + 0 = 3 tanpa pasangan e- nonikatan: Geometri molekul = geometri pasangan e- O O = PLANAR TRIGONAL ⇒ Atom pusat I (b) IF5 : 7 e- val. Atom ujung F : 7 e- val. ⇒ menggunakan bersama 1 e- dari I (konfigurasi Xe) ⇒ ikatan dengan 5 atom F Maka: 5 e- I ⇒ 1 pasangan menyendiri 2 e- sisanya

F F I F SN = 5 + 1 = 6: geometri pasangan e- = oktahedral 1 pasangan e- nonikatan: dihilangkan 1 ikatannya Geometri molekul = PIRAMIDA BUJURSANGKAR F I F F

3.8 TATA NAMA ANORGANIK & BILANGAN OKSIDASI Tata nama ion: 1. Kation monoatomik (1 ion stabil): Golongan I dan II + 3 unsur pertama dari Golongan III Nama = unsur induknya Contoh: Na+: ion natrium Ca2+: ion kalsium Gol. I, II → kation monoatomik +1, +2 2. Kation monoatomik (beberapa ion stabil): Unsur transisi + Golongan III, IV, dan V Contoh: Cu+: ion tembaga(I) atau ion kupro Cu2+: ion tembaga(II) atau ion kupri

(a) Angka Romawi dalam kurung → muatan. (b) Akhiran –o → ion yang muatannya lebih rendah; Akhiran –i → yang lebih tinggi (sudah ditinggalkan). 3. Kation poliatomik Contoh: NH4+: ion amonium H3O+: ion hidronium Hg22+: ion merkuro(I) [bedakan dengan Hg2+:ion merkuri(II)] 4. Anion monoatomik: Bagian pertama nama unsur + akhiran –ida Contoh: Cl-: ion klorida (diturunkan dari klorin) O2-: ion oksida (diturunkan dari oksigen) Gol. V, VI, VII → anion monoatomik –3, –2, –1

5. Anion poliatomik Contoh: SiO43-: ion silikat NO2-: ion nitrit NO3-: ion nitrat ClO-: ion hipoklorit ClO3-: ion klorat ClO2-: ion klorit ClO4-: ion perklorat HCO3-: ion hidrogen karbonat (nama biasa: ion bikarbonat) Tata nama senyawa ionik: (Nama kation)_(Nama anion) Asas kenetralan muatan: Muatan + dari kation dibalanskan oleh muatan – dari anion. Contoh: NaBr: Kation +1 membalanskan anion –1 Mg3N2: 3 kation +2 membalanskan 2 anion –3 FeCl2 dan FeCl3? Tl2SO4 dan Tl2(SO4)3?

CONTOH 3.9 Apakah rumus kimia untuk (a) barium oksida dan (b) sesium nitrida. Penyelesaian: (a) Ba : golongan II → Ba2+ O : golongan VI → O2- Asas kenetralan muatan: Setiap 1 ion Ba2+ dibalanskan oleh 1 ion O2- ⇒ BaO (b) Cs3N.

CONTOH 3.10 Namai senyawa ionik yang mengandung ion poliatom berikut. (a) NH4ClO3 (b) NaNO2 (c) Li2CO3 Penyelesaian: (a) Amonium klorat (b) Natrium nitrit (c) Litium karbonat

2. Σ biloks semua atom dalam spesies = muatan bersih spesies tersebut 3.8.1 Bilangan Oksidasi 1. Biloks unsur bebas = 0 2. Σ biloks semua atom dalam spesies = muatan bersih spesies tersebut 3. Biloks logam alkali = +1 4. Biloks F = –1 5. Biloks logam alkali tanah, Zn, dan Cd = +2 6. Biloks H = +1 7. Biloks O = –2 Jika aturan di atas diterapkan sesuai prioritas, pengecualian seperti biloks O = –1 dalam peroksida dan biloks H = –1 dalam hidrida tidak perlu dihafalkan.

Contoh 3.11 Penyelesaian Tetapkan bilangan oksidasi setiap atom dalam senyawa berikut (a) CsF (b) CrO42- Penyelesaian (a) Bilangan oksidasi Cs = +1 (aturan 3), jadi bilangan oksidasi F = -1 (b) Bilangan oksidasi O = -2 (aturan 7) muatan ion = -2, jadi bilangan oksidasi Cr = +6

LATIHAN SOAL-SOAL 1. masing-masing atom dari unsur di bawah ini? 2. 3. Berapa banyak elektron valensi yang dimiliki oleh masing-masing atom dari unsur di bawah ini? a. Be b. Na c. Se d. F e. K f. Sn Golongkan ikatan dalam senyawa berikut sebagai ionik atau kovalen a. NaF b. MgS c. MgO d. AlCl3 Tuliskan rumus senyawa ionik yang dapat terbentuk dari pasangan unsur berikut. Sebutkan nama tiap senyawanya. a. berilium dan fluorin b. aluminium dan fosforus c. bromin dan magnesium

Gambarkan struktur titik-elektron untuk menunjukkan 4. 5. Jelaskan apa yang dimaksud dengan a. ikatan kovalen polar b. molekul polar Gambarkan struktur titik-elektron untuk menunjukkan ikatan kovalen dari senyawa berikut: a. NCl3 b. OF2 c. PH3 6. Tentukan muatan formal untuk setiap atom dan muatan bersih seluruh molekul pada struktur Lewis berikut: a. N ≡ N - O b. S = C = N

7. Urutkan masing-masing kelompok berikut menurut kenaikan polaritasnya a. H – Cl, H – O, H - F b. N – O, P - O, Al – O c. H - Cl, Br - Br, B - N 8. Tuliskan rumus dari masing-masing ion poliatomik. Tulis juga muatannya. a. ion amonium b. ion fosfat c. ion karbonat 9. Tetapkan bilangan oksidasi setiap spesies dalam a. HClO3 b. HF2- c. NH4+