Ikatan Kimia: Teori Lewis, Muatan Formal, dan Teori VSEPR

 

Tahukah kalian apa itu Ikatan kimia? Belajar kimia tentunya yang terlinang dalam pikiran kalian pasti belajar tentang atom, molekul dan ion, bukan? Jadi, Ikatan kimia adalah gaya tarik menarik yang kuat antara atom-atom tertentu bergabung membentuk molekul atau gabungan ion-ion sehingga keadaannya menjadi lebih stabil. Dua atom atau lebih dapat membentuk suatu molekul melalui ikatan kimia, lho. Jadi, Ikatan kimia terjadi karena penggabungan atom-atom, yang membentuk molekul senyawa yang sesuai dengan aturan oktet.

Ternyata ikatan kovalen hasil temuan seorang kimiawan terkenal berkebangsaan Amerika Serikat bernama Gilbert Newton Lewis. Tak hanya itu, Lewis mengemukakan hasil temuannya yaitu tentang konsep resonansi yang merupakan bagian dari struktruk ikatan. Ia menjelaskan bahwa setiap atom dapat membentuk suatu ikatan dengan atom lainnya.

Dalam struktur lewis juga mengatakan bahwa suatu atom memiliki muatan yang dikenal dengan istilah muatan formal. Muatan formal digunakan untuk mengetahui jumlah ikatan yang terjadi pada struktur lewis dalam sebuah zat. Dalam ikatan kimia diketahui juga terdapat beberapa teori-teori salah satunya adalah teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion).

Teori Lewis tentang Ikatan Kovalen

a. Lambang Titik Lewis

Lambang titik Lewis (Sumber: Wikipedia)

Gilbert N. Lewis menyebutkan bahwa untuk mencapai konfigurasi elektron yang stabil atom dapat bergabung. Konfigurasi elektron yang stabil dapat dicapai jika konfigurasi elektron sama dengan konfigurasi elektron gas mulia.

Sistem titik yang disusun oleh Lewis ini digunakan untuk menggambarkan elektron valensi dari atom-atom yang terlibat dalam pembentukan ikatan kimia. Lambang titik Lewis terdiri dari lambang unsur dan titik-titk yang setiap titiknya menggambarkan setiap elektron valensi dari atom-atom unsur.

Konsep sederhana ikatan kovalen pertama kali diperkenalkan oleh Gilbert Lewis yang menyatakan bahwa ikatan kimia dapat melibatkan penggunaan elektron secara bersama-sama oleh atom-atom yang berikatan.

Lewis menggambarkan contoh pembentukan ikatan antar atom pada molekul seperti H2 ( + :H) Secara sederhana, pasangan elektron yang digunakan bersama sering dinyatakan dengan satu garis. Jadi, ikatan kovalen dalam molekul hidrogen dapat ditulis H -- H.

b. Aturan Oktet

Pembentukan ikatan pada ikatan kovalen diilustrasikan mengikuti aturan oktet yang dirumuskan oleh Lewis. Aturan oktet menjelaskan bahwa sebuah atom (kecuali atom hidrogen) cenderung membentuk ikatan sampai atom itu dikelilingi oleh delapan elektron valensi. Dengan kata lain elektron valensi atom tersebut harus sama dengan atom valensi unsur gas mulia. Ikatan kovalen ini terbentuk apabila elektron yang tersedia tidak cukup untuk masing-masing atom mencapai oktet yang lengkap.

Ada beberapa senyawa kovalen yang tidak mengikuti aturan oktet.

• Oktet tak lengkap. Pada beberapa senyawa, jumlah elektron di sekitar atom pusat dalam suatu molekul stabil kurang dari delapan. Misalnya berilium (Be), unsur periode kedua dan golongan 2A dengan elektron valensi pada orbital 2s. Dalam fase gas, berilium hidrida (BeH2) terdapat sebagai molekul terpisah dengan struktur Lewis H -- Be -- H.
• Molekul Berelektron Ganjil. Beberapa molekul mempunyai jumlah elektron ganjil, misalnya senyawa nitrogen oksida (NO) dan nitrogen dioksida (NO2).
• Oktet yang diperluas. Jumlah elektron valensi yang lebih besar dari delapan di sekitar atom bisa ditemui dalam beberapa senyawa. Oktet yang diperluas hanya dapat diperlukan untuk atom-atom dari unsurunsur dalam periode ketiga ke atas.

Tahukah kalian bahwa Atom-atom dapat membentuk berbagai jenis ikatan kovalen yang berbeda. Ada dua ikatan rangkap kovalen yaitu, ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap tiga. Ikatan rangkap dua adalah ikatan kovalen dua atom yang menggunakan dua pasangan elektron secara bersama. Contoh ikatan rangkap dua terdapat. dalam molekul karbondioksida (CO2) dan etilena (C2H4). Sedangkan Ikatan rangkap tiga terbentuk jika dua atom menggunakan bersama tiga pasang elektron seperti N2.

 

Struktur Lewis dan Resonansi

Struktur Resonansi adalah salah satu dari dua atau lebih struktur Lewis untuk satu molekul yang tidak dapat dinyatakan secara tepat dengan hanya menggunakan satu struktur Lewis misalnya pada struktur senyawa ozon (O3).

 

Sumber: Dokumen Pribadi 

Berdasarkan struktur tersebut, ikatan O -- O dalam senyawa ozon (O3) diperkirakan akan lebih panjang dari pada ikatan O O, karena ikatan rangkap dua telah diketahui lebih pendek dibandingkan ikatan tunggal. Tetapi data percobaan menunjukkan bahwa panjang kedua ikatan oksigen dengan oksigen adalah sama panjang. Masalah ini diatasi dengan menggunakan kedua struktur Lewis untuk menyatakan molekul ozon (O3) sebagai berikut.

 

Sumber: Dokumen Pribadi

Kedua struktur itu masing-masing disebut sebagai struktur resonansi. Tanda panah dua arah menyatakan bahwa struktur-struktur yang diberikan merupakan struktur resonansi. Istilah Resonansi berarti penggunaan dua atau lebih struktur Lewis untuk menggambarkan molekul tertentu.

Muatan Formal dan Kontribusinya terhadap Sifat-sifat Zat

Muatan formal suatu atom adalah jumlah elektron valensi dalam atom bebas dikurangi dengan jumlah elektron yang dimiliki oleh atom tersebut di dalam struktur Lewis. Untuk menentukan jumlah electron atom dalam struktur Lewis, kita dapat menggunakan aturan bahwa 1) Semua electron nonikatan dalam atom tersebut dinyatakan milik atom itu, dan 2) Kita membagi ikatan antara atom tersebut dengan atom lain dan menyatakan separuh electron ikatannya sebagai milik atom tersebut.

Untuk menentukan nilai muatan formal dari suatu molekul dapat dicari dengan cara: F.C = (total elektron yang seharusnya dimiliki atom) -- (jumlah elektron yang dimiliki dalam struktur lewis) Atau F.C= (jumlah electron valensi atom) -- (jumlah electron yang tidak berikatan) - (jumlah ikatan) Atau F.C= (jumlah electron valensi atom) -- (jumlah elektron) -- (jumlah electron berikatan).

Hal penting yang harus diketahui mengenai muatan formal diantaranya:

• Muatan formal sebagai suatu muatan teoritis tidak menunjukkan adanya pemisahan muatan yang nyata dalam molekul.
• Muatan formal membantu dalam pemilihan struktur energi terendah dari sejumlah struktur Lewis yang mungkin untuk suatu spesies tertentu.
• Pengetahuan tentang struktur energi terendah membantu dalam memprediksi produk utama dari suatu reaksi dan juga menjelaskan banyak fenomena.
• Umumnya, struktur energi terendah adalah yang memiliki muatan formal terkecil pada atom-atomnya dan muatan yang paling terdistribusi.

Bentuk Molekul Menurut Teori VSEPR

Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) adalah teori yang mengemukakan adanya tolakan pasangan electron pada kulit valensi pada molekulmolekul yang memiliki struktur electron seperti aturan Lewis. Teori VSEPR mulai diperkenalkan oleh Nevil's dan Herbert P pada tahun 1940 dan dikembangkan oleh Ronald G dan R. Nyholm. Menurut Gillespie dan Nyholm, pasangan electron valensi atom mempunyai gaya tolak menolak (Gaya Coulomb) karena electron bermuatan negative.

Beberapa bentuk molekul suatu senyawa dapat diramalkan dengan memenuhi beberapa aturan:

• Pasangan elektron cenderung untuk meminimalkan gaya tolak menolak bentuk geometri ideal yaitu a) Bilangan koordinasi 2 berbentuk Linier, b) Bilangan koordinsi 3 berbentuk segitiga planar, b) Bilangan koordinasi 4 berbentuk tetrahedral, d) Bilangan koordiansi 5 berbentuk trigonal bipyramidal, e) Bilangan koordiansi 6 berbentuk octahedral
• Gaya tolak menolak. Adanya pasangan elektron yang tidak berikatan menyebabkan terjadinya gaya tolak di antara elektronnya, sehingga menyebabkan gaya tolak yang lebih kuat antara pasangan elektron yang tidak berikatan (lone-pair) daripada pasangan elektron yang terikat (bond-pair) 

Meramalkan bentuk molekul suatu senyawa dapat menggunakan teknik yang sederhana. Teknik ini berlandaskan teori VSEPR yang disederhanakan, sehingga dapat berguna untuk meramalkan bentuk molekul suatu senyawa poliatomik dengan mudah dan cepat. Untuk menggunakan teori VSEPR diperlukan data tentang banyaknya pasangan elektron bebas yang berada di sekitar atom pusat.

Untuk mengetahui cara meramalkan bentuk molekuler, berikut ini adalah langka-langkahnya: 1) Hitung T, yaitu jumlah elektronvalensi dalam molekul atau ion, misalnya pada CCl4. 2) Kemudian T dibagi dengan 8 (n), bila T tidak habis dibagi 8, maka sisanya disebut b. 3) Jika harga n bulat, bentuk geometri molekulernya akan mengikuti kelompok AXn, dengan A adalah atom pusat dan X atom lain. 4) Jika n bukan bilangan bulat, maka bentuk geometri molekulernya akan mengalami penyimpangan dari bentuk idealnya. Bilangan m besarnya adalah setengah b, menunjukkan banyaknya pasangan elektron yang tidak terikat pada atom pusat. Bentuk molekuler dinyakatan dengan kelompok AXnEm dengan A adalah atom pusat, X atom lain dan E adalah jumlah pasangan elektron yang tidak terikat.***