Latihan 1

 Contoh 10.1

Gunakan model VSEPR untuk memprediksi molekul dan ion berikut:

a.       AsH3

b.      OF₂

c.       AlCl₄⁻

Langkah menentukan gometri molekul: gambar struktur Lewis → temukan susunan pasangan elektron → temukan susunan pasangan ikatan → tentukan geometri berdasarkan pasangan ikatan

 a. Struktur Lewis AsH₃ :

   

Ada 4 pasang elektron di sekitar pusat, maka pengaturan pasangan elektron adalah tetrahedral. Geometri molekul hanya ditentukan oleh susunan atom, dengan demikian jika PEB dihapus dan terisisa PEI didapatkan geometri piramida trigonal. Sudutnya kurang dari 109,5° karena tolakan PEI dalam ikatan As-H oleh PEB pada As  > tolakan antara pasangan ikatan.

b. Struktur Lewis OF2 :

  

Memiliki 4 pasang elektron disekitar atom pusat, sehingga pengaturan pasangan elektron adalah tetrahedral. Jika kita menghapus dua PEB maka ada dua PEI dengan geometri bengkok, seperti H₂O.

c. Struktur Lewis AlCl₄⁻ :

Memiliki 4 pasang elektron di sekitar atom pusat, oleh karena itu pengaturan pasangan elektron adalah tetrahedral. Dan karena tidak memiliki PEB maka aturan pemasangan PEI sama dengan pengaturan pemasangan elektron.

Contoh 10.2

Tentukanlah apakah molekul- molekul berikut memiliki momen dipol:

a.       BrCl

b.      BF3 (segitiga planar)

c.       AlCl3

Ingat bahwa momen dipol suatu molekul tergantung pada perbedaan keelektronegatifan unsur-unsur yang ada dan geometrinya. Suatu molekul dapat memiliki ikatan polar jika atom yang terikat memiliki keelektronegatifan yang berbeda, tetapi mungkin tidak memiliki momen dipol jika memiliki geometri yang sangat simetris.

 

a.   Bromin klorida memiliki sifat diatomik sehingga memiliki geometri linear dan klorida lebih elektronegatif dari brom yang membuat BrCl bersifat polar

Kesimpilannya bahwa molekulnya memiliki momen dipol. Faktanya, semua molekul diatomik yang memiliki unsur berbeda memiliki momen dipol.

b.     Florin lebih elektronegatif daripada boron membuat masing –masing ikatan B-F nya polar dengan momen ikatan yang sama. Namun, bentuk simetri dari segitiga planan membuat ketiga momen ikatan  saling meniadakan.

c.      Aluminium klodrida (AlCl3) tidak memiliki momen dipol karena memiliki bentuk yang simetris yang saling meniadakan satu sama lain.

Contoh 10.3

Tentukan keadaan hibridisasi atom pusat (bergaris bawah) di molekul BeH₂ dan jelaskan proses hibridisasi serta tentukan geometri molekulnya.

è Struktur Lewis dari BeH₂ adalah

H – Be  – H                                

 Ada dua pasangan ikatan di sekitar Be; oleh karena itu, pengaturan pasangan elektron bersifat linear. Disimpulkan bahwa Be menggunakan orbital hibrida sp dalam ikatan dengan H karena memiliki susunan linear. Berikut adalah penggambaran proses hibridisasi : pertama, gambar diagram orbital untuk keadaan dasar Be, lalu promosikan elektron 2s ke orbital 2p, kemudian orbital 2s dan 2p akan bercampur dan membentuk dua orbital hibrida. Dua ikatan Be-H dibentuk oleh tumpang tindih orbital sp Be dengan orbital 1s dari atom H. Jadi, BeH₂ adalah molekul linear.

à   à  

 

Contoh 10.4 : 

Jelaskan keaadan hibridisasi fosfor dalam fosfor pentabromida(PBr5) 

Penyelesaian : Konfigurasi elektron dasar P adalah  [Ne]3s2 3p3 sehingga atom P memiliki lima elektron valensi. Struktur lewisnya:

Terdapat lima pasang eletron disekeliling atom P, oleh karenanya pengaturan pasangan elektronnya adalah trigonal bipiramida. Proses hibridisasi dapat dilihat sebagai berikut: 

(diagram orbital atom P dalam keadaan dasar)

Mempromosikan elektron 3s ke dalam orbital 3d menghasilkan:

Mencampurkan satu orbital 3s, tiga 3p, dan satu 3d menghasilkan lima orbital hibrida sp3d.

Orbital hibrida ini tumpang tindih dengan orbital 4p Br untuk membentuk ikatan kovalen P-Br yang banyak. Karena atom P tidak memiliki PEB, geometri PBr5 adalah trigonal bipiramida.

Latihan

Jelaskan keadaan hibridisasi Se di SeF6-!

Hibridisasi Se pada SeF6-.

Konfigurasi elektron unsur 34Se = 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p4, elektron valensi 6.

Konfigurasi elektron atom F: 1s2 2s2 2p5, elektron valensi 7.

Bentuk molekul senyawa SeF6 menurut teori hibridisasi

Diagram orbital atom Se:

Dalam molekul SeF6, satu atom Se mengikat 6 atom F. Pengikatan ini dapat berlangsung dengan mengeksitasi 1 elektron dari orbital 4s dan 1 elektron dari orbital 4p ke 4d.

Kemudian 6 elektron dari 6 atom F memasuki orbital 4s, 4p dan 4d sehingga terbentuk orbital hibrida sp3d2.

Jadi, molekul SeF6 diprediksi berbentuk oktahedral.

Contoh 10.5 :

 Jelaskan ikatan dalam molekul formaldehid yang struktur Lewis-nya

Asumsikan bahwa atom O merupakan hibridisasi sp².

Penyelesaian

Ada tiga pasang elektron di sekitar atom C; oleh karena itu, pengaturan pasangan elektron adalah trigonal planar. (Ingat bahwa ikatan rangkap diperlakukan sebagai ikatan tunggal dalam model VSEPR.) Kita menyimpulkan bahwa C menggunakan orbital hibrida sp² dalam ikatan, karena orbital hibrida sp² memiliki susunan trigonal. Proses hibridisasi untuk C dan O sebagai berikut:

Karbon memiliki satu elektron di masing-masing dari tiga orbital sp², yang digunakan untuk membentuk ikatan sigma dengan atom H dan atom O. Ada juga elektron dalam orbital 2pz, yang membentuk ikatan pi dengan oksigen. Oksigen memiliki dua elektron dalam dua orbital hibrida sp²-nya. Pasangan ini adalah pasangan elektron bebas. Orbital hibrida sp² yang ketiga dengan satu elektron akan digunakan untuk membentuk ikatan sigma dengan karbon. Ikatan sigma terbentuk oleh tumpang tindih orbital hibrida sp² karbon dan orbital hibrida sp² oksigen; ikatan pi dibentuk oleh tumpang tindih orbital 2pz dari atom karbon dan oksigen. Dua pasangan elektron bebas oksigen ditempatkan di dua orbital sp² oksigen lainnya.

Latihan

Jelaskan ikatan dalam molekul hidrogen sianida, HCN. Asumsikan bahwa N adalah hibridisasi sp.

Dalam molekul HCN, atom C memiliki orbital hibridisasi-sp, karena hanya akan bergabung dengan dua atom lain untuk membentuk HCN.  Salah satu orbital hibrid-sp atom karbon tumpang tindih dengan orbital 1s atom H, sedangkan orbital hibrid-sp lainnya bercampur dengan salah satu dari tiga orbital atom p atom nitrogen yang tidak terhibridisasi.  Karena orbital px C dan N akan membentuk ikatan sigma, meninggalkan dua orbital p atom N yang membentuk dua ikatan pi yang saling tegak lurus dengan dua orbital p atom pada atom C.  Dengan demikian HCN memiliki satu ikatan tunggal dan satu ikatan rangkap tiga.  Yang terakhir terdiri dari ikatan sigma dari tumpang tindih orbital hibrida atom C dengan  atom N orbital p, dan dua ikatan pi yang saling tegak lurus dibentuk dari orbital atom p paralel atom karbon dan nitrogen. 

Contoh 10.6 :

Ion N₂⁺ dapat dibuat dengan membombardir molekul N₂ dengan elektron yang bergerak cepat. Prediksi sifat-sifat N₂⁺ berikut: (a) konfigurasi elektron, (b) orde ikatan, (c) sifat magnetik, dan (d) panjang ikatan relatif terhadap panjang ikatan N₂ (apakah lebih panjang atau lebih pendek?).

Penyelesaian

(a) Karena N₂⁺ memiliki satu elektron lebih sedikit dari N₂, konfigurasi elektronnya adalah

(b) Orde ikatan N₂⁺ ditemukan dengan menggunakan Persamaan (10.2):

orde ikatan = ½(9-4) = 2,5

(c) N₂⁺ memiliki satu elektron tidak berpasangan, sehingga bersifat paramagnetik.

(d) Karena elektron dalam orbital molekul ikatan bertanggung jawab untuk menyatukan atom, N₂⁺ harus memiliki ikatan yang lebih lemah dan, oleh karena itu, lebih panjang dari pada N₂. (Faktanya, panjang ikatan N₂⁺ adalah 112 pm, dibandingkan dengan N₂ adalah 110 pm).

Latihan

Manakah dari atom berikut yang memiliki orde ikatan yang lebih panjang: F2 atau F2-?

F2 memiliki orde ikatan 1. Menambahkan elektron akan menambah orbital anti-ikatan dan menurunkan orde ikatan menjadi 0,5 Menghapus dan elektron akan melepaskan dari orbital anti-ikatan dan meningkatkan orde ikatan menjadi 1,5 Oleh karena itu F2 + akan memiliki ikatan tertinggi  keteraturan dan ikatan terkuat Fz akan memiliki ikatan terlemah dan karenanya memiliki ikatan terpanjang.  Baik F2 + dan F2 akan memiliki jumlah elektron ganjil sehingga 1 elektron tidak berpasangan.  Keduanya akan bersifat paramagnetik.

Kuis 1

Hibridisasi

1. Jelaskan skema ikatan molekul AsH3 menggunakan hibridisasi!

Jawab :

Pembentukan molekul AsH₃ menurut konsep hibridisasi orbital dijelaskan berdasarkan proses penggabungan (hibridisasi) orbital - orbital atom yang digunakan oleh elektron - elektron yang saling berikatan. Teori ini juga disebut dengan teori ikatan valensi.

Pada molekul AsH₃ terdiri atas atom As sebagai atom pusat dan 3 atom  H yang diikat

As : Golongan VA, elektron valensi 5 

Konfigurasi ₁H : 1s¹, elektron valensi 1

Ikatan antara As dengan H dapat terjadi dengan adanya 3 elektron tidak berpasangan pada orbital p sedangkan elektron pada orbital s tetap, ketiga tempat ini yang digunakan untuk mengikat elektron dari atom H. Sehingga orbital yang digunakan adalah sp³

Geometri molekul dari sp³ adalah tetrahedral, namun pada AsH₃ terdapat 3 PEI dan 1 PEB maka bentuk molekul adalah turunan dari geometri tetrahedral yaitu trigonal piramida.

2. Jelaskan perubahan hibridisasi (jika ada) atom Al dalam reaksi berikut :

        AlCl3 + Cl^- " AlCl4^-

^{Jawab :} 

^{Konfigurasi elektron Al} 

13Al = 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p²

^{Pasangan elektron bebas AlCl3 = (8 x 3 - 3 - 3 x 7)/2 = 0}

^{Pasangan elektron ikatan AlCl3 = 3}

^{Oleh karena itu, Al mengalami hibridisasi sp dan berbentuk trigonal planar (karena pasangan elektron bebasnya nol). Sedangkan pada pembentukan} AlCl4^- 

Pasangan elektron bebas = (4 x 8 -3 -4 x 7 - 1)/2 = 0

Pasangan elektron ikatan = 4

maka, Al mengambil hibridisasi sp dan berbentuk tetrahedral.

3. Berapa banyak ikatan sigma dan ikatan pi yang ada di masing-masing molekul berikut?

Jawab :

Perhatikan bahwa dalam menghitung ikatan sigma dan ikatan pi, semua ikatan tunggal adalah ikatan sigma, dan untuk ikatan rangkap tiga ada satu ikatan sigma dan dua ikatan pi.

Jadi,

(a) 4 ikatan sigma dan 0 ikatan pi.

(b) 5 ikatan sigma dan 1 ikatan pi.

(c) 7 ikatan sigma dan 3 ikatan pi.

^{Teori Orbital Molekul}

^{1. Jelaskan mengapa orde ikatan} N₂ ^{lebih besar dari} N₂^{+  , tapi orde ikatan O2 lebih kecil dari O}₂^+!

Jawab :

Jika kita menggunakan grafik MO, kita bisa menuliskan konfigurasi elektron sebagai berikut.

N₂  (σ2s)²(σ*2s)²(π2p)⁴(σ2p)²               Orde ikatan= (8-2)/2 = 3

N₂⁺  (σ2s)²(σ*2s)²(π2p)⁴(σ2p)¹              Orde ikatan = (7-2)/2 = 2 ½

Jadi, N₂ mempunyai orde ikatan yang lebih tinggi (dan juga ikatan yang lebih kuat) dari N₂⁺.

O₂  (σ2s)²(σ*2s)²(σ2p)²(π2p)⁴(π*2p)²              Orde ikatan = (8-2)/2 = 2

O₂⁺  (σ2s)²(σ*2s)²(σ2p)¹(π2p)⁴(π*2p)¹            Orde ikatan = (8-3)/2 = 2 ½

Jadi, O₂ mempunyai orde ikatan yang lebih rendah (dan juga ikatan yang lebih lemah) dari O₂⁺.

2. Gunakan teori orbital molekul untuk menjelaskan kenapa molekul Be2 tidak ada.

Jawab :

Konfigurasi elektron Berilium adalah 1s2 2s2.

Dari konfigurasi elektron, jelas bahwa tidak ada orbital atom yang terisi tunggal dalam Berilium. Tanpa orbital yang hanya terisi setengah, tumpang tindih tidak mungkin terjadi. Oleh karena itu, molekul Be2 tidak ada.

3. Gunakan teori orbital molekul untuk membandingkan stabilitas relatif dari F2 dan F2+!

Jawab :

Orbital molekul dari F2 adalah 

= s(2) s*(2) s(2) p(4) p*(4) s*(0)

Dan orbital molekul dari F2+ adalah

=  s(2) s*(2) s(2) p(4) p*(3) s*(0)

di mana s dan p masing masing mengacu pada orbital ikatan sigma dan pi, serta s* dan p* masing masing mengacu pada orbital anti ikatan sigma dan pi. Hal yang perlu diingat adalah bahwa menambahkan elektron ke dalam orbital anti ikatan membuat molekul tidak stabil secara default, melepaskan elektron dari orbital anti ikatan akan menstabilkan molekul. Karena orbital molekul terionisasi tertinggi adalah orbital anti ikatan, fluor terionisasi (F2+) seharusnya lebih stabil.

Delokalisasi Orbital Molekul

1. Jelaskan ikatan pada ion nitrat NO3-, dalam hal orbital molekul yang terdelokalisasi!

Jawab :

Ion nitrat dapat direpresentasikan dalam bentuk tiga struktur resonansi ekivalen, seperti yang ditunjukkan di bawah ini, 

keberadaan struktur resonansi ini menunjukkan bahwa ikatan pada ion NO, paling baik direpresentasikan sebagai atom nitrogen pusat yang membuat ikatan tunggal dengan tiga atom oksigen, menggunakan hibridisasi sp.  pada semua atom.  Bentuk ikatan pi multisenter tambahan memanfaatkan p;  orbital nitrogen dan tiga atom oksigen tegak lurus dengan bidang ion.  Itu

2. Baik etilen (C2H4) dan benzena (C6H6) mengandung ikatan C = C.  Reaktivitas etilen lebih besar dari pada benzena.  Misalnya, etilen mudah bereaksi dengan molekul brom, sedangkan benzena biasanya cukup lembam terhadap molekul brom dan banyak senyawa lainnya.  Jelaskan perbedaan reaktivitas ini!

Jawab : 

Terlepas dari etilen dan benzena memiliki karbon karbon berikatan ganda, Benzena adalah molekul siklik dengan sifat khusus yang disebut aromatisitas. Aromatisitas memberikan sifat elektronik cincin membuat benzena lebih sulit reaktif sebagai etilen. Benzena memiliki rumus C6H6 yang bersifat siklik dan aromatik karena memiliki ikatan rangkap terkonjugasi dan ikatan rangkap tersebut memiliki sifat yang disebut resonansi tidak biasa yang ditinggikan sehingga strukturnya sangat stabil. Hal tersebut dapat dilihat pada kondisi reaksi senyawa alkena di mana benzena tidak bereaksi, seperti brominasi dengan Br2 di CCl4. 

Disisi lain, etilen adalah alkena yang memiliki rumus C2H4, karbon ikatan rangkap tersedia untuk mengalami reaksi yang berbeda dari alkena menjadi lebih reaktif.

3.  Tentukan molekul mana yang memiliki orbital yang lebih terdeokalisasi dan tentukan pilihan mu!

        

Jawab :

Delokalisasi terkandung pada cincin dalam bifenil saat mereka bergabung dengan ikatan tunggal, sedangkan delokalisasi terus menerus dalam naftalena karena mereka bergabung bersama oleh ikatan rangkap.  Dalam bifenil, kedua cincin dihubungkan oleh satu ikatan, di mana kedua cincin dapat berputar.  Sedangkan pada naftalena, kedua cincin tersebut menyatu dan tidak dapat berputar.  Juga, Jika dua cincin menjadi tegak lurus satu sama lain dalam bifenil, orbital pi akan kurang terdelokalisasi dan di naftalena, karena cincin tidak dapat memutar delokalisasi akan konstan.