Bentuk dan kepolaran molekul
1.1 Molekul
nonpolar dan molekul polar
Suatu
molekul dapat bersifat polar maupun nonpolar.
Suatu
molekul bersifat nonpolar apabila. Tersusun atas atom-atom yang sama seperti P4,
S8, dan C60 (fulerena) dengan ikatan-ikatan yang ada merupakan ikatan kovalen nonpolar. Tersusun
atas atom-atom yang berbeda dengan
ikatan-ikatan yang ada merupakan ikatan kovalen polar, namun karena bentuknya
maka ia bersifat nonpolar seperti molekul-molekul CO2, CH4,
PCL5, SF6. Suatu molekul bersifat polar apabila
tersusun atas atom-atom yang berbeda
dan bentuknya tidak menyebabkan
ia bersifat nonpolar seperti H2O
dan NH3. Suatu molekul yang tersusun atas atom-atom yang sama
dapat juga bersifat polar, misalnya ozon (O3)
Senyawa polar adalah senyawa yang terbentuk dari atom-atom
yang mempunyai perbedaan keellektronegatifan
besar. Pada senyawa polar, elektron yang digunakan bersama tertarik
lebih kuat ke salah satu atom. Akibatnya salah satu atom akan menjadi lebih bermuatan negatif dan atom lain bermuatan positif.
Untuk atom bermuatan negatif di beri tanda parsial negatif dan yang positif
diberi tanda parsial positif. Suatu senyawa dikatan polar apabila memilki
elektron bebas, perbedaan keelektronegatifan
serta bentuk molekul tidak simetris.
Tabel 1.1 Keelektronegatifan unsur golongan A
|
Unsur
|
Keelektronegatifan
|
Unsur
|
Keelektronegatifan
|
|
H
|
2,1
|
Si
|
1,8
|
|
Li
|
1,0
|
Ge
|
1,8
|
|
Na
|
0,9
|
Sn
|
1,8
|
|
K
|
0,8
|
Pb
|
1,8
|
|
Rb
|
0,8
|
N
|
3,1
|
|
Cs
|
0,8
|
P
|
2,1
|
|
Fr
|
0,7
|
As
|
2,0
|
|
Be
|
1,5
|
Sb
|
1,9
|
|
Mg
|
1,2
|
Bi
|
1,9
|
|
Ca
|
1,0
|
F
|
4,0
|
|
Sr
|
1,0
|
Cl
|
3,0
|
|
Ba
|
0,9
|
Br
|
2,8
|
|
Ra
|
0,9
|
I
|
2,5
|
|
B
|
2,0
|
At
|
1,9
|
|
Al
|
1,5
|
O
|
3,5
|
|
Ga
|
1,6
|
S
|
2,5
|
|
In
|
1,7
|
Se
|
2,4
|
|
Ti
|
1,8
|
Te
|
2,1
|
|
C
|
2,5
|
Po
|
2,1
|
Contoh: CH4 dan CaCl2
(a)
Bersifat nonpolar (b)
Bersifat polar
Kepolaran molekul
ditentukan oleh harga momen dipolnya (
).
Suatu molekul bersifat polar bila
>
0 atau
0. Adanya perbedaan keelektronegatifan antara dua atam yang membentuk ikatan kovalen menyebabkan
atom yang lebih elektronegatif
kekurangan rapatan elektron, sebaliknya atom
yang lebih elektronegatif
kelebihan rapatan elektron. Akibatnya pada atom yang lebih elektronegatif terjadi muatan parsial positif (
+),
sedangkan pada atom yang lebih elektronegatif
terjadi muatan parsial (
-),
seperti yang terdapat pada molekul HF.
+
-
Adanya perbedaan muatan
parsial ini menyebabkan timbulnya momen
ikatan yang arahnya dari atom dengan muatan parsial positif ke atom dengan
muatan parsial negatif atau dari atom yang lebih elektropositif ke atom yang lebih
elektronegatif. Arah momen katan ditunjukkan dengan tanda . Tanda
ini menunjukkan ke atom mana pasangan elektron ikatan kovalen atau
rapatan elektron ikatan kovalen lebih tertarik.
Momen ikatan
timbul bila ikatan kovalen yang terjadi antara dua atom merupakan ikatan kovalen
polar. Ikatan kovalen polar terjadi antara dua atom yang memilki
keelektronegatifan berbeda.
Contoh: HCl
3,0
2,1
Pada molekul
yang memilki PEB, selain momen ikatan didalamnya juga terdapat momen PEB yang
arahnya menuju pasangan elektron bebas. Jumlah
vektor dari momen ikatan dan momen
pasangan elektron bebas dalam suatu
molekul disebut dengan momen dipol. Molekul yang tersusun atas
atom-atom yang sama seperti H2, N2, P4, S8
dan fulerena, dengan ikatan yang ada merupakan ikatan kovalen nonpolar, adalah
tidak memilki momen ikatan dan momen
dipol, sehingga bersifat nonpolar.
Contoh:
H2O
H
momen ikatan
O
Momen ikatan H
H
H O
Momen
PEB momen
dipol dan arahnya
O
Momen PEB H
H
H2O bersifat polar, arah momen dipol adalah dari
pusat muatan positif ke pusat muatan
negatif. Pada H2O negatif pada atom O dan positif pada atom H.
Ukuran
kepolaran molekul dinyatakan dengan momen dipol (
)
dengan satuan Deybe (D)atau Coulombmeter (Cm)
dengan `1 D = 3,336 x 10-30 Cm. Momen dipol sering kali
dinyatakan dalam satuan Deybe
dibandingkan dengan Coulombmeter. Harga momen dipol beberapa senyawa diberikan
dibawah ini:
Tabel1.2. Bentuk dan
Momen dipol beberapa molekul
|
Molekul
|
Bentuk
|
(D)
|
|
CO
|
Linier
|
0,112
|
|
HF
|
Linier
|
1,78
|
|
HCl
|
Linier
|
1,078
|
|
HBr
|
Linier
|
0,82
|
|
HI
|
Linier
|
0,44
|
|
H2O
|
Huruf V
|
1,85
|
|
H2S
|
Huruf V
|
0,95
|
|
SO2
|
Huruf V
|
1,62
|
|
CO2
|
Linier
|
0
|
|
COCl2
|
Trigonal planar
|
1,17
|
|
NH3
|
Pramida Trigonal
|
1,47
|
|
NF3
|
Pramida Trigonal
|
0,23
|
|
BF3
|
Trigonal planar
|
0
|
|
CH3Cl
|
Tetrahedral terdistorsi
|
1,92
|
|
CH2Cl2
|
Tetrahedral terdistorsi
|
1,60
|
|
CHCl3
|
Tetrahedral terdistorsi
|
1,09
|
|
CCl4
|
Tetrahedron
|
0
|
|
CH4
|
Tetrahedron
|
0
|
Makin besar harga momen
dipol suatu senyawa maka kepolarannya semakin tinggi.
Untuk menentukan tipe molekul dapat ditentukan dengan Rumus berikut
·
Tentukan elektron valensi atom pusat (EV)
·
Tentukan jumlah domain elektron ikatan (X)
·
Tentukan jumlah domain elektron bebas (E)
E =
Tabel tipe
molekul
|
Jumlah Pasangan Elektron Ikatan (X)
|
Jumlah Pasangan Elektron Bebas (E)
|
Rumus (AXnEm)
|
Bentuk Molekul
|
Contoh
|
|
2
|
0
|
AX2
|
Linear
|
CO2
|
|
3
|
0
|
AX3
|
Trigonal planar
|
BCl3
|
|
2
|
1
|
AX2E
|
Bengkok
|
SO2
|
|
4
|
0
|
AX4
|
Tetrahedron
|
CH4
|
|
3
|
1
|
AX3E
|
Piramida trigonal
|
NH3
|
|
2
|
2
|
AX2E2
|
Planar bentuk V
|
H2O
|
|
5
|
0
|
AX5
|
Bipiramida trigonal
|
PCl5
|
|
4
|
1
|
AX4E
|
Bipiramida trigonal
|
SF4
|
|
3
|
2
|
AX3E2
|
Planar bentuk T
|
IF3
|
|
2
|
3
|
AX2E3
|
Linear
|
XeF2
|
|
6
|
0
|
AX6
|
Oktahedron
|
SF6
|
|
5
|
1
|
AX5E
|
Piramida sigiempat
|
IF5
|
|
4
|
2
|
AX4E2
|
Sigiempat datar
|
XeF4
|
Contoh:
1.
H2O ( atom pusat O)
·
EV = 6 (O
adalah golongan VIA sehingga EV=6)
·
X = 2
(Jumlah atom H ada 2 jadi X=2 )
·
E =
=
·
Tipe molekul = AX2E2 ( planar V )
Harga
momen dipol suatu senyawa diperoleh berdasarkan
hasil eksperimen. Dengan mengetahui harga momen dipol suatu senyawa, maka besarnya muatan parsial
pada molekul tersebut dapat diperkirakan
dengan menggunakan persamaan
= q x d dengan q adalah besarnya muatan
parsial dalam satuan coulomb (C) dan d
adalah jarak antara pusat muatan positif dan muatan negatif dalam satuan meter ( m ),
Contoh:
Molekul
HF . momen dipol HF adalah 1,78 D dan panjang ikatan H-F adalah 91,7 pm.
= q x d
1,78
D = q
x 91,7 pm
1,78 x 3,336 x 10 -30 Cm = q x 91,7 x 10-12
m
q =
6, 48 x 10-20 C
Jadi
besarnya muatan parsial pada HF adalah 6,48 x 10-20 C
1.2 Momen
dipol dan karakter ionik
Harga momen dipol suatu senyawa polar
dapat digunakan untuk memperkirakan
besarnya karakter ionik pada senyawa tersebut. Pada molekul HF bila ikatannya
dianggap 100% ionik, maka muatan pada ion H+ dan ion F-
adalah sebesar 1,6 x 10-19 C. harga momen dipolnya adalah:
ionik = q x d
=
1,60 x 10-19 C x 91,7 x 10-12
= 1, 467 x 10 -29 C.m
=
4,40 D
Karakter ion =
=
x 100%
=
40,05%
adalah momen dipol HF berdasarkan data
eksperimen (lihat tabel ) jadi karakter ionik HF adalah 40,05%
1.3 Pengaruh
arah momen PEB dan momen ikatan terhadap kepolaran molekul
Pengaruh arah
momen PEB dan momen ikatan terhadap
kepolaran molekul dapat ditunjukkan dengan besarnya harga momen dipol dari NH3
dan NF3. Kedua momen tersebut merupakan molekul polar dengan arah momen ikatan dan momen PEB gambar
dibawah ini
Pada NH3 momen
tiga ikatan H-N dan momen PEB searah, sedangkan pada NF3 momen tiga
ikatan N-F dan momen PEB arahnya berlawanan sehingga momen dipol NH3 lebih besar dari pada momen dipol NF3,
akibatnya kepolaran NH3 lebih tinggi daripada kepolaran NF3.
Jadi bentuk molekul dari NH3 dan NF3 sama-sama berbentuk Trigonal Piramidal
karena adanya PEB pada senyawa tersebut.
Adanya PEB pada atom
pusat mungkin tidak mempengaruhi sudut
ikatan yang ada, akan tetapi bertambahnya jumlah pasangan elektron bebas
yang terdapat pada kulit
valensi atom pusat ini akan
memperpanjang ikatan yang ada, begitu pula sebaliknya. Secara umum dapat
disimpulkan bahwa pengurangan sudut
ikatan cenderung diimbangi dengan bertambah panjangnya ikatan, juga sebaliknya.
1.4 Penentuan
kepolaran molekul hanya berdasarkan momen-momen ikatan
Meskipun memilki ikatan
kovalen polar, tetapi molekul BeCl2, BF3, CH4,
PCl5 dan SF6 merupakan molekul-molekul nonpolar karena
bentuk molekulnya menyebabkan jumlah vektor dari momen ikatan dan momen
pasangan elektron bebasnya sama dengan
nol. Menentukan polar atau tidaknya suatu molekul cukup menjumlahkan secara vektor
momen-momen ikatan yang ada tanpa melihat momen PEB. Jika vector momen ikatan
lebih besar dari nol, maka bersifat polar
dan jika momen ikatan sama dengan nol maka bersifat nonpolar.
Contoh:
1.
H2O dan NH3
Jumlah vektor
momen ikatan
> 0 maka bersifat
polar
2.
CCl4
Jumlah vektor
momen ikatan
= 0
maka bersifat nonpolar
Atau momen dipol
dikatakan nol maka bersifat nonpolar
Dalam molekul nonpolar pusat muatan bersifat positif
dan muatan bersifat negatif berhimpit, sedangkan poda molekul polar pusat muatan
positif dan pusat muatan negatif
dipisahkan oleh jarak tertentu.
(a)
Molekul nonpolar (b) Molekul polar
1.5 Isomer
dan kepolaran molekul
Suatu
molekul tertentu dapat menunjukkan gejala isomerisme atau keisomeran tertentu. Molekul
demikian akan memiliki beberapa isomer. Isomer yang mungkin terjadi dalam suatu
molekul dapat memilki kepolaran yang berbeda seperti yang ditunjukkan pada dikloroetilena.
Cl H sudut
yang terbentuk 60O
60o
1,1=1,34D C
C
1,1 = 2(
C-Cl +
H-C ) cos 60o
Cl H = 1,34 D
1,1 – dikloroetilena
Cl
cis =1,90 D
Cl sudut yang terbentuk 30O
30o
C
C
cis = 2(
C-Cl +
H-C ) cos 30o
H H = 1,90 D
cis – 1,2 –dikloroetilena
H Cl
C
C
trans = 0
Cl H
trans – 1, 2 – dikloroetilena
Kegiatan Pengalaman Belajar Siswa
(Kerja Kelompok)
Tujuan : menyelidiki kepolaran senyawa
Alat dan bahan :
1. Buret (dapat diganti dengan pipet tetes yang dimodifikasi)
2. Gelas kimia
3. Penggaris polietilen, magnet atau batang kaca
4. Kain wol atau kain flannel (dapat digantikan dengan rambut kering tak berminyak)
5. Air
6. Karbon tetraklorida (CCl4)
7. Aseton
8. Cairan benzena
9. HCl 3 M
Cara kerja :
1. Pasang lima buret kering pada statif
2. Isikan air pada buret pertama, CCl4 pada buret kedua, aseton pada buret ketiga, benzena pada berut keempat dan HCl 3 M pada buret kelima
3. Alirkan zat cair dari buret dan didekatkan dengan batang magnet pada aliran tersebut
4. Amati aliran cairan yang keluar dari buret perhatiakan pada gambar dibawah
Hasil pengamatan
No |
Zat Cair |
Rumus Kimia |
Pengamatan |
Kesimpulan (polar/nonpolar) |
1 |
Air |
H2O |
|
|
2 |
Karbon tetraklorida |
CCl4 |
|
|
3 |
Aseton |
HCOH |
|
|
4 |
Benzena |
C6H6 |
|
|
5 |
Asam klorida 3M |
HCl |
|
|
Pertanyaan diskusi:
1. Mengapa batang penggaris dan kaca bila digosok dapat menarik potongan kecil kertas yang didekatkan! Serta megnet yang digunakan pada percobaan dapat menarik zat yang polar sehingga zat akan membelok mendekat magnet jelaskan!
2. Mengapa senyawa polar dapat tertarik medan listrik yang terdapat pada penggaris atau kaca!
3. Apakah zat yang diselidiki di atas termasuk senyawa yang berikatan ion atau kovalen ? jelaskan
4. Senyawa ion dapat mempunyai muatan listrik, padahal tidak terjadi perpindahan elektron antara atom-atom yang berikatan. Mengapa demikian? Jelaskan
5. Gambarkan struktur lewis dari senyawa diatas!
6. Tentukan tipe molekul senyawa diatas!
|
Uji Kompetensi
|
A. Pilihan ganda
1.
Senyawa yang terbentuk jika unsur 15A
berikatan dengan unsur 20B mempunyai
rumus kimia….
a.
AB
b.
AB2
c.
A2B
d.
B2A3
e.
B3A2
2.
Senyawa NH4Cl terdapat ikatan
….
a. Ion
b. Kovalen
c. Kovalen
koordinasi
d. Kovalen
dan kovalen kordinasi
e. Ion,
kovalen, dan kovalen koordinasi
3.
Diantara sifat berikut yang bukan sifat senyawa ion adalah….
a. Rapuh
b. Titik
didih tinggi
c. Lelehannya
dapat menghantarkan listrik
d. Larutannya
dapat menghantarkan listrik
e. Padatannya
dapat menghantarkan listrik
4.
Ikatan kovalen dapat terbentuk antara
unsur….
a. Logam
alkali dengan halogen
b. Logam
alkali tanah dengan halogen
c. Logam
alkali dengan gas mulia
d. Halogen
dengan golongan oksigen
e. Golongan
oksigen dengan logam alkali
5.
Diantara molekul-molekul berikut yang
paling polar, jika nilai keelektronegatifannya F= 4,0 , B=2,0 , C=2,5 , N=3,1 ,
Be=1,5 adalah….
a. F2 d.
CF4
b. NF3 e.
BeF2
c. BF3
6.
Molekul senyawa berikut merupakan senyawa kovalen polar, kecuali….
a. HCl d. H2O
b. NH3 e.
CHCl3
c. CO2
7.
Unsur yang terdapat pada golongan VIIA akan berikatan ion dengan unsur– unsur yang
terletak pada…
a. Golongan
IA dan IIA
b. Golongan
IA dan IVA
c. Golongan
IIA dan IVA
d. Golongan
IVA dan VA
e. Golongan
VA dan VIA
8.
Di antara molekul-molekul berikut yang
tidak memenuhi kaidah oktet tetapi cukup
stabil adalah….
a. H2O d.PCl5
b. CO2 e. H2CO3
c. PCl3
9.
Dari rumus lewis berikut yang
menggambarkan ikatan kovalen koordinasi adalah pasangan elektron nomor…
a. 1 b. 2 c.
3 d. 4 e. 5
10. Senyawa
berikut memiliki tipe molekul….
a. Piramida
trigonal
b. Planar
bentuk V
c. Bipiramida
trigonal
d. Planar
bentuk T
e. Bipiramida
sisiempat
11. Yang
merupakan tipe bentuk molekul tetrahedron adalah….
a.
b.
c.
d.
e.
12. Sebutkan ciri-ciri senyawa berikut….
1) Mg2+
dan F2+
2) Mg3+
dan F-
3) Mg2+
dan F-
4) Memiliki
2 ikatan kovalen
5)
Memiliki 2 ikatan kovalen koordinasi
Manakah
yang merupakan cirri dari senyawa tersebut….
a.
1 dan 5 d.
4 dan 5
b.
2 dan 4 e.
2 dan 3
c.
3 dan 4
13.
Diantara senyawa berikut yang mempunyai
ikatan ion sekaligus kovalen adalah….
a. NaCl d. H2SO4
b. NH3 e. CH3Cl
c. KOH
14. Unsur
A membentuk senyawa AF3 (F = fluorin) yang memenuhi kaidah oktet.
Pernyataan yang tidak benar adalah….
a. Unsur
A mempunyai 5 elektron valensi
b. Atom
A mempunyai sepasang elektro bebas
c. Senyawa
AF3 bersifat polar
d. Molekul
AF3 berbentuk piramida segitiga
e. Momen
dipol senyawa AF3 sama dengan nol
15. Unsur
P (nomor atom 15) bersenyawa dengan Cl (nomor atom 17) membentuk PCl3. Banyaknya pasangan
elektron bebas pada atom pusat dalam
senyawa PCl5 adalah…
a. 0 b. 1 c.
2 d. 3 e. 4
B. Esai
1.
Gambarkan rumus lewis bagi masing-masing
senyawa berikut….
a. Na2S
b. Mg3N2
2.
Tentukan tipe molekul dari berikut ini….
3.
Tentukan ikatan yang
terdapat pada struktur lewis diatas….
4.
Tentukan kepolaran senyawa berikut jika
harga keelektronegatifan unsur O, K, Cl, N, F, H, dan P berturut-turut 3,5; 0,8; 3,0; 3,1; 4,0; 2,1;
2,1….
a. KCl
b. NF3
5.
Tentukan arah momen senyawa berikut ini….
a. HCl
b. CO2
c. CH4
d. CHCl3
e. NaH
muatan pada ion H+ dan ion F- adalah sebesar 1,6 x 10-19 C ini darimana ya? apa ada tabelnya?
BalasHapus