Bab3. Konsep Ikatan Kimia
-
Upload
rizqy-fadry-lazim -
Category
Documents
-
view
75 -
download
2
Transcript of Bab3. Konsep Ikatan Kimia
3.1. ELEKTRONEGATIVITAS Merupakan sifat berkala (periodik) yang penting. Elektronegativitas ialah besarnya daya menarik elektron
ke dalam suatu atom dalam penggabungan kimia.
LOGAM NON-LOGAM - mudah menyerahkan e- - mudah menerima e-
- membentuk kation - membentuk anion - elektropositif - elektronegatif
IKATANIONIK pengalihan elektron antaratom
IKATAN KOVALEN POLAR pemindahan muatan secara parsial
IKATANKOVALEN penggunaan elektron bersama antaratom
Selisih elektronegativitas besar ⇒ e- berpindah ⇒ IKATAN IONIK
Selisih elektronegativitas kecil ⇒ e- digunakan bersama ⇒ IKATAN KOVALEN
3.2. IKATAN IONIK
+–
–
–
INTIATOM
KULITATOM
ELEKTRON VALENSI
ELEKTRON TERAS
Unsur golongan utama (kecuali He): e- val. atom netral = no. golongan
Model titik-elektron Lewis• Elektron valensi digambarkan dengan titik.• Elektron teras tidak digambarkan.17.Empat titik pertama ditulis satu per satu di keempat sisi
lambang unsur.24.Titik-titik berikutnya dipasangkan pada yang sudah ada.
3.2.1 Pembentukan Senyawa Ionik Biner
Atom → Anion/kation agar stabil (memenuhi aturan oktet): Σ e- val. = pada gas mulia (8e-; 2e- untuk He)
Cl + e- Clx
Contoh:Na• → Na+ + e-
(tanda x semata-mata untuk membedakan dari mana elektron itu berasal)
kehilangan 1 elektron valensi
memperoleh 1 elektron valensi
Na + Cl NaClpenggabungan membentuk senyawa ionik (garam)
Ca Br Ca2+ Br CaBr2+ 2 + 2atom netral(tidak oktet)
kation(oktet)
anion(oktet)
senyawaionik
Contoh lain:
CONTOH 3.1Ramalkan rumus senyawa antara rubidium dan sulfur.Tuliskan lambang Lewis untuk unsur-unsur itu sebelumdan sesudah penggabungan kimia.
Penyelesaian:Rb: golongan I → 1 elektron valensi → Rb•
Pengalihan 1 e- masing-masing dari 2 atom Rb kepada 1 atomS menghasilkan 2 ion Rb+ dan 1 ion (semuanya oktet).S
2-
S: golongan VI → 6 elektron valensi → S
Senyawanya Rb2S atau dalam lambang Lewis, (Rb+)2( )S2-
Ciri-ciri senyawa ionik:• Padatan pada suhu kamar.• Titik leleh dan titik didih tinggi Misal: NaCl titik leleh = 801oC dan titik didih = 1413oC.3. Senyawa ionik padat umumnya kurang baik menghantar listrik, tetapi lelehannya menghantar dengan baik.
• Komposisi kimia dinyatakan sebagai rumus empiris bukan rumus molekul.
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
3.3.1 Panjang dan Energi Ikatan
MolekulRerata
panjang ikatan (Ǻ = 10-10 m)
Energi ikatana (kJ mol-1) Molekul
Rerata panjang ikatan (Ǻ = 10-10 m)
Energi ikatan (kJ mol-1)
N2 1,100 942 HF 0,926 565O2 1,211 495 HCl 1,284 429F2 1,417 155 HBr 1,424 363Cl2 1,991 240 HI 1,620 295Br2 2,286 190 ClF 1,632 252I2 2,669 148 BrCl 2,139 216
a Energi (disosiasi) ikatan (∆Ed) = energi yang harus diserap untuk memecah 1 mol ikatan tertentu.
1 golongan: Z↑ → ukuran atom ↑ → panjang ikatan ↑ → energi ikatan ↓
Contoh: Panjang ikatan F2 < Cl2 < Br2 < I2; ClF < ClBr Energi ikatan HF > HCl > HBr > HI
Anomali energi ikatan:
F2 << Cl2 > Br2 > I2 ⇒ kuatnya tolak-menolak antaratom F yang sangat elektronegatifN2 >> O2 >> F2 ⇒ faktor orde ikatan
Ikatan Molekul Panjang ikatan (Å)
O–H H2O 0,958H2O2 0,960
HCOOH 0,95CH3OH 0,956
Panjang ikatan dari sepasang atom tertentu hanya berubah
sedikit dari satu molekul ke molekul lain, sedangkan energiikatan tidak begitu terulangkan (+10%)Contoh:
3.3.2 Orde Ikatan
Ikatan Molekul Orde ikatan Panjang ikatan (Å)
Energi ikatan (kJ mol-1)
C–Cetana
(H3C–CH3)1 1,536 345
C=Cetilena
(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 adapada ikatan antaratom selain Cdan antaratom taksejenis:
C–O 1,43 C–H 1,10C=O 1,20 N–H 1,01N–N 1,45 O–H 0,96N=N 1,25 C–N 1,47N≡N 1,10 C≡N 1,16
3.4. IKATAN KOVALEN
Contoh:
Atom-atom yang identik dapat memperoleh konfigurasi e-
yang stabil dengan cara penggunaan bersama elektron.
Cl + Cl Cl Cl
elektrontakberpasangan
elektronnonikatan
elektronberpasangan
atau Cl Cl
H + H H H atau H H
4 Cl + C Cl C
Cl
Cl
Cl
CONTOH 3.2Tulislah struktur titik-elektron untuk senyawa yang dihasilkannitrogen (N) dan hidrogen (H) ketika berikatan kovalen.
Penyelesaian:
N + H3 NHH
H atau H N
H
H
amonia (NH3)
CONTOH LAIN
Pembentukan etilena, C2H4, dari karbon (Golongan IV) dan hidrogen.
C2 + H4 CH
HC
H
Hatau C C
H
H
H
Hetilena
3.4.1 Ikatan Kovalen GandaJika 2 atau 3 pasang e- digunakan bersama, terbentuk ikatan kovalen ganda dua atau tiga, misalnya
2 O + C CO O atau O C O
N + N N N atau N N
3.5 IKATAN KOVALEN POLARJika dua atom berbeda terikat secara kovalen, elektron ikatan tidak digunakan sama rata, tetapi condong ke atom yanglebih elektronegatif.
H Cl+ ClH H Clδ + δ −
atau H Cl(2,2) (3,0) molekul polar
(δ = muatan parsial)
Contoh:
Selisih elektronegativitas ↑ ⇒ dwikutub semakin kuat ⇒ ikatan semakin polar
> 1,7 → ikatan ionik 0–1,7 → ikatan kovalen polar 0 → ikatan kovalen
Ikatan kovalen koordinasi:salah satu atom memberikan dua elektron sekaligus kepadaatom lainnya dalam membentuk ikatan kovalen.
Contoh:
NH
HH + H+ N
H
HH x
x H
+
H N
H
H
+
ikatan kovalen koordinasi
H
Tanda panah kadang-kadang digunakan untukmenyatakan pasangan elektron yang disumbangkan
CONTOH 3.3Tuliskan struktur Lewis dari pernyataan berikut: “borontriklorida membentuk ikatan kovalen koordinasi dengannitrogen dari molekul amonia”.
Penyelesaian:
H N
H
H
+ B
Cl
Cl
Cl
H N
H
H
B
Cl
Cl
Cl
xx H N
H
H
B
Cl
Cl
Cl
3.6 MUATAN FORMAL
H2SO4 → dua struktur Lewis yang memenuhi :
H O S
O
O
O H
(1) 4 ikatan S-O
H O S
O
O
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
Struktur (1)H = 1 – 0 – ½ (2) = 0Okiri = 6 – 4 – ½ (4) = 0Okanan = 6 – 4 – ½ (4) = 0Oatas = 6 – 6 – ½ (2) = –1Obawah = 6 – 6 – ½ (2) = –1S = 6 – 0 – ½ (8) = +2
Struktur (2)H = 1 – 0 – ½ (2) = 0Okiri = 6 – 4 – ½ (4) = 0Okanan = 6 – 4 – ½ (4) = 0Oatas = 6 – 4 – ½ (4) = 0Obawah = 6 – 4 – ½ (4) = 0S = 6 – 0 – ½ (12) = 0
Muatan bersih = 0 Muatan bersih = 0
Struktur (1) memiliki 3 atom bermuatan → energi sangat tinggi (tidak stabil)
Alat bantu untuk memilih: Muatan formalMF = Σ e- valensi – Σ e- nonikatan – ½ Σ e- ikatan
Penyelesaian:
H N
H
H
O
(1)
H N
H
O H
(2)
CONTOH 3.4Gunakan konsep muatan formal untuk menentukan manastruktur hidroksilamina, NH3O, yang terbaik.
H = 1 – 0 – ½ (2) = 0N = 5 – 0 – ½ (8) = +1O = 6 – 6 – ½ (2) = –1
H = 1 – 0 – ½ (2) = 0N = 5 – 2 – ½ (6) = 0O = 6 – 4 – ½ (4) = 0
Struktur (2) terbaik karena muatan formal semua atomnya nol.
3.7 BENTUK MOLEKUL: TEORI VSEPR
Contoh : O C O
µ tot = 0
H2O → HO
Hµtpt ≠ 0
Molekul dengan > 1 ikatan kovalen polar bisa polar/nonpolarbergantung pada susunan ikatan-ikatannya dalam ruang
CO2 → molekul nonpolar linear
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.
SN = (Σ atom yang terikat pada atom pusat) + (Σ pasangan elektron nonikatan pada atom pusat)
180o
SN = 2: linear
120o
SN = 3: planar trigonal
109,5o
SN = 4: tetrahedral
SN = 5: bipiramida trigonal
90o
120o
90o
90o
SN = 6: oktahedral
Geometri pasangan elektron ⇐ bilangan sterik atom pusat
(Atom pusat = atom yang mengikat dua atau lebih atom lain)
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 pulageometri pasangan elektronnya.
CONTOH 3.5
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 oktetMaka: 8 e- Br- ⇒ ikatan dengan 4 atom O Tidak ada pasangan menyendiriSN = 4 + 0 = 4 ⇒ (geometri pasangan e-: TETRAHEDRAL)
Ikatan rangkap/rangkap-tiga dianggap sama dengan ikatan
tunggal ⇒ CO2 ( ) ⇒ SN = 2 + 0 = 2
(geometri pasangan e-: LINEAR)
O C O
Geometri molekul ⇐ geometri pasangan elektron(bergantung pada Σ pasangan menyendiri)
• Tanpa pasangan nonikatan: geometri molekul = geometri pasangan elektron
Contoh: BeCl2 : SN = 2 + 0 = 2 (linear) BF3 : SN = 3 + 0 = 3 (planar trigonal)
SF6 : SN = 6 + 0 = 6 (oktahedral)
• 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- ikatandan pasangan e- nonikatan < antarpasangan e- nonikatan
CH4 : SN = 4 + 0 = 4NH3 : SN = 3 + 1 = 4H2O : SN = 2 + 2 = 4
Geometri pasangan e- = tetrahedral
Amonia (NH3)
Sudut ikatan107,3o
CH4 : tidak ada pasangan e- nonikatan (geometri molekul = geometri pasangan e-
= tetrahedral) ⇒ Sudut ikatan H-C-H: 109,5o
NH3 : 1 pasang e- nonikatan (geometri molekul = piramida trigonal:
tetrahedral yang dihilangkan 1 buah ikatannya) ⇒ Sudut ikatan H-N-H: 107,3o
H2O : 2 pasang e- nonikatan]
(geometri molekul = bentuk V: tetrahedral yang dihilangkan 2 buah ikatannya)
⇒ Sudut ikatan H-O-H: 104,5o
H
CH HH
109,5O
NH HH
107,3O
O HH 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.
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) Maka: 6 e- CI+ ⇒ ikatan dengan 3 atom O Tidak ada pasangan nonikatan
(b) IF5 ⇒ Atom pusat I : 7 e- val.
Atom ujung F : 7 e- val. ⇒ menggunakan bersama 1 e- dari I (konfigurasi Xe)
Maka: 5 e- I ⇒ ikatan dengan 5 atom F 2 e- sisanya ⇒ 1 pasangan menyendiri
SN = 3 + 0 = 3 tanpa pasangan e- nonikatan:Geometri molekul = geometri pasangan e-
= PLANAR TRIGONAL
O
ClO O
SN = 5 + 1 = 6: geometri pasangan e- = oktahedral1 pasangan e- nonikatan: dihilangkan 1 ikatannya
F
IF
F
F
F
Geometri molekul= PIRAMIDA BUJURSANGKAR
Tata nama ion:• Kation monoatomik (1 ion stabil):
Golongan I dan II + 3 unsur pertama dari Golongan IIINama = unsur induknya
Contoh: Na+: ion natrium Ca2+: ion kalsium Gol. I, II → kation monoatomik +1, +2
24.Kation monoatomik (beberapa ion stabil):Unsur transisi + Golongan III, IV, dan VContoh: Cu+: ion tembaga(I) atau ion kupro Cu2+: ion tembaga(II) atau ion kupri
3.8 TATA NAMA ANORGANIK & BILANGAN OKSIDASI
• Kation poliatomikContoh: NH4
+: ion amonium H3O+: ion hidronium
Hg22+: ion merkuro(I)
[bedakan dengan Hg2+:ion merkuri(II)]
• Anion monoatomik:Bagian pertama nama unsur + akhiran –idaContoh: Cl-: ion klorida (diturunkan dari klorin)
O2-: ion oksida (diturunkan dari oksigen)Gol. V, VI, VII → anion monoatomik –3, –2, –1
• Angka Romawi dalam kurung → muatan.(b) Akhiran –o → ion yang muatannya lebih rendah;
Akhiran –i → yang lebih tinggi (sudah ditinggalkan).
• Anion poliatomikContoh: SiO4
3-: 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 3.9Apakah rumus kimia untuk (a) barium oksida dan
(b) sesium nitrida.
Penyelesaian:• Ba : golongan II → Ba2+
O : golongan VI → O2-
Asas kenetralan muatan: Setiap 1 ion Ba2+ dibalanskan oleh 1 ion O2- ⇒ BaO
(b) Cs3N.
CONTOH 3.10Namai senyawa ionik yang mengandung ion poliatom berikut. (a) NH4ClO3 (b) NaNO2 (c) Li2CO3
Penyelesaian:
(a) Amonium klorat (b) Natrium nitrit (c) Litium karbonat
3.8.1 Bilangan Oksidasi
• Biloks unsur bebas = 0∀ Σ biloks semua atom dalam spesies = muatan bersih
spesies tersebut• Biloks logam alkali = +1• Biloks F = –1• Biloks logam alkali tanah, Zn, dan Cd = +2• Biloks H = +1• Biloks O = –2
Jika aturan di atas diterapkan sesuai prioritas, pengecualian sepertibiloks O = –1 dalam peroksida dan biloks H = –1 dalam hidridatidak perlu dihafalkan.
Contoh 3.11Tetapkan bilangan oksidasi setiap atom
dalamsenyawa berikut CsF (b) CrO4
2-
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-SOAL1. 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
4. Golongkan ikatan dalam senyawa berikut sebagai ionik atau kovalen
a. NaF b. MgS c. MgO d. AlCl3
7. 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
2. Jelaskan apa yang dimaksud dengan a. ikatan kovalen polar b. molekul polar
5. 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
+