Uploaded by Naufal amri

ch10 Chembond and structure.en.id

advertisement
Bab 10: Ikatan Kimia
dan Struktur Molekul
•
Molekul yang mengandung tiga atom atau lebih mungkin
memiliki banyak bentuk berbeda
• Hampir semua adalah "tiga dimensi"
• Semua bentuk ini dibuat dari lima struktur
geometris
• Bentuk dapat diklasifikasikan menurut jumlah
elektron domain mengandung sekitar atom pusat
• Model domain elektron yang sederhana dan bermanfaat
adalah valensi shell repulsi shell elektron model atau
model VSEPR
• Ada dua jenis domain elektron
- Domain ikatan melibatkan pasangan elektron yang terlibat
dalam ikatan antara dua atom
-
Domain yang tidak terikat mengandung pasangan elektron yang
berhubungan dengan satu atom
•
Semua elektron dalam ikatan tunggal, rangkap, atau rangkap
tiga dianggap berada di dalam sama
domain ikatan
•
Domain nonbonding berisi pasangan elektron bebas (pasangan
elektron yang tidak digunakan bersama) atau elektron tidak
berpasangan untuk molekul dengan jumlah elektron valensi ganjil
• Model VSEPR didasarkan pada gagasan bahwa domain
elektron menjaga sejauh mungkin dari satu sama lain
• Bentuk yang diharapkan untuk jumlah domain elektron
yang berbeda di sekitar atom pusat dapat diringkas:
• Jumlah set domain elektron harus diketahui
untuk memprediksi bentuk molekul atau ion
•
Ini bisa dilakukan menggunakan apa saja menggambar struktur
Lewis dengan benar
• Bentuk molekul menggambarkan
susunan atom, bukan susunan domain
• Pertimbangkan kasus empat domain
Untuk sejumlah
domain tertentu,
bentuk
molekulnya
berubah ketika
jumlah domain
ikatan menurun.
•
Lima dan enam domain memiliki lebih banyak
kemungkinan
Bentuk molekul dengan
lima domain di sekitar
atom pusat. Empat
struktur molekul yang
berbeda dimungkinkan,
tergantung pada jumlah
domain nonbonding di
sekitar atom pusat M.
Bentuk molekul dengan
enam domain di sekitar
atom pusat. Hanya tiga
bentuk molekul berbeda
yang diamati, tergantung
pada jumlah domain
nonbonding di sekitar
atom pusat M.
•
Molekul polar saling menarik satu sama lain
Molekul polar cenderung
mengorientasikan diri sehingga
ujung positif dari satu dipol
molekul mendekati ujung
negatif yang lain.
• Momen dipol dapat ditentukan secara
eksperimental
• Ternyata banyak molekul dengan ikatan polar adalah
nonpolar
• Ini dimungkinkan karena pengaturan dipol
obligasi tertentu dibatalkan
• Polaritas suatu molekul dapat diprediksi dengan
mengambil vektor jumlah dipol ikatan
• Bond dipol biasanya ditampilkan sebagai panah
silang, di mana panah menunjukkan ujung negatif
• Simetris molekul seperti ini adalah nonpolar
karena ikatan dipol dibatalkan
• Semua bentuk dasar simetris, atau seimbang,
jika semua domain dan grup yang dilampirkan
identik
Kloroform, CCl 3 H, adalah
asimetris. Jumlah vektor dari
dipol ikatan adalah nol yang
memberikan molekul dipol
bersih.
•
Molekul akan menjadi nonpolar jika: (a) ikatannya
nonpolar, atau (b) tidak ada pasangan elektron bebas
dalam kulit valensi atom pusat dan semua atom yang
terikat pada atom pusat adalah sama.
Domain nonbonding terjadi
untuk air dan amonia: ikatan
dipol tidak dibatalkan, dan
molekul-molekulnya polar
•
Struktur Lewis dan VSEPR tidak memberi tahu kami
Mengapa kelompok elektron ke dalam domain seperti yang mereka lakuka
•
Bagaimana atom membentuk ikatan kovalen dalam molekul
membutuhkan pemahaman tentang bagaimana orbital berinteraksi
• Ikatan valensi ( VB) teori dan orbital molekul ( Teori
MO) adalah dua teori penting ikatan kovalen
•
Menurut teori VB, ikatan antara dua atom terbentuk ketika a sepasang
elektron dengan milik mereka berputar dipasangkan dibagikan
oleh dua tumpang tindih orbital atom, satu orbital dari
masing-masing atom yang bergabung dengan ikatan
Pandangan VB tentang pembentukan ikatan kovalen di H 2
• Jumlah energi potensial diturunkan ketika bentuk
ikatan tergantung, sebagian, pada tingkat tumpang
tindih orbital
• Karena itu, atom cenderung memposisikan diri sehingga
jumlah maksimum tumpang tindih orbital terjadi
• Ini menghasilkan energi potensial minimum dan
ikatan terkuat
•
Atom fluorin memiliki 2 tunggal yang ditempati hal
orbital
•
Dapat tumpang tindih dengan hidrogen 1 s orbital untuk membentuk
ikatan tunggal dalam hidrogen fluorida
Pandangan VB tentang pembentukan ikatan di HF. Hanya fluor yang
setengah terisi 2 hal orbital ditampilkan.
•
Tumpang tindih yang lebih rumit sering terjadi
•
Dalam hidrogen sulfida (H 2 S) dua setengah terisi 3 hal
orbital pada sulfur tumpang tindih dengan 1 s
orbital pada dua atom hidrogen
H 1 s orbital memposisikan
diri untuk tumpang tindih
maksimum dengan S 3 hal orbital.
Sudut ikatan 90º yang
diprediksi sangat dekat
dengan nilai eksperimental
92º.
•
Ada banyak molekul dengan bentuk dan sudut ikatan yang gagal
sesuai dengan model VB seperti yang dikembangkan
• Model VSEPR memprediksi dengan benar banyak
bentuk dan sudut ini
• Deskripsi ikatan yang realistis seringkali membutuhkan
penggabungan atau pencampuran dua orbital atom
• Orbital campuran yang menghasilkan disebut
orbital atom hibrida
• Orbital-orbital baru memiliki bentuk dan sifat arah
yang berbeda
Mencampur 2 s
dan (satu) 2 hal
orbital atom
menghasilkan
sepasang sp orbital
hibrida. Perhatikan
bahwa lobus besar
dari orbital hibrida ini
menunjukkan arah
yang berlawanan.
Pandangan VB tentang
ikatan dalam BeH 2. Keduanya
H 1 s orbital mendekati lobus
besar keduanya sp orbital
hibrida di Be (a). Tumpang
tindih (b) dan representasi
dari distribusi elektron
setelah dua ikatan Be-H
terbentuk (c). (Geometri
eksperimental yang benar
diprediksi.)
•
Ketika sebuah s orbital bergabung dengan dua hal
orbital, tiga sp 2 orbital hibrida terbentuk
•
Ketika sebuah s orbital menggabungkan dengan tiga hal
orbital, empat sp 3 orbital hibrida terbentuk
• Superskrip menunjukkan jumlah hal
orbital dalam campuran atau campuran
•
Jumlah orbital dilestarikan: jumlah orbital hibrida dalam suatu
himpunan sama dengan jumlah orbital atom yang digunakan
untuk membentuk himpunan
(Sebuah) sp orbital hibrida berorientasi pada 180º satu sama lain. (b) sp 2
orbital hibrida berorientasi pada 120º satu sama lain. (c) sp 3 orbital hibrida berorientasi
pada 109,5º satu sama lain.
Deskripsi VB tentang ikatan dalam BCl 3. Setiap ikatan B-Cl dibentuk oleh
tumpang tindih dari setengah diisi hal orbital klorin dengan sp 2 orbital hybrid pada
boron. (Hanya yang setengah terisi hal orbital masing-masing klor ditampilkan.)
Ikatan dalam molekul
etana. (a) Tumpang
tindih orbital. (B)
Tingkat tumpang tindih sp
3
orbital dalam ikatan
karbon-karbon tidak
cukup dipengaruhi oleh
rotasi dua CH 3 - kelompok
relatif satu sama lain di
sekitar ikatan.
•
Molekul dengan atom pusat dengan lebih dari empat domain
elektron melanggar aturan oktet dan mengharuskannya d orbital
untuk membentuk orbital yang cukup untuk ikatan
• Dua hibrida paling umum yang melibatkan d orbital
adalah sp 3 d dan sp 3 d 2 orbital hibrida
• Itu sp 3 d titik hibrida menuju sudut bipyramid
trigonal dan sp 3 d 2 arahkan ke sudut sebuah segi
delapan
(Sebuah) sp 3 d orbital hibrida yang dibentuk dengan mencampur suatu s, tiga p, dan a
d orbital. (b) sp 3 d 2 orbital hibrida yang dibentuk dengan mencampur suatu s,
tiga p, dan dua d orbital.
•
Model VSEPR dapat digunakan untuk mendapatkan
deskripsi VB tentang ikatan
-
Contoh: (1) VSEPR memprediksi bahwa CH 4 adalah tetrahedrial,
sehingga molekul harus digunakan sp 3
orbital hibrida. (2) VSEPR memprediksi SF itu 6 adalah oktahedral
sehingga molekul harus digunakan sp 3 d 2
orbital hibrida
• Molekul dengan domain nonbonding juga dapat
digambarkan dengan orbital hibrid
•
Pasangan mandiri menempati volume sedikit lebih banyak
daripada pasangan elektron ikatan
Atom nitrogen dalam amonia
memiliki satu pasangan
elektron bebas. Sudut ikatan
HNH eksperimental adalah
107º.
Atom oksigen dalam air
memiliki dua pasang
elektron dan sudut ikatan
HOH eksperimental 104,5º.
• Pembentukan ikatan kovalen koordinat juga dapat
digambarkan dengan orbital hibrid
• Ion tetrafluoroborate terbentuk ketika ion fluoride
membentuk ikatan kovalen coordiante dengan boron
trifluoride
•
•
•
3
•
•
3
(menggunakan
BFsp
BF Fhybrid) an
4
Ikatan berganda juga dapat dijelaskan dengan
menggunakan orbital hibrid
• Dua jenis obligasi penting
Sigma ikatan berkonsentrasi kerapatan elektron di sepanjang garis antara
atom yang bergabung dengan ikatan. Ikatan dapat disebabkan oleh tumpang
tindih (a) s, ( b) p, atau (c) orbital hibrid.
Obligasi pi terbentuk ketika dua hal orbital tumpang tindih ke samping alih-alih ujung
ke ujung. Kerapatan elektron terkonsentrasi di dua daerah pada sisi berlawanan dari
sumbu ikatan.
• Ikatan berganda hampir selalu terdiri dari ikatan sigma
tunggal dan satu atau lebih ikatan pi
• Ikatan pi terbentuk dari hal orbital itu tidak terlibat
dalam orbital hibrida
• Hidrokarbon sering melibatkan ikatan pi
• Ikatan rangkap dalam alkena terdiri dari satu sigma dan
satu ikatan pi; ikatan rangkap tiga dalam alkynes terdiri
dari satu sigma dan dua obligasi pi
Ikatan rangkap
karbon-karbon
dalam etena.
Ikatan rangkap
karbon-karbon
terdiri dari satu
sigma dan satu
ikatan pi.
(a) sp orbital hibrida
pada masing-masing
karbon membentuk
ikatan sigma dalam
asetilena (ethyne). (B)
tumpang tindih 2 hal x dan
2 hal y
orbital membentuk dua
ikatan pi. (c) ikatan pi
setelah terbentuk.
•
Grup yang terhubung oleh ikatan tunggal dapat dengan
bebas berputar
• Rotasi dibatasi di sekitar ikatan rangkap
Jika CH 2 kelompok di depan adalah untuk memutar
relatif terhadap yang di belakang, yang tidak
dikaburkan hal orbital tidak lagi selaras, artinya
ikatan pi akan putus. Pemutusan ikatan
membutuhkan lebih banyak energi daripada yang
tersedia melalui pembengkokan dan peregangan
normal pada suhu kamar.
•
Teori VB dapat diringkas:
1) Kerangka dasar molekul ditentukan oleh pengaturan
ikatan sigma
2) Orbital hibrid digunakan untuk membentuk ikatan sigma dan
pasangan elektron bebas
3) Jumlah orbital hibrid yang dibutuhkan oleh atom dalam
suatu struktur sama dengan jumlah atom yang terikat
padanya plus jumlah pasangan elektron bebas di kulit
valensinya
4) Ketika ada a ikatan rangkap dalam molekul, terdiri dari satu
sigma dan satu ikatan pi
5) Ketika ada a ikatan rangkap tiga, terdiri dari satu sigma dan dua
ikatan pi
• Orbital molekul ( Teori MO) berpandangan
bahwa molekul mirip dengan atom
• Molekulnya memiliki orbital molekul yang dapat
diisi oleh elektron seperti
orbital atom dalam atom
• Seperti halnya orbital hibrid, jumlah MO yang dibentuk
dengan menggabungkan orbital atom selalu sama dengan
jumlah orbital atom yang digabungkan
• Di MO ikatan kerapatan elektron terbentuk di
antara inti
• Elektron dalam ikatan MO cenderung menstabilkan molekul
• Di MOs antibonding pembatalan gelombang elektron
mengurangi kerapatan elektron antara inti
•
Antibonding MOs cenderung membuat molekul tidak
stabil ketika ditempati oleh elektron
Interaksi keduanya 1 s orbital pada hidrogen dapat bergabung dari satu
ikatan
( •1 s
)
dan satu antibonding(*•MO.
) Ini
s
1
adalah orbital sigma karena kerapatan elektron terkonsentrasi di sepanjang
garis imajiner yang melewati kedua nuklei.
• Bonds MOs lebih rendah energi daripada MOs
antibonding
•
Ini dapat direpresentasikan menggunakan diagram tingkat energi
Diagram tingkat energi MO untuk H 2 dan dia 2. Pesanan obligasi adalah satu (1) untuk H 2 dan
nol (0) untuk He 2.
•
MOs mengikuti aturan pengisian yang sama dengan
orbital atom:
1) Elektron mengisi orbital berenergi terendah yang tersedia
2) Tidak lebih dari dua elektron, dengan putaran yang dipasangkan, dapat
menempati orbital apa pun
3) Elektron menyebar sebanyak mungkin, dengan spin tidak
berpasangan, pada orbital yang memiliki energi yang sama
Perkiraan energi relatif orbital molekul dalam molekul diatomik
periode kedua. (a) Li 2 melalui N 2, ( b) O 2
melalui Ne 2.
• Teori MO benar memprediksi elektron tidak
berpasangan di O 2 sedangkan teori VB tidak
•
Teori MO menangani dengan mudah hal-hal yang
bermasalah dengan teori VB
• Teori MO agak sulit karena bahkan molekul sederhana
pun membutuhkan perhitungan yang luas
•
Teori MO menggambarkan "resonansi" dengan sangat
efisien
Kerangka sigma (a) dan pi (b) benzena. Awan elektron berbentuk donat
ganda (c) dibentuk oleh elektron pi. Dalam istilah MO, elektron adalah terdelokasi
dan stabilitas ekstra adalah energi delokalisasi. Secara fungsional,
energi resonansi dan delokalisasi adalah "sama".
Download