10.1 Geometri Molekul

Geometri molekul adalah susunan atom tiga dimensi di dalam sebuah molekul. Geometri molekul mempengaruhi sifat fisika dan kimia suatu molekul, seperti titik leleh, titik didih, massa jenis, dan jenis reaksi yang dialaminya. Secara umum, Panjang ikatan dan besar sudut ikatan harus ditentukan dengan eksperimen. Bagaimanapun, ada prosedur sederhana yang memungkinkan kita untuk memprediksi geometri keseluruhan molekul atau ion dengan tingkat akurasi tinggi jika kita mengetahui jumlah electron yang mengelilingi atom pusat dalam struktur Lewis-nya.

Molekul Yang Atom Pusatnya Tidak Memiliki Pasangan Elektron Bebas

Tabel 10.1 memperlihatkan lima kemungkinan dari susunan pasangan elektron disekitar pusat atom A. sebagai bentuk dari sifat tolak-menolak, pasangan electron tetap berjauhan satu sama lain. tabel tersebut memperlihatkan susunan dari pasangan electron tapi tidak pada posisi atom yang mengelilingi atom pusat. Molekul-molekul yang atom pusatnya tidak memiliki pasangan electron bebas memiliki satu dari lima susunan pasangan elektron ikatan. Dengan Tabel 10.1 sebagai referensi, mari kita cermati geometri molekul dengan rumus AB₂, AB₃, AB₄, AB₅, dan AB₆.

AB_{2 :} Berilium Klorida (BeCl₂)

Struktur Lewis berilium klorida dalam bentuk gas adalah

Karena pasangan elektron ikatan saling tolak, Cl harus berada di ujung yang berlawanan dari garis lurus. Jadi, sudut ClBeCl diperkirakan 180⁰, dan molekulnya linier (lihat Tabel 10.1).

AB₃ : Boron Trifluorida (BF)

Boron Trifluorida mengandung tiga ikatan kovalen, atau pasangan elektron ikatan. Dalam susunan paling stabil, ketiga ikatan BF mengarah ke sudut-sudut segitiga sama sisi dengan B di tengah segitiga :

Berdasarkan Tabel 10.1, geometri dari BF₃ adalah trigonal planar karena tiga atom ujung berada di sudut segitiga sama sisi, yaitu planar :

Jadi, masing-masing dari ketiga sudut FBF adalah 120⁰ dan keempat atom terletak di bidang yang sama.

AB₄ : Metana (CH₄)

Struktur lewis dari metana adalah

Karena terdapat empat pasangan elektron ikatan, geometri CH adalah tetrahedral (lihat Tabel 10.1). Tetrahedron memiliki empat sisi, atau wajah, yang semuanya adalah segitiga sama sisi. Dalam molekul tetrahedron, atom pusat (C dalam kasus ini) terletak di pusat tetrahedron dan empat atom lainnya berada di sudut. Sudut ikatan semuanya 109,5⁰.

AB5 : Fosfor Pentaklorida (PCl5)

Struktur Lewis fosfor pentaklorida (dalam fase gas) adalah

Satu-satunya cara untuk meminimalkan gaya tolak di antara lima pasangan elektron ikatan adalah dengan mengatur ikatan PCI dalam bentuk trigonal bipiramida (lihat Tabel 10.1).  bipiramida trigonal dapat dihasilkan dengan menggabungkan dua tetrahedron di sepanjang dasar segitiga yang sama:

Atom pusat (P dalam hal ini) berada di pusat segitiga dengan atom-atom di sekitarnya diposisikan di lima sudut trigonal bipiramida.  Atom-atom yang berada di atas dan di bawah bidang segitiga dikatakan menempati posisi aksial, dan atom yang berada pada bidang segitiga dikatakan menempati posisi ekuator.  Sudut antara dua ikatan ekuator adalah 120 °;  bahwa antara ikatan aksial dan ikatan ekuator adalah 90 °, dan antara dua ikatan aksial adalah 180 °.

AB6 : Sulfur Heksafluorida (SF6)

Struktur Lewis dari sulfur heksafluorida adalah

Susunan paling stabil dari enam pasangan elektron ikatan SF adalah dalam bentuk oktahidron, ditunjukkan pada Tabel 10.1.   Karena enam ikatan ekivalen dalam molekul oktahedron, kita tidak dapat menggunakan istilah "aksial" dan "ekuator" seperti pada molekul trigonal bipiramidal.

Molekul di mana Atom Pusat Memiliki Satu atau Lebih Pasangan Sendiri

Secara umum, menurut model VSEPR, gaya tolak berkurang dalam urutan berikut :

tolakan PEB vs PEB  >  tolakan PEB vs PEI  > tolakan PEI vs PEI

Seperti yang diperlihatkan contoh berikut, dalam banyak kasus, keberadaan pasangan elektron bebas pada atom pusat menyulitkan untuk memprediksi sudut ikatan secara akurat.

AB₂E : Sulfur Dioksida (SO₂)

Struktur Lewis sulfur dioksida adalah

 Karena salah satu pasangan elektron adalah pasangan elektron bebas, molekul SO₂ memiliki bentuk "bengkok"

AB3E : Amonia (NH₃)

Molekul Amonia mengandung tiga pasangan elektron ikatan dan satu pasangan elektron bebas :

Seperti yang ditunjukkan Tabel 10.1, susunan keseluruhan empat pasangan elektron adalah tetrahedral.  Namun dalam NH₃, salah satu pasangan elektron adalah pasangan elektron bebas, sehingga geometri NH₃ adalah trigonal piramida. 

Dengan demikian, sudut HNH pada amonia lebih kecil dari sudut tetrahedral ideal sebesar 109,5 ° (Gambar 10.1).

Gambar 10.1 (a) ukuran relatif pasangan elektron ikatan dan pasangan elektron bebas di CH₄,NH₃,dan H₂O. (b) Sudut ikatan di CH₄, NH₃, dan H₂O

AB₂E₂ : Air (H₂O)

Molekul air mengandung dua pasangan elektron ikatan dan dua pasangan elektron bebas :

Susunan keseluruhan empat pasangan elektron dalam air adalah tetrahedral, sama seperti di amonia.  Namun, tidak seperti amonia, air memiliki dua pasangan elektron bebas pada atom O pusat.

AB₄E : Sulfur Tetrafluorida (SF₄)

Struktur Lewis SF₄ adalah

Atom belerang pusat memiliki lima pasangan elektron yang susunannya, menurut Tabel 10.1, adalah trigonal bipiramidal.  Namun, dalam molekul SF, salah satu pasangan elektron adalah pasangan elektron bebas, sehingga molekul tersebut harus memiliki salah satu geometri berikut:

                         

Pedoman Penerapan Model VSEPR

Aturan untuk menerapkan model VSEPR pada semua jenis molekul:

1. Tulis struktur Lewis molekul , hanya mempertimbangkan pasangan elektron di sekitar atom pusat (yaitu, atom yang terikat ke lebih dari satu atom lain). 
2. Hitung jumlah pasangan elektron di sekitar atom pusat (pasangan elektron ikatan dan pasangan elektron bebas).  Perlakukan ikatan rangkap dan rangkap tiga seolah-olah mereka adalah ikatan tunggal.  Lihat Tabel 10.1 untuk memprediksi susunan keseluruhan pasangan elektron. 
3. Gunakan Tabel 10.1 dan 10.2 untuk memprediksi geometri molekul. 
4. Dalam memprediksi sudut ikatan, perhatikan bahwa pasangan elektron bebas menolak pasangan elektron bebas lain atau pasangan elektron bebas lebih kuat daripada pasangan elektron bebas menolak pasangan elektron bebas lainnya.  Ingatlah bahwa secara umum tidak ada cara yang mudah untuk memprediksi sudut ikatan secara akurat ketika atom pusat memiliki satu atau lebih pasangan elektron bebas.