Beberapa soal pada seleksi nasional tim olimpiade kimia Indonesia kadang muncul soal-soal yang terkait dengan muatan formal suatu atom pada molekul atau ion. Selain itu hal muatan formal ini juga penting untuk memahami bahasan kimia tingkat lanjut seperti membandingkan kestabilan suatu struktur molekul. Sedapat mungkin muatan formal suatu atom adalah nol selain mempertimbangkan aturan lain seperti keterpenuhan aturan oktet. Hal sepele namun kadang membuat keraguan dalam penentuan berapa sebenarnya muatan formal suatu atom itu. Oleh karenanya diperlukan cara mudah menentukan muatan formal ini.
Manakah yang mendapat prioritas keterpenuhan kaidah oktet atau muatan formal yang serendah mungkin?
Menurut pengamatan selama ini bahwa unsur-unsur non logam yang berada di periode ke-2 seperti C, N, O, F, prioritasnya adalah memenuhi kaidah oktet terlebih dahulu kemudian diikuti hitungan muatan formal. Untuk beberapa hal khusus jika total elektron valensi molekul atau ion berjumlah ganjil maka boleh saja tidak mengikuti aturan oktet (namun jumlah elektron yang dimiliki atom tidak boleh lebih dari 8 seperti pada NO).
Berbeda dengan unsur-unsur nonlogam periode ke-3 atau periode di atasnya yang memungkinkan tidak taat aturan oktet karena ini sangat dimungkinkan dengan adanya eksitasi elektron ke orbital 3 d. Ini biasa disebut sebagai aturan oktet yang diperluas. Jadi untuk unsur nonlogam periode ke-3 seperti P, S, Cl, Br, I ini yang mendapat prioritas adalah muatan formal yang serendah-rendahnya. Andai dipaksa agar mengikuti aturan oktet seperti pada SO2, SO3, H2SO4 bisa saja yaitu dengan menggunakan ikatan kovalen koordinasi. Tentang bagaimana menentukan ikatan kovalen koordinasi (ikatan dativ) dapat dibaca di "Cara Mengidentifikasi Keberadaan Ikatan Kovalen Koordinasi".
Sebagai kelanjutan dari tulisan sebelumnya tentang trik menentukan orbital hibrida, cara mudah menentukan bentuk molekul, cara mudah menggambar struktur Lewis, penentuan muatan formal ini dapat digunakan untuk menguji apakah gambaran struktur molekul dengan cara Lewis itu sudah benar atau belum. Biasanya untuk dapat menentukan muatan formal memang diisyaratkan untuk menggambar struktur Lewis molekul atau ion terlebih dahulu. Jika tidak punya pemahaman konsep yang memadai ini bukan lagi perkara mudah.
Aturan baku yang selama ini sering digunakan dalam menghitung muatan formal suatu atom adalah sebagai berikut:
Muatan formal = jumlah elektron valensi – jumlah elektron bebas – ½ elektron yang digunakan berikatan.
Rasanya sedikit ribet, padahal jika sudah memiliki gambar struktur Lewis muatan formal dapat saja ditentukan dengan cara sederhana. Muatan formal ini sebenarnya adalah membandingkan jumlah elektron valensi suatu atom seharusnya- dikurangi dengan jumlah elektron yang dimiliki pada struktur molekul/ion tersebut.
Muatan formal atom = jumlah elektron seharusnya – jumlah elektron yang dimiliki
- Jumlah elektron seharusnya = jumlah elektron valensi
- Jumlah elektron yang dimiliki = jumlah elektron di sekitar atom dalam molekul (atau hitung jumlah ikatan dan PEB bila ada)
Masih tidak jelas? Baiklah simak gambaran berikut.
Contoh #1: CO2
Total elektron valensi = 1 × elektron valensi C + 2 × elektron valensi O = (1 × 4) + (2 × 6) = 16 elektron.
Pada atom pusat (C) jumlah ikatan = 16/8 = 2 ikatan ⟶ 2 ikatan kovalen dobel
Catatan:
- bila atom memiliki setiap ikatan kovalen tunggal dihitung 1 elektron karena akan ada sepasang elektron yang digunakan bersama (ikatan kovalen)
- bila atom memiliki setiap ikatan kovalen dobel dihitung 2 elektron karena akan ada dua pasang elektron yang digunakan bersama (ikatan kovalen)
- bila atom memiliki setiap ikatan kovalen tripel dihitung 3 elektron karena akan ada tiga pasang elektron yang digunakan bersama (ikatan kovalen)
- bila terdapat elektron bebas pada atom tersebut maka turut dihitung sebagai bagian dari elektron yang dimiliki.
Contoh #2: CO
Total elektron valensi = 1× elektron valensi C + 1 × elektron valensi O = (1 × 4) + (1 × 6) = 10 elektron.
Pada atom pusat (C) jumlah ikatan = 10/8 = 1 (menunjukkan 1 ikatan) dan sisa 2, 2/2 = 1 PEB pada atom pusat. Ingat 1 ikatan ini berupa ikatan kovalen tripel, disesuaikan dengan kaidah oktet.
Seperti ketentuan pada tulisan ini bahwa prioritas aturan yang harus dipenuhi adalah aturan oktet terlebih dulu kemudian “mengusahakan” muatan formal serendah mungkin. Pada struktur molekul CO di atas C dan O memenuhi aturan oktet.
Pada molekul CO ini sebenarnya kita dapat saja menuliskan
Contoh #3: CO32–
Total elektron valensi = 1 × elektron valensi C + 3 × elektron valensi O = (1 × 4) + (3 × 6) + 2 e muatan = 24 elektron.
Pada atom pusat (C) jumlah ikatan = 24/8 = 3 (menunjukkan 3 ikatan) dan sisa 0, 2/2 = 0 PEB. Ingat ikatan ini bisa ikatan kovalen tunggal, dobel, tripel, boleh disesuaikan dengan kaidah oktet.
Contoh #4: NO
Total elektron valensi = 1 × elektron valensi N + 1 × elektron valensi O = (1 × 5) + (1 × 6) = 11 elektron.
Pada atom pusat (C) jumlah ikatan = 11/8 = 1 (menunjukkan 1 ikatan) dan sisa 3, 3/2 = 1,5 PEB. Ingat 1 ikatan ini bisa ikatan kovalen tunggal, dobel, tripel, boleh disesuaikan dengan kaidah oktet dan pada NO ini berikatan kovalen dobel.
Contoh #5: SO2 dan SO3
Pada SO2:
Total elektron valensi = 1 × elektron valensi S + 2 × elektron valensi O = (1 × 6) + (2 × 6) = 18 elektron.
Pada atom pusat (S) jumlah ikatan = 18/8 = 2 (menunjukkan 2 ikatan) dan sisa 2, 2/2 = 1 PEB. Ingat tiap ikatan ini bisa ikatan kovalen tunggal, dobel, tripel, boleh disesuaikan dengan kaidah oktet, dan dalam hal ini seperti pada gambar berikut.
Pada SO3:
Total elektron valensi = 1 × elektron valensi S + 3 × elektron valensi O = (1 × 6) + (3 × 6) = 24 elektron.
Pada atom pusat (S) jumlah ikatan = 24/8 = 3 (menunjukkan 3 ikatan) dan sisa 0, 0/2 = 0 PEB. Ingat tiap ikatan ini bisa ikatan kovalen tunggal, dobel, tripel, boleh disesuaikan dengan kaidah oktet, dan dalam hal ini seperti pada gambar berikut.
Contoh #6: CH3COOH
Masih sulit juga, kurang paham, atau ada yang perlu didiskusikan sila tulis di kotak komentar di bawah tulisan ini.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar