GEOMETRI MOLEKUL: KONSEP, JENIS DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The geometri molekul atau struktur molekul adalah susunan spasial atom sekitar atom pusat. Atom mewakili daerah dengan kerapatan elektron yang tinggi, dan oleh karena itu dianggap sebagai gugus elektronik, terlepas dari ikatan yang mereka bentuk (tunggal, ganda atau tripel).

Geometri molekul suatu unsur dapat mencirikan beberapa sifat fisik atau kimianya (titik didih, viskositas, kerapatan, dll.). Misalnya, struktur molekul air menentukan kelarutannya.

Sumber: Gabriel Bolívar

Konsep ini muncul dari kombinasi dan data eksperimen dua teori: teori ikatan valensi (TEV) dan tolakan pasangan elektronik kulit valensi (RPECV). Sementara yang pertama mendefinisikan ikatan dan sudutnya, yang kedua menetapkan geometri dan, akibatnya, struktur molekul.

Bentuk geometris apa yang mampu diadopsi oleh molekul? Dua teori sebelumnya memberikan jawabannya. Menurut RPECV, atom dan pasangan elektron bebas harus diatur dalam ruang sedemikian rupa untuk meminimalkan tolakan elektrostatis di antara keduanya.

Jadi, bentuk geometris tidak sembarangan, melainkan mencari desain yang paling mantap. Misalnya, pada gambar di atas Anda dapat melihat segitiga di sebelah kiri, dan segi delapan di sebelah kanan. Titik-titik hijau melambangkan atom dan garis-garis oranye sebagai ikatan.

Dalam segitiga, tiga titik hijau diorientasikan terpisah 120º. Sudut ini, yang sama dengan sudut ikatan, memungkinkan atom untuk saling tolak sesedikit mungkin. Oleh karena itu, molekul dengan atom pusat yang terikat pada tiga atom lainnya akan mengadopsi geometri bidang trigonal.

Namun, RPECV memprediksi bahwa pasangan elektron bebas di atom pusat akan mendistorsi geometri. Untuk kasus bidang trigonal, pasangan ini akan menekan tiga titik hijau, menghasilkan geometri piramida trigonal.

Hal yang sama juga bisa terjadi dengan segi delapan pada gambar. Di dalamnya semua atom dipisahkan dengan cara yang paling stabil.

Bagaimana cara mengetahui terlebih dahulu geometri molekul atom X?

Untuk ini, perlu juga mempertimbangkan pasangan elektron bebas sebagai gugus elektronik. Ini, bersama dengan atom, akan mendefinisikan apa yang dikenal sebagai geometri elektronik, yang merupakan pelengkap geometri molekuler yang tak terpisahkan.

Mulai dari geometri elektronik, dan setelah mendeteksi pasangan elektron bebas melalui struktur Lewis, dimungkinkan untuk menentukan seperti apa geometri molekulnya. Jumlah dari semua geometri molekul akan memberikan garis besar struktur keseluruhan.

Jenis geometri molekuler

Seperti yang dapat dilihat pada gambar utama, geometri molekul bergantung pada berapa banyak atom yang mengelilingi atom pusat. Akan tetapi, jika terdapat pasangan elektron yang tidak terbagi, geometri akan dimodifikasi karena menempati banyak volume. Oleh karena itu, ia memberikan efek sterik.

Menurutnya, geometri dapat menampilkan serangkaian bentuk karakteristik untuk banyak molekul. Dan di sinilah berbagai jenis geometri molekul atau struktur molekul muncul.

Kapan geometri sama dengan struktur? Keduanya menunjukkan hal yang sama hanya dalam kasus di mana struktur tidak memiliki lebih dari satu jenis geometri; jika tidak, semua tipe yang ada harus dipertimbangkan dan strukturnya diberi nama global (linier, bercabang, bulat, datar, dll.).

Geometri sangat berguna untuk menjelaskan struktur suatu benda padat dari satuan strukturalnya.

Linear

Semua ikatan kovalen bersifat terarah, sehingga ikatan AB linier. Tetapi apakah molekul AB ₂ akan linier ? Jika demikian, geometri direpresentasikan sebagai: BAB. Kedua atom B dipisahkan dengan sudut 180º, dan menurut TEV, A harus memiliki orbital sp hibrid.

Angular

Sumber: Gabriel Bolívar

Sebuah geometri linier dapat diasumsikan pada contoh pertama untuk molekul AB ₂ ; namun, penting untuk menggambar struktur Lewis sebelum mencapai kesimpulan. Dengan menggambar struktur Lewis, jumlah pasangan elektron yang tidak berbagi (:) pada atom A dapat diidentifikasi.

Jika demikian, pasangan elektron di atas A mendorong dua atom B ke bawah, mengubah sudutnya. Akibatnya, molekul BAB linier akhirnya berubah menjadi V, bumerang, atau geometri sudut (gambar atas)

Molekul air, HOH, adalah contoh ideal untuk jenis geometri ini. Dalam atom oksigen terdapat dua pasang elektron tanpa berbagi yang berorientasi pada sudut kira-kira 109º.

Mengapa sudut ini? Karena geometri elektronik adalah tetrahedral, yang memiliki empat simpul: dua untuk atom H, dan dua untuk elektron. Pada gambar atas, perhatikan bahwa titik hijau dan dua "lobus dengan mata" menggambar tetrahedron dengan titik biru di tengahnya.

Jika O tidak memiliki pasangan elektron bebas, air akan membentuk molekul linier, polaritasnya akan berkurang, dan samudra, laut, danau, dll. Mungkin tidak akan ada seperti yang diketahui.

Segi empat

Sumber: Gabriel Bolívar

Gambar atas mewakili geometri tetrahedral. Untuk molekul air, geometri elektroniknya adalah tetrahedral, tetapi ketika menghilangkan pasangan elektron bebas, dapat dicatat bahwa ia berubah menjadi geometri sudut. Ini juga diamati hanya dengan menghilangkan dua titik hijau; dua sisanya akan menggambar V dengan titik biru.

Bagaimana jika bukannya dua pasang elektron bebas hanya ada satu? Kemudian bidang trigonal akan tetap (gambar utama). Namun, dengan menghilangkan gugus elektronik, efek sterik yang dihasilkan oleh pasangan elektron bebas tidak dapat dihindari. Oleh karena itu, ia mengubah bidang trigonal menjadi piramida dengan alas segitiga:

Sumber: Gabriel Bolívar

Meskipun geometri molekul piramida trigonal dan tetrahedral berbeda, geometri elektroniknya sama: tetrahedral. Jadi piramida trigonal tidak dihitung sebagai geometri elektronik?

Jawabannya adalah tidak, karena ini adalah produk dari distorsi yang disebabkan oleh "lobus dengan mata" dan efek steriknya, dan geometri ini tidak memperhitungkan distorsi selanjutnya.

Untuk alasan ini, sangatlah penting untuk terlebih dahulu menentukan geometri elektronik dengan bantuan struktur Lewis sebelum mendefinisikan geometri molekul. Molekul amonia, NH ₃ , adalah contoh geometri molekul piramida trigonal, tetapi dengan geometri elektron tetrahedral.

Bipiramida trigonal

Sumber: Gabriel Bolívar

Sampai saat ini, dengan pengecualian geometri linier, dalam piramida tetrahedral, sudut dan trigonal atom pusatnya memiliki hibridisasi sp ³ , menurut TEV. Ini berarti bahwa jika sudut ikatannya ditentukan secara eksperimental, seharusnya sekitar 109º.

Dari geometri trigonal dipiramidal, ada lima kelompok elektronik di sekitar atom pusat. Pada gambar di atas dapat dilihat dengan lima titik hijau; tiga di alas segitiga, dan dua di posisi aksial, yang merupakan simpul atas dan bawah dari piramida.

Hibridisasi apa yang dimiliki titik biru? Dibutuhkan lima orbital hibrida untuk membentuk ikatan tunggal (jingga). Ini dicapai melalui lima orbital sp ³ d (hasil kali campuran satu orbital s, tiga p dan satu d).

Ketika mempertimbangkan lima kelompok elektronik, geometri adalah yang sudah terekspos, tetapi karena ada pasangan elektron tanpa berbagi, lagi-lagi mengalami distorsi yang dihasilkan oleh geometri lain. Demikian pula, pertanyaan berikut muncul: dapatkah pasangan ini menempati posisi mana pun di piramida? Ini adalah: aksial atau ekuator.

Posisi aksial dan ekuator

Titik-titik hijau yang menyusun alas segitiga berada pada posisi ekuator, sedangkan dua titik di ujung atas dan bawah berada pada posisi aksial. Di manakah pasangan elektron yang tidak terbagi akan ditempatkan secara istimewa? Dalam posisi itu meminimalkan tolakan elektrostatis dan efek sterik.

Dalam posisi aksial, pasangan elektron akan “menekan” tegak lurus (90º) pada alas segitiga, sedangkan jika berada pada posisi ekuator, dua kelompok elektronik yang tersisa di alas akan terpisah 120º dan akan menekan kedua ujungnya pada 90º (bukan tiga, seperti alas).

Oleh karena itu, atom pusat akan berusaha mengarahkan pasangan elektron bebasnya ke posisi ekuator untuk menghasilkan geometri molekul yang lebih stabil.

Berosilasi dan bentuk T.

Sumber: Gabriel Bolívar

Jika satu atau lebih atomnya digantikan oleh pasangan elektron bebas dalam geometri bipiramida trigonal, kita juga akan memiliki geometri molekul yang berbeda.

Di sebelah kiri gambar atas, geometri berubah menjadi bentuk berosilasi. Di dalamnya, pasangan elektron bebas mendorong keempat atom lainnya ke arah yang sama, menekuk ikatannya ke kiri. Perhatikan bahwa pasangan ini dan dua atom terletak pada bidang segitiga yang sama dari bipiramida aslinya.

Dan di sebelah kanan gambar, geometri berbentuk T. Geometri molekuler ini adalah hasil dari penggantian dua atom untuk dua pasang elektron, menghasilkan tiga atom yang tersisa menyejajarkan diri di bidang yang sama yang menarik tepat satu huruf T.

Kemudian, untuk molekul tipe AB ₅ , ia mengadopsi geometri trigonal bipiramida. Namun, AB ₄ , dengan geometri elektronik yang sama, akan mengadopsi geometri berosilasi; dan AB ₃ , geometri berbentuk T. Dalam kesemuanya A akan (umumnya) memiliki hibridisasi sp ³ d.

Untuk menentukan geometri molekul, perlu untuk menggambar struktur Lewis dan juga geometri elektroniknya. Jika ini adalah trigonal bipiramida, maka pasangan elektron bebas akan dibuang, tetapi tidak efek steriknya pada atom lainnya. Dengan demikian, seseorang dapat dengan sempurna membedakan antara tiga kemungkinan geometri molekul.

Bersegi delapan

Geometri molekul oktahedron digambarkan di sebelah kanan gambar utama. Jenis geometri ini sesuai dengan senyawa AB ₆ . AB ₄ membentuk alas persegi, sedangkan dua B lainnya ditempatkan pada posisi aksial. Jadi, terbentuk beberapa segitiga sama sisi, yang merupakan permukaan segi delapan.

Di sini sekali lagi, mungkin ada (seperti dalam semua geometri elektronik) pasangan elektron bebas, dan oleh karena itu geometri molekul lain berasal dari fakta ini. Misalnya, AB ₅ dengan geometri elektron oktahedral terdiri dari limas segi empat, dan AB ₄ bidang persegi:

Sumber: Gabriel Bolívar

Untuk kasus geometri elektron oktahedron, kedua geometri molekul ini adalah yang paling stabil dalam hal tolakan elektrostatis. Dalam geometri bidang persegi, dua pasang elektron berjarak 180º.

Apa hibridisasi atom A dalam geometri ini (atau struktur, jika itu adalah satu-satunya)? Sekali lagi, TEV menyatakan bahwa ini adalah sp ³ d ² , enam orbital hibrid, yang memungkinkan A untuk mengarahkan kelompok elektronik pada simpul dari sebuah oktahedron.

Geometri molekuler lainnya

Dengan memodifikasi dasar dari piramida yang disebutkan sejauh ini, beberapa geometri molekul yang lebih kompleks dapat diperoleh. Misalnya, bipiramida pentagonal memiliki segi lima sebagai alasnya dan senyawa yang membentuknya memiliki rumus umum AB ₇ .

Seperti geometri molekul lainnya, mengganti atom B dengan pasangan elektron bebas akan mengubah geometri menjadi bentuk lain.

Selain itu, senyawa AB ₈ dapat mengadopsi geometri seperti antiprisme persegi. Beberapa geometri bisa menjadi sangat rumit, terutama untuk rumus AB ₇ dan seterusnya (hingga AB ₁₂ ).

Contoh geometri molekuler

Serangkaian senyawa akan disebutkan di bawah ini untuk masing-masing geometri molekul utama. Sebagai latihan, seseorang dapat menggambar struktur Lewis untuk semua contoh dan memastikan apakah, dengan mempertimbangkan geometri elektronik, geometri molekul diperoleh seperti yang tercantum di bawah ini.

Geometri linier

-Ethylene, H ₂ C≡CH ₂

-Beryllium chloride, BeCl ₂ (Cl-Be-Cl)

-Karbon dioksida, CO ₂ (O = C = O)

-Nitrogen, N ₂ (N≡N)

-Mercury dibromide, HgBr ₂ (Br-Hg-Br)

-Anion triiodida, I ₃ ^- (III)

-Asam hidrosianat, HCN (HN≡C)

Sudutnya harus 180º, dan karenanya memiliki hibridisasi sp.

Geometri sudut

- air

-Sulfur dioksida, SO ₂

-Nitrogen dioksida, NO ₂

-Ozon, O ₃

-Amide anion, NH ₂ ^-

Bidang trigonal

-Bromo trifluorida, BF ₃

-Aluminium triklorida, AlCl ₃

-Anion nitrat, NO ₃ ^-

-Anion karbonat, CO ₃ ^2–

Segi empat

- Gas metana, CH ₄

-Karbon tetraklorida, CCl ₄

-Kation amonium, NH ₄ ⁺

-Anion sulfat, SO ₄ ^2-

Piramida trigonal

-Amonia, NH ₃

-Kation hidronium, H ₃ O ⁺

Bipiramida trigonal

-Fosfor pentafluorida, PF ₅

-Antimony pentachloride, SbF ₅

Berosilasi

Sulfur tetrafluorida, SF ₄

Bentuk T.

-Iodine triklorida, ICl ₃

-Klorin trifluorida, ClF ₃ (kedua senyawa tersebut dikenal sebagai interhalogen)

Bersegi delapan

-Sulfur hexafluoride, SF ₆

-Selenium hexafluoride, SeF ₆

-Heksafluorofosfat, PF ₆ ^-

Untuk menyimpulkan, geometri molekul adalah yang menjelaskan pengamatan sifat kimia atau fisik materi. Namun, ini berorientasi pada geometri elektronik, jadi yang terakhir harus selalu ditentukan sebelum yang pertama.

Referensi

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning, hal 194-198.
2. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat., Hlm.23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.
3. Mark E. Tuckerman. (2011). Geometri molekul dan teori VSEPR. Diperoleh dari: nyu.edu
4. Chembook Virtual, Charles E. Ophardt. (2003). Pengantar Geometri Molekuler. Diperoleh dari: chemistry.elmhurst.edu
5. Kimia LibreTexts. (8 September 2016). Geometri Molekul. Diperoleh dari: chem.libretexts.org