MOLEKUL DAN SENYAWA

1.      Molekul

Reaksi kimia yang terjadi karena penggabungan atau pemisahan atom – atom. Dua atom atau lebih atom yang sama atau berbeda bergabung membentuk molekul. Berdasarkan jenis atopm pembentukknya, molekul dibedakan atas molekul unsure dan molekul senyawa. Molekul unsure adalah molekul yang terbentuk dari gabungan dua atim atau lebuh atom –atom yang sejenis. Molekul senyawa adalah molekul yang terbentuk dari atom –atom yang tidak sejenis. Misalnya  H₂O (molekul air), CO₂ (molekul karbon dioksida), NH₃ (molekul amonia), HCL (molekul asam klorida), dan C₂H₅OH ( molekul alcohol).

Berdsarkan jumlah atom pembentuknya, molekul unsure dibedakakan atas molekul diatomic (missal H₂, O₂, N₂, F₂, Cl₂, dan I₂), molekul tetraatomik (missal P₄, As₄, Sb₄), dan molekul oktaatomik (missal S₈). Perkecualian pada beberapa unsure yang membentuk molekul sebagai  berikut.

1.      unsure logam atau padat, jumlah ato dalam molekulnya belum dketahui sehingga dianggap dapat beridiri sendiri dan disebut molekul monoatomik. Lambangnya ditulis tanpa inderks,  misalnya Fe, Au, Ni, Zn, Sn, dan Pt.

2.      kerekaktifan unsure – unsure gas mulia, sangat rendah sehingga tidak mempunyai kemamapuan untuk berikatan dengan unsure lain dan disebut molekul monoatomik. Lambangan ditulis tanpa indeks, misalnya He, Ne, Kr, dan Rn.

3.      molekul raksasa, jumlah atom dalam satu molekul tidak terbatas dan disebut mlekul monoatomik. Lambangnya ditulis tanpa indeks, misalnya B, C, dan Si.

STRUKTUR LEWIS DAN  TEORI VSEPR

            Penggambaran Ion dan Molekul dengan Struktur Lewis

Dalam penggambaran molekul/ion dengan struktur Lewis kita harus mengetahui rumus senyawa dan posisi relatif masing-masing atom. Jumlah total elektron valensi dari seluruh atom didistribusikan keseluruh atom yang berikatan dan sisanya menjadi pasangan elektron sunyi (tak berikatan).

Struktur Lewis untuk Molekul Berikatan Tunggal

1.      Tempatkan atom relatif terhadap atom lain, atom dengan nomor golongan lebih rendah berada ditengah, jika sama maka atom dengan periode lebih tinggi karena atom yang kurang eleltronegatif diposisikan pada pusat/tengah

2.      Tentukan jumlah total elektron valensi yang ada

3.      Buat garis ikatan tunggal dari atom pusat ke seluruh atom sekelilingnya

4.      Distribusikan elektron tersisa sedemikian sehingga semua atom memiliki elektron valensi delapan (oktet).

Struktur Lewis senyawa dengan atom pusat lebih dari satu

            Secara umum caranya sama dengan satu atom pusat hanya saja perlu memperhatikan posisi dua atom pusat yang dimungkinkan membentuk ikatan lebih banyak.

Contoh senyawa CH₄O

            Struktur Lewis untuk Molekul dengan Ikatan Rangkap

1. Tempatkan atom relatif terhadap atom lain, atom dengan nomor golongan lebih rendah berada ditengah, jika sama maka atom dengan periode lebih tinggi karena atom yang kurang eleltronegatif diposisikan pada pusat/tengah
2. Tentukan jumlah total elektron valensi yang ada
3. Buat garis ikatan tunggal dari atom pusat ke seluruh atom sekelilingnya
4. Distribusikan elektron tersisa sedemikian sehingga semua atom memiliki elektron valensi delapan (oktet).
5. Jjika atom pusat masih belum memiliki 8 elektron valensi, ubah pasangan elektron sunyi pada atom sekitar menjadi satu ikatan lagi

Contoh pada senyawa C₂H₄.

            Resonansi: Ikatan Pasangan Elektron Terdelokalisasi

Seringkali terjadi satu ikatan rangkap bersebelahan dengan ikatan tunggal dan membentuk 2 struktur Lewis yang identik. Misal pada senyawa O₃ (ozon)

Struktur I dan II adalah identik, faktanya kedua struktur ini tidak ada yang benar karena panjang ikatan dua ikatan O ternyata memiliki nilai diantara panjang    O – O dan O=O, struktur sebenarnya lebih cocok disebut dengan hibrid resonansi yaitu bentuk rata-rata keduanya.

Contoh senyawa lainnya adalah benzen C₆ H₆ dan ion karbonat CO₃ ^2-

Muatan Formal: Seleksi struktur resonansi yang lebih disukai

Pada uraian terdahulu resonansi dua senyawa identik terjadi ketika senyawa tsb simetris dan tidak bisa dibedakan. Namun jika senyawa asimetris maka salah satu resonansi lebih disukai dengan melihat muatan formal masing-masing atom.Muatan formal = jml e valensi – (jml e valensi sunyi + ½ jml e berikatan)

Contoh O₃.

3 Kriteria muatan formal

1. Muatan formal kecil (positif atau negatif) lebih disukai daripada besar
2. Muatan sama yang bersebelahan tidak disukai (gaya tolak)
3. Muatan formal dengan nilai lebih negatif harus diposisikan ada pada atom yang elektronegatif

            Contoh : NCO^-

Pengecualian Aturan Oktet Struktur Lewis.

1.      Molekul kekurangan elektron (electron deficient) senyawa dengan atom pusat Be atau B cenderung memiliki elektron valensi kurang dari 8: BF₃ dan BeCl.Muatan formal menunjukkan struktur tanpa ikatan rangkap lebih disukai, BF₃ memiliki 8 elektron valensi dengan membentuk ikatan lebih lanjut dengan NH₃.

2.      Molekul dengan elektron ganjil (odd electron). Beberapa molekul memiliki jumlah elektron ganjil sehingga tidak memungkinkan mencapai 8 elektron. Adanya elektron yang tidak berpasangan dan tidak berikatan, spesies ini disebut radikal bebas, misal pada NO₂. Senyawa ini berikatan dengan sesamanya membentuk N₂O₄ dengan elektron valensi 8.

3.      Kulit Valensi Ekspansi (expanded valence shell). Beberapa molekul/ion memiliki lebih dari 8 elektron disekitarnya molekul ini meningkatkan kapasitas kulit valensinya dengan memanfaatkan kulit d yang kosong untuk berikatan,kulit valensi terekspansi hanya terjadi pada atom pusat non logam dari perioda 3 keatas dengan kulit d yang bisa dipakai.

Contoh senyawa: SF₆, PCl₅ dan H2SO₄.

Menghitung Kalor Reaksi dari Energi Ikatan Molekul

Dalam reaksi kimia kita bisa menganggap reaktan mengalami pemutusan ikatan dan produk mengalami pembentukan ikatan. Pemutusan ikatan membutuhkan energi (energi ikat) dan pembentukan ikatan melepaskan energi (energi ikat dengan tanda berlawanan). Hukum Hess memungkinkan kita menghitung energi tanpa harus memikirkan proses yang sesungguhnya terjadi

      ΔHrx^o = ΔH^o pemutusan ikatan + ΔH^o pembentukan ikatan.

Eksotermik vs Endotermik

·         Dalam reaksi eksotermik energi total ikatan produk terbentuk lebih besar dibanding energi total pemutusan ikatan reaktan.

·         Dalam reaksi endotermik energi total ikatan produk terbentuk lebih kecil dibanding energi total pemutusan ikatan reaktan.

Teori Valence-Shell Electron Pair Repulsion (VSEPR)

Penggambaran bentuk molekul dengan bantuan VSEPR didasari oleh penggambaran struktur Lewis sebagai model 2 dimensi. Dalam teori VSEPR atom pusat akan menempatkan secara relatif grup (bisa berupa atom atau pasangan elektron) pada posisi tertentu. Prinsip dasarnya: masing-masing grup elektron valensi ditempatkan sejauh mungkin satu sama lain untuk meminimalkan gaya tolakan. Notasi yang dipakai: A = atom pusat, X = atom sekitar yang berikatan dan E = grup elektron valensi yang tidak berikatan (sunyi).

5 Bentuk Dasar Molekul.

Bentuk Molekul dengan 2 dan 3 Grup Elektron

Keterangan Tambahan.

l  Ikatan rangkap memberikan gaya tolakan lebih kuat dibanding ikatan tunggal

l  Pasangan elektron sunyi juga memberikan tolakan lebih kuat dibanding pasangan elektron berikatan

Bentuk Molekul dengan 4 Grup Elektron

Bentuk Molekul dengan 5 Grup Elektron

Bentuk Molekul dengan 6 Grup Elektron

4.Senyawa

Senyawa adalah zat tunggal yang dengan cara kimia biasa masih dapat diuraikan kembali menjadi unsur – unsur penyusunnya. Senyawa terdiri atas beberapa unsur yang bergabung secara kimia. Air (H₂O) trmasuk senyawa karena air terbentuk dari unsure – unsure hydrogen (H) dan oksigen (O). garam dapur (NaCl) termasuk senyawa karena terbentuk dari unsure natrium (Na) dan klorin (Cl). Selain kedua jenis senyawa tersebut, masih terdapat berjuta –juta senyawa lain di bumi.

Sifat senyawa sangat berbeda dengan unsure pembentuknya. Sebagai contoh adalah kedua senyawa yang telah disebutkan yanitu air dan garam dapur. Air adalah senyawa berwujud cair yang jernih., tidak berwarna, dan tidak dapat terbakar. Hal ini sangat bertentangan dengan unsure – unsure penyusunnya yaiyu hydrogen (H) yang berwujud gas dan sangat ringan dan mudah terbakar, dan dan oksigen (O)yang berwujud gas dan sangat diperlukan dalam proses pembakaran. Demikian halnya dengan garam dapur (NaCl) yang merupakan senyawa yang mampu melezatkan makanan dan sangat diperlukan oleh tubuh kita, padahal unsure penyusunnya adalah unsure natrium (Na) yang merupakan logam yang bersifat lunak, berwarna putih mengkilap seperti perak dan sangat beracun jika sampai tertelan karena dapat menimbulkan ledakan jika terkena air, serta unsure klorin (Cl) yang berwujud gas dan dapat mengakibatkan pingsan jik aterhiruo terlalu banyak. Peruraian garam natrium menjadi unsure – unsure pembentuknya (Na dan Cl) dapat dilakukan dengan proses elektrolisis. Demikian jga pada peruraiam air menjadi unsure – unsure pembentuknya dapat dilakukan dengan cara elektrolisis air menggunakan suatu alat Bantu yang disebut alat Hoffman. Pada saat arus listrik searah dialirkan melalui elektroda dalam tabung, beberapa detik kemudian tampak gelembung – gelembung gas pada elelktroda , atom oksigen memisahkan diri pada elektroda positif (anode). Sedangkan atom hydrogen terlepas pada elektroda negative (katode). Karena kedua atom  hydrogen terlepas setiap pelepasan sebuah atom oksigen, maka volum gas hydrogen lebih besar dari pada volume oksigen. Beberapa contoh senyawa lain yang sering kita jumpai dalam kehidupan sehari – hari, misalnya gula (C₆ H₁₂ O₆), asam cuka atau asam asetat ( CH₃ COOH), gas karbon dioksida (CO₂), asam sulfat, (H₂ SO₄), dan masih banyak lagi lainnya.

Senyawa mempunyai sifat –sifat sebagai berikut:

1.                             senywa dapat terbentuk dari unsure -  unsure melalui reaks kimia.

2.                             unsure – unsure penyusun senyawa kehilangan sifat asalnya dalam membentuk senyawa.

3.                             senyawa dapat dipisahkan menjadi unsure- unsurnya kembali dengan cara reaksi kimia, tetapi dapat dipisahkan dengan cara fisis,.

4.                             komponen – komponen (unsur) penyusun senyawa mempunyai perbandingan tetap.

Analisis untuk menemukan unsure – unsure penyusun suatu senyawa disebut  ananlisi kualitatif. Analisis untuk menemukan perbandingan setiap jumlah unsure dalam suatu senyawa disebut analisis kuantitatif. Analisi kuantitatif pernah dilakukan oleh Joseph Louis Proust untuk membuktikan hokum perbandingan tetap (hukum Prost) denga cara sebagai berikut :

1.                                pada pemanasan camouran serbuk besi dengan serbuk belerang, jika 7 bagian berat besi dicampur dengan 4 bagian berat belerang dan dipanaskan akan menghasilkan 11 bagian berat senyawa besi belerang. Apabila bagian besi ditambahkan, tidak akan terbentuk senyawa belerang, tetaoi tetap sebagai besi. Demikian juga jika belerang ditambhkan, tidak terbentuk senyawa besi belerang tetapi belerang akan terbakar menjadi gas.

2.                                pada reaksi logam natrium dan gas klorin, ternyata 46 bagian berat natrium membuthkan 71 bagian berat gas klorin untuk membentuk 117 bagian berat garam dapur.

3.                                massa atom relative hydrogen dan massa atom relative oksigen selalu 1 dan 8. berarti perbandingan massa H dan O dalam senyawa hydrogen adalah 1 : 8. apabila perbandingan H dan O bukan 1 : 8, maka ada unsur yang tersisa.   

Jenis senyawa

1.      Asam        

Asam (yang sering diwakili dengan rumus umum HA) secara umum merupakan senyawa kimia yang bila dilarutkan dalam air akan menghasilkan larutan dengan pH lebih kecil dari 7. Dalam definisi modern, asam adalah suatu zat yang dapat memberi proton (ion H⁺) kepada zat lain (yang disebut basa), atau dapat menerima pasangan elektron bebas dari suatu basa. Suatu asam bereaksi dengan suatu basa dalam reaksi penetralan untuk membentuk garam. Contoh asam adalah asam asetat (ditemukan dalam cuka) dan asam sulfat (digunakan dalam baterai atau aki mobil). Asam umumnya berasa masam; walaupun demikian, mencicipi rasa asam, terutama asam pekat, dapat berbahaya dan tidak dianjurkan.

Terdapat tiga definisi asam yang umum diterima dalam kimia, yaitu definisi Arrhenius, Brønsted-Lowry, dan Lewis.

  Arrhenius: Menurut definisi ini, asam adalah suatu zat yang meningkatkan konsentrasi ion hidronium (H₃O⁺) ketika dilarutkan dalam air. Definisi yang pertama kali dikemukakan oleh Svante Arrhenius ini membatasi asam dan basa untuk zat-zat yang dapat larut dalam air.

  Brønsted-Lowry: Menurut definisi ini, asam adalah pemberi proton kepada basa. Asam dan basa bersangkutan disebut sebagai pasangan asam-basa konjugat. Brønsted dan Lowry secara terpisah mengemukakan definisi ini, yang mencakup zat-zat yang tak larut dalam air (tidak seperti pada definisi Arrhenius).

  Lewis: Menurut definisi ini, asam adalah penerima pasangan elektron dari basa. Definisi yang dikemukakan oleh Gilbert N. Lewis ini dapat mencakup asam yang tak mengandung hidrogen atau proton yang dapat dipindahkan, seperti besi(III) klorida. Definisi Lewis dapat pula dijelaskan dengan teori orbital molekul. Secara umum, suatu asam dapat menerima pasangan elektron pada orbital kosongnya yang paling rendah (LUMO) dari orbital terisi yang tertinggi (HOMO) dari suatu basa. Jadi, HOMO dari basa dan LUMO dari asam bergabung membentuk orbital molekul ikatan.

Walaupun bukan merupakan teori yang paling luas cakupannya, definisi Brønsted-Lowry merupakan definisi yang paling umum digunakan. Dalam definisi ini, keasaman suatu senyawa ditentukan oleh kestabilan ion hidronium dan basa konjugat terlarutnya ketika senyawa tersebut telah memberi proton ke dalam larutan tempat asam itu berada. Stabilitas basa konjugat yang lebih tinggi menunjukkan keasaman senyawa bersangkutan yang lebih tinggi.

Sifat-sifat

Secara umum, asam memiliki sifat sebagai berikut:

1.       Rasa: masam ketika dilarutkan dalam air.

2.                   Sentuhan: asam terasa menyengat bila disentuh, terutama bila asamnya asam kuat.

3.                   Kereaktifan: asam bereaksi hebat dengan kebanyakan logam, yaitu korosif terhadap logam.

4.       Hantaran listrik: asam, walaupun tidak selalu ionik, merupakan elektrolit.

2.      Basa

senyawa kimia yang menyerap ion hydronium ketika dilarutkan dalam air.Basa adalah lawan (dual) dari asam, yaitu ditujukan untuk unsur/senyawa kimia yang memiliki pH lebih dari 7. Kostik merupakan istilah yang digunakan untuk basa kuat. jadi kita menggunakan nama kostik soda untuk natrium hidroksida (NaOH) dan kostik postas untuk kalium hidroksida (KOH). Basa dapat dibagi menjadi basa kuat dan basa lemah. Kekuatan basa sangat tergantung pada kemampuan basa tersebut melepaskan ion OH dalam larutan dan konsentrasi larutan basa tersebut.

3. Garam

garam adalah senyawa ionik yang terdiri dari ion positif (kation) dan ion negatif (anion), sehingga membentuk senyawa netral (tanpa bermuatan). Garam terbentuk dari hasil reaksi asam dan basa. Natrium klorida (NaCl), bahan utama garam dapur adalah suatu garam.

Larutan garam dalam air merupakan larutan elektrolit, yaitu larutan yang dapat menghantarkan arus listrik. Cairan dalam tubuh makhluk hidup mengandung larutan garam, misalnya sitoplasma dan darah.

Reaksi kimia untuk menghasilkan garam antara lain

1.     Reaksi antara asam dan basa, misalnya HCl + NH₃ → NH₄Cl.

2.     Reaksi antara logam dan asam kuat encer, misalnya Mg + 2 HCl → MgCl₂ + H₂

Keterangan: logam mulia umumnya tidak bereaksi dengan cara ini.