Struktur Lewis

Struktur Lewis

Struktur Lewis adalah diagram yang menunjukkan ikatan-ikatan antar atom dalam suatu molekul. Struktur Lewis digunakan untuk menggambarkan ikatan kovalen dan ikatan kovalen koordinat. Struktur Lewis dikembangkan oleh Gilbert N. Lewis.

Contoh model titik Lewis yang menggambarkan ikatan kimia antara karbon C, hidrogen H, dan oksigen O. Penggambaran titik lewis adalah salah satu dari usaha awal kimiawan dalam menjelaskan ikatan kimia dan masih digunakan secara luas sampai sekarang.

Unsur-unsur kimia dalam mencapai konfigurasi seperti konfigurasi gas mulia dapat dilakukan dengan cara :

a.     Menerima dan melepaskan elektron

Dalam membentuk ion,suatu atom akan melepas atau mengikat elektron. Atom-atom yang mempunyai energi ionisasi rendah, misalnya atom-atom dari unsur golongan IA dan IIA dalam sistem periodik unsur akan mempunyai kecenderungan melepas elektronnya sedangkan atom-atom yang mempunyai afinitas elektron yang besar, misalkan  atom-atom unsur golongan VIA dan VIIA dalam sistem periodik unsur, akan cenderung mengikat elektron.

b.     Menggunakan Pasangan Elektron Bersama

Atom-atom yang memiliki energi ionisasi tinggi akan sukar melepaskan elektronnya, sehingga dalam mencapai kestabilan akan sukar membentuk ion positif. Demikian pula atom-atom yang memiliki afinitas elektron yang rendah, dalam mencapai kestabilan tidak membentuk ion negatif.

Atom-atom yang sukar melepas elektron atau mempunyai energi ionisasi yang tinggi dan atom yang sukar menarik elektron atau menarik atau mempunyai afinitas elektron yang mempunyai kecenderungan untuk membentuk pasangan electron yang dipakai secara bersama. Pasangan elektron yang dibentuk oleh atom-atom yang berikatan dapat berasal dari kedua atom yang bergabung atau dapat pula berasal dari salah satu atom yang bergabung. 

Kaidah Oktet dan Duplet

Ikatan yang terjadi antar atom atau antar molekul  bertujuan  agar terjadi pencapaian kestabilan suatu unsur. Kestabilan suatu atom ditentukan oleh konfigurasi elektron atom tersebut. Dari konfigurasi tersebut Kossel dan Lewis membuat kesimpulan bahwa konfigurasi elektron atom-atom akan stabil jika elektron terluarnya 2 (duplet) atau 8 (oktet).

Suatu senyawa terbentuk dari unsur-unsur yang bergabung melalui ikatan kimia. Misalnya, senyawa air (H₂O) yang terbentuk dari dua atom hidrogen (H) dan satu atom oksigen (O). Atom dari unsur H memiliki elektron valensi 1, sedangkan atom dari unsur O memiliki elektron valensi 6. Kedua atom tersebut belum bersifat stabil. Sehingga agar stabil, suatu atom harus memiliki elektron valensi 2 atau 8. Oleh karena itu, unsur H dan O yang kurang stabil bergabung membentuk senyawa H₂O yang lebih stabil. Jadi, setiap atom memiliki kecenderungan untuk mencapai kestabilannya dengan cara berikatan dengan atom yang lain.

Menggambar Struktur Lewis Suatu Molekul

          Struktur Lewis dari suatu molekul adalah cara menggambarkan bagaimana atom-atom berikatan membentuk molekul dengan menggunakan penanda seperti noktah atau tanda x untuk mewakili elektron yang terlibat dalam pembentukan molekul. Elektron yang terlibat ini biasanya hanya elektron valensi (elektron yang berada di kulit terluar).

          Prinsip dalam menggambarkan struktur Lewis suatu molekul adalah mengupayakan agar elektron di sekitar atom dalam setiap molekul berjumlah delapan atau mengikuti aturan oktet. Dengan memiliki elektron sebanyak 8 setiap atom diharapkan menjadi stabil dengan membentuk ikatan.
          Untuk itu sebelum dapat menggambar struktur Lewis suatu molekul harus memahami bagaimana menentukan konfigurasi elektron setiap atom. Biasanya dalam soal-soal disertai dengan data nomor atom setiap unsur yang akan digunakan, tujuannya tidak lain agar dapat menuliskan konfigurasi elektronnya sehingga elektron valensinya juga dapat diketahui.

CARA MENGGAMBAR STRUKTUR LEWIS UNTUK MOLEKUL YANG TIDAK MENGANDUNG ATOM BERMUATAN

1.     Hitung jumlah semua elektron valensi untuk setiap atom dalam molekul (selanjutnya dalam tulisan ini disebut total elektron valensi).

2.     Hitung jumlah elektron valensi setiap atom dalam molekul jika atom-atom itu sesuai aturan oktet (selanjutnya dalam tulisan ini disebut total elektron oktet). Aturan oktet menyatakan bahwa semua atom harus memiliki delapan elektron valensi (kecuali untuk hidrogen, yang cukup dua saja, dan boron dengan enam elektron).

3.     Hitung selisih jumlah elektron yang sesuai aturan oktet dengan jumlah elektron valensi nyatanya (hasil pada langkah #2 dikurangi hasil pada langkah #1). Selisih ini akan sama dengan jumlah elektron yang digunakan berikatan dalam molekul. (selanjutnya dalam tulisan ini disebut total elektron berikatan)

4.     Bagilah jumlah elektron berikatan dengan angka dua: Ingat, karena setiap ikatan memiliki dua elektron, jumlah elektron yang digunakan bersama dua atom yang berikatan. Hasil bagi ini merupakan jumlah ikatan yang akan digunakan dalam molekul. (selanjutnya dalam tulisan ini disebut jumlah ikatan)

5.     Gambarkan susunan atom untuk molekul dengan jumlah ikatan yang diperoleh pada langkah #4 di atas: Beberapa aturan berguna untuk diingat adalah ini:

·        Hidrogen dan halogen: berikatan sekali.

·        Golongan oksigen: berikatan dua kali.

·        Golongan nitrogen:  berikatan tiga kali. Begitu pula boron.

·         Golongan karbon: berikatan empat kali.

Sebaiknya ikatan-ikatan yang dipasang antaratom adalah ikatan tunggal terlebih dahulu, dan kemudian menambahkan beberapa ikatan (jika diperlukan) sampai aturan diatas diikuti.

Catatan: Unsur yang lebih elektroprositif atau kurang elektronegatif (dalam tabel periodik unsur letaknya di sebelah kiri (kecuali H) atau sebelah bawah atau jari-jari atomnya lebih besar) lebih mungkin sebagai atom pusat. Perkecualian pada Cl₂O, O yang berperan sebagai atom pusat. H tidak akan pernah sebagai atom pusat. Atom pusat ketika membentuk ikatan harus mengikuti aturan oktet, kecuali Be hanya 4 elektron ikatan dan B hanya 6 elektron ikatan.

6.     Tentukan jumlah pasangan elektron bebas (tak berikatan). Caranya hitung jumlah elektron valensi – jumlah elektron yang digunakan untuk berikatan

atau dengan cara kurangi hasil hitung langkah #1 dengan hasil hitung pada langkah # 3.

Tata semuanya di sekitar atom sampai semua memenuhi aturan oktet: Ingat, SEMUA unsur agar di sekitarnya ada delapan elektron, secara total (KECUALI hidrogen). Hidrogen cukup dua elektron. Oh ya untuk unsur yang terletak pada periode 3 (misalnya S belerang) sering jumlah elektron disekitarnya lebih dari delapan, dengan pertimbangan muatan formalnya nol akan lebih disukai.

7.     Menguji keberadaan muatan formal, (muatan formal ini adalah muatan semu, hasil perbandingan antara elektron valensi setiap atom dengan jumlah elektron yang dimiliki ketika membentuk ikatan dengan atom yang lain).

Muatan formal tiap atom = elektron valensi atom – jumlah ikatan dengan atom lain – jumlah elektron bebas (tidak digunakan berikatan) yg dimiliki.

Contoh penerapan untuk molekul CH₂O

1.     Total elektron valensi adalah 12.

2 elektron valensi H (2 atom H × 1 elektron/atom = 2 elektron)
4 elektron valensi C (1 atom C × 4 elektron/atom) = 4 elektron)
6 elektron valensi O (1 atom O × 6 elektron/atom) = 6 elektron)
Jumlah elektron valensi pada CH₂O = 2+4+6 = 12 elektron

2.     Total elektron oktet semua atom dalam CH₂O = 20, diperoleh dari:

(2 atom H × 2 elektron) + 1atom C × 8 elektron) + (1 atom O × 8 elektron)  = 4 + 8 + 8 = 20 elektron.

3.     Total elektron berikatan sama dengan total elektron oktet dikurangi total elektron valensi, atau 20 – 12 = 8.

4.     Jumlah ikatan = total elektron berikatan dibagi dua, karena ada dua elektron per ikatan. Akibatnya, di CH₂O, jumlah ikatannya = 4. (Karena 8/2 adalah 4).

5.     Penggambaran struktur Lewis, tuliskan atom C di tengah dan atom lainnya (2 atom H dan 1 atom O) berada di sekeliling atom C. Cantumkan elektron berikatan (masing-masing 2 elektron setiap ikatan) di antara atom pusat (C) dengan atom yang ada disekitarnya, antara atom C dan O yang paling mungkin memiliki ikatan rangkap 2 (double bond). Lakukan hingga semua (dalam hal ini 8 elektron berikatan terpakai).

6.     Penggambaran struktur Lewis, tuliskan atom C di tengah dan atom lainnya (2 atom H dan 1 atom O) berada di sekeliling atom C. Cantumkan elektron berikatan (masing-masing 2 elektron setiap ikatan) di antara atom pusat (C) dengan atom yang ada disekitarnya, antara atom C dan O yang paling mungkin memiliki ikatan rangkap 2 (double bond). Lakukan hingga semua (dalam hal ini 8 elektron berikatan terpakai).

7.     Jumlah pasangan elektron bebas = total elektron valensi (dari # 1) dikurangi total elektron berikatan (dari # 3), yang dalam contoh ini sama dengan 12 – 8, atau 4. Melihat struktur CH₂O, dapat dilihat bahwa karbon sudah memiliki delapan elektron di sekitarnya. Oksigen, hanya memiliki empat elektron di sekitarnya (lihat gambar pada nomor 5 di atas). Untuk melengkapi gambar, masing-masing oksigen harus memiliki dua set pasangan elektron bebas, Tambahkan pasangan elektron bebas pada atom O sehingga aturan oktet terpenuhi.

8.     Menguji ada tidaknya muatan formal tiap atom.

Muatan formal C = 4 (e.valensi) – 4 (jumlah ikatan) – 0 (jumlah elektron bebas) = 0

Muatan formal H = 1 – 1 – 0 = 0

Muatan formal O = 6 – 2 – 4 = 0

Jadi benar bahwa molekul CH₂O ini tidak bermuatan alias netral.

Contoh penerapan untuk molekul H₂CO₃

a. Total elektron valensi adalah 24.

2 elektron valensi H (2 atom H× 1 elektron/atom = 2 elektron)
4 elektron valensi C (1 atom C× 4 elektron/atom) = 4 elektron)
18 elektron valensi O (3 atom O× 6 elektron/atom) = 18 elektron)
Total elektron valensi pada H₂CO₃ = 24 elektron

b. Total elektron oktet semua atom dalam H₂CO₃ = 36, diperoleh dari:

(2 atom H× 2 elektron) + 1atom C× 8 elektron) + (3 atom O× 8 elektron)= 4 + 8 + 24 = 36 elektron.

c. Total elektron berikatan sama dengan total elektron oktet dikurangi   total elektron valensi, atau 36 – 24 = 12.

d. Jumlah ikatan = total elektron berikatan dibagi dua, karena ada dua elektron per ikatan. Akibatnya, di H₂CO₃, jumlah ikatannya = 6.       (Karena 12/2 adalah 6).

e. Penggambaran struktur Lewis, tuliskan atom C di tengah dan atom                lainnya (2 atom H dan 3 atom O) berada di sekeliling atom C.     Cantumkan elektron berikatan (masing-masing 2 elektron setiap          ikatan) di antara atom pusat (C) dengan atom yang ada disekitarnya,        perhatikan antara atom C dan O ada yang memungkinkan memiliki           ikatan rangkap 2 (ikatan dobel). Lakukan hingga semua elektron    berikatan terpakai (dalam hal ini 12 elektron berikatan terpakai atau        dengan sistem garis, 6 garis).

f. Jumlah pasangan elektron bebas = total elektron valensi (dari # 1)     dikurangi total elektron berikatan (dari # 3), yang dalam contoh ini     sama dengan 24 – 12, atau 12. Melihat struktur H₂CO₃, dapat   dilihat bahwa karbon sudah memiliki delapan elektron (empat           ikatan) di sekitarnya. Setiap oksigen akan mendapat bagian masing-masing 2 pasang elektron bebas untuk memenuhi aturan      oktet, untuk atom H sudah memenuhi aturan duplet.H₂CO₃       mempunyai struktur Lewis:

g. Menguji ada tidaknya muatan formal tiap atom.

h. Muatan formal C = 4 (e.valensi) – 4 (jumlah ikatan) – 0 (jumlah           elektron bebas) = 0

I. Muatan formal H = 1 – 1 – 0 = 0 —–pada moleluk ini kedua atom H muatan formalnya sama.

j. Muatan formal O (yang berikatan rangkap dengan C) = 6 – 2 – 4 = 0

k. Muatan formal O (yang berikatan dengan C dan H) = 6 – 2 – 4 = 0

l. Jadi benar bahwa molekul H₂CO₃ ini tidak bermuatan alias netral.

CARA MENGGAMBAR STRUKTUR LEWIS UNTUK MOLEKUL YANG MENGANDUNG SATU ATAU LEBIH ATOM BERMUATAN

1. Cara ini pada dasarnya adalah sama dengan cara di atas, kecuali ada beberapa aturan tambahan. Perubahan prosedur di atas diuraikan dengan huruf berwarna merah.

2. Hitung jumlah semua elektron valensi untuk setiap atom dalam molekul (selanjutnya dalam tulisan ini disebut total elektron valensi). Untuk anion poliatomik, tambahkan muatan ion (jumlah elektron yang diterima) dengan jumlah elektron valensi.. Untuk kation poliatomik, kurangi muatan ion (jumlah elektron yang dilepas) dari jumlah elektron valensi.

3. Hitung jumlah elektron valensi setiap atom dalam molekul jika atom-atom itu sesuai aturan oktet (selanjutnya dalam tulisan ini disebut total elektron oktet). Aturan oktet menyatakan bahwa semua atom harus memiliki delapan elektron valensi (kecuali untuk hidrogen, yang cukup dua saja, dan boron dengan enam elektron).

4. Hitung selisih jumlah elektron yang sesuai aturan oktet dengan jumlah elektron valensi nyatanya (hasil pada langkah #2 dikurangi hasil pada langkah #1). Selisih ini akan sama dengan jumlah elektron yang digunakan berikatan dalam molekul (selanjutnya dalam tulisan ini disebut total elektron berikatan).

5. Bagilah jumlah elektron berikatan dengan angka dua: Ingat, karena setiap ikatan memiliki dua elektron, jumlah elektron yang digunakan bersama dua atom yang berikatan. Hasil bagi ini merupakan jumlah ikatan yang akan digunakan dalam molekul (selanjutnya dalam tulisan ini disebut jumlah ikatan).

6. Gambarkan susunan atom untuk molekul dengan jumlah ikatan yang diperoleh pada langkah #4 di atas: Beberapa aturan berguna untuk diingat adalah ini:

1.     Hidrogen dan halogen: dapat berikatan sekali.

2.     Golongan Oksigen dapat berikatan satu, dua, atau tiga kali.

3.     Golongan Nitrogen dapat berikatan dua, tiga, atau empat kali

4.     Golongan Boron biasanya dapat berikatan empat kali.

5.     Golongan Karbon dapat berikatan empat kali

7.  Sebaiknya ikatan-ikatan yang dipasang antaratom adalah ikatan tunggal terlebih dahulu, dan kemudian menambahkan beberapa ikatan (jika diperlukan) sampai aturan diatas diikuti. Catatan unsur yang lebih elektroprositif atau kurang elektronegatif (dalam tabel periodik unsur letaknya di sebelah kiri (kecuali H) atau sebelah bawah atau jari-jari atomnya lebih besar) lebih mungkin sebagai atom pusat.

8. Tentukan jumlah pasangan elektron bebas (tak berikatan). Caranya hitung jumlah elektron valensi – jumlah elektron yang digunakan untuk berikatan

9. atau dengan cara kurangi hasil hitung langkah #1 dengan hasil hitung pada langkah # 3.

10. Tata semuanya di sekitar atom sampai semua memenuhi aturan oktet: Ingat, SEMUA unsur agar di sekitarnya ada delapan elektron, secara total (KECUALI hidrogen). Hidrogen cukup dua elektron. Catatan unsur yang dalam tabel periodik unsur letaknya di sebelah kiri (kecuali H) lebih mungkin sebagai atom pusat.

11. Untuk menentukan apakah atom memiliki muatan, bandingkan jumlah elektron setiap atom dengan jumlah elektron valensi normalnya. Langkah ini sama dengan kita menguji keberadaan muatan formal setiap atom dalam molekul, sehingga pada bagian akhir kita akan tahu molekul itu bermuatan atau tidak, kalau bermuatan kita jadi tahu atom mana yang menyumbang muatan tersebut.

12. Untuk tujuan ini (tinjauan tiap atom), setiap ikatan dihitung hanya satu elektron dan setiap pasangan elektron bebas dihitung dua elektron.

13. Jika jumlah elektron yang dimiliki atom lebih dari jumlah elektron valensi normal, maka atom memiliki muatan negatif. Jika jumlahnya kurang dari jumlah elektron valensi normal, maka atom bermuatan positif. Jika itu sama dengan keadaan normal, maka atom tidak bermuatan.

Contoh penerapan untuk molekul CO₃^2-

a. Total elektron valensi adalah 24.

b. 4 elektron valensi C (1 atom C× 4 elektron/atom) = 4 elektron)
18 elektron valensi O (3 atom O× 6 elektron/atom) = 18 elektron)
2 elektron yang diterima (karena ion bermuatan 2-)
Jumlah elektron valensi pada CO₃^2- dianggap = 24 elektron

c. Total elektron oktet semua atom dalam CO₃^2- = 32, diperoleh dari:

d. (1 atom C× 8 elektron) + (3 atom O× 8 elektron) = 8 + 24 = 32 elektron.

e. Total elektron berikatan = total elektron oktet dikurangi total elektron valensi, atau 32 – 24 = 8.

f. Jumlah ikatan = total elektron berikatan dibagi dua, karena ada dua elektron per ikatan. Akibatnya, di CO₃^2-, jumlah ikatannya = 4. (Karena 8/2 adalah 4).

g. Penggambaran struktur Lewis, tuliskan atom C di tengah dan 3 atom O berada di sekeliling atom C. Cantumkan elektron berikatan (masing-masing 2 elektron setiap ikatan atau langsung dengan menuliskan garis ikatan (perikatan 2 elektron)) di antara atom pusat (C) dengan atom O yang ada disekitarnya, perhatikan antara atom C dan O ada yang memungkinkan memiliki ikatan rangkap 2 (ikatan dobel). Lakukan hingga semua elektron berikatan terpakai (dalam hal ini  8 elektron berikatan terpakai atau dengan sistem garis, 4 garis).

h. Jumlah pasangan elektron bebas = total elektron valensi (dari # 1) dikurangi total elektron berikatan (dari # 3), yang dalam contoh ini sama dengan 24 – 8, atau 16. Melihat struktur CO₃^2-, dapat dilihat bahwa karbon sudah memiliki delapan elektron (4 ikatan) di sekitarnya. Pada O yang berikatan rangkap dengan C hanya perlu 2 pasangan elektron bebas hingga memenuhi aturan oktet, dua O lainnya masing-masing perlu 3 pasang elektron bebas untuk memenuhi aturan oktet karena antara O dan C hanya berikatan tunggal (yang sama dengan punya dua elektron)

i. Menentukan atom manakah yang kemungkinan bermuatan adalah dengan membandingkan elektron yang dimiliki dengan elektron valensi normalnya. Dalam hal ini O yang ada di kiri dan kanan atom C elektronnya berlebih satu dari jumlah elektron valensi yang seharusnya. Seharusnya hanya punya 6 tetapi pada bagian tersebut O punya 7 elektron (6 + 1 elektron diambil dari elektron ikatan antara dirinya dengan atom C).