do tHe rigHt think anD do iT righT…

V E S P R

TEORI VESPR

I. PENDAHULUAN

Teori VSEPR dikembangkan oleh Gillespie dan Nyholm pada tahun 1957 berdasarkan ide-ide yang dikemukakan oleh N. V. Sidgwick dan H. E. Powell. Pada tahun 1940 Sidgwick dan Powell mengemukakan gagasan bahwa bentuk dari molekul-molekul sederhana, yaitu molekul-molekul yang atom pusatnya tidak memiliki pasangan elektron bebas (lone pair), dapat diramalkan berdasarkan jumlah ikatan atau banyaknya pasangan elektron ikatan yang terdapat di sekitar atom pusatnya. Molekul yang atom pusatnya memiliki empat ikatan berbentuk tetrahedral, misainya CC14 dan CH4 molekul yang atom pusatnya memiliki lima ikatan berbentuk trigonal bipiramidal (TBP) seperti PF5 dan PCI5 dan molekul yang atom pusatnya memiliki enam ikatan berbentuk oktahedral, misalnya SF6.

Gillespie dan Nyholm berhasil mengembangkan gagasan yang dikemukakan oleh Sidgwick dan Powell untuk molekul-molekul yang atom pusatnya memiiki pasangan elektron bebas atau memiliki ikatan rangkap. Gagasan yang mereka kemukakan diberi nama teori tolakan pasangan elektron pada kulit valensi {The Valence-Shell Electron-Pair Repulsion (VSEPR) Theory} yang dimuat dalam Quarterly Review pada tahun 1957. Karya ilmiah ini memberikan dampak yang sangat besar dalam pengajaran kimia struktur di perguruan tinggi pada tingkat undergraduate dan dapat mengalahkan karya-karya ilmiah lain dalam kimia struktur yang diterbitkan dalam kurun waktu 40 tahun sebelumnya.

Pada tahun 1963, Gillespie memberikan ceramah tentang teori VSEPR dalam suatu pertemuan yang diadakan oleh American Chemical Society (ACS). Setelah memberikan ceramahnya, dia ditentang oleh salah seorang peserta ceramah, yaitu Rundle yang menyatakan bahwa teori VSEPR adalah terlalu “naive” dan satu-satunya pendekatan dalam meramalkan struktur molekul adalah teori orbital molekul. Setelah mengadakan diskusi yang cukup panjang Gillespie menantang Rundle untuk meramalkan bentuk atau struktur dan ksenon heksafluorida (XeF6) yang pada waktu itu baru saja disintesis oleh Malm dan teman-temannya. Berdasarkan teori orbital molekul, Rundle meramalkan bahwa bentuk dan XeF6 adalah oktahedral normal, sedangkan Gillespie berdasarkan teori VSEPR meramalkan bahwa bentuk dan XeF6 adalah oktahedral terdistorsi. Dari hasil eksperimen berdasarkan metode spektroskopi infra merah terhadap XeF6 dalam fase gas yang dilakukan oleh Bartell diperoleh fakta bahwa bentuk dari XeF6 bukannya oktahedral normal sebagaimana yang diramalkan oleh Rundle, melainkan oktahedral terdistorsi sebagaimana yang diramalkan oleh Gillespie. Sejak saat itu teori VSEPR menjadi semakin terkenal dan diterapkan dalam pengajaran kimia di sekolah-sekolah menengah dan di perguruan tinggi. Bartell menyimpulkan bahwa “The VSEPR model somehow captures the essence of molecular behaviour”.

A. Pengertian Bentuk Molekul

Pada umumnya pembahasan tentang bentuk molekul sekaligus mencakup bentuk ion poliatomik. Ion poliatomik adalah ion yang tersusun oleh dua atau lebih atom, misalnya ion-ion sianida, nitrat dan sulfat. Atom-atom dalam molekul dan ion poliatomik berikatan satu dengan yang lain melalui ikatan kovalen. Di dalam ruangan, atom-atom yang terdapat pada suatu molekul atau ion poliatoniik berada dalam kedudukan tertentu sehingga diperoleh bentuk molekul yang tertentu pula. Godman dan Denney (1985) mendefinisikan bentuk molekul atau struktur molekul sebagai “bentuk tiga dimensi suatu molekul yang ditentukan oleh panjang-panjang dan sudut-sudut ikatan antara atom-atom yang ada dalam molekul tersebut”. Definisi tersebut dapat dianggap kurang tepat, definisi yang Iebih tepat yakni “bentuk molekul merupakan bentuk tiga dimensi dari suatu molekul yang ditentukan oleh jumlah ikatan dan besarnya sudut-sudut ikatan yang ada di sekitar atom pusatnya.” Berdasarkan definisi tersebut tampak bahwa jumlah ikatan dan besarnya sudut ikatan adalah dua faktor penting dalam menentukan bentuk suatu molekul. Hal itu ditunjukkan dengan contoh-contoh berikut. Seandainya ada molekul AX4 dengan atom pusat A dan empat buah substituen X, maka AX4 dapat mèmiliki berbagai kemungkinan bentuk, dua diantaranya adalah tetrahedral dan bujursangkar.

B. Latar Belakang Perkembangan Teori VSEPR

Pada awal perkembangan teori ikatan valensi, pengaruh dan pasangan elektron bebas (lone pair) cenderung kurang diperhatikan. Pada tahun 1940, Sidgwick dan Powell menemukan bahwa bentuk suatu molekul dapat diterangkan berdasarkan susunan semua pasangan elektron, baik pasangan-pasangan elektron ikatan (bonding pairs) maupun pasangan-pasangan elektron bebas (lone pairs) yang terdapat pada kulit valensi atom pusatnya. Lebih lanjut mereka mengemukakan bahwa apabila pada kulit valensi atom pusat dari molekul-molekul yang berbeda terdapat pasangan-pasangan elektron ikatan dengan jumlah yang sama dan pasangan-pasangan elektron bebas dengan jumlah yang sama pula, maka pasangan-pasangan elektron tersebut dapat memiliki susunan dalam ruang yang sama sehingga bentuk molekulnya sama. Misalnya pada NH3 dan NF3, kedua molekul tersebut memiliki tiga pasangan elektron ikatan dan sebuah pasangan elektron bebas, bentuk kedua molekul tersebut adalah sama, yaitu trigonal piramidal. Sejak saat itu pentingnya pasangan elektron bebas dalam menentukan bentuk molekul dan besamya sudut ikatan yang ada menarik perhatian para pakar yang lain.

Lennard-Jones dan Pople pada tahun 1950 mengemukakan bahwa bentuk molekul air dan amoniak dapat dijelaskan berdasarkan kumpulan orbital-orbital hibrida (yaitu orbital-orbital yang terbentuk dan proses hibridisasi) yang terdapat pada atom pusatnya. Pada atom pusat dua molekul tersebut terdapat empat buah orbital hibrida sp3. Pada molekul air dua orbital hibrida digunakan untuk membentuk pasangan-pasangan elektron ikatan, sedangkan dua orbital hibrida yang lain ditempati oleh pasangan-pasangan elektron bebas. Pada molekul amoniak tiga orbital hibrida sp3 digunakan untuk membentuk pasangan-pasangan elektron ikatan, sedangkan sebuah orbital hibrida sp3 ditempati oleh pasangan elektron bebas. Empat orbital hibrida tersebut mengarah pada pojok-pojok tetrahedral. Karena pasangan elektron bebas tidak disertakan dalam penentuan bentuk molekul, maka bentuk molekul air adalah huruf  V dan bentuk molekul amoniak adalah trigonal piramidal dengan besarnya sudut-sudut ikatan H-O-H dan H-N-H lebih kecil dan sudut tetrahedral normal. Gagasan Lennard-Jones dan Pople dikembangkan lebih jauh oleh Linnett dan Mellish pada tahun 1954, yang menganggap bahwa suatu pasangan elektron bebas, yang hanya berada di bawah pengaruh satu atom, menempati lebih banyak ruangan di permukaan atom pusat dibandingkan pasangan-pasangan elektron ikatan. Sebagai konsekuensinya, tolakan yang ditimbulkan oleh pasangan elektron bebas adalah lebih kuat daripada tolakan yang ditimbulkan oleh pasangan elektron ikatan. Hal ini menyebabkan mengecilnya sudut-sudut ikatan yang ada di sekitar atom pusat seperti yang teramati pada molekul air dan amoniak. Pada tahun 1957 Fowles memberikan beberapa pengaruh dari pasangan-pasangan elektron bebas terhadap panjang ikatan dan sudut ikatan serta sifat-sifat molekul.

Pada tahun 1957, Gillespie dan Nyholm mengemukakan bahwa gagasan dan Sidgwick dan Powell dapat digabungkan dengan gagasan yang dikemukakan oleh Lennard-Jones dan Pople, Linnet dan Mellish serta Fowles untuk menjelaskan secara kualitatif mengenai bentuk-bentuk umum dan perkiraan besarnya sudut-sudut ikatan pada molekul-molekul anorganik. Gillespie dan Nyholm menjelaskan bahwa susunan dalam ruang dari pasangan-pasangan elektron pada kulit valensi atom pusat dapat dianggap terjadi akibat adanya saling interaksi antara pasangan-pasangan elektron tersebut. Interaksi antara pasangan-pasangan elektron tersebut merupakan konsekuensi dari gaya-gaya elektrostatik dan prinsip eksklusi Pauli yang terjadi antara pasangan-pasangan elektron yang ada

C. Ide Dasar Teori VSEPR

Dalam suatu molekul elektron-elektron yang terdapat pada atom pusat dapat dibagi menjadi dua kategori, yaitu elektron-elektron pada kulit-kulit dalam (inner shell electrons) dan elektron-elektron pada kulit valensi (valence shell electrons). Bila jumah elektron-elektron pada kulit dalam sama dengan jumlah elektron pada gas mulia, maka dianggap memiliki simetni bola (spherically symmetric) atau rapatan elektronnya (electron density) berbentuk bola. Gillespie dan Nyholm mengemukakan bahwa interaksi antara elektron-elektron dalam yang memiliki simetri bola dengan elektron-elektron yang terdapat pada kulit valensi dapat diabaikan. Dengan kata lain, rapatan elektron dalam dengan simetri bola ini dianggap tidak berpengaruh terhadap bentuk suatu molekul. Apabila elektron-elektron pada kulit dalam jumlahnya tidak sama dengan elektron-elektron pada gas mulia, maka elektron-elektron dalam ini dianggap tidak memiliki simetri bola. Interaksi antara elektron-elektron dalam ini dengan elektron-elektron pada kulit valensi tidak dapat diabaikan. Keadaan ini banyak dijumpai pada molekul-molekul berbentuk oktahedral yang atom pusatnya merupakan logam transisi, yaitu pada senyawa-senyawa kompleks. Masalah ini dibahas dalam buku “Kimia Koordinasi I” oleh penulis yang sama dalam subtopik distorsi tetragonal atau distorsi Jahn-Teller.

Gillespie dan Nyholm menyatakan bahwa stereokimia suatu atom ditentukan oleh tolakan antara pasangan-pasangan elektron yang terdapat pada kulit valensi atom pusatnya. Elektron-elektron pada kulit valensi atom pusat ini dianggap menempati orbital-orbital terlokalisasi yang diarahkan dalam ruang di sekitar inti atom dan elektron-elektron pada kulit dalam. Jarak antara elektron-elektron pada kulit valensi adalah maksimal sebagai konsekuensi dan prinsip eksklusi Pauli. Di samping prinsip eksklusi Pauli yang biasa dikenal, yaitu tidak ada dua elektron dalam satu orbital atom yang memiliki empat bilangan kuantum yang sama, Gillespie, Nyholm, Dickens, dan Linnet menyatakan versi lain dari prinsip eksklusi Pauli, yaitu elektron-elektron dengan spin yang sama (yang terdapat pada orbital- orbital atau orbital-orbital hibrida yang jenisnya sama pula) cenderung berpisahan atau mengambil kedudukan dengan jarak sejauh mungkin. Kebolehjadian maksimum untuk menemukan dua elektron dengan spin yang sama adalah pada posisi yang berlawanan di sekitar inti atom. Kebolehjadian maksimum untuk menemukan tiga elektron dengan spin yang sama adalah mengarah pada pojok-pojok segitiga sama sisi, sedangkan untuk empat elektron dengan spin yang sama adalah mengarah pada pojok-pojok tetrahedral.

Bila pada kulit valensi atom atau ion terdapat delapan buah elektron, seperti pada Ne, F, O2, dan N3-, maka akan ada dua kelompok elektron. Kelompok pertama terdiri atas empat elektron dengan spin yang sama yang kebolehjadian maksimumnya untuk ditemukan adalah mengarah pada pojok-pojok tetrahedral. Kelompok kedua juga terdiri atas empat elektron dengan spin yang santa tetapi berlawanan arah dengan spin elektron-elektron pada kelompok pertama. Kebolehjadian maksimum untuk ditemukannya elektron pada kelompok kedua juga mengarah pada pojok-pojok tetrahedral. Dua tetrahedral ini pusatnya adalah berimpit, akan tetapi pojok-pojoknva tidak berimpit. Apabila satu atau lebih proton atau ion-ion positif bergabung dengan Ne, F, O2-, atau N3-, maka dua elektron dengan spin yang berbeda tersebut akan saling bertarikan dan pojok-pojok dari dua tetrahedral yang semula tidak berimpit akan saling berimpit sehingga dua tetrahedral tersebut bergabung menjadi satu tetrahedral. Akibatnya akan terdapat empat buah pasangan elektron yang terlokalisasi dan arahnya pada pojok-pojok tetrahedral. Pada posisi tersebut tolakan antara empat buah pasangan elektron tersebut adalah minimal.

1. Keterbatasan Teori VSEPR

Meskipun teori VSEPR dapat digunakan untuk menjelaskan dan meramalkan bentuk molekul dan bentuk ion poliatomik dengan tingkat keberhasilan yang tinggi, akan tetapi seperti halnya teori-teori yang lain dalam ilmu kimia, teori VSEPR juga memiliki kelemahan-kelemahan. Teori VSEPR tidak dapat digunakan untuk meramalkan bentuk dari BeH32-, BH3, CH3, dan NH3+ yang merupakan spesies-spesies dengan jumlah elektron yang sama (isoelektron). Bilangan koordinasi atom pusat pada spesies-spesies tersebut adalah 3,5. Berdasarkan teori VSEPR bentuk molekul dan spesies-spesies tersebut adalah trigonal piramidal dengan besarnya sudut ikatan H-E-H (E = Be, B, C atau N) lebih kecil dan 120° (sudut normal untuk BK 3) tetapi lebih besar dan 109,47° (sudut normal untuk BK 4) karena adanya sebuah elektron tidak berpasangan (ETB) pada atom pusatnya.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

Tag Cloud

%d bloggers like this: