5. Ramalkan bentuk molekul CCl, dan AsCl, berdasarkan teori pasangan elektron dan teori hibridisasi! 

Di soal ini kita diminta untuk menentukan bentuk molekul \(CCl_4\) dan \(AsCl_5\) menggunakan teori pasangan elektron dan hibridisasi, sehingga konsep yang digunakan adalah menentukan geometri molekul.

Penjelasan Konsep

Kita sering dibuat takjub dengan bangunan-bangunan terkenal di dunia, seperti piramida di mesir yang bentuknya limas. Piramida itu terlihat sangat hebat karena dibuat pada zaman dimana teknologi belum berkembang seperti saat ini. Tapi kamu tahu gak sih kalau benda selevel molekul pun ada bentuknya lho. Contoh mudahnya air deh. Air itu kan rumus kimianya \(H_2O\) dimana posisi atom H dan O dalam ikatannya itu gak sembarangan sehingga air punya bentuk molekul bengkok/sudut. Betapa hebatnya Tuhan yang menciptakan setiap makhluk dengan begitu detail. Nah, ngomong-ngomong molekul, selain bentuk bengkok, juga masih banyak bentuk lainnya lho. Bentuk molekul ini sering juga disebut dengan geometri molekul. Umumnya sih senyawa-senyawa kovalen yang bisa kita ramalkan geometri molekulnya. 

Nah, untuk meramalkan geometri molekul kita bisa gunakan dua teori, yaitu teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) atau teori tolakan pasangan elektron di sekitar atom pusat dan teori hibridisasi. Yuk langsung saja kita bahas.

Teori pertama yang digunakan sebagai dasar penentuan bentuk molekul yaitu teori VSEPR atau teori tolakan pasangan elektron. Menurut teori ini, pasangan elektron yang gak dipakai buat berikatan akan saling tolak menolak sehingga saling berjauhan satu sama lain. Nah, disini ada beberapa prinsip tentang teori ini:
<ul><li>Semakin dekat jarak antar pasangan elektron, maka gaya tolak menolak semakin kuat</li><li>Gaya tolak menjadi lebih kuat ketika sudut yang terbentuk diantara kedua pasang elektron itu sebesar 90 \(^0 C\) atau kurang.</li><li>Kekuatan tolakan pasangan elektron: pasangan elektron bebas – pasangan elektron bebas > pasangan elektron bebas – pasangan elektron ikatan > pasangan elektron ikatan – pasangan elektron ikatan.</li></ul>

Selanjutnya teori ini digunakan sebagai dasar penentuan bentuk molekul dengan cara domain elektron. Berdasarkan domain elektron, bentuk molekul bisa ditentukan menurut jumlah pasangan elektron ikatan (PEI) dan pasangan elektron bebas (PEB) di sekitar atom pusat. Jika kita jumlahkan PEI dan PEB maka kita akan mendapat domain elektron. Jumlah PEI dan PEB ini bisa dilihat dari struktur Lewis molekulnya. Teori domain elektron bisa disederhanakan dengan persamaan:

\(AX_mE_n\)

Dimana:
A = atom pusat
X = jumlah PEI
E = jumlah PEB

Nah, beberapa bentuk molekul berdasarkan teori ini bisa kita lihat di tabel berikut ya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/bentuk molekul vsepr.png" />
Yang perlu kita ingat adalah baik ikatan kovalen tunggal, rangkap, dan rangkap 3 dihitung 1 PEI.

Selain teori VSEPR, kita juga punya teori hibridisasi yang bisa digunakan untuk meramalkan bentuk molekul lho. Sebelumnya kita cari tahu dulu yuk apa itu hibridisasi. Apa sih hibridisasi? Hibridisasi adalah proses penggabungan orbital-orbital atom yang memiliki tingkat energi berbeda menjadi orbital baru yang punya tingkat energi sama setelah berikatan. Lalu seperti apa caranya kalau kita mau nentuin hibridisasi suatu molekul? Oke, caranya yaitu:
<ul><li>Buat konfigurasi elektron atom pusat dan atom sekitar</li><li>Buatkan orbital elektron valensi atom pusat pada keadaan dasar</li><li>Tentukan berapa banyak orbital yang harus disediakan atom pusat untuk bisa menampung elektron dari atom sekitar</li><li>Distribusikan elektron dengan cara promosi dan diakhiri dengan eksitasi</li><li>Gabungkan orbital yang berisi masing-masing satu elektron sehingga memiliki tingkat energi sama dan siap dimasukkan elektron dari atom sekitar</li></ul>
Bentuk molekul berdasarkan teori hibridisasi diantaranya yaitu:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWONIT9MS/unnamed.jpg" />
Sumber: www.antotunggal.com

Oke, sekarang kita jawab yuk soalnya. Di soal ini kita punya \(CCl_4\) dan \(AsCl_5\) yang mesti kita tentuin bentuk molekulnya berdasarkan teori VSEPR dan teori hibridisasi. Mari kita jawab satu-persatu:

Senyawa \(CCl_4\) dibentuk oleh atom C (Z=6) dan Cl (Z=17), kita buat konfigurasi elektronnya dulu ya:
C = \(1s^2\) \(2s^2\) \(2p^2\)
Cl = \(1s^2\) \(2s^2\) \(2p^6\) \(3s^2\) \(3p^5\)

Dari konfigurasi elektron, kita jadi tahu kalau elektron valensi C adalah 4 dan Cl adalah 7. Nah, disini yang jadi atom pusat itu C, jadi selanjutnya kita buat orbital elektron valensi dari C pada keadaan dasar ya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/C1.png" />

C mengikat empat atom Cl, artinya C harus menyediakan empat orbital berisi elektron tak berpasangan agar bisa menampung elektron dari atom Cl. Oleh karena itu, satu elektron di 2s bakal mengalami eksitasi ke orbital yang tingkat energinya lebih tinggi yaitu ke 2p:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/C2.png" />

Nah, sekarang kita gabungkan keempat orbital yang berisi elektron tak berpasangan tersebut hingga menjadi orbital baru yaitu orbital \(sp^3\) dengan tingkat energi sama:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/C3.png" />

sekarang 1 elektron dari masing-masing atom Cl bisa mengisi orbital \(sp^3\), sehingga terbentuk ikatan antara atom C dan Cl menjadi \(CCl_4\).

Oleh karena jenis hibridisasinya adalah \(sp^3\), maka bentuk molekulnya tetrahedral.

Sementara dengan teori VSEPR kita bisa gambarkan struktur Lewis dari \(CCl_4\) sesuai jumlah elektron valensi masing-masing ya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/CCl4.png" />

Dari struktur Lewis di atas, kita tahu kalau dalam \(CCl_4\) ada 4 PEI dan 0 PEB sehingga tipe molekulnya yaitu \(AX_4\) dengan bentuk molekul tetrahedral.

Sekarang kita lakukan hal yang sama untuk \(AsCl_5\) ya:
Senyawa \(CCl_4\) dibentuk oleh atom C (Z=6) dan Cl (Z=17), kita buat konfigurasi elektronnya dulu ya:
As = \(1s^2\) \(2s^2\) \(2p^6\) \(3s^2\) \(3p^6\) \(4s^2\) \(3d^10\) (4p^3\)
Cl = \(1s^2\) \(2s^2\) \(2p^6\) \(3s^2\) \(3p^5\)

Dari konfigurasi elektron, kita jadi tahu kalau elektron valensi As adalah 5 dan Cl adalah 7. Nah, disini yang jadi atom pusat itu As, jadi selanjutnya kita buat orbital elektron valensi dari As pada keadaan dasar ya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/4s4p.png" />

As mengikat lima atom Cl, artinya As harus menyediakan lima orbital berisi elektron tak berpasangan agar bisa menampung elektron dari atom Cl. Oleh karena itu, satu elektron di 4s bakal mengalami eksitasi ke orbital yang tingkat energinya lebih tinggi yaitu ke 4d:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/4s4p4d.png" />

Nah, sekarang kita gabungkan keempat orbital yang berisi elektron tak berpasangan tersebut hingga menjadi orbital baru yaitu orbital \(sp^3d\) dengan tingkat energi sama:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/sp3d.png" />

sekarang 1 elektron dari masing-masing atom Cl bisa mengisi orbital \(sp^3d\), sehingga terbentuk ikatan antara atom As dan Cl menjadi \(AsCl_5\).

Oleh karena jenis hibridisasinya adalah \(sp^3d\), maka bentuk molekulnya tetrahedral.

Sementara dengan teori VSEPR kita bisa gambarkan struktur Lewis dari \(AsCl_5\) sesuai jumlah elektron valensi masing-masing ya:
<img src="https://storage.pahamify.com/DoubtSolving/production/CourseId-7/ChapId-68/LessonId-267/ModuleId-2/QuestionCode-21HWOOE3SIM/AsCl5.png" />

Dari struktur Lewis di atas, kita tahu kalau dalam \(AsCl_5\) ada 5 PEI dan 0 PEB sehingga tipe molekulnya yaitu \(AX_5\) dengan bentuk molekul trigonal bipiramida.


Pembahasan Identifikasi Masalah dan Solusi

Dari penjelasan di atas dapat disimpulkan bahwa bentuk molekul dari \(CCl_4\) dan \(AsCl_5\) baik menggunakan teori pasangan elektron maupun hibridisasi secara berturut-turut adalah tetrahedral dan trigonal bipiramida.