Bentuk molekul dan gaya antarmolekul

Sederhana · Fase A–C · SD kelas 1–6 (IPAS)

Molekul tidak datar seperti gambar di buku. Molekul punya bentuk tiga dimensi, seperti mainan yang bisa diputar:

• Air berbentuk bengkok seperti huruf V.
• Karbon dioksida lurus seperti tongkat.
• Metana (gas kompor) seperti limas segitiga dengan empat kaki.

Bentuk molekul menentukan sifatnya. Karena bentuk air bengkok, air bisa menarik partikel gula dan garam sehingga keduanya larut.

Di setiap halaman molekul Alchemist kamu bisa memutar model 3D-nya dengan jari atau tetikus.

Standar · Fase D · SMP kelas 7–9 (IPA)

Atom-atom dalam molekul tersusun dengan sudut tertentu, bukan asal menempel. Pasangan elektron di sekitar atom pusat saling tolak dan menjauh sejauh mungkin, sehingga muncul bentuk khas:

• Linear (lurus, 180°): CO₂.
• Segitiga datar (120°): BF₃.
• Tetrahedral (limas segitiga, 109,5°): CH₄.
• Piramida trigonal: NH₃, karena nitrogen punya satu pasangan elektron bebas.
• Bengkok: H₂O, karena oksigen punya dua pasangan elektron bebas.

Bentuk menentukan apakah molekul polar. Air bengkok sehingga punya kutub positif dan negatif; karena itu air melarutkan garam dan gula, tetapi tidak melarutkan minyak. CO₂ lurus sehingga tarikan kedua oksigennya saling meniadakan.

Putar bentuk-bentuk ini di lab Bentuk molekul dan di model 3D halaman molekul.

Lanjutan · Fase E–F · SMA kelas 10–12 (Kimia)

Menurut teori VSEPR, pasangan elektron di sekitar atom pusat saling tolak dan mengambil posisi sejauh mungkin. Domain elektron dapat berupa pasangan ikatan (tunggal atau rangkap dihitung satu) maupun pasangan-elektron-bebas (PEB).

Rumus notasi AXₘEₙ (A atom pusat, X atom terikat, E PEB) menentukan bentuk:

• AX₂ linear 180° (CO₂, BeCl₂)
• AX₃ segitiga datar 120° (BF₃, SO₃)
• AX₄ tetrahedral 109,5° (CH₄)
• AX₃E piramida segitiga ≈107° (NH₃)
• AX₂E₂ bengkok ≈104,5° (H₂O)
• AX₅ bipiramida segitiga (PCl₅), AX₆ oktahedral (SF₆)

PEB menolak lebih kuat daripada pasangan ikatan, sehingga sudut H–N–H dan H–O–H mengecil. Cobalah semuanya di lab Bentuk molekul.

Bentuk menentukan kepolaran, dan kepolaran menentukan gaya-antarmolekul: gaya London (semua molekul), dipol–dipol (molekul polar), dan ikatan-hidrogen (H pada F, O, N). Makin kuat gayanya, makin tinggi titik didihnya. Prinsip "like dissolves like": zat polar larut dalam pelarut polar.

Untuk titik didih dan kelarutan, lanjutkan ke Gaya antarmolekul & sifat zat.

Mendalam · Perguruan tinggi · Kimia dasar dan lanjut

Hibridisasi menghubungkan VSEPR dengan orbital: sp (linear), sp² (segitiga datar), sp³ (tetrahedral), sp³d dan sp³d² untuk oktet diperluas (meskipun kini ikatan pada PCl₅ dan SF₆ lebih tepat dijelaskan dengan ikatan 3-pusat 4-elektron tanpa orbital d). Pada karbon, sp³ memberi ikatan tunggal, sp² ikatan rangkap dua (1 σ + 1 π) seperti etena, dan sp ikatan rangkap tiga seperti asetilena.

Bentuk molekul berukuran besar ditentukan analisis konformasi: rotasi C–C pada etana (terhuyung vs gerhana), bentuk kursi sikloheksana, dan kiralitas yang membedakan enantiomer obat seperti ibuprofen.

Gaya antarmolekul dapat dikuantifikasi: energi dispersi ∝ α²/r⁶ (polarisabilitas), dipol–dipol ∝ μ²/r³ (rata-rata termal ∝ μ⁴/(kT·r⁶)), ikatan hidrogen 10–40 kJ/mol. Ikatan hidrogen menjelaskan struktur heliks ganda DNA, lipatan protein, dan anomali air.

Koordinat 3D di Alchemist adalah konformer hasil perhitungan PubChem (MMFF94); bandingkan sudut hasil perhitungan dengan prediksi VSEPR.