Geometri molekul

Geometri molekul amonia

Geometri molekul adalah penataan atom yang menyusun molekul secara tiga dimensi. Geometri molekul menentukan beberapa sifat zat termasuk reaktivitas, polaritas, wujud zat, warna, magnetisme dan aktivitas biologisnya.^[1][2][3] Sudut antara ikatan yang membentuk atom hanya bergantung lemah pada molekul tersebut, yaitu, mereka dapat dipahami sebagai sifat lokal dan karenanya dapat dipindahtangankan.

Penentuan

Geometri molekuler dapat ditentukan dengan berbagai metode spektroskopi dan metode difraksi. Spektroskopi inframerah, spektroskopi rotasi dan spektroskopi Raman dapat memberi informasi mengenai geometri molekul dari detail absorbansi, vibrasi dan rotasi yang terdeteksi oleh teknik ini. Kristalografi sinar-X, difraksi neutron dan difraksi elektron dapat memberikan struktur molekul untuk padatan kristal berdasarkan jarak antara inti atom dan konsentrasi kerapatan elektron. Metode difraksi elektron gas dapat digunakan untuk molekul kecil dalam fase gas. Metode NMR dan FRET dapat digunakan untuk menentukan informasi pelengkap termasuk jarak relatif,^[4][5][6] sudut dihedral,^[7][8] sudut, dan konektivitas. Geometri molekul paling baik ditentukan pada suhu rendah karena pada suhu yang lebih tinggi, struktur molekul dirata-ratakan dengan geometri yang lebih mudah diakses. Molekul yang lebih besar sering ada dalam beberapa geometri stabil (isomerisme konformasi) yang mendekati energi pada permukaan energi potensial. Geometri juga dapat dihitung dengan metode kimia kuantum ab initio dengan akurasi tinggi. Geometri molekuler bisa berbeda seperti padatan, dalam larutan, dan sebagai gas.

Posisi masing-masing atom ditentukan oleh sifat ikatan kimia yang dengannya terhubung ke atom tetangganya. Geometri molekul dapat digambarkan oleh posisi atom-atom ini dalam ruang, yang meningkatkan panjang ikatan dari dua atom yang bergabung, sudut ikatan dari tiga atom yang terhubung, dan sudut torsi (sudut dihedral) dari tiga ikatan tersebut.

Isomer

Isomer struktural pada etanol dan dietil eter

Isomer adalah jenis molekul yang memiliki rumus kimia tetapi memiliki geometri yang berbeda, menghasilkan sifat yang sangat berbeda:

• Suatu zat murni terdiri dari hanya satu jenis isomer dari molekul (semuanya memiliki struktur geometris yang sama).
• Isomer struktural memiliki rumus kimia yang sama namun pengaturan fisiknya berbeda, sering membentuk geometri molekul alternatif dengan sifat yang sangat berbeda. Atom tidak terikat (terhubung) bersamaan dalam urutan yang sama.
  • Isomer fungsional adalah jenis khusus isomer struktural, di mana beberapa kelompok atom menunjukkan jenis perilaku khusus, seperti eter atau alkohol.
• Stereoisomer mungkin memiliki banyak sifat fisikokimia serupa (titik leleh, titik didih) dan pada saat yang sama aktivitas biokimia yang sangat berbeda. Ini karena mereka menunjukkan kiralitas yang biasa ditemukan dalam sistem kehidupan. Salah satu manifestasi dari kiralitas ini adalah bahwa mereka memiliki kemampuan untuk memutar cahaya terpolarisasi ke arah yang berbeda.
• Pelipatan protein menyangkut geometri kompleks dan isomer yang berbeda yang dapat dimiliki protein.

Tipe struktur molekul

Geometri molekul air

Sudut ikatan adalah sudut geometris antara dua ikatan yang berdekatan. Beberapa bentuk umum molekul sederhana meliputi:

• Linear: Dalam model linear, atom dihubungkan dalam garis lurus. Sudut ikatan ditetapkan pada 180 °. Misalnya, karbon dioksida dan nitrat oksida memiliki bentuk molekul linear.
• Trigonal planar: Molekul dengan bentuk planar trigonal agak segitiga dan dalam satu bidang. Akibatnya, sudut ikatan ditetapkan pada 120°. Misalnya, boron trifluorida.
• Tekuk: Molekul menekuk atau sudutnya memiliki bentuk non linear. Misalnya, air (H₂O), yang memiliki sudut sekitar 105°. Molekul air memiliki dua pasang elektron berpasangan dan dua pasangan elektron bebas.
• Tetrahedral: Tetra- menunjukkan empat, dan -hedral berhubungan dengan muka padatan, sehingga "tetrahedral" berarti "memiliki empat muka". Bentuk ini ditemukan bila terdapat empat ikatan semua pada satu atom pusat, tanpa pasangan elektron bebas. Sesuai dengan teori VSEPR, sudut ikatan antara ikatan elektron adalah arccos(−1/3) = 109.47°. Sebagai contoh, metana (CH₄) adalah molekul tetrahedral.
• Oktahedral: Okta- menunjukkan delapan, dan -hedral berhubungan dengan muka padatan, jadi "oktahedral" berarti "memiliki delapan muka". Sudut ikatannya adalah 90 derajat. Contohnya, belerang heksafluorida (SF₆) adalah suatu molekul oktahedral.
• Trigonal piramidal: Molekul trigonal piramidal memiliki bentuk piramida dengan dasar segitiga. Tidak seperti bentuk planar linier dan trigonal tapi mirip dengan orientasi tetrahedral, bentuk piramida memerlukan tiga dimensi untuk memisahkan elektron sepenuhnya. Di sini, hanya ada tiga pasang elektron berikat, meninggalkan satu pasangan tunggal yang tidak dapat dibagikan. Pasangan lonjakan pasang-pasangan diam mengubah sudut ikatan dari sudut tetrahedral ke nilai yang sedikit lebih rendah.^[9] Contohnya, amonia (NH₃).

Tabel VSEPR

Artikel utama: Teori VSEPR § Metode AXE

Sudut ikatan pada tabel di bawah ini adalah sudut ideal dari teori teori VSEPR yang sederhana, diikuti oleh sudut sebenarnya untuk contoh yang diberikan di kolom berikut dimana ini berbeda. Untuk banyak kasus, seperti trigonal piramidal dan tekuk (bengkok), sudut sebenarnya untuk contoh berbeda dari sudut ideal, namun semua contoh berbeda dengan jumlah yang berbeda. Misalnya, sudut H₂S (92°) berbeda dari sudut tetrahedral H₂O (104.48°).

Pasangan Elektron Ikatan	Pasangan Elektron Bebas	Domain elektron (bilangan sterik)	Bentuk	Sudut ikatan ideal (sudut ikatan contoh)	Contoh	Gambar
2	0	2	linear	180°	CO2
3	0	3	trigonal planar	120°	BF3
2	1	3	tekuk	120° (119°)	SO2
4	0	4	tetrahedral	109.5°	CH4
3	1	4	trigonal piramidal	109.5 (107.8°)	NH3
2	2	4	tekuk	109.5° (104.48°)[10][11]	H2O
5	0	5	trigonal bipiramidal	90°, 120°, 180°	PCl5
4	1	5	jungkat-jungkit	ax–ax 180° (173.1°), eq–eq 120° (101.6°), ax–eq 90°	SF4
3	2	5	bentuk-T	90° (87.5°), 180° (175°)	ClF3
2	3	5	linear	180°	XeF2
6	0	6	oktahedral	90°, 180°	SF6
5	1	6	persegi piramidal	90° (84.8°)	BrF5
4	2	6	persegi planar	90°, 180°	XeF4
7	0	7	pentagonal bipiramidal	90°, 72°, 180°	IF7
6	1	7	pentagonal piramidal	72°, 90°, 144°	XeOF5^−
5	2	7	pentagonal planar	72°, 144°	XeF5^−
8	0	8	persegi antiprismatik		XeF8^2−
9	0	9	trigonal prismatik bertudung-tiga		ReH9^2−

Representasi 3D

• Garis atau batang (tongkat/pasak) – inti atom tidak terwakili, hanya ikatan sebagai batang atau garis. Seperti dalam struktur molekul 2D dari jenis ini, atom tersirat pada setiap simpul.

• Plot kerapatan elektron – menunjukkan kepadatan elektron yang ditentukan baik secara kristalografis atau menggunakan mekanika kuantum daripada atom atau ikatan yang berbeda.

• Bola-dan-pasak – inti atom diwakili oleh bola dan ikatan sebagai pasak (batang).

• Model ruang terisi atau model CPK (juga sebuah skema pewarnaan atom dalam representasi) – molekul diwakili oleh bidang yang tumpang tindih yang mewakili atom.

• Kartun – Representasi yang digunakan untuk protein di mana loop, lembar beta, heliks alfa diwakili secara diagram dan tidak ada atom atau ikatan yang diwakili secara eksplisit hanya tulang punggung protein sebagai pipa halus.

Semakin besar jumlah pasangan tunggal yang terkandung dalam molekul semakin kecil sudut antara atom molekul itu. Teori VSEPR meramalkan bahwa pasangan tunggal menolak satu sama lain, sehingga mendorong atom yang berbeda menjauh darinya.

Lihat pula

• Prinsip Aufbau
• Informatika kimia
• Kaidah oktet
• Kimia kuantum
• Prinsip larangan Pauli
• Pemodelan molekul
• Struktur kimia
• Struktur kristal

Referensi

1. McMurry, John E. (1992), Organic Chemistry (edisi ke-3rd), Belmont: Wadsworth, ISBN 0-534-16218-5 
2. Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999), Advanced Inorganic Chemistry (edisi ke-6th), New York: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5 
3. Alexandros Chremos; Jack F. Douglas (2015). "When does a branched polymer become a particle?". J. Chem. Phys. 143: 111104. doi:10.1063/1.4931483. 
4. "FRET description". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-09-18. Diakses tanggal 2017-06-20. 
5. Hillisch, A; Lorenz, M; Diekmann, S (2001). "Recent advances in FRET: distance determination in protein–DNA complexes". Current Opinion in Structural Biology. 11 (2): 201–207. doi:10.1016/S0959-440X(00)00190-1. PMID 11297928. 
6. "FRET imaging introduction". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-10-14. Diakses tanggal 2017-06-20. 
7. "obtaining dihedral angles from ³J coupling constants". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2008-12-07. Diakses tanggal 2017-06-20. 
8. "Another Javascript-like NMR coupling constant to dihedral". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2005-12-28. Diakses tanggal 2017-06-20. 
9. Miessler G.L. and Tarr D.A. Inorganic Chemistry (2nd ed., Prentice-Hall 1999), pp.57-58
10. Hoy, AR; Bunker, PR (1979). "A precise solution of the rotation bending Schrödinger equation for a triatomic molecule with application to the water molecule". Journal of Molecular Spectroscopy. 74: 1–8. doi:10.1016/0022-2852(79)90019-5. 
11. "Salinan arsip". Diarsipkan dari versi asli tanggal 2014-09-03. Diakses tanggal 2017-06-20. 

Pranala luar

• Visualisasi 3D Diarsipkan 2009-09-25 di Wayback Machine. Tutorial Geometri Molekul & Polaritas untuk menentukan kepolaran.
• Visualisasi 3D Geometri Molekul menggunakan Kristal Diarsipkan 2021-05-04 di Wayback Machine. Visualisasi struktur molekul menggunakan kristalografi.