Pengantar Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion)

2013-03-09 9:51

Media kimia flash VSEPR Theory Read more >>>

Teori VSEPR diperkenalkan oleh Gillespie dan Nyholm pada tahun 1957 berdasarkan ide-ide yang dikemukakan oleh 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 disekitar atom pusatnya.  Molekul yang atom pusatnya memiliki empat ikatan berbentuk tetrahedral, misalnya CCl4 dan CH4 ; molekul yang atom pusatnya memiliki lima ikatan berbentuk trigonal bipiramidal (TBP) seperti PF5 dan PCl5 dan molekul yang atom pusatnya memiliki enam ikatan berbentuk oktahedral, misalnya SF6.

Gillespie dan Nyholm berhasil mengembangkan gagasannya yang dikemukakan oleh Sidgwick dan Powell untuk molekul-molekul yang atom pusatnya memiliki pasangan elektron bebas atau memiliki ikatan rangkap.  Gagasan yang mereka kemukakan diberi nama teori tolakan pasangan elektron pada kulit valensi, VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion) yang dimuat dalam Quarterly Review pada tahun 1957.  Karya ilmiah ini memberikan dampak yang sangat besar dalam pengajaran kimia struktur diperguruan 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 ditantang oleh seorang peserta ceramah bernama 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 dari Ksenon heksafluorida (XeF6) yang pada waktu itu baru saja disintesis oleh Malm dan teman-temannya.  Berdasarkan teori orbital molekul, Rundle meramalkan bahwa bentuk dari XeF6 adalah oktahedral normal, sedangkan Gillespie berdasarkan teori VSEPR meramalkan, bahwa bentuk dari XeF6 adalah oktahedral terdistorsi.  Dari hasil eksperimen berdasarkan metode spektroskopi inframerah terhadap XeF6 dalam fase gas yang dilakukan oleh Bartell diperoleh fakta bahwa bentuk dari XeF6 adalah oktahedral terdistorsi seperti yang dikemukakan oleh Gillespie.  Sejak saat itu teori VSEPR menjadi semakin terkenal dan diterapkan dalam pengajaran kimia disekolah-sekolah menengah dan diperguruan tinggi.  Bartell menyimpulkan bahwa ; "The VSEPR model somehow captures the essence of molecular behavior".

 

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 ion poliatomik berikatan satu dengan yang lain melalui ikatan kovalen.  Didalam ruangan, atom-atom yang terdapat pada suatu molekul atau ion poliatomik berada dalam keadaan 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 dianggap kurang tepat, definisi yang lebih tepat adalah ; bentuk molekul merupakan bentuk tiga dimensi dari suatu molekul yang ditentukan oleh jumlah ikatan dan besarnya sudut-sudut ikatan yang ada disekitar atom pusatnya.  Berdasarkan definisi tersebut tampak bahwa jumlah ikatan dan besarnya sudut ikatan adalah dua faktor penting dalam menentukan bentuk suatu molekul.

Dalam menentukan bentuk molekul, pasangan elektron bebas tidak disertakan meskipun adanya pasangan elektron bebas (PEB) tersebut dapat memperkecil besarnya sudut-sudut ikatan yang ada disekitar atom pusat, seperti terlihat pada contoh-contoh berikut ; apabila pasangan elektron bebas disertakan dalam penentuan bentuk molekul, maka molekul-molekul NH3, H2O dan HF akan memiliki bentuk yang sama, yaitu tetrahedral karena semua pasangan elektron ikatan dan pasangan elektron bebas yang ada pada molekul-molekul tersebut mengarah pada pojok-pojok tetrahedral.  Karena bentuk suatu molekul hanya ditentukan oleh panjang-panjang dan sudut-sudut ikatan antara atom-atom yang ada, maka molekul-molekul tersebut berbentuk trigonal piramidal untuk NH3, huruf V untuk H2O, dan linear untuk HF.  Adanya PEB pada NH3 menyebabkan sudut ikatan H-N-H sebesar 107,3o ; adanya 2 PEB pada H2O menyebabkan sudut ikatan H-O-H sebesar 104,5o.  Bertambahnya jumlah PEB pada atom pusat mengakibatkan mengecilnya sudut-sudut ikatan yang ada disekitar atom pusat dibandingkan sudut tetrahedral normal (109o 28').
Selain bentuk molekul, istilah lain yang digunakan untuk menyatakan susunan tiga dimensi atom-atom dalam suatu molekul dan ion poliatomik adalah geometri dan struktur molekul.  Istilah geometri molekul banyak digunakan pada buku-buku kimia dasar (General, Fundamental, basic atau college chemistry),  sedangkan istilah struktur molekul cenderung digunakan pada buku-buku yang tingkatannya diatas buku-buku kimia dasar, seperti buku Inorganic Chemistry edisi 4 oleh Huheey, Keiter (1993).  Istilah bentuk molekul cenderung lebih banyak digunakan pada pengajaran kimia disekolah menengah atas karena konsep tentang bentuk tampaknya lebih dikenal oleh siswa daripada konsep tentang geometri dan struktur molekul. (Sumber ; Effendy, 2004).

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 (Innert Shell electron) dan elektron-elektron pada kulit valensi (Valence shell electrons).  Bila jumlah elektron-elektron pada kulit dalam sama dengan jumlah elektron-elektron pada gas mulia, maka dianggap memiliki simetri bola (spherically symmetric) atau rapatan electronnya berbentuk bola.  Gillespie dan Nyholm mengemukakan bahwa interaksi antara elektron-elektron dalam yang mempunyai 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 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.
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 valensiatom pusat ini dianggap menempati orbital-orbital terlokalisasi yang diarahkan dalam ruang disekitar inti atom dan elektron-elektron pada kulit dalam.  Jarak antara elektron-elektron pada kulit valensi adalah maksimal sebagai konsekuensi dari prinsip-prinsip eksklusi Pauli.  Disamping 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 hibrida yang jenisnya sama) cenderung berpisahan atau mengambil kedudukan dengan jarak sejauh mungkin.  Kebolehjadian maksimum untuk menemukan dua elektron dengan spin yang sama adalah pada posisi berlawanan disekitar inti atom.  Kebolehjadian maksimum untuk menemukan tiga elektron dengan spin sama adalah mengarah pada pojok-pojok segitiga sama sisi, sedangkan empat elektron dengan spin sama adalah mengarah pada pojok-pojok tetrahedral.

(Ditulis oleh : Mahbub Alwathoni. Artikel ini sebelumnya telah dimuat di majalah forumsains edisi juli 2011)