GEOMETRI MOLEKUL: KONSEP, JENIS DAN CONTOH - KIMIA - 2026

The geometri molekul atau struktur molekul adalah susunan ruang atom sekitar atom pusat. Atom mewakili kawasan di mana terdapat ketumpatan elektron yang tinggi, dan oleh itu dianggap kumpulan elektronik, tanpa mengira ikatan yang mereka bentuk (tunggal, berganda atau tiga).

Geometri molekul unsur dapat mencirikan beberapa sifat fizikal atau kimianya (takat didih, kelikatan, ketumpatan, dll.). Contohnya, struktur molekul air menentukan kelarutannya.

Sumber: Gabriel Bolívar

Konsep ini timbul dari gabungan dan data eksperimen dua teori: konsep valensi bond (TEV) dan konsep tolakan pasangan elektronik shell valensi (RPECV). Walaupun yang pertama menentukan ikatan dan sudut mereka, yang kedua menetapkan geometri dan, akibatnya, struktur molekul.

Apakah bentuk geometri molekul yang boleh digunakan? Dua teori sebelumnya memberikan jawapan. Menurut RPECV, atom dan pasangan elektron bebas mesti disusun di ruang sedemikian rupa untuk meminimumkan tolakan elektrostatik di antara mereka.

Jadi, bentuk geometri tidak sewenang-wenangnya, melainkan mencari reka bentuk yang paling stabil. Contohnya, dalam gambar di atas anda dapat melihat segitiga di sebelah kiri, dan oktahedron di sebelah kanan. Titik-titik hijau mewakili atom dan oren melilitkan ikatan.

Dalam segitiga, tiga titik hijau berorientasikan jarak 120º. Sudut ini, yang sama dengan ikatan, membolehkan atom saling menghalau sesedikit mungkin. Oleh itu, molekul dengan atom pusat yang melekat pada tiga yang lain akan menggunakan geometri satah trigonal.

Walau bagaimanapun, RPECV meramalkan bahawa sepasang elektron bebas di atom pusat akan memutarbelitkan geometri. Untuk kes satah trigonal, pasangan ini akan menolak tiga titik hijau, menghasilkan geometri piramid trigonal.

Perkara yang sama juga boleh berlaku dengan oktahedron dalam gambar. Di dalamnya semua atom dipisahkan dengan cara yang paling stabil.

Bagaimana untuk mengetahui terlebih dahulu geometri molekul atom X?

Untuk ini, perlu juga menjadikan pasangan elektron bebas sebagai kumpulan elektronik. Ini, bersama dengan atom, akan menentukan apa yang dikenali sebagai geometri elektronik, yang merupakan pendamping geometri molekul yang tidak dapat dipisahkan.

Dari geometri elektronik, dan setelah mengesan pasangan elektron bebas melalui struktur Lewis, adalah mungkin untuk menentukan apakah geometri molekul itu. Jumlah semua geometri molekul akan memberikan garis besar struktur keseluruhan.

Jenis geometri molekul

Seperti yang dapat dilihat pada gambar utama, geometri molekul bergantung pada berapa banyak atom yang mengelilingi atom pusat. Walau bagaimanapun, jika terdapat sepasang elektron yang tidak dikongsi, ia akan mengubah geometri kerana ia menempati banyak isipadu. Oleh itu, ia memberikan kesan sterik.

Mengikut ini, geometri dapat menyajikan serangkaian bentuk ciri untuk banyak molekul. Di sinilah timbulnya pelbagai jenis geometri molekul atau struktur molekul.

Bilakah geometri sama dengan struktur? Kedua-duanya menunjukkan hal yang sama hanya dalam kes di mana strukturnya tidak mempunyai lebih daripada satu jenis geometri; jika tidak, semua jenis yang ada harus dipertimbangkan dan strukturnya diberi nama global (linear, bercabang, globular, rata, dll.).

Geometri sangat berguna untuk menjelaskan struktur pepejal dari unit strukturnya.

Linier

Semua ikatan kovalen adalah arah, jadi ikatan AB adalah linear. Tetapi adakah molekul AB ₂ akan linear ? Sekiranya demikian, geometri ditunjukkan hanya sebagai: BAB. Kedua-dua atom B dipisahkan dengan sudut 180º, dan menurut TEV, A mesti mempunyai orbital sp hibrid.

Sudut

Sumber: Gabriel Bolívar

Geometri linier boleh dianggap sebagai contoh pertama bagi molekul AB ₂ ; namun, adalah mustahak untuk menarik struktur Lewis sebelum mencapai kesimpulan. Dengan struktur Lewis yang dilukis, bilangan pasangan elektron yang tidak dikongsi (:) pada atom A dapat dikenal pasti.

Apabila demikian, pasangan elektron di atas A mendorong dua atom B ke bawah, mengubah sudut mereka. Akibatnya, molekul BAB linier akhirnya berubah menjadi V, bumerang, atau geometri sudut (gambar atas)

Molekul air, HOH, adalah contoh yang sesuai untuk jenis geometri ini. Dalam atom oksigen terdapat dua pasang elektron tanpa perkongsian yang berorientasi pada sudut kira-kira 109º.

Mengapa sudut ini? Kerana geometri elektronik adalah tetrahedral, yang mempunyai empat bucu: dua untuk atom H, dan dua untuk elektron. Pada gambar atas, perhatikan bahawa titik hijau dan dua "lobus dengan mata" melukis tetrahedron dengan titik biru di tengahnya.

Sekiranya O tidak mempunyai pasangan elektron bebas, air akan membentuk molekul linier, polaritasnya akan menurun, dan lautan, laut, tasik, dan lain-lain mungkin tidak akan wujud seperti yang diketahui.

Tetrahedron

Sumber: Gabriel Bolívar

Gambar teratas mewakili geometri tetrahedral. Untuk molekul air, geometri elektroniknya adalah tetrahedral, tetapi apabila menghilangkan pasangan elektron bebas dapat diperhatikan bahawa ia berubah menjadi geometri sudut. Ini juga diperhatikan hanya dengan membuang dua titik hijau; dua selebihnya akan melukis V dengan titik biru.

Bagaimana jika bukan dua pasang elektron bebas hanya ada satu? Kemudian satah trigonal akan kekal (gambar utama). Walau bagaimanapun, dengan mengeluarkan kumpulan elektronik, kesan sterik yang dihasilkan oleh pasangan elektron bebas tidak dapat dielakkan. Oleh itu, ia memutarkan satah trigonal ke piramid dengan asas segitiga:

Sumber: Gabriel Bolívar

Walaupun geometri molekul piramid trigonal dan tetrahedral berbeza, geometri elektronik adalah sama: tetrahedral. Jadi piramid trigonal tidak dikira sebagai geometri elektronik?

Jawapannya tidak, kerana ia adalah hasil dari distorsi yang disebabkan oleh "lobus dengan mata" dan kesan steriknya, dan geometri ini tidak mengambil kira penyimpangan berikutnya.

Atas sebab ini, selalu penting untuk menentukan geometri elektronik terlebih dahulu dengan bantuan struktur Lewis sebelum menentukan geometri molekul. Molekul ammonia, NH ₃ , adalah contoh geometri molekul piramid trigonal, tetapi dengan geometri elektron tetrahedral.

Bipyramid trigonal

Sumber: Gabriel Bolívar

Hingga kini, kecuali geometri linier, di tetrahedral, piramid sudut dan trigonal atom pusatnya mempunyai hibridisasi sp ³ , menurut TEV. Ini bermaksud bahawa jika sudut ikatan mereka ditentukan secara eksperimen, ia harus berada di sekitar 109º.

Dari geometri dipyramidal trigonal, terdapat lima kumpulan elektronik di sekitar atom pusat. Pada gambar di atas dapat dilihat dengan lima titik hijau; tiga di dasar segitiga, dan dua di kedudukan paksi, yang merupakan bucu atas dan bawah piramid.

Hibridisasi apa yang ada pada titik biru itu? Ia memerlukan lima orbital hibrid untuk membentuk ikatan tunggal (oren). Ini dicapai melalui orbit lima sp ³ d (hasil campuran orbit satu s, tiga p dan satu d).

Apabila mempertimbangkan lima kumpulan elektronik, geometri adalah yang sudah terdedah, tetapi kerana terdapat pasangan elektron tanpa pembahagian, ia sekali lagi mengalami gangguan yang dihasilkan oleh geometri lain. Begitu juga, timbul persoalan berikut: bolehkah pasangan ini menempati kedudukan apa pun di piramid? Ini adalah: paksi atau khatulistiwa.

Kedudukan paksi dan khatulistiwa

Titik hijau yang membentuk dasar segitiga berada dalam kedudukan khatulistiwa, sementara kedua di hujung atas dan bawah berada pada posisi paksi. Di manakah pasangan elektron yang tidak dikongsi akan berada? Dalam kedudukan yang meminimumkan tolakan elektrostatik dan kesan sterik.

Pada kedudukan paksi, pasangan elektron akan "menekan" tegak lurus (90º) pada dasar segitiga, sementara jika berada dalam kedudukan khatulistiwa, dua kumpulan elektronik yang tersisa di pangkalan akan terpisah 120 and dan akan menekan kedua hujungnya pada 90º (bukan tiga, seperti asasnya).

Oleh itu, atom pusat akan berusaha untuk mengarahkan pasangan elektron bebasnya pada kedudukan khatulistiwa untuk menghasilkan geometri molekul yang lebih stabil.

Bentuk berayun dan T

Sumber: Gabriel Bolívar

Sekiranya dalam geometri bipyramid trigonal satu atau lebih atomnya digantikan oleh pasangan elektron bebas, kita juga akan mempunyai geometri molekul yang berbeza.

Di sebelah kiri gambar atas, geometri berubah menjadi bentuk berayun. Di dalamnya, sepasang elektron bebas mendorong sisa empat atom ke arah yang sama, membengkokkan ikatan mereka ke kiri. Perhatikan bahawa pasangan dan dua atom ini terletak pada satah segitiga sama bipiramid asal.

Dan di sebelah kanan gambar, geometri berbentuk T. Geometri molekul ini adalah hasil penggantian dua atom untuk dua pasang elektron, mengakibatkan tiga atom yang tersisa menjajarkan diri dalam satah yang sama yang menarik tepat satu huruf T.

Kemudian, untuk molekul jenis AB ₅ , ia menggunakan geometri bipiramid trigonal. Walau bagaimanapun, AB ₄ , dengan geometri elektronik yang sama, akan menggunakan geometri berayun; dan AB ₃ , geometri berbentuk T. Dalam kesemuanya A akan (secara amnya) mempunyai hibridisasi sp ³ d.

Untuk menentukan geometri molekul, perlu melukis struktur Lewis dan oleh itu geometri elektroniknya. Sekiranya ini adalah bipyramid trigonal, maka pasangan elektron bebas akan dibuang, tetapi bukan kesan steriknya pada sisa atom. Oleh itu, seseorang dapat dengan sempurna membezakan antara tiga kemungkinan geometri molekul.

Octahedral

Geometri molekul Octahedral digambarkan di sebelah kanan gambar utama. Jenis geometri ini sepadan dengan sebatian AB ₆ . AB ₄ membentuk pangkalan persegi, sementara dua B yang tersisa diposisikan dalam kedudukan paksi. Oleh itu, beberapa segitiga sama sisi terbentuk, yang merupakan wajah oktahedron.

Di sini sekali lagi, mungkin ada (seperti dalam semua geometri elektronik) pasangan elektron bebas, dan oleh itu geometri molekul lain berasal dari fakta ini. Contohnya, AB ₅ dengan geometri elektron oktahedral terdiri daripada piramid dengan asas persegi, dan AB ₄ satah segi empat sama:

Sumber: Gabriel Bolívar

Bagi kes geometri oktahedral elektron, kedua-dua geometri molekul ini adalah yang paling stabil dari segi tolakan elektrostatik. Dalam geometri satah persegi dua pasang elektron berjauhan 180º.

Apakah hibridisasi bagi atom A dalam geometri ini (atau struktur, jika satu-satunya)? Sekali lagi, TEV menyatakan bahawa ia adalah sp ³ d ² , enam orbital hibrid, yang memungkinkan A untuk mengorientasikan kumpulan elektronik di bucu oktahedron.

Geometri molekul lain

Dengan mengubah asas piramid yang disebutkan sejauh ini, beberapa geometri molekul yang lebih kompleks dapat diperoleh. Contohnya, bipyramid pentagonal mempunyai pentagon untuk asasnya dan sebatian yang membentuknya mempunyai formula umum AB ₇ .

Seperti geometri molekul lain, penggantian atom B dengan pasangan elektron bebas akan memutarbelitkan geometri ke bentuk lain.

Juga, sebatian AB ₈ dapat menggunakan geometri seperti antiprism persegi. Beberapa geometri boleh menjadi sangat rumit, terutama untuk formula AB ₇ dan seterusnya (hingga AB ₁₂ ).

Contoh geometri molekul

Satu siri sebatian akan disebutkan di bawah untuk setiap geometri molekul utama. Sebagai latihan, seseorang dapat menggambar struktur Lewis untuk semua contoh dan mengesahkan sama ada, berdasarkan geometri elektronik, geometri molekul diperoleh seperti yang disenaraikan di bawah.

Geometri linear

-Ethylene, H ₂ C≡CH ₂

-Beryllium chloride, BeCl ₂ (Cl-Be-Cl)

-Karbon dioksida, CO ₂ (O = C = O)

-Nitrogen, N ₂ (N≡N)

-Mercury dibromide, HgBr ₂ (Br-Hg-Br)

-Triiodide anion, I ₃ ^- (III)

-Asid hidrokyanik, HCN (HN≡C)

Sudut mereka mestilah 180º, dan oleh itu mempunyai hibridisasi sp.

Geometri sudut

- air

-Sulfur dioksida, SO ₂

-Nitrogen dioksida, NO ₂

-Ozon, O ₃

-Amide anion, NH ₂ ^-

Satah trigonal

-Bromo trifluorida, BF ₃

-Aluminium triklorida, AlCl ₃

-Nitrate anion, NO ₃ ^-

-Karbonat anion, CO ₃ ^2–

Tetrahedron

- Gas metana, CH ₄

-Karbon tetraklorida, CCl ₄

-Amonium kation, NH ₄ ⁺

-Sulfate anion, SO ₄ ^2-

Piramid trigonal

-Amonia, NH ₃

-Cation hidronium, H ₃ O ⁺

Bipyramid trigonal

-Fosforus pentafluorida, PF ₅

-Antimoni pentaklorida, SbF ₅

Berayun

Sulfur tetrafluorida, SF ₄

Bentuk T

-Idine trichloride, ICl ₃

-Klorin trifluorida, ClF ₃ (kedua-dua sebatian dikenali sebagai interhalogen)

Octahedral

-Sulfur hexafluoride, SF ₆

-Selenium hexafluoride, SeF ₆

-Heksafluorofosfat, PF ₆ ^-

Kesimpulannya, geometri molekul adalah yang menjelaskan pemerhatian sifat kimia atau fizikal jirim. Walau bagaimanapun, ia berorientasikan mengikut geometri elektronik, jadi yang terakhir harus selalu ditentukan sebelum yang pertama.

Rujukan

1. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kimia. (Edisi ke-8.) Pembelajaran CENGAGE, hlm 194-198.
2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi Keempat., Hlm.23, 24, 80, 169). Bukit Mc Graw.
3. Mark E. Tuckerman. (2011). Geometri molekul dan teori VSEPR. Dipulihkan dari: nyu.edu
4. Chembook Maya, Charles E. Ophardt. (2003). Pengenalan Geometri Molekul. Dipulihkan dari: chemistry.elmhurst.edu
5. LibreTexts Kimia. (8 September 2016). Geometri Molekul. Dipulihkan dari: chem.libretexts.org