Cara Menghitung Muatan Atom Lewis-Langmuir

Selasa, 08 November 2016

Bahasan ini terinspirasi dari soal Olimpiade Kimia Nasional UGM 2016 (babak penyisihan). Terdapat soal yang menguji kemampuan siswa dalam menentukan besarnya muatan Lewis-Langmuir sebagaimana contoh soal pertama yang dibahas pada tulisan ini.

Ikatan kimia mulanya dibagi menjadi 2 bagian yang sangat berbeda sifatnya, yaitu ikatan kovalen (pemakaian bersama pasangan elektron untuk berikatan) dan ikatan ion (serah terima elektron dan membentuk ikatan  dengan tarik-menarik elektrostatik). Pada ikatan kovalen ada istilah muatan formal sedangkan pada ikatan ion ada istilah bilangan oksidasi. Tentang penjelasan dan cara menghitung muatan formal (MF) dan cara menghitung bilangan oksidasi suatu atom dapat dibaca di sini.

Rumus MF yang umum:
$ MF~X = \Sigma EV_X - \Sigma EB_X - (\Sigma~Ikatan)$

Meskipun demikian sulit dijumpai zat yang memiliki jenis ikatan yang murni, kecuali pada senyawa kovalen nonpolar yang tersusun dari atom yang identik. Karena kebanyakan sifat senyawa memiliki karakter di antara senyawa kovalen dan senyawa ion kemudian dibuatlah "jembatan" dari keduanya. Dengan adanya jembatan ini maka ia dapat digunakan untuk kedua jenis senyawa dengan deskripsi kuantitatifnya. Untuk itu Allen (1989) kemudian memperkenalkan cara menentukan jumlah muatan antara 2 atom yang disebut dengan muatan atom Lewis-Langmuir (LLX).

Dengan muatan atom LLX ini kita dapat memprediksi sebaran elektron (electron distribution) sedikit lebih baik. Cara menghitung LLX adalah dengan memperhitungkan nilai keelektronegatifan setiap atom yang terlibat dalam ikatan kimia secara langsung. Meskipun demikian dengan cara ini masih dijumpai beberapa anomali (kebanyakan senyawa organik), namun untuk pembelajaran dasar cara tersebut tetap dapat digunakan.
$ \large {LL_X = \Sigma EV_X - \Sigma EB_X - 2~ \sum \limits_{Y} \frac{EN_X}{EN_X + EN_Y}(\Sigma~Ikatan)}$
ΣEV = jumlah elektron valensi
ΣEB = jumlah elektron bebas
ΣIkatan = jumlah ikatan antara X dan Y
ENX = keelektronegatifan atom X
ENY = keelektronegatifan atom Y


Pada rumus muatan Lewis-Langmuir ini kemudian direvisi (dikoreksi) guna menjelaskan beberapa penyimpangan pada kasus senyawa tertentu, namun ini menjadi sangat matematis.

Contoh soal:
#1
Tentukan muatan Lewis-Langmuir atom F pada senyawa HF jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan atom F = 4,0!
Penyelesaian:
EV H = 1; EV F = 7; EB H = 0; EB F = 6
Jumlah ikatan FH = 1
\begin{aligned}
LL_F &= \Sigma EV_F - \Sigma EB_F - 2 \left [ \frac{EN_F}{EN_F + EN_H}(\Sigma~Ikatan~HF)\right ]\\
 &= 7 - 6 - 2 \left [ \frac{4}{4 + 2,2}(1)\right ]\\
 &= 7 - 6 - 1,290\\
& = -0,290\\
\end{aligned}


#2
Tentukan muatan Lewis-Langmuir atom O dan H pada senyawa H2O jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan atom O = 3,44!
Penyelesaian:
EV H = 1; EV O = 6; EB H = 0; EB O = 4
Jumlah ikatan setiap OH = 1
\begin{aligned}
LL_O &= \Sigma EV_O - \Sigma EB_O - 2 \left [ \frac{EN_O}{EN_O + EN_H}(\Sigma~Ikatan~OH)\right ]\\
 &= 6 - 4 - 2 \left [\frac{3,44}{3,44 + 2,2}(2)\right ]\\
& = 6 - 4 - 2 (1,220)\\
&= 6 - 4 - 2,440\\
&= -0,440\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_H &= \Sigma EV_H - \Sigma EB_H - 2\left [\frac{EN_H}{EN_H + EN_O}(\Sigma~Ikatan~OH)\right ]\\
&= 1 - 0 - 2 \left [ \frac{2,20}{2,20 +3,44}(1)\right ]\\
&= 1 - 0 - 2(0,390)\\
&= 1-0,780\\
&= -0,220\\
\end{aligned}

#3
Tentukan muatan Lewis-Langmuir atom N dan H pada senyawa NH3 jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan atom N = 3,04!
Penyelesaian:
EV H = 1; EV N = 5; EB H = 0; EB N = 2
Jumlah ikatan setiap NH = 1
\begin{aligned}
LL_N &= \Sigma EV_N - \Sigma EB_N - 2 \left [ \frac{EN_N}{EN_N + EN_H}(\Sigma~Ikatan~NH)\right ]\\ 
&= 5 - 2 - 2 \left [\frac{3,04}{3,04 + 2,2}(3)\right ]\\
&= 5 - 2 - 3,481\\
&= -0,481\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_H &= \Sigma EV_H - \Sigma EB_H - 2\left [\frac{EN_H}{EN_H + EN_N}(\Sigma~Ikatan~NH)\right ]\\
&= 1 - 0 - 2 \left [ \frac{2,20}{2,20 +3,04}(1)\right ]\\
& = 1 - 0 - 2(0,420)\\
&= 1-0,840\\
& = -0,160\\
\end{aligned}

#4
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa N2O jika diketahui keelektronegatifan atom O = 3,40 dan atom N = 3,04!
Penyelesaian:
(a)
EV N = 5; EV O = 6;
EB N kiri = 4; EB N tengah = 0; EB O = 4
Jumlah ikatan N kiri dengan N tengah = 2
Jumlah ikatan N tengah dengan O = 2
\begin{aligned}
LL_N kiri &= \Sigma EV_N -\Sigma EB_N - 2\left [ \frac{EN_N}{EN_N + EN_N}(\Sigma~Ik~NN)\right ]\\
LL_N kiri &= 5 - 4 - 2\left [ \frac{3,04}{3,04 + 3,04}(2)\right ]\\
&= 5 - 4 - 2\\
&= -1\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_N tengah &= \Sigma EV_N -\Sigma EB_N - 2\left [ \frac{EN_N}{EN_N + EN_N}(\Sigma~Ik~NN)+ \frac{EN_N}{EN_N + EN_O}(\Sigma~Ik~NO)\right ]\\
LL_N tegah &= 5 - 0 - 2\left [\frac{3,04}{3,04 + 3,04}(2)+\frac{3,04}{3,04 + 3,40}(2)\right ]\\
&= 5 - 0 - 2 (1 + 0,944)\\
&= 5 - 3,888\\
&= +1,112\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_O &= \Sigma EV_O -\Sigma EB_O - 2\left [ \frac{EN_O}{EN_O + EN_N}(\Sigma~Ik~NO)\right ]\\
LL_O &= 6 - 4 - 2\left [ \frac{3,40}{3,40 + 3,04}(2)\right ]\\
&= 6 - 4 - 2,112\\
&= -0,112\\
\end{aligned}
(b)
EV N = 5; EV O = 6;
EB N kiri = 2; EB N tengah = 0; EB O = 6
Jumlah ikatan N kiri dengan N tengah = 3
Jumlah ikatan N tengah dengan O = 1
\begin{aligned}
LL_N &= \Sigma EV_N -\Sigma EB_N - 2\left [ \frac{EN_N}{EN_N + EN_N}(\Sigma~Ik~NN)\right ]\\
LL_N kiri &= 5 - 2 - 2\left [ \frac{3,04}{3,04 + 3,04}(3)\right ]\\
&= 5-2- 3\\
&= 0\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_N tengah &= \Sigma EV_N -\Sigma EB_N - 2\left [ \frac{EN_N}{EN_N + EN_N}(\Sigma~Ik~NN)+ \frac{EN_N}{EN_N + EN_O}(\Sigma~Ik~NO)\right ]\\
LL_N tegah &= 5 - 0 - 2\left [  \frac{3,04}{3,04 + 3,04}(3)+\frac{3,04}{3,04 + 3,40}(1)\right ]\\
&= 5 - 0 - 2 (1,50 + 0,472)\\
&= 5 - 3,944\\
&= +1,056\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_O &= \Sigma EV_O -\Sigma EB_O - 2\left [ \frac{EN_O}{EN_O + EN_N}(\Sigma~Ik~NO)\right ]\\
LL_O &= 6 - 6 - 2 \left [\frac{3,40}{3,40 + 3,04}(1)\right ]\\
&= 6 - 6 - 1,056\\
&= -1,056\\
\end{aligned}

#5
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa C2H4 jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20 dan C = 2,55!
Penyelesaian:
EV C = 4; EV H = 1;
EB C = 0; EB H = 0;
EN C = 2,55; EN H = 2,20;
Jumlah ikatan setiap CH = 1
Jumlah ikatan CC = 2
\begin{aligned}
LL_C &= \Sigma EV_C -\Sigma EB_C - 2\left [ \frac{EN_C}{EN_C + EN_H}(\Sigma~Ik~CH)+ \frac{EN_C}{EN_C + EN_C}(\Sigma~Ik~CC)\right ]\\
LL_C &= 4 - 0 - 2\left [\frac{2,55}{2,55 + 2,20}(2)+\frac{2,55}{2,55 + 2,55}(2)\right ]\\
&= 4 - 0 - 2 (1,074 + 1)\\
&= 4 - 4,148\\
&= -0,148\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_H &= \Sigma EV_H -\Sigma EB_H - 2\left [ \frac{EN_H}{EN_C + EN_H}(\Sigma~Ik~CH)\right ]\\
LL_H &= 1 - 0 - 2\left [ \frac{2,20}{2,55 + 2,20}(1)\right ]\\
&= 1 - 0 - 0,926\\
&= -0,074\\
\end{aligned}

#6
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa H2CO jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20, C = 2,55 dan O = 3,44!
Penyelesaian:
EV C = 4; EV H = 1; EV O = 6;
EB C = 0; EB H = 0; EB O = 4;
EN C = 2,55; EN H = 2,20; EH O = 3,44.
Jumlah ikatan setiap CH = 1
Jumlah ikatan CO = 2
\begin{aligned}
LL_C &= \Sigma EV_C -\Sigma EB_C - 2\left [ \frac{EN_C}{EN_C + EN_H}(\Sigma~Ik~CH)+ \frac{EN_C}{EN_C + EN_O}(\Sigma~Ik~CO)\right ]\\
LL_C &= 4 - 0 - 2\left [\frac{2,55}{2,55 + 2,20}(2)+\frac{2,55}{2,55 + 3,44}(2)\right ]\\
&= 4 - 0 - 2 (1,074 + 0,851)\\
&= 4 - 3,850\\
&= +0,150\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_O &= \Sigma EV_O -\Sigma EB_O - 2\left [ \frac{EN_O}{EN_O + EN_C}(\Sigma~Ik~CO)\right ]\\  
LL_O &= 6 - 4 - 2\left [ \frac{3,44}{3,44 + 2,55}(2)\right ]\\
&= 6 - 4 - 2(1,149)\\
&= 6 - 4 - 2,298\\
&= -0,298\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_H &= \Sigma EV_H -\Sigma EB_H - 2\left [ \frac{EN_H}{EN_C + EN_H}(\Sigma~Ik~CH)\right ]\\
LL_H &= 1 - 0 - 2\left [ \frac{2,20}{2,55 + 2,20}(1)\right ]\\
&= 1 - 0 - 0,926\\
&= +0,074\\
\end{aligned}

#7
Tentukan muatan Lewis-Langmuir setiap atom pada senyawa HCN jika diketahui keelektronegatifan atom H = 2,20, C = 2,55 dan atom N = 3,04!
Penyelesaian:
EV C = 4; EV H = 1;
EB C = 0; EB H = 0;
EN C = 2,55; EN H = 2,20;  EN N = 3,04.
Jumlah ikatan CH = 1
Jumlah ikatan CN = 3
\begin{aligned}
LL_C &= \Sigma EV_C -\Sigma EB_C - 2\left [ \frac{EN_C}{EN_C + EN_H}(\Sigma~Ik~CH)+ \frac{EN_C}{EN_C + EN_N}(\Sigma~Ik~CN)\right ]\\  
LL_C &= 4 - 0 - 2\left [\frac{2,55}{2,55 + 2,20}(1)+\frac{2,55}{2,55 + 3,04}(3)\right ]\\
&= 4 - 0 - 2 (0,537 + 1,369)\\
&= 4 - 3,812\\
&= +0,188\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_H &= \Sigma EV_H -\Sigma EB_H - 2\left [ \frac{EN_H}{EN_C + EN_H}(\Sigma~Ik~CH)\right ]\\ 
LL_H &= 1 - 0 - 2\left [ \frac{2,20}{2,55 + 2,20}(1)\right ]\\
&= 1 - 0 - 2(0,463)\\
&= 1 - 0 - 0,926\\
&= +0,074\\
\end{aligned}
\begin{aligned}
LL_N &= \Sigma EV_N -\Sigma EB_N - 2\left [ \frac{EN_N}{EN_C + EN_N}(\Sigma~Ik~CN)\right ]\\
LL_N &= 5 - 2 - 2\left [ \frac{3,04}{2,55 + 3,04}(3)\right ]\\
&= 5 - 2 - 2(1,631)\\
&= 5 - 2 - 3,262\\
&= -0,262\\
\end{aligned}
Mohon koreksi bila ada hal yang kurang tepat, terima kasih.

Sumber: 
Leland C. Allen, J. Am. Chem 1989, 111, (9115-9116)
Leah D. Garner, Terry L. Meek, Brian G. Patrick J. Molecular Structure (Theochem) 620 (2003) 43–47

Bagikan di

1 komentar:

 
Copyright © 2015-2016 Urip dot Info | Disain Template Oleh Herdiansyah Hamzah Dimodivikasi Urip.Info