Cara menggambar struktur Lewis dengan pengecualian aturan oktet

Struktur Lewis adalah representasi senyawa kimia berdasarkan distribusi elektron valensi dari berbagai atom yang menyusunnya. Struktur ini berfungsi untuk memprediksi dan menjelaskan struktur senyawa yang berbeda, serta geometri molekulnya, yang mengarah ke prediksi penting tentang polaritas, kelarutan, titik leleh dan titik didih, serta sifat penting lainnya.

Kami telah membahas dalam artikel sebelumnya prosedur terperinci untuk menggambar struktur Lewis dari senyawa yang atomnya memenuhi aturan oktet. Makalah ini berusaha menunjukkan cara menggambar struktur Lewis dalam senyawa yang tidak mengikuti aturan ini karena salah satu dari tiga alasan berbeda:

• Mereka memiliki jumlah elektron ganjil.
• Mereka memiliki oktet yang tidak lengkap.
• Mereka memiliki oktet yang diperluas.

Review prosedur untuk menggambar struktur Lewis

Seperti yang kita lihat di artikel pertama kita tentang struktur Lewis, prosedur menggambarnya terdiri dari enam langkah. Ringkasan singkat dari langkah-langkah berikut, dan sebagian besar berlaku, dengan beberapa modifikasi, dalam kasus di mana senyawa tidak mengikuti aturan oktet.

• Langkah 1: Hitung jumlah total elektron valensi. Langkah ini melibatkan mengalikan jumlah atom dari setiap jenis dengan jumlah elektron valensi dalam golongannya pada tabel periodik, dan kemudian mengurangkan muatan total spesies kimia (dalam kasus ion).
• Langkah 2: Tulis struktur dasar molekul. Ini berarti mempartisi atom untuk menetapkan konektivitas di antara mereka. Hal yang umum adalah atom yang paling elektronegatif selalu terletak di tengah (kecuali jika itu adalah hidrogen) sedangkan yang paling elektronegatif terletak di pinggiran.
• Langkah 3: Gambarkan ikatan kovalen tunggal antara semua atom yang dihubungkan bersama. Jika itu adalah senyawa kovalen, semua atom harus memiliki setidaknya satu ikatan kovalen tunggal dengan atom tetangganya.
• Langkah 4: Isi oktet dengan elektron valensi yang tersisa, mulai dari yang paling elektronegatif. Langkah ini berusaha untuk memenuhi aturan oktet terlebih dahulu untuk atom dengan kecenderungan terbesar untuk menahan elektron yang merupakan elektronegativitas tertinggi.
• Langkah 5: Selesaikan oktet atom pusat dengan membentuk ikatan pi jika perlu. Hanya sekali aturan oktet telah dipenuhi untuk atom-atom elektronegatif barulah dianggap lengkap untuk atom-atom yang kurang elektronegatif. Jika tidak ada lagi elektron untuk dibagi, maka ini dicapai dengan berbagi sepasang elektron dari atom tetangga dengan atom pusat.
• Langkah 6: Hitung biaya formal. Salah satu kriteria stabilitas penting dari struktur Lewis adalah distribusi muatan formal. Untuk alasan ini, selalu disarankan untuk menentukan dan menggambarkan struktur muatan formal setiap atom. Selain itu, jumlah semua muatan formal harus sama dengan muatan total molekul atau ion yang bersangkutan, jadi ini adalah cara mudah untuk memverifikasi bahwa struktur tersebut memiliki jumlah elektron valensi yang benar. Rumus untuk menghitung muatan formal adalah CF=elektron valensi – elektron yang tidak digunakan bersama -1/2 elektron yang digunakan bersama.

Pengecualian untuk aturan oktet

Seperti dapat dilihat pada bagian sebelumnya, ketika menggambar struktur Lewis, kriteria utama yang harus diperhitungkan ketika mendistribusikan elektron valensi adalah keelektronegatifan dan aturan oktet, yang diverifikasi pada langkah 4 dan 5. Namun, ada situasi di mana ini tidak mungkin, seperti ketika jumlah total elektron ganjil, yang membuat semua atom tidak mungkin dikelilingi oleh 8 elektron.

Situasi serupa lainnya terjadi ketika jumlah elektron valensi tidak cukup untuk menyelesaikan oktet semua atom. Di sisi lain, ada situasi di mana elektron valensi terlalu banyak dan struktur yang koheren tidak dapat ditarik tanpa melanggar aturan oktet.

Di bawah ini adalah tiga contoh struktur Lewis di mana aturan oktet tidak terpenuhi, dan bagaimana melanjutkannya dalam kasus tersebut.

jumlah elektron ganjil

Situasi paling sederhana di mana aturan oktet tidak dapat dipenuhi terjadi ketika jumlah elektron ganjil. Contoh dari senyawa ini adalah oksida nitrat (NO) dan nitrogen dioksida (NO ₂ ). Mari kita lihat bagaimana struktur Lewis detik akan digambar dengan mengikuti langkah-langkah yang dijelaskan di atas:

Langkah 1:

Nitrogen memiliki 5 elektron valensi dan oksigen memiliki 6, sehingga jumlah elektron valensi adalah 1 x ( 5 ) + 2 x ( 6 ) = 17 eV

Seperti dapat dilihat, jumlah elektronnya ganjil, sehingga tidak mungkin menyelesaikan oktet dengan tiga atom molekul.

Langkah 2:

Nitrogen kurang elektronegatif daripada oksigen, sehingga dapat dipertimbangkan struktur di mana nitrogen berada di tengah yang dikelilingi oleh dua atom oksigen:

Langkah 3:

Kami sekarang menempatkan ikatan tunggal antara masing-masing oksigen dan nitrogen.

Langkah 4:

Sejauh ini kita hanya menggambarkan 4 elektron valensi yang terdapat pada dua ikatan sigma. Ini berarti kita masih memiliki 13 elektron untuk digunakan bersama di antara tiga atom. Pertama kita selesaikan oktet dari dua oksigen, yang membawa 12 elektron, jadi yang terakhir ditempatkan pada nitrogen.

Langkah 5:

Nitrogen hanya memiliki 5 elektron di sekitarnya, sehingga memiliki oktet yang sangat tidak lengkap. Langkah selanjutnya adalah salah satu dari dua oksigen melepaskan sepasang elektron untuk membentuk ikatan pi , sehingga menyumbangkan dua elektron lagi. Ini membawa nitrogen ke 7 elektron, sementara kedua oksigen memiliki oktet penuh.

Ada dua struktur tambahan di mana oksigen berikatan tunggal melepaskan salah satu elektronnya untuk membentuk, bersama dengan elektron nitrogen yang tidak berpasangan, ikatan pi kedua antara dua atom ini. Namun, struktur ini memiliki elektron tidak berpasangan dan oktet tidak lengkap pada atom oksigen, bukan nitrogen, yang tidak menguntungkan.

Langkah 6:

Perhitungan muatan formal dilakukan untuk setiap atom yang memiliki lingkungan elektronik yang berbeda, dalam hal ini untuk ketiga atom:

CF _{Oksigen ikatan tunggal} = 6 – 6 – ½ x 2 = -1

_{Ikatan rangkap oksigen} CF = 6 – 4 – ½ x 4 = 0

CF _Nitrogen = 5 – 1 – ½ x 6 = +1

Gambar berikut menunjukkan dua struktur Lewis terakhir dari nitrogen dioksida.

oktet tidak lengkap

Banyak senyawa memiliki atom yang tidak memenuhi oktet baik karena elektronnya tidak cukup atau karena penyelesaiannya tidak menguntungkan karena akan memberikan muatan positif pada atom yang sangat elektronegatif. Sebuah contoh khas dari kasus pertama adalah borana (BH ₃ ) dan yang kedua adalah boron trifluorida (BF ₃ ).

Mari kita lihat bagaimana struktur Lewis yang kedua dibangun untuk mengilustrasikan struktur yang memiliki oktet tidak lengkap meskipun memiliki elektron yang cukup untuk melengkapinya.

Langkah 1:

Fluor memiliki 7 elektron valensi dan boron memiliki 3, sehingga jumlah elektron valensi adalah 3 x ( 7 ) + 1 x ( 3 ) = 24 eV

Langkah 2:

Boron kurang elektronegatif dibandingkan fluor, sehingga struktur yang diusulkan di mana boron berada di pusat dikelilingi oleh tiga atom fluor:

Langkah 3:

Kami sekarang menempatkan ikatan tunggal antara masing-masing fluor dan boron.

Langkah 4:

Kita masih memiliki 18 elektron valensi yang tersisa untuk digunakan bersama (karena 6 di antaranya dalam ikatan tunggal). Kami menggunakan ini untuk menyelesaikan oktet ke tiga atom fluor yang paling elektronegatif.

Langkah 5:

Seperti dapat dilihat, semua atom fluorin memiliki oktet penuh tetapi boron tidak. Pada langkah ini, kita harus mengambil pasangan elektron yang tidak digunakan bersama dari salah satu dari tiga atom fluor untuk membentuk ikatan pi. Ini akan menghasilkan tiga struktur resonansi yang akan menjadi:

Dalam ketiga struktur resonansi, oktet terpenuhi untuk semua atom yang ada, yang diinginkan dan merupakan tujuan dari langkah 5. Namun, pada langkah berikutnya muncul masalah besar yang belum kita tangani.

Langkah 6:

Ada tiga jenis atom dengan lingkungan elektronik yang berbeda, dua di antaranya adalah fluorin dan yang ketiga adalah atom boron:

CF _{Fluor ikatan tunggal} = 7 – 6 – ½ x 1 = 0

CF _{Ikatan rangkap fluor} = 7 – 4 – ½ x 4 = +1

CF _Boron = 3 – 0 – ½ x 8 = -1

Gambar berikut menunjukkan tiga struktur resonansi dengan muatan formal.

Masalah dengan struktur ini adalah bahwa mereka semua memiliki atom fluor dengan muatan parsial positif sedangkan boron memiliki muatan negatif. Mempertimbangkan bahwa fluor adalah unsur yang paling elektronegatif dalam tabel periodik, sangat sulit bagi boron untuk dapat menghilangkan kerapatan elektron yang cukup untuk meninggalkan fluor dengan muatan positif.

Untuk alasan ini, tidak satu pun dari ketiga struktur resonansi ini memiliki kesempatan untuk mewakili BF3 secara _memadai . Akibatnya, kemungkinan besar struktur yang benar adalah yang kita gambar pada langkah 3, yang memiliki boron dengan oktet yang tidak lengkap.

oktet yang diperluas

Seperti halnya ada kasus di mana perbedaan elektronegativitas dan muatan formal membuat struktur dengan oktet tidak lengkap lebih disukai daripada struktur yang memenuhi aturan ini, hal yang sama dapat terjadi pada arah yang berlawanan. Kadang-kadang terjadi bahwa, dalam suatu senyawa, semua atom mengikuti aturan oktet setelah langkah 3, tetapi ketika menghitung muatan formal kita melihat pemisahan muatan yang besar yang dapat diringankan dengan membentuk ikatan pi tambahan, sehingga mengelilingi atom pusat senyawa dengan lebih dari 8 elektron.

Jenis pelanggaran aturan oktet ini hanya dapat terjadi pada unsur-unsur dari periode ketiga dan seterusnya, karena satu-satunya cara untuk memperluas oktetnya adalah jika atom tersebut masih memiliki orbital atom kosong yang dapat menampung elektron ekstra. Hal ini hanya terjadi pada atom yang telah mengosongkan orbital d pada kulit valensinya, dan menurut aturan bilangan kuantum , hal ini hanya mungkin terjadi pada unsur yang kulit valensinya berada pada tingkat energi ketiga atau lebih tinggi.

Sebuah contoh khas dari situasi ini adalah ion sulfat (SO ₄ ^2- ). Dalam hal ini, oksigen dan belerang masing-masing memiliki 6 elektron valensi, sehingga jumlah total elektron adalah 5 x ( 6 ) – (–2) = 32 eV , di mana muatan ion dikurangi, yaitu – 2.

Jika kita mengikuti 6 langkah huruf untuk membangun struktur ion ini, kita akan mendapatkan yang berikut:

Terlepas dari kenyataan bahwa dalam struktur ini semua atom mengikuti aturan oktet, masalah yang paling penting adalah pemisahan muatan formal yang terlalu besar. Faktanya, tidak hanya semua atom memiliki muatan formal bukan nol, tetapi atom belerang pusat juga memiliki muatan +2. Semua ini membuat struktur ini sangat tidak stabil.

Namun, masalah ini dapat dengan mudah diselesaikan dengan mempertimbangkan bahwa belerang, karena termasuk dalam periode ketiga, memiliki kemungkinan memperluas oktetnya melalui orbital 3d kosongnya. Hari ini diterima bahwa struktur sebenarnya dari ion sulfat adalah hibrida resonansi antara semua struktur Lewis yang berbeda yang dapat ditempatkan di mana belerang membentuk dua ikatan ganda dan dua ikatan tunggal dengan atom oksigen, seperti yang ditunjukkan pada struktur berikut:

Referensi

Brown, T. (2021). Kimia: Sains Pusat (edisi ke-11). London, Inggris: Pearson Education.

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kimia (edisi ke-10). Kota New York, NY: MCGRAW-HILL.

Pengecualian Aturan Oktet. (2021, 16 Juni). Diperoleh dari https://chem.libretexts.org/@go/page/25290

Pengungkit, ABP (1972). struktur Lewis dan aturan oktet. Prosedur otomatis untuk menulis formulir kanonis. Jurnal Pendidikan Kimia , 49 (12), 819. Diambil dari https://sci-hub.do/https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ed049p819

lumen. (td). Pengecualian Aturan Oktet | Kimia untuk Non-Jurusan. Diperoleh dari https://courses.lumenlearning.com/cheminter/chapter/exception-to-the-octet-rule/

Mott, V. (nd). Molekul Elektron Ganjil | Pengantar Kimia. Diperoleh dari https://courses.lumenlearning.com/introchem/chapter/odd-electron-molecules/