Teori VSEPR

Teori VSEPR (Valence Shell Electron Pair Repulsion: tolakan pasangan elektron

kelopak valensi) adalah suatu model kimia yang digunakan untuk menjelaskan bentuk-

bentuk molekul kimiawi berdasarkan gaya tolakan elektrostatik antar pasangan elektron.[1] Teori ini juga dinamakan teori Gillespie-Nyholm, dinamai atas dua orang pengembang

teori ini. Akronim "VSEPR" diucapkan sebagai "vesper" untuk kemudahan pengucapan.

Premis utama teori VSEPR adalah bahwa pasangan elektron valensi disekitar atom

akan saling tolak menolak, sehingga susunan pasangan elektron tersebut akan mengadopsi

susunan yang meminimalisasi gaya tolak menolak. Minimalisasi gaya tolakan antar pasangan

elektron ini akan menentukan geometri molekul. Jumlah pasangan elektron di sekitar atom

disebut sebagaibilangan sterik.

Teori VSEPR biasanya akan dibandingkan dengan teori ikatan valensi yang

mengalamatkan bentuk molekul melalui orbital yang secara energetika dapat melakukan

ikatan. Teori ikatan valensi berkutat pada pembentukan ikatan sigma dan pi. Teori orbital

molekul adalah model lainnya yang digunakan untuk menjelaskan bagaimana atom dan

elektron tersusun menjadi molekul dan ion poliatomik.

Teori VSEPR telah lama dikritik oleh karena teori ini tidak memiliki perumusan yang

kuantitatif, sehingga teori ini hanya dapat digunakan untuk memprediksi bentuk molekul

secara "kasar", walaupun cukup akurat.

Gagasan bahwa terdapat suatu korelasi antara geometri molekul dengan jumlah

elektron valensi pertama kali dicetuskan oleh Sidgwick dan Powell pada tahun 1940.[2] Pada

tahun 1957, Gillespiedan Nyholm menyempurnakan konsep ini untuk membangun suatu teori

yang mampu memprediksi geometri molekul.[3][4]

Teori VSEPR utamanya melibatkan prediksi susunan pasangan elektron di sekitar satu

atau lebih atom pusat pada suatu molekul. Jumlah pasangan elektron pada kelopak valensi

atom pusat ditentukan dengan menggambarkan struktur Lewis molekul tersebut. Ketika

terdapat dua atau lebih struktur resonansi yang dapat mewakili suatu molekul, model VSEPR

dapat diterapkan pada semua struktur resonansi tersebut. Pada teori VSEPR, pasangan

elektron berganda pada ikatan berganda diperlakukan sebagai "satu pasang" elektron.

Pasangan elektron diasumsikan berada pada permukaan bola yang berpusat pada atom

pusat. Oleh karena pasangan elektron tersebut bermuatan negatif, kesemuaan pasangan

elektron akan menduduki posisi yang meminimalisasi gaya tolak menolak antar sesamanya

dengan memaksimalkan jarak antar pasangan elektron. Jumlah pasangan elektron oleh

karenanya akan menentukan keseluruhan geometri molekul.

Sebagai contoh, ketika terdapat dua pasang elektron di sekitar atom pusat, gaya tolak-

menolak di antara keduanya akan menjadi minimal ketika keduanya berada pada posisi saling

berseberangan. Oleh karena itu, atom pusat diprediksikan mengadopsi geometri linear. Jika

terdapat tiga pasang elektron, maka gaya tolak-menolak diminimalkan dengan mengadopsi

bentuktrigonal. Dengan cara yang sama, untuk empat pasang elektron, susunan geometri

yang optimal adalah tetrahedral.

Prediksi keseluruhan geometri ini disempurnakan lebih jauh dengan membedakan

pasangan elektron ikatan dan non-ikatan. Pasangan elektron ikatan terlibat dalam ikatan

sigma dengan atom bersebelahan, sehingga kedua elektron tersebut dikongsi oleh dua atom

yang berikatan, menyebabkan pasangan elektron tersebut berada lebih jauh dari atom pusat

daripada pasangan elektron non-ikatan (pasangan elektron menyendiri) yang akan berada

lebih dekat dengan atom pusat. Oleh karena itu, tolakan yang diakibatkan oleh pasangan

elektron menyendiri akan lebih besar daripada tolakan yang diakibatkan oleh pasangan

elektron yang berikatan. Dengan demikian, ketika geometri molekul memiliki dua set posisi

yang menerima gaya tolak-menolak dengan derajat yang berbeda, pasangan elektron

menyendiri akan cenderung menduduki posisi yang menerima gaya tolakan lebih kecil.

Dengan kata lain, gaya tolak menolak antara pasangan elektron menyendiri dengan pasangan

elektron menyendiri (lone pair - lone pair) akan lebih kuat daripada gaya tolak menolak

antara pasangan elektron menyendiri dengan pasangan elektron berikatan (lone

pair - bonding pair), yang juga sendiri lebih kuat daripada gaya tolak-menolak antara

pasangan elektron berikatan dengan pasangan elektron berikatan (bonding pair - bonding

pair). Secara ringkas dapat ditulis: lp-lp > lp-bp > bp-bp. Pembedaan ini sangat penting

utamanya ketika dalam suatu geometri molekul terdapat dua atau lebih posisi yang

memungkinkan.

Metode AXE

Metode perhitungan elektron AXE umumnya digunakan ketika kita menerapkan teori

VSEPR. A mewakili atom pusat. X mewakili jumlah ikatan sigma natara atom pusat dengan

atom luat. Ikatan ganda kovalen dihitung sebagai satu X. E mewakili

jumlah pasangan elektron menyendiri yang ada disekitar atom pusat. Jumlah X dan E, disebut

sebagai bilangan sterik juga diasosiasikan dengan jumlah orbital hibridisasi yang digunakan

dalam teori ikatan valensi.

Berdasarkan jumlah bilangan sterik dan distribusi X serta E, teori VSEPR akan memberikan

prediksi sebagai berikut:

Bil.sterik

Geometri dasar0 pasangan

1 pasanganmenyendiri

2 pasanganmenyendiri

3 pasanganmenyendiri

menyendiri

2

Linear

     

3

datar trigonal

tekuk

   

4

tetrahedral piramida trigonalTekuk

 

5

bipiramida trigonal jungkat jungkit bentuk T linear

6  

Oktahedral piramida persegi datar persegi

7

bipiramida pentagonal piramida pentagonal

   

Jenis molekul Bentuk Susunan elektron† Geometri‡ Contoh

AX1En Diatomik HF, O2

AX2E0 Linear BeCl2, HgCl2, CO2

AX2E1 Tekuk NO2−, SO2, O3

AX2E2 Tekuk H2O, OF2

AX2E3 Linear XeF2, I3−

AX3E0 Datar trigonal BF3, CO32−, NO3

−, SO3

AX3E1 Piramida trigonal NH3, PCl3

AX3E2 Bentuk T ClF3, BrF3

AX4E0 Tetrahedral CH4, PO43−, SO4

2−, ClO4−

AX4E1 Jungkat-jungkit SF4

AX4E2 Datar persegi XeF4

AX5E0 Bipiramida trigonal PCl5

AX5E1 Piramida persegi ClF5, BrF5

AX6E0 Oktahedral SF6

AX6E1 Piramida pentagonal XeOF5−, IOF5

2− [5]

AX7E0 Bipiramida pentagonal IF7

† Susunan elektron meliputi pasangan menyendiri yang ditunjukkan oleh bola kuning

‡ Geometri yang terpantau (tidak termasuk pasangan menyendiri)

Ketika atom substituen (X) tidak sama, geometri di atas masih cukup baik untuk

digunakan, namun sudut ikatan akan berbeda sedikit. Sebagai contohnya, ikatan ganda

karbon pada alkena seperti etilena C2H4 adalah AX3E0, namun sudut ikatan tidaklah persis

120°. Hal yang sama juga dapat terlihat pada SOCl2 yang termasuk AX3E1, namun karena

substituen X tidaklah sama, sudut XAX tidak akan sama.

Pengecualian

Terdapat berbagai kelompok senyawa yang geometrinya tidak dapat diprediksi secara

tepat oleh teori VSEPR.

Senyawa logam transisi

Banyak senyawa logam transisi yang geometrinya tidak dapat dijelaskan

menggunakan teori VSEPR.[6] Struktur beberapa senyawa ini, meliputi logam hidrida dan

kompleks alkil sepertiheksametiltungsten dapat diprediksi dengan tepat menggunakan

teori VALBOND, yang didasarkan pada orbital hibrid sd dan model ikatan tiga-pusat empat-

elektron.[7][8] Teori medan kristalmerupakan teori sering dapat memprediksi geometri

kompleks koordinasi.

Senyawa halida golongan 2

Struktur senyawa halida triatomik dengan logam golongan 2 tidaklah linear pada fase

gas seperti yang diprediksi oleh teori VSEPR, melainkan berbentuk tekuk (sudut X-M-

X:CaF2, 145°; SrF2, 120°; BaF2, 108°; SrCl2, 130°; BaCl2, 115°; BaBr2, 115°; BaI2, 105°).[9] Gillespie mengajukan bahwa ini disebabkan oleh interaksi ligan dengan elektron pada inti

atom logam yang menyebabkan polarisasi atom, sehingga kelopak dalam atom tidaklah

simetris berbentuk bola dan memengaruhi geometri molekul. [6][10]

Beberapa molekul AX2E2

Salah satu contohnya adalah molekul litium oksida Li2O yang berbentuk linear daripada

berbentuk tekuk. Hal ini dikarenakan ikatan yang bersifat sangat ionik, menyebabkan gaya

tolakan yang sangat kuat antara atom litium.[11]

Contoh lainnya adalah O(SiH3)2 dengan sudut Si-O-Si 144,1°. Hal ini berbeda dengan sudut

pada Cl2O yang sebesar 110,9°, (CH3)2O 111.7°, dan N(CH3)3 110,9°. Gillespies mengajukan

bahwa terdapat lokalisasi pasangan menyendiri, sehingga kemampuan pasangan menyendiri

tersebut untuk menolak pasangan elektron lainnya akan menjadi sangat kuat ketika ligannya

memiliki elektronegativitas yang sama ataupun lebih kuat daripada atom pusat. [6] Ketika atom

pusat lebih elektronegatif, seperti pada O(SiH3)2, pasangan menyendirinya akan kurang

terlokalisasi, sehingga memiliki gaya tolakan yang lebih lemah. Kombinasi efek ini dengan

gaya tolak antar ligan akan menyebabkan sudut ikat Si-O-Si lebih besar daripada yang

diprediksi.[6]

Beberapa molekul AX6E1

Beberapa molekul AX6E1, seperti anion Te(IV) dan Bi(III), TeCl62−, TeBr6

2−, BiCl63−,

BiBr63− dan BiI6

3−, berbentuk oktahedron sempurna dan pasangan menyendirinya tidak

memengaruhi geometri molekul.[12] Salah satu rasionalisasi pengamatan ini adalah bahwa

sesakan sterik ligan tidak menyediakan ruang untuk pasangan menyendiri yang tidak

berikatan,[6] rasionalisasi lainnya menjelaskannya menggunakan efek pasangan inert[13]