Misteri Kepolaran & Sejarah Penomoran Golongan Periodik

Kepolaran: Bukan Sekadar Bebas PEB

Sering kali kita dikasih jalan pintas: "Kalau atom pusat nggak punya Pasangan Elektron Bebas (PEB), berarti molekulnya nonpolar." Aturan ini nggak salah, tapi menyembunyikan alasan aslinya. Kepolaran itu sebenarnya urusan tarik-menarik.

Bayangkan ikatan kimia sebagai ajang tarik tambang elektron. Kalau atom X dan Y punya kekuatan (elektronegativitas) yang beda, elektron akan lebih condong tertarik ke salah satu pihak. Ketimpangan ini menciptakan momen dipol (vektor gaya tarikan).

Lalu, bagaimana momen dipol total molekul bisa nol (nonpolar)? Jawabannya ada pada simetri.

Jika molekul berbentuk asimetris, resultan tarikannya akan mengarah ke satu sisi—membuatnya polar. Tapi, jika tiga atom Y menarik atom pusat X dengan kekuatan yang sama persis dari arah yang seimbang sempurna, resultan gayanya akan saling meniadakan. Titik pusatnya tidak akan bergeser sama sekali. Inilah alasan mendasar kenapa momen dipolnya bernilai nol!

Berdasarkan konsep gaya tarik, alasan utama molekul XY3 memiliki momen dipol sama dengan nol adalah...

  • A. Hanya bergantung pada ada atau tidaknya PEB di atom pusat
  • B. Terjadi karena atom X dan atom Y memiliki keelektronegatifan yang persis sama
  • C. Terjadi karena gaya tarikan antar atom saling meniadakan dalam susunan yang simetris
  • D. Karena jumlah elektron valensi atom X lebih besar daripada atom Y

Jawaban: C. Terjadi karena gaya tarikan antar atom saling meniadakan dalam susunan yang simetris

Kepolaran nol (nonpolar) adalah hasil dari vektor momen dipol ikatan yang saling meniadakan karena susunan geometri yang simetris, bukan sekadar urusan PEB.

Momen dipol molekul bernilai nol jika gaya tarikan dipol ikatan saling meniadakan secara simetris sempurna.

Geometri Sempurna XY3

Kita sudah tahu bahwa momen dipol nol pada $XY_3$ terjadi karena tarikan ketiga atom Y seimbang. Pertanyaannya, bangun ruang seperti apa yang memungkinkan keseimbangan sempurna untuk 3 ikatan?

Satu-satunya cara agar 3 ikatan saling meniadakan tarikannya secara total adalah jika mereka terdistribusi merata dalam satu bidang datar. Geometri ini disebut Segitiga Datar (Trigonal Planar), dengan jarak antar ikatan yang membentuk sudut persis $120^\circ$.

Trigonal planar geometry Gambar: Jorge Adrián Serrano, CC0 — Wikimedia Commons

Kalau atom pusat memiliki sisa Pasangan Elektron Bebas (PEB), ceritanya akan lain. PEB ini butuh ruang yang lebih besar dan akan "menolak" ketiga ikatan tersebut ke bawah. Bentuknya tak lagi datar, melainkan menjadi Piramida Trigonal (seperti pada molekul amonia, $NH_3$). Karena ikatan-ikatannya terdorong ke satu sisi, tarikannya tidak lagi seimbang dan momen dipolnya tidak akan nol.

ilustrasi

Tentukan kebenaran dari pernyataan-pernyataan seputar geometri molekul berikut!

  • Molekul XY3 dengan geometri Segitiga Datar memiliki sudut ikatan 120 derajat. — Benar
  • Adanya PEB pada atom pusat X tidak akan memengaruhi sudut dan arah ikatan atom Y. — Salah
  • Bentuk piramida trigonal pada XY3 menandakan adanya momen dipol (polar). — Benar

Molekul XY3 tanpa PEB membentuk segitiga datar yang simetris (momen dipol nol). PEB akan menolak ikatan menjadi bentuk piramida trigonal yang asimetris dan polar.

Geometri segitiga datar tanpa PEB menghasilkan momen dipol nol, sedangkan adanya PEB akan mengubah bentuk jadi asimetris (piramida trigonal) dan menjadi polar.

Dari Geometri ke Elektron Valensi

Sekarang kita pegang dua fakta kunci tentang atom X di molekul $XY_3$:

  1. Mengikat tepat 3 atom Y.

  2. Tidak punya PEB (karena kalau ada, bentuknya tidak akan simetris dan momen dipolnya tidak nol).

Lalu, berapa jumlah elektron valensi (elektron terluar) yang dimiliki atom X di awal?

Dalam ikatan kovalen tunggal, satu ikatan membutuhkan sepasang elektron. Biasanya, tiap atom menyumbang satu elektron (satu dari X, satu dari Y). Karena X mengikat 3 atom Y, berarti atom X harus menyumbangkan 3 elektron untuk dipakai berikatan.

Karena tidak ada lagi elektron yang tersisa menganggur sebagai PEB di atom X, berarti total elektron terluar atom X sejak awal memang tepat berjumlah 3.

Berapa jumlah elektron valensi atom X pada senyawa XY3 yang memiliki momen dipol 0?

  • A. 0
  • B. 3
  • C. 5
  • D. 8

Jawaban: B. 3

Karena X membentuk 3 ikatan tunggal (menyumbang 3 elektron) dan momen dipolnya 0 (tidak ada elektron bebas), maka total elektron valensinya adalah 3.

Jika atom pusat mengikat 3 atom lain dan momen dipolnya nol (tanpa PEB), maka elektron valensi awalnya adalah 3.