Kepolaran: Tarik Tambang Elektron

Tarik Tambang Dua Orang

Molekul diatomik dengan atom sejenis selalu nonpolar karena tarikan elektronnya seimbang sempurna.

Bayangkan ikatan kovalen sebagai permainan tarik tambang elektron antara dua atom. Elektron yang dipakai bersama ibarat pita di tengah tali tambang. Setiap atom memiliki kekuatan tarik terhadap elektron yang disebut keelektronegatifan. Unsur Fluorin ($\text{F}$) dikenal sebagai "juara" tarik tambang karena memiliki keelektronegatifan paling besar di tabel periodik.

Namun, ketika dua atom Fluorin berikatan membentuk molekul gas $\text{F}_2$, kedua belah pihak memiliki kekuatan yang persis sama. Pita di tengah tali tidak bergeser sedikit pun ke kiri maupun ke kanan. Akibatnya, sebaran elektron merata sempurna dan tidak timbul kutub muatan positif maupun negatif. Molekul yang tidak memiliki kutub ini disebut molekul nonpolar. Inilah alasan mengapa Opsi E ($\text{F}_2$) bukan molekul polar.

Simetri Bikin Tarikan Batal

Molekul dengan ikatan polar bisa menjadi nonpolar secara keseluruhan jika bentuk geometrinya simetris sehingga tarikannya saling meniadakan.

Sekarang bayangkan satu atom pusat di tengah yang dikelilingi oleh atom-atom $\text{F}$. Karena Fluorin sangat kuat menarik elektron, setiap ikatan tunggal yang terbentuk memang bersifat polar. Namun, apakah molekul keseluruhannya otomatis menjadi polar?

Coba ingat intuisimu saat sebuah benda ditarik oleh $4$ orang ke $4$ penjuru berlawanan dengan kekuatan yang sama persis: benda tersebut akan tetap diam di tempat karena gaya tariknya saling meniadakan. Dalam kimia, ketika tarikan elektron dari segala arah saling membatalkan secara total, resultan tarikan (momen dipol) menjadi bernilai nol ($0$), sehingga tidak ada kutub muatan total yang terbentuk.

Diagram arah tarikan momen dipol pada BeF2, BF3, dan CF4 yang saling meniadakan karena bentuk simetris.

Fenomena saling meniadakan ini terjadi pada bentuk-bentuk molekul simetris berikut:

$\text{CF}_4$ (Opsi C): Memiliki bentuk tetrahedral ($4$ arah simetris). Tarikan $4$ atom $\text{F}$ saling meniadakan sempurna, sehingga $\text{CF}_4$ bersifat nonpolar.
$\text{BeF}_2$ (Opsi A): Memiliki bentuk linier lurus ($2$ tarikan berlawanan $180^\circ$). Tarikannya saling membatalkan, menjadikannya nonpolar.
$\text{BF}_3$ (Opsi B): Memiliki bentuk segitiga datar ($3$ arah simetris $120^\circ$). Resultan tarikannya juga nol, sehingga bersifat nonpolar.

Molekul karbon dioksida (CO2) memiliki struktur linier lurus (O=C=O). Jika atom Oksigen menarik elektron lebih kuat dibandingkan Karbon, apakah molekul CO2 bersifat polar atau nonpolar secara keseluruhan?

Polar, karena Oksigen sangat kuat menarik elektron sehingga membentuk kutub negatif.
Nonpolar, karena tarikan kedua atom Oksigen saling berlawanan arah dan membatalkan.
Polar, karena terdapat dua ikatan antara Karbon dan Oksigen yang memperkuat tarikan.
Nonpolar, karena Karbon dan Oksigen memiliki kekuatan tarik elektron yang persis sama.

Jawaban: Nonpolar, karena tarikan kedua atom Oksigen saling berlawanan arah dan membatalkan.

Molekul CO2 memiliki bentuk linier (lurus 180°). Walaupun ikatan C=O bersifat polar karena Oksigen lebih elektronegatif, tarikan kedua atom Oksigen berlawanan arah secara simetris sehingga saling membatalkan (resultan momen dipol = 0), membuat CO2 bersifat nonpolar. Pengecoh A dan C salah karena mengabaikan geometri simetris, sedangkan D salah karena keelektronegatifan C dan O sebenarnya berbeda.

Molekul dengan ikatan polar bersifat nonpolar jika bentuk geometrinya simetris dan tarikan elektronnya saling membatalkan.

Cara Cepat Melacak PEB

Pasangan Elektron Bebas (PEB) dapat dihitung dengan mengurangi elektron valensi atom pusat dengan jumlah elektron yang dipakai berikatan.

Untuk mengetahui apakah simetri sebuah molekul akan terjaga atau rusak, kita perlu melacak apakah ada "pemain tak kasat mata" pada atom pusat. Pemain ini adalah pasangan elektron valensi yang tidak ikut membentuk ikatan, dikenal sebagai Pasangan Elektron Bebas (PEB).

Ilustrasi sebaran lima elektron valensi Nitrogen dengan tiga elektron terikat pada Fluorin dan sepasang elektron bebas di bagian atas.

Kita dapat menentukan keberadaan PEB melalui langkah perhitungan sederhana:

Cek nomor golongan atom pusat: Golongan menunjukkan jumlah elektron valensi (modal elektron terluar).
Kurangi dengan jumlah ikatan: Hitung berapa atom yang diikat oleh atom pusat.
Bagi dua sisanya: Pasangkan sisa elektron yang tidak terpakai menjadi pasangan elektron.

Mari terapkan pada molekul $\text{NF}_3$:

Atom Nitrogen ($\text{N}$) berada di golongan 5A, artinya ia memiliki modal $5$ elektron valensi.
Nitrogen mengikat $3$ atom $\text{F}$, sehingga memakai $3$ elektron untuk berikatan:
$$\text{Sisa elektron} = 5 - 3 = 2\text{ elektron}$$
Dua elektron bebas yang tersisa ini berpasangan menjadi:
$$\text{PEB} = \frac{2}{2} = 1\text{ Pasangan Elektron Bebas}$$

Kehadiran $1$ pasang elektron bebas di puncak atom Nitrogen inilah yang menjadi pembeda utama $\text{NF}_3$ dibanding molekul-molekul sebelumnya.