Cara Menghitung Muatan Formal dan Hibridisasi, dengan Kalkulator Gratis

Apa itu muatan formal

Muatan formal adalah muatan yang dimiliki sebuah atom jika setiap ikatan dalam struktur Lewis digunakan bersama secara setara oleh kedua atomnya. Ini adalah alat pembukuan. Muatan formal memberi tahu di mana muatan sebuah ion berada dalam struktur Lewis tertentu dan membantu Anda memilih struktur terbaik bila ada beberapa.

Rumusnya adalah MF = V − N − B/2.

• V adalah jumlah elektron valensi atom bebas. Untuk unsur golongan utama, nilainya sama dengan nomor golongan: C = 4, N = 5, O = 6, F dan Cl = 7.
• N adalah jumlah elektron tak berikatan pada atom. Setiap pasangan elektron bebas dihitung 2.
• B adalah jumlah elektron ikatan di sekitar atom. Ikatan tunggal dihitung 2, ikatan rangkap dua 4, dan ikatan rangkap tiga 6. B/2 tidak lain adalah jumlah ikatan.

Jumlah muatan formal semua atom sama dengan muatan total molekul atau ion.

Apa itu hibridisasi dan cara menentukannya

Hibridisasi menggambarkan campuran orbital s dan p yang dipakai sebuah atom untuk ikatan σ dan pasangan elektron bebasnya. Tentukan dari bilangan sterik: jumlah atom yang terikat pada atom tersebut ditambah jumlah pasangan elektron bebasnya. Ikatan rangkap dua dan rangkap tiga dihitung sekali, karena hanya satu ikatan σ yang menghubungkan kedua atom.

Pengecualian konjugasi. Nitrogen, oksigen, atau karbanion dengan pasangan elektron bebas di samping ikatan π biasanya menempatkan pasangan elektron bebas itu di orbital p agar dapat terdelokalisasi. Atom tersebut kemudian memakai tiga orbital hibrida dan bersifat sp², meskipun hitungan sederhana memberikan 4. Ini berlaku untuk N pada amida, anilina, dan pirol, O pada ester, fenol, dan furan, serta O⁻ pada gugus karboksilat dan nitro.

Cara memakai kalkulator langkah demi langkah

1. Buka kalkulator muatan formal dan hibridisasi.
2. Gambar struktur di editor, atau ketik di kotak SMILES atau rumus lalu tekan Hitung. Rumus seperti NO3-, SO4^2-, atau XeF4 dapat dipakai untuk spesi dengan satu atom pusat. Untuk yang lain, gunakan SMILES seperti C[N+](=O)[O-].
3. Atau tekan tombol contoh: CO₂, NO₃⁻, Ozon, Nitrometana, Asetat, Anilina, dan lainnya.
4. Baca tabelnya. Setiap baris menunjukkan V, N, B, perhitungan Muatan formal = V − N − B/2, bilangan sterik, hibridisasi, geometri elektron, bentuk, dan perkiraan sudut ikatan. Centang Tampilkan atom hidrogen di tabel untuk ikut menampilkan atom H.
5. Tanda bintang pada bilangan sterik menandai pasangan elektron bebas terkonjugasi (sp² alih-alih sp³).
6. Gunakan Pemeriksaan muatan formal manual untuk satu atom dalam struktur yang Anda gambar di kertas: masukkan unsur, atom yang terikat, ikatan yang digambar, dan pasangan elektron bebas.
7. Tekan Buka di MolDraw untuk menyimpan struktur dan mengekspornya.

Contoh soal

1. Ion nitrat, NO₃⁻

Satu ikatan rangkap N=O dan dua ikatan tunggal N–O. N tidak memiliki pasangan elektron bebas: MF = 5 − 0 − 8/2 = +1. O berikatan rangkap memiliki 2 pasangan elektron bebas: MF = 6 − 4 − 4/2 = 0. Setiap O berikatan tunggal memiliki 3 pasangan elektron bebas: MF = 6 − 6 − 2/2 = −1. Jumlah = +1 + 0 − 1 − 1 = −1. N memiliki tiga ikatan σ dan tanpa pasangan elektron bebas, sehingga sp² dan segitiga planar (120°).

2. Ozon, O₃

O pusat memiliki satu pasangan elektron bebas, satu ikatan rangkap, dan satu ikatan tunggal: MF = 6 − 2 − 6/2 = +1. O ujung yang berikatan tunggal memiliki 3 pasangan elektron bebas: MF = 6 − 6 − 1 = −1. O ujung yang berikatan rangkap bernilai 0. O pusat memiliki bilangan sterik 3 (2 atom + 1 pasangan elektron bebas), sehingga sp² dan bengkok, dengan sudut terukur 116,8°.

3. Ion sianida, CN⁻

C≡N dengan satu pasangan elektron bebas pada masing-masing atom. C: MF = 4 − 2 − 6/2 = −1. N: MF = 5 − 2 − 6/2 = 0. Muatan negatif berada di karbon, itulah sebabnya sianida berikatan dengan logam melalui C. Kedua atom bersifat sp.

4. Nitrometana, CH₃NO₂

N memiliki empat ikatan (satu C–N, satu N=O, satu N–O) dan tanpa pasangan elektron bebas: MF = 5 − 0 − 8/2 = +1. O berikatan tunggal bernilai −1. Menggambar dua ikatan N=O akan menempatkan 10 elektron pada nitrogen, yang tidak mungkin bagi atom periode kedua. N bersifat sp², dan karbon CH₃ bersifat sp³.

5. Asetamida, CH₃CONH₂

Semua muatan formal bernilai 0. N memiliki tiga ikatan σ dan satu pasangan elektron bebas, sehingga hitungan sederhana menyatakan sp³. Pasangan elektron bebas itu berada di samping ikatan π C=O dan terdelokalisasi, sehingga N amida bersifat sp² dan planar. Inilah sebabnya ikatan C–N pada amida memiliki karakter ikatan rangkap parsial.

Tabel ringkasan

Kesalahan umum

• Mengurangkan B alih-alih B/2. Jika B dihitung sebagai elektron, bagi dengan 2.
• Menghitung jumlah pasangan elektron bebas alih-alih jumlah elektronnya untuk N. Dua pasangan elektron bebas memberikan N = 4.
• Menghitung ikatan rangkap sebagai dua domain saat menentukan bilangan sterik.
• Memberi C, N, atau O lebih dari 8 elektron. Hanya atom periode 3 ke bawah (P, S, Cl, Xe) yang dapat memperluas oktetnya.
• Menyebut nitrogen amida atau anilina sp³.
• Mencampuradukkan muatan formal dengan bilangan oksidasi. Pada CO₂, C memiliki muatan formal 0 tetapi bilangan oksidasi +4.

Tips ujian (JEE, NEET, AP, A-level)

• Periksa jumlahnya. Muatan formal harus berjumlah sama dengan muatan ion. Jika tidak, ada pasangan elektron bebas yang hilang atau berlebih.
• Struktur Lewis terbaik: muatan formal sedekat mungkin dengan nol, muatan negatif pada atom yang lebih elektronegatif, dan tidak ada oktet di atas 8 untuk atom periode 2.
• JEE dan NEET sering menanyakan hibridisasi atom pusat dalam ion seperti I₃⁻ (sp³d), XeF₄ (sp³d²), dan SO₄²⁻ (sp³). Gunakan bilangan sterik.
• Soal free-response AP Chemistry meminta Anda membenarkan struktur resonansi atau struktur Lewis terbaik dengan muatan formal. Tuliskan perhitungan V − N − B/2.
• Soal kimia organik A-level tentang keplanaran amida atau kebasaan anilina bergantung pada nitrogen sp² dan pasangan elektron bebasnya yang terdelokalisasi.

Alat terkait

Panduan terkait