Cara Menentukan Muatan Formal pada Ikatan Kimia

Pada ikatan kimia, akan ada istilah muatan formal. Ituloh kalau diperhatikan pada ikatan kovalen, ada struktur yang tidak mengikuti kaidah oktet. Jadi senyawanya nggak ada dong? Secara teori sih tidak bisa, tapi kenyataannya, senyawanya ada. Misalnya CO.

Teori Dulu

Muatan formal merupakan suatu perhitungan yang dapat digunakan di struktur Lewis untuk menentukan muatan dari atom-atom yang membentuk ikatan ion atau ikatan kovalen.

Pada beberapa senyawa kovalen, beberapa unsur terlihat membentuk ikatan kovalen dengan jumlah elektron yang tidak lazim. Ternyata menggambar struktur Lewis yang sepenuhnya benar dari senyawa tersebut tidak dimungkinkan, kecuali bila diberikan muatan elektrostatik. Nah, muatan elektrostatik inilah yang disebut muatan formal. Disebut muatan formal dikarenakan muatan ini hanya aturan arbiter, tidak selalu berarti muatan sesungguhnya pada atom.

Perhatikan struktur Lewis berikut:

Rumus asam nitrat tersebut menunjukkan tiga oksigen yang terikat pada nitrogen. Nitrogen dan tiap oksigen sebenarnya mempunyai kaidah oktet lengkap, namun ada satu atom oksigen diikat hanya satu kovalen bukannya oleh dua seperti biasa. Seandainya elektron dalam ikatan HNO3 dibagi antara atom-atom sedemikian sehingga tiap atom digabung oleh suatu ikatan kovalen diberi satu elektron dari ikatan kovalen tersebut, tentu oksigen hanya mempunyai satu ikatan, hingga tidak memenuhi kaidah oktet.

Oleh karenanya, oksigen diberi muatan elektrostatik atau muatan formal sebesar -1. Sama dengan nitrogen hanya mempunyai empat elektron valensi, satu elektron kurang dibandingkan untuk kaidah oktet. Nitrogen kekurangan elektron sehingga mempunyai muatan formal +1. Atom lain dalam asam nitrat semuanya memiliki elektron sama banyak seperti atom netral, maka muatan formal lainnya 0.

Dalam molekul atau ion, jumlah muatan formal atom-atom harus sama dengan jumlah muatan molekul atau ion. Perhatikan pada ion hidronium (H3O+) yaitu hasil reaksi molekul air dengan proton.

Struktur tersebut mempunyai delapan elektron di sekeliling oksigen dan dua elektron sekitar hidrogen, sehingga semua kulit valensi terisi penuh. Perhatikan semua ada delapan elektron valensi, oksigen mempunyai enam dan setiap hidrogen menyumbangkan satu, jumlah seluruhnya sembilan. Tetapi ion ini mempunyai satu muatan positif. Sehingga satu elektron harus dilepas agar menjadi delapan). Delapan elektron ini membentuk tiga ikatan O-H dan sisanya sepasang elektron bebas pada oksigen.

Walaupun seluruh ion hidronium membawa satu muatan positif, ada sebuah pertanyaan, “Atom yang mana membawa muatan?” Untuk memastikan muatan formal, dapat dianggap bahwa setiap atom memiliki semua elektron bebasnya ditambah dengan setengah dari jumlah elektron digunakan bersama. Untuk mendapatkan muatan formal, kurangi jumlah ini dari jumlah elektron valensi dalam atom netral.

Cara Menentukan Muatan Formal dengan Cara Ribet

Dari penjelasan sebelumnya, didapatlah penentuan muatan formal dengan menggunakan rumus:

Muatan formal = (jumlah elektron valensi bebas) – (jumlah pasangan elektron mandiri) – (1/2 jumlah elektron ikatan)

Catatan:

Perlu diingat! Sebelum terjadi kesalahpahaman diantara kita. Pada “jumlah pasangan elektron mandiri) dihitung ketika ada pasangan elektron bebeas (PEB). Misalkan kalau sebuah atom dengan PEB yaitu 1, maka jumlah pasangan elektron mandiri yaitu 2. Jika atom dengan PEB yaitu 2, maka jumlah pasangan elektron mandiri yaitu 4. Tapi … kalau suatu atom dengan PEB yaitu 0, maka jumlah pasangan elektron mandiri yaitu 0.

PEB: 0 = pasangan elektron mandiri 2.
PEB: 2 = pasangan elektron mandiri 4.
PEB: 0 = pasangan elektron mandiri 0.

Contoh Muatan Formal:

Hitung muatan formal pada NH4+.

Penyelesaian:
Muatan formal H = 1- 0- (2/2) = 0
Muatan formal N = 5- 0- (8/2) = +1

Hitung muatan formal pada H3O+.

Penyelesaian:
Muatan formal H = 1- 0 – (2/2) = 0
Muatan formal O = 6- 2- (6/2) = +1

Hitung muatan formal pada CO32-.

Penyelesaian:
Muatan formal C = 4 – 0 – (8/2) = 0
Muatan formal O(1) = 6 – 4 – (4/2) = 0
Muatan formal O(2) = 6 – 6 – (2/2) = -1
Muatan formal O(3) = 6 – 6 – (2/2) = -1

Cara Menentukan Muatan Formal dengan Cara Sederhana

Jika rumus sebelumnya kelihatannya muatan formal begitu ribet. Tapi ya … rumus resminya memang seperti itu, hehe. Sekarang marilah memperhatikan rumus yang lebih sederhana. Berikut adalah rumusnya:

Muatan formal = jumlah elektron valensi pada atom – jumlah elektron yang dimiliki pada suatu ikatan.

NB: jumlah elektron yang dimiliki pada suatu ikatan itu perhatikan terlebih dahulu PEB. Kalau PEB suatu atom 1, maka jumlah elektron yang dimiliki 2. Kalau PEB suatu atom 3 maka jumlah elektron yang dimiliki pada ikatan 6. Tapi kalau PEB 0, maka jumlah elektron yang dimiliki pada ikatan 0. Setelah itu lalu hitung berapa jumlah ikatannya.

Misalkan suatu atom memiliki jumlah ikatan 4 dan PEB 0, maka jumlah elektron yang dimiliki pada suatu ikatan 4. Kalau jumlah ikatan 3 dan PEB 1, maka jumlah elektron yang dimiliki pada suatu ikatan 5.

Jlh ikatan: 4; PEB: 0 = Jlh elektron dimiliki: 4
Jlh ikatan: 3; PEB: 1 = Jlh elektron dimiliki: 5
Jlh ikatan: 1; PEB: 1 = Jlh elektron dimiliki: 3

Contoh Muatan Formal Versi Sederhana:

Hitung muatan formal pada NH4+.

Penyelesaian:
Muatan formal H = 1 – 1 = 0
Muatan formal N = 5 – 4 = +1

Hitung muatan formal pada H3O+.

Penyelesaian:
Muatan formal H = 1 – 1 = 0
Muatan formal O = 6 – 5 = +1

Hitung muatan formal pada CO32-.

Penyelesaian:
Muatan formal C = 4 – 4 = 0
Muatan formal O(1) = 6 – 6 = 0
Muatan formal O(2) = 6 – 7 = -1
Muatan formal O(3) = 6 – 7 = -1

Catatan Penting Muatan Formal

Eits, salah satu kegunaan muatan formal itu, untuk mengetahui struktur Lewis yang terbaik. Pada senyawa kompleks, yang unsurnya banyak, tentu banyak variasi struktur Lewis yang dapat dilakukan. Namun dari banyak struktur Lewis yang didapat, manakah yang terbaik? Yaitu dengan melihat muatan formal yang jumlahnya paling sedikit.

Contoh 1:

Perhatikan struktur hidroksilamina (NH3O). Di antara kedua struktur berikutt mana yang terbaik?

Penyelesaian:

Struktur yang terbaik yakni struktur 2, karena muatan formal keseluruhan atomnya 0.

Contoh 2:

Perhatikan struktur H2SO4. Di antara kedua struktur berikutt mana yang terbaik?

Penyelesaian:

Struktur yang terbaik yakni struktur 2, karena muatan formal keseluruhan atomnya 0.

Contoh 3

Perhatikan struktur CO. Di antara kedua struktur berikutt mana yang terbaik?

Penyelesaian:

Struktur yang terbaik yakni struktur 1, kenapa? Walaupun muatan formal pada struktur 2 keseluruhan atomnya adalah 0, tapi perhatikan pada atom C. Atom C pada struktur 2 tidak mengikuti kaidah oktet. Jumlah elektron yang dimiliki atom C yaitu 7.