Struktur kimia

Struktur kimia merupakan informasi penataan atom-atom dan ikatan-ikatan yang membentuk suatu senyawa kimia. Struktur ini dapat digunakan untuk membahas sebuah molekul atau kumpulan atom seperti kristal. Informasi ini termasuk geometri molekul, konfigurasi elektron, dan bahkan struktur kristal.

Geometri molekul mengacu pada penataan atom dalam ruang tiga dimensi dan umumnya juga melibatkan panjang ikatan dan sudut ikatan di antara atom-atom yang berikatan, sedangkan konfigurasi elektron merupakan deskripsi pengisian orbital dari molekul tersebut. 

Struktur kimia harus mampu diterapkan untuk menjelaskan struktur molekul dengan baik, dari molekul sederhana seperti gas oksigen (O2) dan nitrogen (N2) hingga yang kompleks seperti protein dan DNA. 

 Penentuan struktur kimia 
Penentuan struktur kimia merupakan salah satu kegiatan penting dalam ilmu kimia karena struktur kimia menjadi aspek inti dari ilmu ini. 

Terdapat berbagai metode dalam penentuan struktur kimia, masing-masing memiliki kegunaan untuk mempelajari satu atau beberapa aspek dari senyawa tersebut. Seseorang harus mampu membedakan bagian keterikatan antaratom dalam molekul, bagian penataan dalam ruang tiga dimensi (seperti konfigurasi molekul cis-trans atau E-Z dan kiralitas), dan bagian pengukuran nilai dari panjang ikatan, sudut ikatan, dan sebagainya. Maka dari itu, upaya penentuan struktur kimia ini dimulai dari menentukan pola dan jenis ikatan yang terlibat, sebelum mendapatkan struktur tiga dimensi yang lengkap dengan besaran-besarannya.

Metode penentuan struktur umumnya melibatkan metode spektroskopi, yakni metode yang memanfaatkan interaksi antara radiasi elektromagnetik dengan materi. Beberapa peraih Nobel mempopulerkan metode ini untuk mengelusidasi struktur kimia, seperti John Kendrew, Max F. Perutz, dan Dorothy Hodgkin. Beberapa di antaranya adalah sebagai berikut:

Metode untuk mencari keterikatan atom dan struktur elektronik

 Spektroskopi vibrasi, inframerah, ultraungu, dan Raman untuk memberikan informasi awal mengenai gugus fungsi dan jenis ikatan;
 Resonansi magnetik nuklir (proton dan karbon-13) untuk menentukan lingkungan dan gugus fungsi di sekitar suatu atom; dan
 Spektrometri massa untuk menentukan massa molekul suatu molekul atau sebagian molekul;  serta
 Voltammetri siklik dan spektroskopi fotoelektron sinar-x untuk menentukan sifat redoks suatu senyawa dan jenis orbital suatu zat.  

Metode untuk mencari struktur tiga dimensi:

 Kristalografi sinar-x untuk menentukan model tiga dimensi dari sebuah senyawa yang sudah dikristalkan dan
 Mikroskopi elektron untuk mendapatkan struktur langsung suatu zat tanpa perlu tahap kristalisasi 

Begitu struktur kimia dari suatu molekul sudah ditentukan, seseorang dapat membentuk representasinya menggunakan struktur Lewis (untuk keterikatan atom paling sederhana) dan bahkan dapat menggambar struktur tiga dimensi dengan model bola molekuler seperti model bola-dan-pasak atau model ruang terisi. 

 Geometri molekul kovalen 
Begitu struktur kimia dari suatu molekul sudah ditentukan, seseorang dapat menggambarkannya dengan struktur Lewis (untuk keterikatan atom paling sederhana) dan bahkan dapat memprediksi geometri molekulnya. Untuk membangun geometri tersebut, salah satu aspek penting yang perlu ditinjau adalah sifat elektron (dan orbital yang terisi elektron) yang bermuatan negatif. Elektron yang berada pada posisi berdekatan akan mengalami tolakan sehingga geometri molekul paling optimal akan terbentuk apabila tolakan ini minimum.
Inilah yang menjadi landasan teori tolakan pasangan elektron valensi (Valence-Shell Electron Pair Repulsion, VSEPR) sehingga seseorang mampu untuk membuat perkiraan geometri dari sebuah molekul. Pasangan elektron bebas (PEB) akan mengalami tolakan yang lebih besar daripada pasangan elektron yang terlibat dalam ikatan (PEI). Teori ini mampu memberikan pendekatan yang baik dari bentuk dan struktur banyak molekul dan mampu memberikan prediksi yang akurat apabila disempurnakan dengan teori hibridisasi. Tabel di bawah menunjukkan beberapa (prediksi) geometri molekul paling umum dan senyawa-senyawa dengan geometri tersebut.
 Molekul linear Molekul angular Molekul planar Molekul piramidal Molekul tetrahedral 140px 140px 140px 140px 140px Molekul karbonil sulfida, SCO Molekul air, H2O Molekul boron trifluorida, BF3 Molekul tiotionil, S2F2 Molekul silikon tetrafluorida, SiF4 2 PEI di atom C 2 PEB + 2 PEI di atom O 3 PEI di atom B 1 PEB + 3 PEI di atom S 4 PEI di atom SiHibridisasi spHibridisasi sp3Hibridisasi sp2Hibridisasi sp3Hibridisasi sp3

Keterangan: Ikatan rangkap dihitung sebagai 1 PEI, tetapi penyederhanaan ini membuat geometri molekul yang diprediksi dengan VSEPR dapat berbeda dengan aslinya. 

Apabila geometri molekul sudah ditentukan (diprediksi), senyawa tersebut dapat digambar dalam struktur tiga dimensi dengan model bola molekuler seperti model bola-dan-pasak atau model ruang terisi.
 Molekul Atom Ion Logam 150px 150px 150px 150px Asam tioasetat, CH3-COSH Intan, Cn Tembaga(I) Iodida, CuI2 Logam Ikatan kovalen molekul Ikatan kovalen retikuler Ikatan ionik Ikatan logam

Jelas, ketika jumlah atom dalam molekul meningkat, kompleksitas strukturnya meningkat dan metode penentuannya makin sulit. Beberapa di antaranya adalah sebagai berikut.
 Benzena Heliks α (protein) DNA Hemoglobin 150px 150px 150px 150px Kekulé (1865) Pauling dan Corey (1951) Watson dan Crick (1953) Max F. Perutz (1960)

 Lihat pula 

 Diagram struktur kimia
 Asas larangan Pauli
 Prinsip Aufbau
 Kaidah oktet
 Kristalografi

 Referensi 

 Bacaan lebih lanjut 
 Warren Gallagher, 2006, "Lecture 7: Structure Determination by X-ray Crystallography," dalam Chem 406: Biophysical Chemistry, self-published course notes, Eau Claire, WI, USA:University of Wisconsin-Eau Claire, Department of Chemistry, lihat , diakses tanggal 2 Juli 2014.


Kategori:Kimia analisis