Kimia - Muatan Formal dan Struktur Lewis

 Dengan membandingkan jumlah elektron pada suatu atom bebas dengan jumlah elektron yang terkait dengan atom tersebut dalam struktur Lewis, kita dapat menentukan distribusi elektron dalam molekul dan menggambarkan struktur Lewisnya yang paling mungkin. Prosedurnya sebagai berikut: dalam keadaan bebas, jumlah elektron yang dimiliki oleh suatu atom sama dengan jumlah elektron valensinya. (Seperti biasa, kita tidak perlu memperhatikan elektron-elektron bagian dalam). Didalam molekul, elektron yang dimiliki oleh suatu atom adalah elektron-elektron bebas pada atom tersebut ditambah pasangan elektron ikatan diantara atom tersebut dengan atom yang lain. Tetapi, karena pasangan elektron ikatan digunakan bersama oleh atom-atom yang berikatan maka jumlah elektron pada pasangan elektron ikatan harus dibagi secara merata diantara atom-atom yang membentuk ikatan tersebut. Muatan formal (formal charge) suatu atom adalah jumlah elektron valensi dalam atom bebas dikurangi jumlah elektron yang dimiliki oleh atom tersebut di dalam struktur Lewis.

Untuk menentukan jumlah elektron atom dalam struktur Lewis, aturan berikut:
1.    Semua elektron non-ikatan dalam atom tersebut dinyatakan milik atom itu.
2.    Kita membagi ikatan antara atom tersebut dengan atom yang lain dan menyatakan separuh elektron ikatannya sebagai milik atom tersebut.

Konsep muatan formal dapat diilustrasikan dengan menggunakan molekul ozon (O₃) sebagai contoh. Dengan mengikuti tahapan, kita bisa menggambarkan struktur Lewis untuk O₃:

Muatan formal pada setiap atom dalam O₃ sekarang dapat dihitung menurut skema berikut:

dimana garis merah bergelombang menyatakan pemutusan ikatan. Perhatikan bahwa pemutusan ikatan tunggal menghasilkan transfer satu elektron, pemutusan ikatan rangkap dua mengasilkan transfer dua elektron untuk masing-masing atom dalam ikatan dan seterusnya. Jadi muatan formal untuk atom-atom dalam O₃ adalah:

Untuk muatan positif satu dan muatan negatif satu, biasanya penulisan angka 1 diabaikan.

Aturan berikut dapat membantu Anda dalam penulisan muatan formal:

1. Untuk molekul netral, jumlah muatan formal harus nol, karena merupakan spesi netral. (Aturan ini berlaku, misalnya pada molekul O₃.)
2. Untuk kation, jumlah muatan formal harus sama dengan muatan positifnya.
3. Untuk anion, jumlah muatan formal harus sama dengan muatan negatifnya.

Ingatlah bahwa molekul formal tidak menyatakan pemisahan muatan yang sebenarnya di dalam molekul. Dalam molekul ozon misalnya, tidak ada bukti yang menyatakan bahwa atom O pusat bermuatan 1+ atau salah satu atom O ujung bermuatan 1-. Penulisan muatan-muatan ini pada atom dalam struktur dalam Lewis hanya membantu kita untuk melihat elektron valensi dalam molekul.

Kadang-kadang terdapat lebih dari satu struktur Lewis yang mungkin untuk spesi tertentu. Pada kasus seperti ini, muatan formal dapat membantu kita untuk memiliki struktur Lewis yang lebih disukai dan petunjuknya adalah sebagai berikut:

1. Pada molekul netral, struktur Lewis tanpa muatan formal lebih disukai dari struktur dengan muatan formal.
2. Struktur Lewis dengan muatan formal yang besar (2+, 3+, dan/atau 2-, 3-, dan seterusnya) kurang disukai daripada struktur dengan mutan formal yang kecil.
3. Di antara struktur Lewis dengan distribusi mauatan formal yang serupa, struktur yang paling disukai adalah struktur yang muatan negatifnya berada pada atom yang lebih elektronegatif.