Muatan formal

Muatan formal (atau disebut juga muatan resmi) adalah suatu perhitungan yang dapat digunakan pada struktur Lewis untuk menentukan muatan dari atom–atom yang membentuk suatu ikatan ionik maupun ikatan kovalen. Muatan formal merupakan jumlah elektron valensi dalam atom bebasnya dikurangi dengan jumlah elektron yang dimiliki oleh atom tersebut dalam sruktur Lewisnya.

Untuk menentukan jumlah elektron atom dalam struktur Lewisnya dapat digunakan aturan sebagai berikut:

• Semua elektron non-ikatan dalam atom dinyatakan sebagai milik atom tersebut
• Membagi ikatan antara atom tersebut dengan atom lain dan menyatakan bahwa separuh elektron ikatannya sebagai milik atom tersebut

Muatan formal dapat digunakan dalam menentukan struktur yang stabil dari suatu ikatan. Bila ada beberapa kemungkinan struktur Lewis yang dapat dibuat, maka struktur dengan muatan formal terkecil dan paling stabil yang dipilih.

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

• pada Molekul Netral, strukutur Lewis tanpa muatan formal lebih disukai daripada struktur yang memiliki muatan formal
• Struktur Lewis dengan muatan formal yang besar (2+, 3+, dan/atau 2-, 3-, dst) kurang disukai daripada struktur dengan muatan formal yang kecil
• Untuk struktur Lewis dengan distribusi muatan ormal yang serupa, struktur yang muatan negatifnya berada pada atom yang lebih elektronegatif lebih disukai.

Dari data tersebut, maka dapat disimpulkan bahwa struktur yang kedua lebih disukai karena H₂SO₄ merupakan senyawa netral yang tidak bermuatan (tanpa muatan formal).

Contoh senyawa lain yang juga memiliki lebih dari satu struktur lewis yang mungkin adalah molekul NOCl. Molekul NOCl memiliki empat struktur lewis yang mungkin yang dapat digambarkan sebagai berikut:

Untuk menentukan struktur yang paling mungkin untuk molekul NOCl, dapat dihitung muatan formalnya.

Tabel muatan formal atom-atom pada molekul NOCl

Unsur	Struktur 1	Struktur 2	Struktur 3	Struktur 4
Oksigen	0	+1	–1	+1
nitrogen	0	–1	0	–2
Klorin	0	0	+1	+1

Dari tabel dapat dilihat bahwa struktur yang pertama memiliki muatan formal yang paling rendah untuk semua atomnya, sedangkan struktur yang lain tidak. Oleh karena itu, untuk molekul NOCl, struktur yang lebih disukai adalah struktur yang pertama (struktur 1).

Molekul N₂O (Dinitrogen oksida) memiliki 3 struktur lewis yang mungkin.

Struktur mana yang menyatakan ikatan yang sebenarnya terjadi dalam molekul N₂O? Apakah kedua atom N dihubungkan dengan ikatan tunggal, rangkap dua, atau rangkap tiga? Sekali lagi kita menggunakan muatan formal untuk menentukan struktur terbaik untuk molekul N₂O tersebut, dimana kita memilih struktur yang masing-masing atomnya memiliki muatan formal terendah dan muatan formal negatif berada pada atom yang lebih elektronegatif.

Muatan formal untuk masing-masing atom pada ketiga struktur lewis dari molekul N₂O adalah sebagai berikut:

Jumlah muatan formal harus sama dengan muatan molekulnya, dimana dalam kasus ini muatan formal N₂O adalah 0 karena N₂O adalah molekul netral.

Pada struktur 3 terdapat dua kesalahan. Yang pertama, muatan formal negatif diletakkan pada atom nitogen yang kurang elektronegatif dibandingkan atom oksigen yang lebih elektronegatif. Struktur tersebut juga memiliki muatan formal yang paling besar. Struktur 2 juga meletakkan muatan formal negatif pada nitrogen, bukan pada oksigen. Oleh karena itu, kedua struktur terssebut tidak lebih baik daripada struktur 1.

Berikut ada data eksperimen yang mendukung struktur 1 sebagai struktur terbaik untuk molekul N₂O. Karena nitrogen membentuk ikatan tunggal, ikatan rangkap dua, dan ikatan rangkap tiga pada struktur yang diusulkan di atas, maka data panjang ikatan akan sangat membantu.

Kita menganggap ikatan tunggal N – N lebih panjang daripada ikatan rangkap dua N = N, dan pasti lebih panjang daripada ikatan rangkap tiga N ≡ N. Berikut adalah karakteristik panjang ikatan nitrogen – nitrogen untuk ketiga tipe ikatan.

Data panjang ikatan N - N

N−N	0.146 nm
N=N	0.125 nm
N≡N	0.110 nm

Penentuan eksperimental dari panjang ikatan nitrogen – nitrogen pada N₂O memberikan hasil panjang ikatan sebesar 0.113 nm yang bersesuaian dengan ikatan rangkap tiga yang terdapat pada struktur 1. Oleh karena itulah struktur 1 yang lebih disukai untuk molekul N₂O.

• Atkins, P. et.al. ( 2010). Inorganic Chemistry 5^th edition. Great Britain: Oxford University Press.
• Brady, James. E. ( 1999). Kimia Universitas: Asas dan Struktur Edisi 5 Jilid 1. Jakarta: Binarupa Aksara.
• Chang, Raymond. (2005). Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti Edisi Ketiga Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
• Fessenden dan Fessenden. (1991). Kimia Organik Jilid II. Jakarta: Erlangga.
• Jespersen, Neil D. (2010). AP Chemistry. United States of America: Barron’s Educational Series.
• Moore, John W. (2008). Chemistry: the molecular science, Volume 2, 3^rd edition. Canada: Thomson Brooks/Cole.
• Spencer, James N. (2012). Chemistry: Structure and Dynamics 5^th edition. United States of America: Courier Kendallville.
• Syukri, S. (1999). Kimia Dasar. Bandung: ITB.