Senyawa hidrokarbon adalah senyawa yang tersusun dari atom unsur karbon (C) dan hidrogen (H). Plastik seperti LDPE dan HDPE (polietilena) dan PP (polipropilena) terbuat dari etena dan propena yang merupakan hasil olahan gas alam. Senyawa etena dan propena termasuk ke dalam golongan senyawa hidrokarbon.
Klasifikasi Hidrokarbon
Berdasarkan jenis ikatan antara atom karbon, senyawa hidrokarbon dapat dibedakan menjadi hidrokarbon jenuh dan tak jenuh. Seluruh ikatan antar atom karbon pada hidrokarbon jenuh merupakan ikatan kovalen tunggal. Pada hidrokarbon tak jenuh, terdapat satu atau lebih ikatan rangkap ataupun ikatan rangkap tiga.
Berdasarkan bentuk rantai karbon dan jenis ikatannya, senyawa hidrokarbon dikelompokkan menjadi:
Hidrokarbon alifatik,
yaitu hidrokarbon dengan rantai terbuka dengan ikatan tunggal (jenuh) ataupun ikatan rangkap (tak jenuh).
Hidrokarbon alisiklik,
yaitu hidrokarbon dengan rantai tertutup atau melingkar.
Hidrokarbon aromatik,
yaitu hidrokarbon rantai melingkar dengan ikatan konjugasi, yaitu ikatan tunggal dan ikatan rangkap yang berselang-seling.
Tata Nama Senyawa Hidrokarbon Alifatik
Alkana
Alkana adalah senyawa hidrokarbon alifatik jenuh dengan rumus umum CnH2n+2. Alkana membentuk deret homolog, yaitu kelompok senyawa dengan rumus umum sama dan sifat bermiripan. Berikut tabel deret homolog alkana dengan rumus molekul, rumus bangun, dan nama dari masing-masing senyawa.
Aturan IUPAC untuk penamaan alkana adalah sebagai berikut.
Rantai C yang terpanjang ditetapkan sebagai rantai utama. Bila terdapat dua atau lebih rantai terpanjang yang sama panjangnya, maka dipilih rantai dengan cabang terbanyak sebagai rantai utama.
Cabang dari rantai utama dengan substituen hidrokarbon (gugus alkil) diberi nama dengan mengganti akhiran ana pada alkana menjadi il. Berikut tabel struktur dan nama dari beberapa gugus alkil.
Atom-atom C pada rantai utama diberi nomor secara berurut dimulai dari salah satu ujung rantai yang posisi cabangnya mendapat nomor terkecil.
Untuk substituen cabang yang sejenis dinyatakan dengan awalan di, tri, tetra, penta, dan seterusnya.
Substituen-substituen cabang ditulis berdasarkan urutan alfabetik. Awalan substituen seperti di, tri, n– (normal), sek– (sekunder), ters– (tersier) diabaikan dalam pengurutan alfabetik, kecuali awalan iso tidak diabaikan.
Alkena
Alkena adalah senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh dengan ikatan rangkap dua. Rumus umum alkena adalah CnH2n. Aturan IUPAC dalam penamaan alkena hampir sama dengan alkana, namun dengan beberapa modifikasi aturan berikut.
Rantai utama yang dipilih adalah rantai terpanjang yang mengandung ikatan rangkap. Nama rantai utama diturunkan dari nama alkana dengan jumlah C sama dengan mengganti akhiran ana menjadi ena.
Urutan penomoran pada rantai utama dimulai dari salah satu ujung rantai yang posisi atom C berikatan rangkapnya mendapat nomor terkecil. Nomor posisi ikatan rangkap didasarkan pada nomor atom C berikatan rangkap yang nomornya lebih kecil.
Alkuna
Alkuna adalah senyawa hidrokarbon alifatik tak jenuh dengan ikatan rangkap tiga. Rumus umum alkuna adalah CnH2n−2. Aturan IUPAC dalam penamaan alkuna hampir seluruhnya sama dengan alkena. Dalam penamaan alkuna, nama rantai utama yang diturunkan dari alkena dengan jumlah C sama yang memiliki akhiran ena diubah menjadi una. Contoh:
Kegunaan Senyawa Hidrokarbon
Berikut kegunaan hidrokarbon secara umum dikelompokkan berdasarkan banyak atom C pada rantai hidrokarbon.
Secara spesifik, kegunaan dari hidrokarbon alifatik, antara lain:
Alkana
sebagai bahan bakar, misal metana yang merupakan komponen utama LNG (Liquefied Natural Gas), propana atau butana yang merupakan komponen utama LPG (Liqufied Petroleum Gas);
sebagai pelarut organik nonpolar, misal pentana, heksana, dan heptana; dan
sebagai bahan baku dalam industri petrokimia, misal untuk pembuatan alkena dengan reaksi cracking dan pembuatan haloalkana.
Alkena
Sebagai bahan baku dalam industri petrokimia, misal untuk pembuatan alkana, haloalkana, alkohol, aldehid, keton, dan polimer. Etena merupakan hormon tumbuhan yang dapat mempercepat matangnya buah, selain itu etena juga merupakan bahan baku dari plastik polietilena. Propena merupakan bahan baku pembuatan plastik polipropilena. 1,3-Butadiena merupakan bahan baku pembuatan karet sintetis polibutadiena. Isoprena (2-metil-1,3-butadiena) juga merupakan bahan baku pembuatan karet poliisoprena.
Alkuna
Senyawa alkuna yang paling penting adalah etuna (asetilena). Asetilena digunakan sebagai bahan bakar dalam pemotongan logam dan penyambungan logam dengan las karbit (oxyacetylene welding). Pembakaran asetilena dengan oksigen dapat menghasilkan panas hingga sekitar 3000°C. Dalam jumlah sedikit, asetilena dapat dibuat melalui reaksi batu karbit (kalsium karbida) dengan air seperti berikut.
Contoh Soal
Tulislah nama IUPAC dari senyawa berikut.
Jawab:
a.
Rantai utama: C7 (heptana)
Cabang: metil (―CH3) pada C-2, C-5, dan C-5’; isopropil (―CH(CH3)2) pada C-4
Nama IUPAC: 4-isopropil-2,5,5-trimetilheptana
b.
Rantai utama: C6 (heksadiena)
Posisi ikatan rangkap: C-1 dan C-4
Cabang: etil (―CH2CH3) pada C-2; propil (―CH2CH2CH3) pada C-3
Nama IUPAC: 2-etil-3-propil-1,4-heksadiena
c.
Rantai utama: C8 (oktuna)
Posisi ikatan rangkap tiga: C-4
Cabang: metil (―CH3) pada C-2 dan C-7; etil (―CH2CH3) pada C-3 dan C-6
Nama IUPAC: 3,6-dietil-2,7-dimetil-4-oktuna
Keisomeran
C4-alkana dan -sikloalkana yang berbeda-beda (kiri ke kanan): n-butana dan isobutana adalah 2 isomer C4H10; siklobutana dan metilsiklopropana adalah 2 isomer C4H8. Bisiklo[1.1.0]butana (C4H6) tidak mempunyai isomer; tetrahedrana (tidak terlihat) (C4H4) juga tidak mempunyai isomer.
Alkana dengan 3 atom karbon atau lebih dapat disusun dengan banyak macam cara, membentuk isomer struktur yang berbeda-beda. Sebuah isomer, sebagai sebuah bagian, mirip dengan anagram kimia, tapi berbeda dengan anagram, isomer dapat berisi jumlah komponen dan atom yang berbeda-beda, sehingga sebuah senyawa kimia dapat disusun berbeda-beda strukturnya membentuk kombinasi dan permutasi yang beraneka ragam. Isomer paling sederhana dari sebuah alkana adalah ketika atom karbonnya terpasang pada rantai tunggal tanpa ada cabang. Isomer ini disebut dengan n-isomer (n untuk “normal”, penulisannya kadang-kadang tidak dibutuhkan). Meskipun begitu, rantai karbon dapat juga bercabang di banyak letak. Kemungkinan jumlah isomer akan meningkat tajam ketika jumlah atom karbonnya semakin besar.Contohnya:
C60: 22.158.734.535.770.411.074.184 isomer, banyak diantaranya tidak stabil
Rantai karbon lurus
Alkana rantai karbon lurus biasanya dikenalo dengan awalan n- (singkatan dari normal) ketika tidak ada isomer. Meskipun tidak diwajibkan, tapi penamaan ini penting karena alkana rantai lurus dan rantai bercabang memiliki sifat yang berbeda. Misalnya n-heksana atau 2- atau 3-metilpentana.
Mulai dengan jumlah karbon mulai dari lima diberi nama dengan imbuhan jumlah yang ditentukan IUPAC diakhiri dengan -ana. Contohnya antara lain adalah pentana, heksana, heptana, dan oktana.
Rantai karbon bercabang
Model dari isopentana (nama umum) atau 2-metilbutana (nama sistematik IUPAC)
Untuk memberi nama alkana dengan rantai bercabang digunakan langkah-langkah berikut:
Cari rantai atom karbon terpanjang
Beri nomor pada rantai tersebut, dimulai dari ujung yang terdekat dengan cabang
Beri nama pada cabang-cabangnya
Nama alkana dimulai dengan nomor letak cabang, nama cabang, dan nama rantai utama. Contohnya adalah 2,2,4-trimetilpentana yang disebut juga isooktana. Rantai terpanjangnya adalah pentana, dengan tiga buah cabang metil (trimetil) pada karbon nomor 2, 2, dan 4.
TERMOKIMIA
Pengertian Termokimia
Termokimia merupakan suatu cabang ilmu kimia yang mempelajari tentang suatu perubahan kalor atau energi yang menyertai suatu reaksi kimia, baik yang diserap maupun yang dilepaskan. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak bisa diciptakan atau dimusnahkan. Energi hanya bisa diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain. Energi juga bisa mengalami suatu perpindahan dari sistem ke lingkungan atau sebaliknya. Sistem adalah segala hal yang diteliti perubahan energinya. Sementara itu, lingkungan adalah segala sesuatu di luar sistem. Contoh sistem dan lingkungan bisa diamati pada air teh panas dalam gelas. Air teh panas merupakan sistem, sementara gelas sebagai wadahnya termasuk lingkungan.
Interaksi antara sistem dan lingkungan bisa berupa pertukaran energi atau materi. Pertukaran energi ini bisa berupa kalor atau bentuk energi lain. Adanya suatu pertukaran energi tersebut menyebabkan terjadinya perubahan jumlah energi yang terkandung dalam sistem. Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem digolongkan menjadi tiga jenis, yaitu sistem terbuka, sistem tertutup, dan sistem terisolasi atau tersekat.
Sistem dan Lingkungan Termokimia
Segala sesuatu yang menjadi pusat perhatian dalam mempelajari suatu perubahan energi dan berubah selama proses itu berlangsung disebut dengan sistem. Sedangkan hal-hal yang tidak berubah selama proses berlangsung dan yang membatasi sistem dan juga bisa mempengaruhi sistem disebut dengan lingkungan
Berdasarkan interaksinya dengan lingkungan, sistem dibagi menjadi tiga macam, yakni sebagai berikut :
1. Sistem Terbuka
Sistem terbuka yaitu suatu sistem yang memungkinkan terjadi suatu perpindahan energi dan zat (materi) antara lingkungan dengan sistem. Pertukaran materi artinya ada suatu reaksi yang bisa meninggalkan wadah reaksi, misalnya gas
2. Sistem tertutup
Suatu sistem yang mana antara sistem dan lingkungan bisa terjadi suatu perpindahan energi, tapi tidak terjadi pertukaran materi
3. Sistem terisolasi
Sistem teriolasi yaitu Suatu sistem yang memungkinkan terjadinya perpindahan energi dan materi antara sistem dengan lingkungan
Reaksi Termokimia
Reaksi pada termokimia terbagi atas reaksi eksoterm dan reaksi endoterm yaitu sebagai berikut:
1. Reaksi Eksoterm
Reaksi yang terjadi saat berlangsungnya pelepasan panas atau kalor. Reaksi panas ditulis dengan tanda negatif.
Contoh : N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) – 26,78 Kkal
Perubahan entalpi pada reaksi ini digambarkan sebagai berikut:
Menurut hukum kekekalan energi :
2. Reaksi Endoterm
Reaksi yang terjadi ketika berlangsungnya penyerapan panas atau kalor, maka suatu perubahan entalpi reaksi bernilai positif.
Contoh : 2NH3 N2 (g) + 3H2 (g) + 26,78 Kkal
Perubahan entalpi pada reaksi endoterm dirumuskan yaitu sebagai berikut:
Kesimpulan :
Besarnya perubahan entalpi (ΔH) sama dengan besarnya panas reaksi, tapi dengan tanda berlawanan.
Jenis Perubahan Entalpi
1. Perubahan Entalpi Pembentukan (ΔHf)
Merupakan suatu perubahan entalpi pembentukan 1 mol senyawa dari unsur-unsur penyusunnya pada keadaan standar.
Nilai entalpi pembentukan standar ditentukan memakai tabel data entalpi pembentukan standar.
Nilai entalpi pembentukan standar:
Bernilai positif, bila menerima energi
Bernilai negatif, bila melepas energi
Bernilai nol, bila unsur tersebut sudah terdapat di alam secara alami
Bentuk unsur yang sudah di alam terbagi atas monoatomik dan poliatomik. Poliatomik berarti unsur pembentuknya lebih dari 1 unsur.
Contoh monoatomik : C(s), Fe(s), H+(aq), Ba(s), Ca(s), Mg(s), Na(s), Al(s), B(s), Zn(s), P(s). Monoatomik termasuk golonga gas mulia dan logam lainnya.
Contoh poliatomik : O2(g), Cl2(g), P4(s), H2(g), Br2(l), N2(g), I2(g), F2(g). Poliatomiktermasuk halogaen dan gas selain gas mulia.
Semua unsur-unsur yang sudah terdapat dialam ini nilai entalpi pembentukannya nol.
Misal:
2. Perubahan entalpi penguraian (ΔHd)
yaitu ΔH untuk menguraikan 1 mol suatu senyawa menjadi unsur-unsur penyusunnya pada keadaan standar.
Nilai entalpi penguraian standar berlawanan dengan nilai entalpi pembentukan standar. Pada reaksi penguraian reaktan berpindah ke kanan dan produk berpindah ke kiri.
Perubahan Entalpi Penguraian
3. Perubahan entalpi pembakaran (ΔHc)
yaitu ΔH dalam pembakaran sempurna 1 mol suatu senyawa pada keadaan standar.
Nilai entalpi pembakaran standar ditentukan menggunakan tabel data entalpi pembakaran standar
Ciri utama dari reaksi pembakaran yaitu sebaagi berikut :
Merupakan reaksi eksoterm
Melibatkan oksigen dalam reaksinya
Karbon terbakan menjadi CO2, hidrogen terbakar menjadi H2O, dan belerang terbakar menjadi SO2.
Perubahan Entalpi Pembakaran
4. Perubahan entalpi netralisasi (ΔHn)
Termasuk reaksi eksoterm. yaitu suatu kalor yang dilepas pada pembentukan 1 mol air dan reaksi asam-basa pada suhu 25 derjat celsius dan tekanan 1 atmosfer.
Perubahan Entalpi Netralisasi
Penentuan Entalpi Reaksi
Penentuan ini dilakukan dengan:
Menggunakan kalorimetri
Menggunakan hukum Hess atau hukum penjumlahan
Menggunakan data tabel entalpi pembentukan
Menggunakan data energi ikatan
1. Penentuan dengan kalorimetri
Kalorimetri yaitu cara penentuan energi kalor reaksi dengan kalorimeter. Kalorimeter yaitu suatu sistem terisolasi, sehingga semua energi yang dibutuhkan atau dibebaskan tetap berada dalam kalorimeter. Dengan mengukur perubahan suhu, kita bisa menentukan jumlah energi kalor reaksi berdasarkan rumus:
Keterangan :
Ql = energi kalor pada larutan (J)
m = massa zat (kg)
c = kalor jenis zat (J/kg°C)
C = kapasitas kalor (J/°C)
Δt = perubahan suhu (°C)
Karena kalorimeter adalah suatu sistem terisolasi, maka tidak ada energi yang terbuang ke lingkungan, sehingga jumlah energi kalor reaksi dan perubahan entalpi reaksi menjadi:
2. Penentuan dengan data energi ikatan
Energi ikatan (E) yaitu suatu energi yang dibutuhkan untuk memutuskan 1 mol ikatan kovalen dari suatu senyawa, setiap ikatan membutuhkan sebuah energi yang berbeda supaya bisa terputus.
Reaksi berlangsung dalam dua tahap:
Pemutusan ikatan reaktan
Pembentukan ikatan produk
Tentukan perubahan entalpi reaksi dari pembakaran CH2 dibawah ini:
CH2(g) + 3 /2O2(g) → CO2(g) + H2O(g) ΔH = ?
(H–C–H)+ 3 /2(O=O)→(O=C=O)+(H–O–H)
Azas Kekekalan Energi
Telah disebutkan bahwa jumlah energi yang dimiliki sistem dinyatakan sebagai energi dalam (U). Hukum I termodinamika menyatakan hubungan antara energi sistem dengan lingkungannya jika terjadi peristiwa. Energi dalam sistem akan berubah jika sistem menyerap atau membebaskan kalor. Jika sistem menyerap energi kalor, berarti lingkungan kehilangan kalor, energi dalamnya bertambah (ΔU > 0), dan sebaliknya, jika lingkungan menyerap kalor atau sistem membebasakan kalor maka energi dalam sistem akan berkurang (ΔU < 0), dengan kata lain sistem kehilangan kalor dengan jumlah yang sama.
Energi dalam juga akan berubah jika sistem melakukan atau menerima kerja. Walaupun sistem tidak menyerap atau membebaskan kalor, energi dalam sistem akan berkurang jika sistem melakukan kerja, sebaliknya akan bertambah jika sistem menerima kerja.
Sebuah pompa bila dipanaskan akan menyebabkan suhu gas dalam pompa naik dan volumenya bertambah. Berarti energi dalam gas bertambah dan sistem melakukan kerja. Dengan kata lain, kalor (q) yang diberikan kepada sistem sebagian disimpan sebagai energi dalam (ΔU) dan sebagian lagi diubah menjadi kerja (w).
Secara matematis hubungan antara energi dalam, kalor dan kerja dalam hukum I termodinamika dapat dinyatakan sebagai berikut:
ΔU = q + W (6)
Persamaan (6) menyatakan bahwa perubahan energi dalam (ΔU) sama dengan jumlah kalor yang diserap (q) ditambah dengan jumlah kerja yang diterima sistem (w). Rumusan hukum I termodinamika dapat dinyatakan dengan ungkapan atau kata-kata sebagai berikut.
”Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapat diubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain, atau energi alam semesta adalah konstan.” Karena itu hukum ini disebut juga hukum kekekalan energi .
Berdasarkan hukum I termodinamika, kalor yang menyertai suatu reaksi hanyalah merupakan perubahan bentuk energi. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk energi kalor. Energi kimia dapat diubah menjadi energi listrik dan energi listrik dapat diubah menjadi energi kimia. Agar tidak terjadi kekeliruan dalam menggunakan rumus diatas, perlu ditetapkan suatu perjanjian. Maka perjanjian itu adalah:
1. Yang diutamakan dalam ilmu kimia adalah sistem, bukan lingkungan
2. Kalor (q) yang masuk sistem bertanda positif (+), sedangkan yang keluar bertanda negatif (-)
3. Kerja yang dilakukan sistem (ekspansi) bertanda negatif (-) , dan yang dilakukan lingkungan (kompresi) bertanda positif.
4. Yang diutamakan dalam ilmu kimia adalah sistem, bukan lingkungan.
5. Kerja dihitung dengan rumus:
W=-P(V1-V2) (7)
Dimana w = kerja (pada tekanan 1 atm), V1 = volume awal, dan V2 = volume akhir, dan P = tekanan yang melawan gerakan piston pompa (atm), P untuk ekspansi adalah P ex dan untuk kompresi adalah P in . Penerapan hukum termodinamika pertama dalam bidang kimia merupakan bahan kajian dari termokimia.
Contoh: Suatu sistem menyerap kalor sebanyak 1000 kJ dan melakukan kerja sebanyak 5 kJ. Berapakah perubahan energi dalam sistem ini?
Jawab: Karena sistem menyerap kalor, maka q bertanda positif, tetapi karena sistem m elakukan kerja, maka w bertanda negatif.
ΔU= q + w
=100 kJ – 5 kJ
= 95 kJ
Perubahan Entalpi Berdasarkan Entalpi Pembentukan
Kalor suatu reaksi dapat juga ditentukan dari data entalpi pembentukan zat pereaksi dan produknya. Dalam hal ini, zat pereaksi dianggap terlebih dahulu terurai menjadi unsur-unsurnya, kemudian unsur-unsur itu bereaksi membentuk zat produk. Secara umum untuk reaksi:
m AB + n CD —–> p AD + q CB
ΔH0 = jumlah ΔH0 f (produk) – jumlah ΔH0 f (pereaksi)
Perubahan Entalpi Berdasarkan Hukum Hess
Banyak reaksi yang dapat berlangsung secara bertahap. Misalnya pembakaran karbon atau grafit. Jika karbon dibakar dengan oksigen berlebihan terbentuk karbon dioksida menurut persamaan reaksi:
C(s) + O2 (g) —–> CO2 (g) ΔH = – 394 kJ
Reaksi diatas dapat berlangsung melalui dua tahap. Mula-mula karbon dibakar dengan oksigen yang terbatas sehingga membentuk karbon monoksida. Selanjutnya, karbon monoksida itu dibakar lagi untuk membentuk karbon dioksida. Persamaan termokimia untuk kedua reaksi tersebut adalah:
C(s) + ½ O2 (g) —–> CO (g)ΔH = – 111 kJ
CO (g) + ½ O2 (g) —–> CO2 (g) ΔH = – 283 kJ
Jika kedua tahap diatas dijumlahkan, maka diperoleh:
_2+%2B+C_2H_2&bg=f9f9f9&fg=000000&s=0 "CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2")
Tidak ada komentar:
Posting Komentar