A. Keunikan Atom Karbon B. Hidrokarbon hidrokarbon jenuh hidrokarbon tidak jenuh

1

Senyawa Hidrokarbon

A. Keunikan Atom Karbon

Pada tahun 1850, ilmu kimia yang mempelajari senyawa yang berasal dari makhluk hidup disebut kimia organik. Definisi ini mulai pudar pada sekitar tahun 1900, karena pada saat itu para ahli kimia banyak minsintesis senyawa-senyawa baru yang bukan berasal dari makhluk hidup Tetapi unsur penyusunnya sama dengan senyawa yang berasal dari makhluk hidup. Pada waktu itu, kimia organik didefinisikan sebagai kimia senyawa karbon.

Meskipun karbon hanyalah salah satu unsur dari sekian banyak unsur dalam sistem periodik, tetapi atom karbon dapat terikat secara kovalen dengan atom karbon lain dan terhadap unsur-unsur lain menurut beragam cara sehingga dapat membentuk begitu banyak senyawa yang jumlahnya hampir tak terhingga. Hal inilah yang menyebabkan atom karbon begitu unik, sehingga senyawa-senyawanya menjadi salah satu bagian utama dalam studi kimia.

B. Hidrokarbon

Hidrokarbon adalah senyawa karbon yang terdiri dari atom karbon (C) dan atom hidrogen (H). Ditinjau dari ikatan antara atom karbonnya, senyawa hidrogen dapat digolongkan menjadi hidrokarbon jenuh (ikatan tunggal) dan hidrokarbon tidak jenuh (terdapat ikatan rangkap baik rangkap dua atau tiga).

2

H I D R O K A R B O N

J E N U H T I D A K J E N U H

Alkana

Hidrokarbon rantai terbuka dengan semua ikatan antar atom karbonnya

tunggal.

Rumus umum: CnH2n+2

Alkena

Hidrokarbon rantai terbuka mempunyai sebuah ikatan rangkap dua.

Rumus umum: CnH2n

Sikloalkana

Alkana dengan rantai tertutup (melingkar)

Rumus umum: CnH2n

Alkuna

Hidrokarbon rantai terbuka mempunyai sebuah ikatan rangkap tiga.

Rumus umum: CnH2n-2

Alkadiena

Hidrokarbon rantai terbuka memiliki dua buah ikatan rangkap dua.

Rumus umum: CnH2n-2

Message:

• Tatanama Alkana

Tatanama alkana menjadi dasar penamaan senyawa karbon lainnya, oleh karena itu harus benar-benar dipahami. Namun sebelumya harus diketahui terlebih dahulu nama-nama alkana setidaknya dari C1 hingga C10 dan nama-nama gugus alkil (alkana yang kehilangan satu H).

N A M A – N A M A A L K A N A

CH4 Metana C6H14 Heksana

C2H6 Etana C7H16 Heptana

3

C4H10 Butana C9H20 Nonana

C5H12 Pentana C10H22 Dekana

Minum – Es – Pake – Bubur – Pen – Heks – Hep – Okelah – Nona – Deka

N A M A – N A M A A L K I L

Metil Etil

Propil Isopropil

Butil Isobutil

Sek - butil Ter - butil

• Aturan Tatanama Alkana

1. Jika rantai karbon tak bercabang, makan ama alkananya sesuai dengan jumlah atom karbon dengan diberi awalan normal (n).

Contoh:

n-pentana

2. Jika rantai karbon bercabang:

a) Tentukan rantai karbon terpanjang dan ini merupkan nama alkananya.

b) Gugus atom yang tidak terletak dalam rantai karbon terpanjang merupakan gugus alkil.

c) Penomoran atom karbon terpanjang dibuat sedemikian rupa agar gugus-gugus alkil mempunyai nomor sekecil mungkin. Contoh:

2-metilpentana

4

3. Jika terdapat lebih dari satu kemungkinan rantai karbon terpanjang, maka pilihlah yang mempunyai gugus alkil yang kecil-kecil (banyak tidak masalah, yang penting kecil-kecil). Nama alkil yang tidak sejenis dituliskan boleh dengan urutan abjad atau kesederhanaan alkil (metil, etil, dsb).

Contoh:

3-etil-4-metilpentana (2-metil-3-etilpentana)

4. Jika satu atom karbon pada rantai terpanjang mengikat dua gugus alkil maka penulisan nomornya harus diulang. Alkil – alkil yang sejenis penulisan namanya digabung dengan memakai awalan di (dua), tri (tiga), tetra (empat), dst.

Contoh:

3,5-dimetilheptana

5. Dalam penomoran atom karbon terpanjang yang mengandung lebih daru satu gugus alkil, jumlah nomor seluruh alkil dipilih yang paling kecil.

Contoh:

3,3,4-trimetilheksana (tidak dipilih 3,4,4)

Bila jumah nomor seluruh alkil sama, maka dipilih yang awalannya kecil.

Contoh:

5

6. Jika ada dua kemungkinan penomoran rantai karbon terpanjang, maka gugus alkil yang besar diberi nomor yang lebih kecil.

Contoh:

2-etil-5-metilheptana (5-metik-2-etilheptana)

• Isomer Senyawa Hidrokarbon

Isomer adalah rumus molekul sama tetapi berbeda rumus strukturnya. Cara menuliskan isomer:

1. Tulislah mulai dari rantai tanpa cabang (alkena dan alkuna dengan merubah posisi ikatan rangkap 3 atau rangkap 3)

2. Potong 1 C dari rantai tanpa cabang (no. 1), untuk membuat cabang metil.

3. Rubah posisi cabang pada rantai utama

Potong 2 C dari rantai tanpa cabang (no. 1), untuk membuat cabang: 2 buah metil atau 1 buah etil rubah posisi cabang pada rantai utama, dst.

*NB: Masing-masing isomer harus memiliki nama berbeda.

Pada dasarnya terdapat dua jenis utama dari isomer yang akan dibagi lagi dalam sub kategori di dalamnya. Jenis utama dari isomer yaitu isomer struktur dan ruang. Isomer struktur merupakan senyawa kimia dengan struktur yang berbeda namun memiliki komposisi atom dan rumus molekul yang sama.

Pada isomer struktur, perbedaan struktur kimia dapat disebabkan oleh perbedaan gugus fungsi yang terikat ataupun penataan atom dalam senyawa tersebut. Perbedaan struktur isomer menyebabkan

6

senyawa tersebut memiliki perbedaan tata nama secara IUPAC. Struktur yang berbeda dapat disebabkan karena beberapa hal, oleh karena itu dalam isomer struktur terbagi lagi menjadi beberapa jenis yang didasarkan pada penyebab perbedaan struktur senyawa tersebut. Sedangkan untuk ruang atau stereoisomer merupakan jenis isomer dengan rumus kimia yang sama namun memiliki perbedaan letak atom yang terikat dalam molekul tersebut dalam orientasi 3 dimensi. Hal itulah mengapa jenis isomer ini disebut stereoisomer dimana perputaran ikatan dalam molekul berpengaruh terhadap jenis isomernya.

I S O M E R S T R U K T U R

Isomer Rantai/Ragka Isomer Posisi Isomer Fungsi

Isomer rantai adalah isomer zat-zat yang

segolongan, Tetapi mempunyai rantai karbon

berbeda. Contoh:

Butana dengan 2-metil propana

Isomer posisi adalah isomer zat-zat yang segolongan, Tetapi letak gugus fungsinya berbeda.

Contoh:

1-butena dengan 2-butena Nb: Alkana tidak memiliki

isomer posisi.

Isomer zat-zat yang tidak segolongan Tetapi memiliki rumus molekul

sama.

Contoh: 1-butanol dengan etoksi etana

I S O M E R S T R U K T U R

Isomer Geometrik Isomer Optik

Isomer geomterik dimiliki oleh senyawa yang mempunyai ikatan rangkap dua (-C=C-) dan mengikat dua gugus berbeda

secara simetris.

Isomer cis (Z)

Isomer trans (E)

Isomer optik hanya dimiliki oleh senyawa yang mempunyai atom C asimetris yaitu atom C yang mengikat empat gugus yang

berbeda.

Senyawa yang mempunyai atom C asimetris mempunyai sifat optis aktif yakni dapat memutar bidang cahaya

terpolarisasi. Dekstro(d): putar kanan

Levo(l): putar kiri

Jumlah isomer optis = 2n_{; n adalah} jumlah atom C kiral.

C. Reaksi-Reaksi pada Hidrokarbon

a) Reaksi substitusi: penggantian atom atau gugus atom dengan atom atau gugus atom lain.

7 Ciri-ciri:

• tidak ada perubahan ikatan(tunggal tetap tunggal/ ganda tetap ganda). • pereaksi lebih dari satu zat dan hasil reaksi juga lebih dari satu zat.

Contoh:

1. CH₃-CH₂-CH₂-C

l

+ NaOH CH₃-CH₂-CH₂-OH + NaC

l

1-kloro propana 1-propanol

2. CH₃-CH₂-OH + PC

l

₅ CH₃-CH₂-C

l

+ POC

l

₃ + HC

l

etanol kloro etana

3. CH₃-CH₂-OH + H-C-OH H-C-O-CH₂-CH₃ + H₂O

etanol etil metanoat

H₂SO₄ asam metanoat

O O

b) Reaksi eliminasi: pembentukan molekul tak jenuh dengan melepaskan molekul lainnya.

Ciri-ciri:

• Ikatan tunggal menjadi rangkap • hasil reaksi lebih dari satu zat.

Contoh:

Reaksi haloalkana dengan alkoksida/alkanolat menghasilkan alkena(dari haloalkana) dan alkohol(dari alkoksida). Reaksi tergolong reaksi eliminasi dan berlaku kaidah Zaytzeff:

8 Catatan:

• Haloalkana: 1 atau lebih atm H dari alkana disubstitusi dengan halogen.

• Gugus fungsi: atom atau kumpulan atom yang menentukan sifat dari senyawa turunan alkana.

Contoh: -OH(alkohol); -Br(haloalkana); -COOH(asam karboksilat); -CHO(asam karboksilat); -O-(eter); -COO-(ester); -CO-(keton) Contoh: reaksi antara 2-kloro butana dengan kalium metoksida/kalium metanolat

Reaksi dehidrasi: alkohol dengan asam sulfat dipanaskan pada suhu 180o_{C. Reaksi tergolong reaksi eliminasi dan berlaku kaidah Zaytzeff:} ”atom H yang dilepas adalah atom H yang terletak pada C tetangga dari atom C yang mengikat gugus fungsi(-OH), tetapi dengan atom H lebih sedikit”

Contoh:

Reaksi haloalkana dengan basa:Reaksi tergolong reaksi eliminasi dan berlaku kaidah Zaytzeff: ”atom H yang dilepas adalah atom H yang terletak pada C tetangga dari atom C yang mengikat gugus fungsi(-halogen), tetapi dengan atom H lebih sedikit”

Contoh:

c) Reaksi adisi: penggabungan dua molekul atau lebih menjadi molekul yang lebih besar, disertai berkurangnya ikatan rangkap dari salah satu molekul yang bereaksi.

9

• Ikatan rangkap menjadi tunggal atau rangkap 3 menjadi rangkap atau rangkap 3 menjadi tunggal.

• hasil reaksi hanya satu zat.

• Atom atau gugus atom pengadisi akan mengadisi pada atom yang mengandung ikatan rangkap atau rangkap 3.

Contoh:

Aturan Markovnikov dalam kimia organic berkaitan dengan reaksi pada alkena asimetris(tidak simetris). Alkena asimetris adalah alkena yang ikatan diantara C rangkap mengikat atom atau gugus atom yang berbeda. Contoh:

Aturan Markovnikov menyatakan:

“ Pada adisi alkena asimetris dengan HX, maka H dari HX akan mengadisi pada C rangkap yang mengikat lebih banyak atom H-nya” Catatan:

• Jika pada C ikatan rangkap mempunyai atom H sama banyak, maka ditentukan jumlah H dari C tetangga kiri dan kanan C rangkap.

• Jika dalam H2O2 maka anti Markovnikov, maka H dari HX akan mengadisi pada C rangkap yang mengikat lebih sedikit atom H-nya

Contoh:

10

d) Reaksi pembakaran/oksidasi senyawa hidrokarbon.

Pembakaran senyawa hidrokarbon menghasikan gas karbondioksida dan uap air.

Contoh:

D. Kegunaan Hidrokarbon dan Senyawa Organik

• Sifat-sifat Senyawa hidrokarbon a) Wujud zat pada suhu kamar:

Rentang Jumlah C Wujud

1 s.d. 4 Gas

5 s.d. 17 Cair

18 atau lebih Padat

b) Kereaktifan: alkana < alkena < alkuna

c) Hidrokarbon tak jenuh dapat menghilangkan warna air brom(kuning) karena adanya pemutusan ikatan rangkap atau rangkap 3 menjadi tunggal(terjadi reaksi adisi oleh brom menjadi senyawa haloalkana)

d) Titik didih:

11

Contoh: 2-metil butana mempunyai titik didih lebih tinggi daripada butana

• Jika Mr sama, maka semakin banyak cabang semakin kecil titik didihnya. Semakin banyak cabang kecenderungan non polar semakin besar, sehingga gaya antar molekulnya semakin kecil, sehingga titik didih semakin rendah.

Contoh: Urutan titik didih: 2,2-dimetil propana < 2-metil butana < n-pentana

• Jika berisomer geometris, maka cis lebih tinggi titik didihnya daripada trans, karena Cis lebih polar sehingga gaya antar molulnya lebih kuat. Contoh: Titik didih Cis-2-butena(3,7o_{C) lebih tinggi daripada trans-2} butena(0,8o_C)

- Kegunaan Senyawa Hidrokarbon: 1. Alkana sebagai bahan bakar:

• Metana merupakan senyawa utama LNG(Liquefied Natural Gas) untuk bahan bakar industri dan rumah tangga

• Alkana dengan jumlah C: 2 s.d. 5 merupakan senyawa dalam LPG(Liquefied Natural Gas) untuk bahan bakar rumah tangga.

• Oktana merupakan komponen utama dalam bensin untuk bahan bakar kendaraan bermotor.

2. Alkana dapat digunakan sebagai pelarut senyawa non polar.

3. Lilin dan aspal adalah senyawa karbon suku tinggi(Jumlah C lebih dari 20) • Lilin untuk industri batik

• Aspal untuk pengerasan jalan.

4. Cis-2-metil-1,3-butadiena merupakan monomer dari karet alam untuk ban kendaraan.

Trans-2-metil-1,3-butadiena merupakan monomer dari perca untuk bahan insulasi.

5. Etena(etilena) merupakan monomer dari plastik yang disebut polietena/polietilena

Propena(propilena) merupakan monomer dari plastik yang disebut polipropena/polipropilena.

12

Minyak Bumi dan Gas Alam

A. Minyak Bumi

Minyak bumi merupakan komoditas hasil tambang yang sangat penting peranannya dalam kehidupan manusia, terutama sebagai sumber energi. Bahan bakar mulai dari elpiji, bensin, solar, hingga kerosin; serta material seperti lilin parafin dan aspal; dan berbagai reagen kimia yang dibutuhkan untuk pembuatan plastik, karet sintetis, deterjen, obat-obatan, dan lainnya dihasilkan dari minyak bumi.

• Proses Pembentukan Minyak Bumi

Minyak bumi terbentuk dari pelapukan sisa-sisa organisme, seperti tumbuhan, hewan, dan jasad-jasad renik yang tertimbun dalam dasar lautan bersama lumpur selama jutaan tahun. Lumpur tersebut kemudian berubah menjadi batuan sedimen dan sisa-sisa organisme mengalami peruraian menjadi minyak dan gas di bawah tekanan dan suhu tinggi. Oleh karena berasal dari sisa-sisa organisme, minyak bumi dan gas alam sering juga disebut sebagai bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil tergolong sumber daya alam yang tak terbarukan sebagaimana proses pembentukannya yang sangat lama.

• Komposisi Minyak Bumi

Minyak bumi adalah campuran kompleks yang sebagian besarnya (sekitar 90 hingga 97%) terdiri dari senyawa hidrokarbon. Hidrokarbon yang terkandung dalam minyak bumi terutama adalah alkana, sedangkan sisanya adalah sikloalkana, alkena, alkuna, dan senyawa aromatik. Komponen kecil lainnya selain hidrokarbon adalah senyawa-senyawa karbon yang mengandung oksigen, belerang, ataupun nitrogen.

Gas alam sebagian besar terdiri dari alkana suku rendah (C1 – C4) dengan metana sebagai komponen utamanya. Selain alkana, juga

13

terdapat gas lain seperti CO2, O2, N2, H2S, ataupun gas mulia seperti helium dalam jumlah yang sangat sedikit.

• Pengolahan Minyak Bumi

Untuk memperoleh minyak bumi, perlu dilakukan proses pengeboran. Minyak bumi yang ditemukan biasanya akan bercampur dengan gas alam. Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam berbentuk cairan kental hitam dan berbau disebut minyak mentah (crude oil). Minyak mentah ini masih belum bisa dimanfaatkan secara langsung, oleh karena itu perlu dilakukan pemurnian (refining) dengan distilasi bertingkat. Prinsip distilasi ini adalah pemisahan komponen-komponen campuran berdasarkan perbedaan titik didih sehingga diperoleh kelompok-kelompok komponen dalam rentang titik didih tertentu yang disebut fraksi-fraksi.

Tabel: Ringkasan Fraksi-fraksi minyak bumi:

Fraksi Jumlah Atom C Titik Didih(o_C) Kegunaan Gas 1 – 4 (- 160) – (-30)

Bahan bakar LPG, sumber hidrogen, bahan baku sintesis senyawa organic Petroleom

eter

5 – 6 30 - 90 Pelarut, binatu kimia(dry cleaning)

Bensin(gasol ine)

5 – 12 70 - 140 Bahan bakar kendaraan bermotor

Nafta(bensin berat)

6 – 12 70 - 170 Bahan baku industri petrokimia(plastik, karet sintetis, obat, detergen, cat, serat sintetis, kosmetik)

14 tanah(kerose

ne)

industry

Avtur 8 – 16 150 - 300 Bahan bakar mesin pesawat terbang Solar 12 – 18 270 - 350 Bahan bakar mesin diesel, industri Pelumas(oli) 18 – 22 350 - 500 Pelumas

Parafin/lilin 20 – 30 > 350 Lilin, batik, korek api, pelapis kertas bungkus, semir sepatu, pengawetan

Aspal 25 ke atas > 500 Pengaspalan jalan, atap bangunan, lapisan anti korosi, pengedap suara pada lantai, bahan pelapis anti bocor, bahan bakar boiler(mesin pembangkit uap panas)

Olahan minyak bumi:

LPG, bahan bakar penerbangan, bensin, plastic, lilin, aspal, solar, dan minyak bakar. B. Bensin

Bensin merupakan bahan bakar kendaraan bermotor yang memiliki peranan penting. Di Indonesia, tersedia beberapa jenis bensin, misalnya premium, pertamax, dan pertamax plus. Setiap jenis bensin memiliki mutu yang berbeda. Mutu bensin ditentukan oleh efektivitas pembakarannya di dalam mesin. Hal ini dipengaruhi ketepatan waktu pembakaran sehingga tidak menimbulkan ketukan (knocking) yang mengganggu gerakan piston pada mesin. Ketukan dapat mengurangi efisiensi bahan bakar, menyebabkan mesin mengelitik, dan bahkan merusak mesin.

15

Mutu bensin biasanya dinyatakan dengan bilangan oktan (octane number). Bilangan oktan ditentukan melalui uji pembakaran sampel bensin sehingga diperoleh karakteristik pembakarannya. Karakteristik tersebut kemudian dibandingkan dengan karakteristik pembakaran berbagai campuran n-heptana dan isooktana. Nilai bilangan oktan 0 ditetapkan untuk n-heptana yang mudah terbakar dan menghasilkan ketukan paling banyak, sedangkan nilai 100 untuk isooktana yang tidak mudah terbakar dan menghasilkan ketukan paling sedikit.

Sebagai contoh, suatu campuran yang terdiri dari 25% n-heptana dan 75% isooktana akan mempunyai bilangan oktan (25/100 × 0) + (75/100 × 100) = 75. Jadi, pertamax dengan bilangan oktan 92 akan memiliki mutu bensin yang setara dengan campuran 92% isooktana dan 8% n-heptana.

Secara umum, bensin yang mengandung alkana rantai lurus akan memiliki nilai bilangan oktan lebih rendah dibanding yang mengandung alkana rantai bercabang, alisiklik, ataupun aromatik. Sebagai contoh, n-heksana memiliki bilangan oktan 25, sedangkan 2,2-dimetilbutana memiliki bilangan oktan 92.

Fraksi bensin dari hasil penyulingan umumnya mempunyai bilangan oktan ~70 yang tergolong relatif rendah. Oleh karena itu, ada beberapa hal yang dapat dilakukan untuk menaikkan bilangan oktan:

▪ Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi menjadi hidrokarbon rantai bercabang melalui proses reforming;

▪ Menambahkan hidrokarbon alisiklik ataupun aromatik ke dalam campuran akhir fraksi bensin; atau

▪ Menambahkan zat aditif antiketukan ke dalam bensin sehingga memperlambat pembakaran bensin. Zat antiketukan yang dapat digunakan yaitu tel (tetraethyl lead) dengan rumus kimia pb(c2h5)4. Namun, senyawa timbal (pb) ini merupakan racun yang dapat merusak otak, sehingga penggunaannya dilarang dan diganti dengan zat antiketukan lainnya seperti mtbe (methyl tertiary-butyl ether) ataupun etanol.

16

C. Dampak Pembakaran Bahan Bakar terhadap Lingkungan.

Zat Pencemar Sumber Dampak Negatif Terhadap

Kesehatan

CO Emisi kendaraan berbahan bakar

bensin akibat berkurangnya campuran udara dalam proses

pembakaran.

Mengurangi jumlah oksigen dalam darah, mengakibatkan gangguan berpikir (dalam jumlah kecil), jantung

bekerja lebih berat, dan dapat mengakibatkan pingsan bahkan

kematian.

NOX, (NO, NO2) Emisi kendaraan berbahan bakar

bensin dan solar akibat proses pembakaran yang kurang

sempurna.

Menimbulkan gangguan jaringan paru-paru sehingga melemahkan

sistem pertahana paru-paru, meningkatkan resiko terkena asma,

dan menimbulkan infeksi saluran pernafasan.

HC Emisi kendaraan bensin dan

solar akibat pembakaran tidak sempurna dari proses mesin

yang kurang baik.

Meracuni sistem pembentukan darah merah, tekanan darah tinggi,

menurunkan tingkat kecerdasan anak dan perkembangan mental anak, kelahiran premature, dan

mengganggu reproduksi pria.

Pb Emisi kendaraan berbahan bakar

bensin bertimbal, contoh bensin beroktan rendah. Bensin jenis ini

ditambah timah hitam (timbal) agar bensin mudah terbakar

(98% timbal akan terlepas sehingga mengakibatkan

pencemaran udara).

Mengakibatkan iritasi mata, batuk, rasa ngantuk, bercak kulit, leukimia,

kanker paru-paru, dan perubahan kode genetik.

Upaya yang dapat dilakukan:

1. Memproduksi bensin ramah lingkungan, seperti bensin tanpa aditif Pb.

2. Menggunakan EFI (Electrical Fuel Injection) pada sistem bahan bakar kendaraan.

3. Menggunakan pengubah katalik pada sistem buangan kendaraan. 4. Melakukan penghijauan atau pembuatan taman dalam kota.

5. Menggunakan bahan bakar yang dapat diperbarui dan lebih ramah lingkungan.

17

Termokimia

A. Termokimia

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari reaksi kimia dan perubahan energi yang terlibat. Dalam mempelajari termokimia, diperlukan definisi “sistem” dan “lingkungan”. Sistem adalah segala sesuatu yang menjadi fokus perhatian kita. Lingkungan adalah segala sesuatu selain sistem.

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan ataupun dimusnahkan. Implikasi hukum ini pada energi dalam sistem, yaitu perubahan energi dalam, ΔE sama dengan penjumlahan kalor (q) yang diserap atau dilepas sistem dengan kerja (w) yang dilakukan atau diterima sistem.

B. Persamaan Termokimia

Dalam suatu perubahan materi, baik perubahan fisika maupun perubahan kimia (reaksi kimia) selalu disertai dengan perubahan energi yan berupa perpindahan kalor. Perpindaha kalor pada tekanan tetap disebut perubahan entalpi(Δ H).

Ditinjau dari perubahan entalpinya, reaksi kimia dapat dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu sebagai berikut.

R E A K S I K I M I A

Reaksi Endoterm Reaksi Eksoterm

Reaksi yang memerlukan energi (menyerap kalor).

Kalor berpindah dari lingkungan ke sistem.

Δ H = (+)

Reaksi yang menghasilkan energi (melepas kalor).

Kalor berpindah dari sistem ke lingkungan.

Δ H = (-)

Persamaan kimia yang dilengkapi dengan harga DH disebut persamaan termokimia. Hal-hal yang perlu diperhatikan mengenai persamaan termokimia sebagai berikut:

1. Pada persamaan termokimia yang sudah setara, koefisien reaksi bukan saja menunjukkan perbandingan mol Tetapi sudah menyatakan jumlah mol.

2. Bila persamaan termokimia dibalik, tanda ΔH harus dibalik.

3. Bila persamaan termokimia dikali x, harga ΔH harus dikali x.

4. Bila beberapa persamaan termokimia dijumlahkan, harga ΔH harus dijumlahkan.

18

Perubahan entalpi (ΔH) dapat diukur dengan menggunakan alat kalorimeter. Kalorimeter merupakan sistem terisolasi (tidak ada perpindahan materi dan energi dengan lingkungan). Jika dianggap keseluruhan kalorimeter adalah sistem, maka qsistem = 0. Dengan mengukur perubahan temperatur (ΔT), dapat dihitung jumlah kalor (q) yang terlibat dalam reaksi di dalam kalorimeter sebagaimana rumus:

D. Jenis-Jenis Entalpi Reaksi

Terdapat berbagai jenis entalpi reaksi, misalnya entalpi pembentukan, entalpi pembakaran, entalpi penguraian, entalpi penguapan, entalpi pentralan, dan entalpi pelarutan. Pada kali ini, kita akan membahas mengenai entalpi pembentukan dan entalpi pembakaran. E N T A L P I R E A K S I Entalpi Pembentukan ΔHf Entalpi Pembakaran ΔHc

Perubahan entalpi pada pembentukan 1 mol suatu senyawa dari

unsur-unsurnya.

Perubahan entalpi reaksi pembakaran 1 mol suatu zat dengan gas O2.

19 E. Hukum Hess

Perubahan entalpi (DH) merupakan fungsi keadaan, yaitu hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir. Dari sifat DH ini, maka Hess mengemukakan suatu hukum sebagai berikut:

“Harga DH tidak bergantung pada jumlah tahap reaksi.” Dengan demikian, DH suatu reaksi dapat dihitung berdasarkan beberapa DH dari reaksi lain yang sudah diketahui.

F. Energi Ikatan Rata-Rata

Energi ikatan rata-rata adalah energi rata-rata yang diperlukan untuk memutuskan satu mol ikatan antaratom dalam fase gas.

Contoh: H – H (g) → 2H (g) ΔH = energi ikatan rata-rata H2 Bila energi ikatan rata-rata untuk setiap ikatan yang ada dalam suatu reaksi diketahui, maka perubahan entalpi reaksi tersebut dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

20

Laju Reaksi

A. Pengertian Laju Reaksi dan Kemolaran:

Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang berlangsung per satuan waktu.

• Berdasarkan pereaksi: pengurangan konsentrasi pereaksi tiap satuan waktu. Hal ini disebabkan dengan bertambahnya waktu reaksi, maka semakin berkurang konsentrasi pereaksi

• Dinyatakan berdasar pada hasil reaksi: penambahan konsentrasi hasil reaksi tiap satuan waktu.

Hal ini disebabkan dengan bertambahnya waktu reaksi, semakin bertambah konsentrasi hasil reaksi.

Contoh: A + B → C

Laju reaksi dari reaksi tersebut dapat dinyatakan: • Penambahan konsentrasi C tiap satuan. • Pengurangan konsentarsi A tiap satuan waktu • Pengurangan konsentarsi B tiap satuan waktu

Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi yang dihasilkan tiap detik reaksi. Molaritas ialah ukuran yang menyatakan banyak mol zat terlarut dalam satu liter larutannya di simbolkan [X].

B. Rumus dan Persamaan Laju Reaksi

v = laju reaksi;

k = konstanta laju reaksi; dan [ A ] = konsentrasi pereaksi A. [ B ] = konsentrasi pereaksi B x = orde reaksi terhadap A

21 y = orde reaksi terhadap B

x + y = orde reaksi total

NB: Langkah-langkah penentuan orde reaksi yaitu sebagai berikut.

1. Memilih 2 data percobaan yang salah satunya mempunyai konsentrasi yang sama.

2. Bandingkan 2 data percobaan tersebut dengan memasukkannya ke dalam persamaan umum laju reaksi.

Contoh:

Logam magnesium direaksikan dengan larutan asam klorida 3M dengan persamaan reaksi:

Mg(s) + 2HCℓ(aq) → MgCℓ2(aq) + H2(g) sehingga diperoleh data sebagai berikut:

No Suhu(o_{C) Waktu(detik) Volume gas H2 yang}

terjadi(Cm3₎

1 27 0 0

2 27 10 14

3 27 20 25

Jika reaksi dilakukan pada suhu 27o_{C, maka tentukan besarnya laju reaksi} pembentukan gas H2 selama 20 detik!

Jawab:

C. Teori Tumbukan:

Teori tumbukan menyatakan bahwa ketika partikel reaktan yang sesuai saling bertumbukan, hanya persentase tertentu dari tumbukan yang menyebabkan perubahan kimia yang nyata atau signifikan.

Perubahan yang berhasil ini disebut sebagai tumbukan yang sukses. Tumbukan yang sukses memiliki energi yang cukup, juga dikenal sebagai energi aktivasi, pada saat tumbukan untuk memutus ikatan yang sudah ada sebelumnya dan membentuk semua ikatan baru.

22

Hal ini menghasilkan produk reaksi. Meningkatkan konsentrasi partikel reaktan atau menaikkan suhu, sehingga menimbulkan lebih banyak benturan dan oleh karena itu banyak tumbukan yang lebih berhasil, meningkatkan laju reaksi.

Grafik Orde Reaksi:

a. Reaksi orde nol: laju reaksi tetap, tidak bergantung terhadap konsentrasi pereaksi.

b. Reaksi orde satu: laju reaksi berbanding lurus terhadap konsentrasi pereaksi.

c. Reaksi orde dua: laju reaksi berubah secara kuadrat terhadap konsentrasi pereaksi.

D. Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi:

a. Konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi maka tumbukan antar molekul akan semakin sering terjadi dan reaksi akan berlangsung semakin cepat.

b. Luas Permukaan Bidang Sentuh, Luas permukaan/ luas permukaan bidang sentuh: luas permukaan yang bersentuhan dengan pereaksi lain. Luas permukaan lebih besar berarti terjadi tumbukan antar partikel lebih banyak terjadi, sehingga laju reaksi lebih besar.

“Serbuk yang tersentuh pereaksi lain lebih banyak dibanding bongkahan. Bongkahan yang tersentuh pereaksi lain hanya dipermukaan, dan bagian

dalam tidak tersentuh pereaksi lain”. c. Temperatur, laju reaksi akan semakin cepat bila suhunya naik.

d. Katalisator, merupakan zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara menurunkan energi aktivasi.

24

Kesetimbangan Kimia

A. Pengertian Kesetimbangan Kimia:

Jenis Reaksi dibagi menjadi 2:

• Reaksi irreversible/berkesudahan/tidak dapat balik: hasil reaksi tidak dapat bereaksi/diuraikan kembali menjadi pereaksi semula.

Contoh: NaOH(aq) + HCℓ(aq) →NaCℓ(aq) + H2O(ℓ)

• Reaksi reversible/dapat balik/bolak balik: hasil reaksi dapat bereaksi kebali/terurai menjadi pereaksi semula.

Contoh:

Reaksi ke kanan merupakan reaksi maju, sedangkan reaksi ke kiri merupakan reaksi balik.

Kesetimbangan kimia terjadi pada reaksi kimia yang reversibel. Reaksi reversibel adalah reaksi yang di mana produk reaksi dapat bereaksi balik membentuk reaktan. Kesetimbangan kimia tercapai ketika laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik dan konsentrasi dari reaktan-reaktan dan produk-produk tidak berubah lagi.

Reaksi dalam kesetimbangan secara makroskopis tidak mengalami perubahan karena tidak ada perubahan yang dapat diukur atau diamati. Tetapi secara mikroskopis(tingkat molekul) reaksi tetap berlangsung. Karena itu kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan dinamis.

B. Faktor- faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia: • Azas Le Chatelier:

“Jika dalam system kesetimbangan dilakukan aksi-aksi tertentu, maka kesetimbangan akan bergeser agar pengaruh aksi sekecil mungkin”.

25 1) Perubahan konsentrasi

o Penambahan konsentrasi:

-kiri(pereaksi) kesetimbangan geser ke kanan(hasil reaksi) -kanan(hasil reaksi) kesetimbangan geser ke kiri (pereaksi) o Pengurangan konsentrasi:

-kiri(pereaksi), kesetimbangan geser ke kiri(pereaksi)

-kanan(hasil reaksi), kesetimbangan geser ke kanan(hasil reaksi) NB:

Untuk semua jenis faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan: Jika terjadi pergeseran:

• ke kanan(ke hasil reaksi), maka semua zat hasil reaksi(kanan) bertambah, dan semua zat pereaksi(kiri) berkurang.

• ke kiri(ke pereaksi), maka semua zat pereaksi(kiri) bertambah, dan semua zat hasil reaksi(kanan) berkurang.

2) Perubahan suhu:

o Suhu dinaikkan, kesetimbangan geser ke endoterm(ΔH +) o Suhu diturunkan, kesetimbangan geser ke eksoterm(ΔH -)

Dalam persamaan termokimia, harga ΔH yang tertulis sebeleh kanan persamaan reaksi adalah untuk reaksi ke kanan, sedang reaksi ke kiri mempunyai harga ΔH kebalikannya.

3) Perubahan volume:

o volume diperbesar, maka kesetimbangan geser ke jumlah koefisien gas besar.

o volume diperkecil maka geser ke jumlah koefisien gas kecil. 4) Perubahan tekanan:

Kebalikan dari perubahan volume.

o tekanan system diperbesar, maka kesetimbangan geser ke jumlah koefisien gas kecil,

o jika tekanan diperkecil maka geser ke jumlah koefisien gas besar.

C. Tetapan Kesetimbangan:

Tetapan kesetimbangan (K) merupakan konstanta (angka/nilai tetap) perbandingan zat ruas kanan dengan ruas kiri pada suatu reaksi kesetimbangan. Tiap reaksi memiliki nilai K yang khas, yang hanya berubah dengan pengaruh suhu.

Ada dua macam tetapan kesetimbangan, yaitu: KC dan KP. - KC diukur berdasarkan konsentrasi molar zat-zat yang terlibat.

- KP diukur berdasarkan tekanan parsial gas-gas yang terlibat (khusus fasa gas).

a. Kc

Rumus tetapan kesetimbangan KC secara garis besar merupakan perbandingan (hasil bagi) antara konsentrasi molar .zat-zat ruas kanan dengan konsentrasi molar zat ruas kiri yang dipangkatkan dengan koefisiennya.

26

Yang diperhitungkan dalam persamaan kesetimbangan Kc adalah zat yang berfasa gas (g) dan larutan (aq)

b. Kp

Rumus tetapan kesetimbangan KP merupakan perbandingan (hasil bagi) antara tekanan parsial (PX) zat-zat ruas kanan dengan tekanan parsial zat ruas kiri yang dipangkatkan dengan koefisien masing-masing.

Hanya zat yang berfasa gas (g) yang diperhitungkan dalam rumus tetapan kesetimbangan KP.

D. Hubungan Tetapan Kesetimbangan dengan Koefisien Persamaan Reaksi Setara

• Jika koefisien persamaan reaksi (2)= a kali persamaan reaksi (1), maka K2 = (K1)a

• Jika persamaan reaksi (2) kebalikan dari persamaan reaksi (1), maka K2 = 1/K1

• Jika suatu persamaan reaksi merupakan penjumlahan dari beberapa persamaan reaksi, maka harga K persamaan reaksi tersebut merupakan perkalian dari harga dari semua persamaan reaksi yang dijumlahkan. (Jika persamaan reaksi 4 merupakan penjumlahan persamaan reaksi 1, 2, dan 3, maka K4 = K1 x K2 x K3)

E. Hubungan Kc dengan Kp

Kc dan Kp saling berhubungan, karena kita dapat menetukan Kp dari Kc suatu reaksi.

27 F. Derajat Disosiasi

Disosiasi yaitu reaksi penguraian suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana. Apabila disosiasi terjadi akibat pemanasan, disebut sebagai disosiasi termal. Dalam ruang tertutup disosiasi berakhir sebagai reaksi kesetimbangan sehingga disebut kesetimbangan disosiasi.

Contoh:

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

2NH3(g) ↔ N2(g) + 3H2(g) I2 (g) ↔ 2l(g)

G. Kesetimbangan Dalam Industri

a) Pembuatan Amonia menurut Haber-Bosch: N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ΔH = - 92,4 kJ

Reaksi dilakukan pada suhu 550oC dan tekanan 150 – 350 atm, dengan katalis Serbuk besi, Aℓ2O3, MgO, CaO, K2O.

Pada suhu rendah reaksi bergeser ke kanan, tetapi pada suhu rendah reaksi berjalan lambat,sehingga digunakan suhu 550oC. Sebenarnya pada suhu tinggi reaksi kesetimbangan geser ke kiri agar hasil reaksi lebih banyak terbentuk maka NH3 yang telah terbentuk segera dipisahkan.

b) Pembuatan H2SO4 menurut proses Kontak.

1) Belerang dibakar di udara: S(s) + O2(g) → SO2(g) 2) SO2 dioksidasi: 2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)

3) SO3 dilarutkan daam H2SO4 pekat membentuk asam pirosulfat(oleum): 4) H2SO4(aq) + SO3(g) → H2S2O7(ℓ)

28

5) H2S2O7 direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat: 6) H2S2O7(ℓ) + H2O(ℓ) → H2SO4(aq)

Tahap 2 merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. Sama halnya dengan pembuatan NH3 reaksi baik pada suhu tinggi. Karena suhu tinggi reaksi bergeser ke kiri maka digunakan suhu sekitar 500o_{C. Tekanan 1 atm} dan penggunaan katalis V2O5 sudah cukup mendapat hasil yang baik.