kimia HIDROKARBON 1 Tujuan Pembelajaran

(1)

kimia

HIDROKARBON 1

Tujuan Pembelajaran

Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut.

1. Memahami kekhasan atom karbon dan karakteristik atom karbon dalam membentuk senyawa.

2. Memahami defi nisi dan jenis-jenis senyawa hidrokarbon.

3. Memahami defi nisi, rumus umum, serta tata nama senyawa hidrokarbon alkana.

A. Kekhasan Atom Karbon

Karbon adalah unsur nonlogam yang disimbolkan dengan huruf C. Karbon merupakan salah satu unsur yang paling banyak ditemukan di alam dalam bentuk senyawa. Pada umumnya, senyawa karbon merupakan senyawa organik. Akan tetapi, ada beberapa senyawa karbon yang merupakan senyawa anorganik. Contoh senyawa karbon anorganik adalah CO, CO₂, ion karbonat (CO₃2-_{), dan karbida. Sementara itu, contoh senyawa karbon} organik adalah karbohidrat, protein, lemak, plastik, dan minyak bumi.

Pada awalnya, senyawa yang mengandung karbon dikenal dengan istilah senyawa organik, yaitu senyawa yang hanya dapat dihasilkan oleh makhluk hidup atau terdapat dalam makhluk hidup. Akan tetapi, pada tahun 1828, pemahaman tersebut meluas setelah

Friedrich Wohler berhasil mensintesis urea (senyawa organik) dengan memanaskan

amonium sianat (senyawa anorganik) melalui reaksi berikut. NH4OCN → CO(NH2)2

XI

K

e

l

a

s

K-13

(2)

2

Berdasarkan hal tersebut, dapat disimpulkan bahwa senyawa organik tidak harus berasal dari makhluk hidup dan istilah senyawa organik lebih tepat disebut senyawa karbon. Senyawa karbon adalah senyawa yang penyusun utamanya adalah karbon.

Senyawa karbon mengandung paling sedikit satu atom karbon, tetapi kebanyakan terdiri atas beberapa atom karbon yang saling berikatan satu sama lain. Senyawa karbon paling sederhana adalah senyawa hidrokarbon, yaitu senyawa yang terdiri atas unsur karbon dan unsur hidrogen. Salah satu ciri khas senyawa karbon adalah mempunyai rumus dan struktur molekul yang beraneka ragam bergantung pada jumlah atom karbonnya.

Karbon (C) dengan nomor atom 6 adalah suatu unsur yang terletak pada golongan IVA periode 2. Berdasarkan nomor atom dan letaknya dalam tabel periodik, karbon adalah unsur yang khas, terutama dalam pembentukan senyawanya. Beberapa kekhasan atom karbon antara lain sebagai berikut.

1. Atom Karbon Memiliki 4 Elektron Valensi

Berdasarkan konfi gurasi keenam elektron yang dimiliki atom karbon, dapat diketahui bahwa elektron valensi yang dimilikinya adalah 4. Untuk mencapai kestabilan, atom ini masih membutuhkan 4 elektron lagi dengan cara membentuk ikatan kovalen. Tidak ada unsur dari golongan lain yang dapat membentuk ikatan kovalen sebanyak 4 buah dengan aturan oktet selain atom karbon.

2. Atom Unsur Karbon Relatif Kecil

Ditinjau dari konfi gurasi elektronnya, dapat diketahui bahwa atom karbon terletak pada periode 2. Ini berarti, atom karbon hanya mempunyai 2 kulit atom sehingga jari-jari atomnya relatif kecil. Oleh karena jari-jari-jari-jari atomnya relatif kecil, ikatan kovalen yang terbentuk juga relatif kuat.

3. Atom Karbon dapat Membentuk Rantai Karbon

Keadaan atom karbon yang memiliki 4 elektron valensi menyebabkan atom tersebut dapat membentuk rantai karbon yang sangat panjang dengan ikatan kovalen, baik ikatan kovalen tunggal, rangkap 2, maupun rangkap 3. Selain itu, atom karbon juga dapat membentuk rantai lingkar (siklik).

Berdasarkan jenis ikatan antar-atom karbon, senyawa hidrokarbon dapat dibedakan menjadi berikut.

(3)

3

a. Ikatan Jenuh (Ikatan Tunggal)

Ikatan jenuh terjadi bila masing-masing atom karbon menyumbangkan sebuah elektron sehingga tersedia sepasang elektron milik bersama.

Contoh: H H H C C H atau CH₃ – CH₃ H H b. Ikatan Tidak Jenuh (Ikatan Rangkap)

Pada ikatan tidak jenuh, dua buah atom karbon masing-masing menyumbangkan lebih dari satu elektron sehingga elektron milik bersama lebih dari satu pasang. 1.) Ikatan Rangkap Dua

Contoh:

H H

C = C atau CH₂ = CH₂

H H

2.) Ikatan Rangkap Tiga Contoh:

H – C ≡ C – H atau CH ≡ CH

Berdasarkan bentuk rantai atom karbonnya, senyawa hidrokarbon dapat dibedakan menjadi berikut.

a. Rantai Karbon Alifatik

Rantai karbon alifatik adalah rantai karbon terbuka, dapat berupa rantai lurus maupun bercabang. Contoh senyawa dengan rantai karbon alifatik lurus adalah n-butana dengan rumus molekul C₄H₁₀. Sementara itu, contoh senyawa dengan rantai karbon alifatik bercabang adalah 2-metilpropana dengan rumus molekul yang sama.

C C C C C C C C

(4)

4

b. Rantai Karbon Siklik

Rantai karbon siklik adalah rantai karbon tertutup. Rantai karbon siklik dapat memiliki ikatan rangkap di dalamnya. Berdasarkan komponen penyusunnya, rantai karbon siklik dibedakan menjadi karbosiklik dan heterosiklik.

1.) Karbosiklik adalah senyawa karbon siklik yang rantai lingkarnya hanya terdiri atas atom C saja.

2.) Heterosiklik adalah senyawa karbon siklik yang di dalam rantai lingkarnya terdapat atom lain selain atom karbon.

c. Rantai Karbon Aromatis

Rantai karbon aromatis adalah rantai siklik dari enam atom karbon yang di dalamnya terdapat ikatan rangkap terkonjugasi (berselang-seling). Posisi ikatan rangkap terkonjugasi menyebabkan terbentuknya awan-awan elektron yang mengelilingi ikatan-ikatan rangkap tersebut (delokalisasi elektron). Pembahasan lebih jauh mengenai rantai karbon aromatis ini terdapat pada materi kelas XII mengenai benzena. Contoh senyawa aromatis adalah benzena dan turunannya.

Berdasarkan kedudukannya, posisi atom karbon dalam rantai karbon dapat dibedakan menjadi berikut.

1.) Atom C primer, yaitu atom C yang terikat pada 1 atom C yang lain. 2.) Atom C sekunder, yaitu atom C yang terikat pada 2 atom C yang lain. 3.) Atom C tersier, yaitu atom C yang terikat pada 3 atom C yang lain. 4.) Atom C kuarterner, yaitu atom C yang terikat pada 4 atom C yang lain. Contoh: CH₃ CH₃ CH₂ CH CH₂ C CH₃ CH₃ CH₃ Atom C primer

Atom C tersier Atom C kuarterner Atom C sekunder

(5)

5 B. Hidrokarbon

Pada pembahasan sebelumnya, telah diketahui bahwa kelompok senyawa karbon yang paling sederhana adalah hidrokarbon. Hidrokarbon adalah senyawa yang terdiri atas unsur karbon dan unsur hidrogen. Hidrokarbon paling sederhana adalah metana (CH₄) yang merupakan kelompok dari alkana.

1. Defi nisi Alkana dan Rumus Umumnya

Alkana adalah kelompok senyawa hidrokarbon jenuh yang terbentuk dari ikatan tunggal di sepanjang rantai utama karbonnya. Alkana paling sederhana adalah metana dengan rumus CH₄. Berdasarkan rumusnya, dapat diketahui bahwa metana terbentuk dari satu atom C dan empat atom H. Ikatan yang terjadi antara atom C dan atom H tersebut adalah ikatan kovalen.

Jika satu atom H pada metana dilepaskan dan digantikan dengan satu atom karbon lain, atom karbon kedua akan memiliki 3 tangan yang dapat mengikat 3 atom H. Senyawa yang terbentuk dari proses ini adalah senyawa alkana dengan dua atom karbon dan 6 atom H. Dengan cara yang sama, kita dapat membentuk alkana dengan 3, 4, 5 atom karbon dan seterusnya. Perhatikan penjelasan berikut.

a. Satu atom C pada alkana berikatan dengan empat atom H membentuk metana (CH₄). b. Dua atom C pada alkana berikatan dengan enam atom H membentuk etana (C₂H₆). c. Tiga atom C pada alkana berikatan dengan delapan atom H membentuk

propana (C₃H₈).

d. Empat atom C pada alkana berikatan dengan sepuluh atom H membentuk butana (C₄H₁₀).

Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat disimpulkan bahwa rumus umum alkana adalah C_nH_2n+2.

2. Deret Homolog Alkana

CH₄,C₂H₆, C₃H₈, dan seterusnya menunjukkan bahwa antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂. Deret senyawa-senyawa alkana ini disebut sebagai deret homolog. Sifat deret homolog dari alkana adalah sebagai berikut. a. Memiliki rumus umum C_nH_2n+2.

b. Antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂.

(6)

6

c. Selisih massa molekul relatif antara satu anggota dan anggota berikutnya adalah 14. d. Semakin panjang rantai karbon, semakin tinggi titik didih senyawanya.

Jumlah Atom C Rumus Molekul Nama

1 CH₄ Metana 2 C₂H₆ Etana 3 C₃H₈ Propana 4 C₄H₁₀ Butana 5 C₅H₁₂ Pentana 6 C₆H₁₄ Heksana 7 C₇H₁₆ Heptana 8 C₈H₁₈ Oktana 9 C₉H₂₀ Nonana 10 C₁₀H₂₂ Dekana

3. Tata Nama Alkana

Penamaan senyawa hidrokarbon didasarkan pada aturan IUPAC (International Union of

Pure and Applied Chemistry). Namun, kita juga dapat menemukan nama lazim atau nama

dagang beberapa senyawa hidrokarbon dalam kehidupan sehari-hari. Pada pembahasan kali ini, kita akan mempelajari tata nama alkana berdasarkan aturan IUPAC.

a. Nama alkana didasarkan pada jumlah atom penyusunnya yang diakhiri dengan akhiran "-ana", seperti yang terdapat pada tabel sebelumnya.

b. Jika strukturnya telah diketahui dan merupakan rantai tanpa cabang, maka di awal nama diberi huruf n (normal).

c. Jika rantai karbonnya bercabang, maka tentukan dahulu rantai utamanya, yaitu rantai terpanjang. Setelah itu, lakukan penomoran atom karbon dari ujung yang terdekat dengan letak cabang. Jika terdapat lebih dari satu kemungkinan rantai utama, maka pilihlah rantai utama dengan jumlah cabang terbanyak.

d. Tentukan cabang yang terikat pada rantai utama. Gugus cabang yang juga merupakan hidrokarbon disebut alkil, yaitu alkana yang kehilangan satu atom H. Rumus umum alkil adalah C_nH_2n+1. Nama alkil mengikuti penamaan alkana dengan mengganti akhiran "-ana" menjadi "-il". Jika terdapat lebih dari satu jenis cabang atau alkil, penulisan cabang diurutkan secara alfabetis.

(7)

7

e. Penulisan nama: nomor cabang – nama cabang + nama rantai utama (nama cabang yang ditulis terakhir disatukan dengan nama rantai utama). Jika terdapat lebih dari satu jenis cabang yang sama, maka nama cabang diawali dengan angka Latin yang menunjukkan jumlahnya, yaitu di untuk 2, tri untuk 3, tetra untuk 4, penta untuk 5, dan seterusnya. Sebagai contoh, jika ada dua gugus metil pada C2 dan C3, maka masing-masing gugus dituliskan penomorannya, dan nama cabang diawali dengan angka latin menjadi 2,3–dimetil. Antara masing-masing angka dipisahkan dengan tanda koma (,) dan berurutan, sedangkan antara angka dan huruf dipisahkan dengan tanda strip (–).

Contoh:

1. CH₃ – CH₂ – CH(CH₃) – CH₂ – CH₃

Rantai utama alkana tersebut terdiri atas 5 atom karbon (pentana). Penomoran atom karbon dapat dilakukan dari ujung kanan atau kiri, karena akan menghasilkan posisi cabang yang sama. Jika kita lakukan penomoran dari ujung kiri, maka cabang metil terletak pada posisi C3. Dengan demikian, nama senyawa tersebut adalah 3–metilpentana.

2. CH₃ – C(CH₃)₂ – CH₃

Rantai utama alkana tersebut terdiri atas 3 atom karbon (propana). Penomoran atom karbon dapat dilakukan dari ujung kanan atau kiri, karena akan menghasilkan posisi cabang yang sama. Jika kita lakukan penomoran dari ujung kiri, maka kedua cabang metil terletak pada posisi C2. Dengan demikian, nama senyawa tersebut adalah 2,2–dimetilpropana.

4. Kegunaan Alkana

Alkana adalah senyawa hidrokarbon utama yang dihasilkan dari penyulingan minyak bumi. Sifatnya yang mudah terbakar menyebabkan alkana secara umum dapat digunakan sebagai bahan bakar. Propana dan butana adalah komponen utama LPG yang merupakan sumber bahan bakar rumah tangga. Sementara itu, alkana dengan jumlah C sebanyak 5 hingga 12 merupakan komponen bahan bakar cair kendaraan (bensin).

(8)

kimia

HIDROKARBON II

Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut.

1. Memahami pengertian, rumus umum, serta tata nama senyawa hidrokarbon yang meliputi alkena dan alkuna.

2. Memahami sifat-sifat senyawa hidrokarbon.

3. Memahami jenis-jenis dan contoh reaksi senyawa hidrokarbon.

A. Alkena

Alkena adalah kelompok senyawa hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap dua pada rantai utama karbonnya. Alkena paling sederhana adalah etena dengan rumus C₂H₄.

Alkena dengan satu ikatan rangkap dua pada rantai utama memiliki rumus umum C_nH_2n. Artinya, setiap penambahan satu atom C akan diikuti dengan penambahan dua atom H. Adanya ikatan rangkap dua pada alkena menyebabkan jumlah atom H yang dimilikinya lebih sedikit daripada alkana. Hal ini terjadi karena tangan atom C pada alkena juga ada yang digunakan untuk membentuk ikatan rangkap dua. Setiap penambahan satu ikatan rangkap dua, jumlah atom H akan berkurang sebanyak 2.

XI

K

e

l

a

s

K-13

(9)

2 1. Deret Homolog Alkena

Berdasarkan rumus umumnya, alkena mempunyai anggota yaitu C₂H₄, C₃H₆, C₄H₈, dan seterusnya. Pada alkena, antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂. Deret senyawa-senyawa alkena ini disebut sebagai deret homolog. Sifat deret homolog dari alkena adalah sebagai berikut.

1) Memiliki rumus umum C_nH_2n.

2) Antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂. 3) Selisih massa molekul relatif antara satu anggota dan anggota berikutnya adalah 14. 4) Semakin panjang rantai karbon, semakin tinggi titik didihnya.

2 C₂H₄ Etena 3 C₃H₆ Propena 4 C₄H₈ Butena 5 C₅H₁₀ Pentena 6 C₆H₁₂ Heksena 7 C₇H₁₄ Heptena 8 C₈H₁₆ Oktena 9 C₉H₁₈ Nonena 10 C₁₀H₂₀ Dekena

2. Tata Nama Alkena

dagang beberapa senyawa hidrokarbon dalam kehidupan sehari-hari. Pada bahasan kali ini, kita akan mempelajari tata nama alkena berdasarkan aturan IUPAC.

1) Nama alkena didasarkan pada jumlah atom penyusunnya yang diakhiri dengan akhiran "-ena", seperti pada tabel sebelumnya. Untuk rantai karbon dengan gugus rangkap dua lebih dari satu, jumlah dan posisi gugus rangkap dua disebutkan pada penamaan.

Contoh: alkena dengan 4 atom C yang memiliki dua gugus rangkap dua pada posisi 1 dan 3, maka nama senyawanya menjadi 1,3-butadiena atau buta-1,3-diena.

(10)

3

2) Jika strukturnya telah diketahui dan merupakan rantai tanpa cabang, maka di awal nama diberi huruf n (normal). Untuk monoalkena dengan ikatan rangkap dua yang dapat berpindah posisi, maka posisi ikatan rangkap dua harus dituliskan. Sebagai contoh, butena dapat memiliki ikatan rangkap dua pada posisi C₁ dan C₂. Posisi ikatan rangkap dua rangkaian butena tersebut harus dituliskan pada penamaan, menjadi 1-butena atau 2-butena.

3) Jika rantai karbonnya bercabang, tentukan dahulu rantai utamanya, yaitu rantai terpanjang yang mengandung gugus rangkap dua. Setelah itu, lakukan penomoran atom karbon dari ujung yang terdekat dengan ikatan rangkap dua, sehingga ikatan rangkap dua mendapatkan nomor terkecil. Jika terdapat lebih dari satu kemungkinan rantai terpanjang, maka pilihlah rantai terpanjang dengan jumlah cabang terbanyak.

4) Tentukan cabang yang terikat pada rantai utama. Gugus cabang yang juga merupakan hidrokarbon disebut alkil, yaitu alkana yang kehilangan satu atom H. Rumus umum alkil adalah C_nH_2n+1. Nama alkil mengikuti penamaan alkana dengan mengganti akhiran "-ana" menjadi "-il". Jika terdapat lebih dari satu jenis alkil, maka penulisan nama cabang diurutkan secara alfabetis.

5) Penulisan nama: nomor cabang-nama cabang-nama rantai utama. Jika terdapat lebih dari satu jenis cabang yang sama, maka nama cabang diawali dengan angka Latin yang menunjukkan jumlahnya, yaitu di untuk 2, tri untuk 3, tetra untuk 4, penta untuk 5, dan seterusnya. Kemudian, penulisan nomor cabangnya dipisahkan dengan tanda koma (,) dan berurutan. Antara nomor cabang dan nama penulisannya dipisahkan dengan tanda strip (-).

Contoh 1:

CH₂ = CH – CH(CH₃) – CH₂– CH₃

Senyawa tersebut memiliki rantai terpanjang dengan jumlah atom C sebanyak 5 (pentena). Penomoran dimulai dari ujung kiri rantai agar ikatan rangkap dua mendapatkan nomor terkecil, yaitu pada posisi C1. Pada C3, terdapat sebuah cabang alkil dengan satu atom C, yaitu metil. Dengan demikian, nama senyawa tersebut adalah 3-metil-1-pentena.

(11)

4

Contoh 2:

CH₃ – CH₂ – CH = C(CH₃) – CH₃

Senyawa tersebut memiliki rantai terpanjang dengan jumlah atom C sebanyak 5 (pentena). Penomoran dimulai dari ujung kanan rantai agar ikatan rangkap dua mendapatkan nomor terkecil, yaitu pada posisi C2. Pada C2, juga terdapat sebuah cabang alkil dengan satu atom C, yaitu metil. Dengan demikian, nama senyawa tersebut adalah 2-metil-2-pentena.

B. Alkuna

Alkuna adalah kelompok senyawa hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap tiga pada rantai utama karbonnya. Alkuna paling sederhana adalah etuna (asetilena) dengan rumus C₂H₂.

Alkuna dengan satu ikatan rangkap tiga pada rantai utama memiliki rumus umum C_nH_2n–2. Artinya, setiap penambahan satu atom C akan diikuti dengan penambahan dua atom H. Adanya ikatan rangkap tiga pada alkuna menyebabkan jumlah atom H yang dimilikinya lebih sedikit daripada alkana dan alkena. Hal ini terjadi karena tangan atom C pada alkuna juga ada yang digunakan untuk membentuk ikatan rangkap tiga. Setiap penambahan satu ikatan rangkap tiga, jumlah atom H akan berkurang sebanyak 4. CH ≡ CH CH ≡ C – CH₃ CH ≡ C – CH₂ – CH₃ CH ≡ C – C ≡ CH Etuna Propuna 1-butuna 1,3-butadiuna

1. Deret Homolog Alkuna

Berdasarkan rumus umumnya, alkuna mempunyai anggota yaitu C₂H₂, C₃H₄, C₄H₆, dan seterusnya. Pada alkuna, antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂. Deret senyawa-senyawa alkuna ini disebut sebagai deret homolog. Sifat deret homolog dari alkuna adalah sebagai berikut.

1) Memiliki rumus umum C_nH_2n-2.

2) Antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂. 3) Selisih massa molekul relatif antara satu anggota dan anggota berikutnya adalah 14. 4) Semakin panjang rantai karbon, semakin tinggi titik didihnya.

(12)

5

2 C₂H₂ Etuna 3 C₃H₄ Propuna 4 C₄H₆ Butuna 5 C₅H₈ Pentuna 6 C₆H₁₀ Heksuna 7 C₇H₁₂ Heptuna 8 C₈H₁₄ Oktuna 9 C₉H₁₆ Nonuna 10 C₁₀H₁₈ Dekuna

2. Tata Nama Alkuna

dagang beberapa senyawa hidrokarbon dalam kehidupan sehari-hari. Pada bahasan kali ini, kita akan mempelajari tata nama alkuna berdasarkan aturan IUPAC.

1) Nama alkuna didasarkan pada jumlah atom penyusunnya yang diakhiri dengan akhiran "-una", seperti yang terdapat pada tabel sebelumnya. Untuk rantai karbon dengan gugus rangkap tiga yang lebih dari satu, jumlah dan posisinya disebutkan pada penamaan.

Contoh: alkuna dengan 4 atom C yang memiliki dua gugus rangkap tiga pada posisi 1 dan 3, maka nama senyawanya menjadi 1,3-butadiuna atau buta-1,3-diuna. 2) Jika strukturnya telah diketahui dan merupakan rantai tanpa cabang, maka di

awal nama diberi huruf n (normal). Untuk monoalkuna dengan ikatan rangkap tiga yang dapat berpindah posisi, maka posisi ikatan rangkap tiga harus dituliskan. Contoh: butuna dapat memiliki ikatan rangkap tiga pada posisi C1 dan C2, sehingga posisi ikatan rangkap tiga harus dituliskan pada penamaan, menjadi 1-butuna atau 2-butuna.

CH ≡ C – CH₂ – CH₃ CH₃ – C ≡ C – CH₃ 1-butuna 2-butuna

(13)

6

3) Jika rantai karbonnya bercabang, tentukan dahulu rantai utamanya, yaitu rantai terpanjang yang mengandung gugus rangkap tiga. Setelah itu, lakukan penomoran atom karbon dari ujung yang terdekat dengan ikatan rangkap tiga, sehingga ikatan rangkap tiga mendapatkan nomor terkecil. Jika terdapat lebih dari satu kemungkinan rantai terpanjang, maka pilihlah yang jumlah cabangnya terbanyak.

4) Tentukan cabang yang terikat pada rantai utama. Gugus cabang yang juga merupakan hidrokarbon disebut alkil, yaitu alkana yang kehilangan satu atom H. Rumus umum alkil adalah C_nH_2n+1. Nama alkil mengikuti penamaan alkana dengan mengganti akhiran "-ana" menjadi "-il". Jika terdapat lebih dari satu jenis alkil, maka penulisan nama cabang diurutkan secara alfabetis.

5) Penulisan nama: nomor cabang-nama cabang-nama rantai utama. Jika terdapat lebih dari satu jenis cabang yang sama, maka nama cabang diawali dengan angka Latin yang menunjukkan jumlahnya. Angka latin tersebut yaitu di untuk 2, tri untuk 3,

tetra untuk 4, penta untuk 5, dan seterusnya. Kemudian, penulisan nomor cabangnya

dipisahkan dengan tanda koma (,) dan berurutan, serta antara nomor dan nama dipisahkan dengan tanda strip (-).

Contoh 3:

CH ≡ C – CH(CH₃) – CH₂ – CH₃

Senyawa tersebut memiliki rantai terpanjang dengan jumlah atom C sebanyak 5 (pentuna). Penomoran dimulai dari ujung kiri agar ikatan rangkap tiga mendapatkan nomor terkecil, yaitu pada posisi C1. Pada C3, terdapat sebuah cabang alkil dengan satu atom C, yaitu metil. Dengan demikian, nama senyawa tersebut adalah 3-metil-1-pentuna.

Contoh 4:

CH₃ – C ≡ C – CH₂ – C(CH₃)₂ – CH₃

Senyawa tersebut memiliki rantai terpanjang dengan jumlah atom C sebanyak 6 (heksuna). Penomoran dimulai dari ujung kiri agar ikatan rangkap tiga mendapatkan nomor terkecil, yaitu pada posisi C2. Pada C5, terdapat dua buah cabang alkil dengan satu atom C, yaitu metil. Dengan demikian, nama senyawa tersebut adalah 5,5-dimetil-2-heksuna.

(14)

7 C. Karakteristik Senyawa Hidrokarbon

Secara umum, karakteristik atau sifat senyawa hidro karbon dapat dilihat secara fisik dan kimia. Sifat fisik adalah sifat-sifat senyawa yang dapat diamati dan diukur. Sifat kimia adalah sifat yang menentukan reaksi-reaksi kimia yang dapat berlangsung dalam suatu senyawa.

1. Sifat Fisik

Sifat fi sik senyawa hidrokarbon yang akan kita bahas kali ini adalah kelarutan, titik didih, dan titik lebur.

a. Kelarutan

Senyawa hidrokarbon seperti alkana, alkena, dan alkuna adalah senyawa-senyawa kovalen nonpolar. Itu sebabnya senyawa hidrokarbon kurang larut dalam air yang bersifat polar. Sifat nonpolar dari senyawa hidrokarbon menyebabkan senyawa ini larut dalam pelarut nonpolar, seperti CCl₄ dan kloroform (CHCl₃).

Semakin banyak jumlah atom karbon yang menyusun suatu senyawa, semakin meningkat sifat kenonpolarannya. Ini berarti, semakin banyak jumlah atom karbonnya, semakin meningkat kelarutannya dalam pelarut nonpolar dan menurun dalam pelarut polar.

b. Titik Didih dan Titik Lebur

Titik didih dan titik lebur suatu senyawa berhubungan dengan kuat/lemahnya gaya antarmolekul yang bekerja pada senyawa tersebut. Pada senyawa hidrokarbon seperti alkana, alkena, dan alkuna, gaya antarmolekul yang bekerja adalah gaya London. Gaya London akan semakin besar seiring dengan meningkatnya massa molekul relatif suatu senyawa. Semakin meningkat massa molekul relatif suatu senyawa, semakin panjang rantai karbonnya.

Berdasarkan penjelasan tersebut, dapat disimpulkan bahwa semakin panjang rantai karbon (semakin besar massa molekul relatif) suatu senyawa, semakin meningkat titik didih dan titik leburnya. Hal ini terjadi karena gaya London yang bekerja semakin besar, sehingga dibutuhkan suhu yang lebih tinggi untuk mendidihkan senyawa tersebut. Untuk massa molekul relatif yang sama, senyawa hidrokarbon bercabang memiliki titik didih yang lebih rendah daripada yang lurus.

(15)

8 2. Sifat Kimia

Sifat kimia senyawa hidrokarbon berkaitan dengan reaksi kimia yang dapat terjadi pada senyawa tersebut. Secara umum, reaksi yang dapat terjadi pada senyawa hidrokarbon adalah sebagai berikut.

a. Reaksi Adisi

Reaksi adisi pada senyawa organik adalah reaksi yang menggabungkan dua reaktan menjadi satu produk, tanpa ada molekul yang tersisa di akhir reaksi. Pada senyawa organik, reaksi adisi hanya dapat terjadi apabila senyawa tersebut memiliki ikatan tak jenuh (rangkap dua atau rangkap tiga).

Reaksi adisi pada gugus tak jenuh tersebut menyebabkan ikatan rangkap menjadi berkurang. Hal ini berarti, ikatan rangkap dua menjadi ikatan tunggal dan ikatan rangkap tiga menjadi ikatan rangkap dua atau ikatan tunggal. Oleh karena itu, reaksi adisi sering disebut sebagai reaksi pemutusan ikatan rangkap.

Contoh reaksi adisi adalah reaksi pembentukan bromoetana berikut. CH₂ = CH₂ + HBr → CH₂Br → CH₃

Perhatikan bahwa ikatan rangkap dua pada senyawa etena (reaktan) diubah menjadi ikatan tunggal pada senyawa bromoetana (produk).

b. Reaksi Eliminasi

Reaksi eliminasi adalah kebalikan dari reaksi adisi. Reaksi ini terjadi ketika suatu reaktan memisahkan diri menjadi dua produk, dengan salah satu produk biasanya adalah molekul kecil seperti H₂O atau HX (asam halida). Reaksi eliminasi terjadi pada suatu senyawa jenuh (tidak memiliki ikatan rangkap). Reaksi ini menyebabkan lepasnya atom-atom dari ikatan kovalen, sehingga terbentuk ikatan tak jenuh (rangkap dua atau rangkap tiga). Oleh karena itu, reaksi eliminasi sering disebut sebagai reaksi pembentukan ikatan rangkap.

Contoh reaksi eliminasi adalah reaksi dehidrasi alkohol berikut.

(asam pekat)

CH₃ – CH₂OH → CH₂ = CH₂ + H₂O

(16)

9

Perhatikan bahwa ikatan tunggal pada senyawa etanol diubah menjadi ikatan rangkap dua setelah etanol melepaskan molekul H₂O.

c. Reaksi Substitusi

Reaksi substitusi (penggantian) adalah reaksi antara dua reaktan yang saling mempertukarkan atom-atomnya, sehingga terbentuk dua produk yang berbeda. Reaksi substitusi ini pada umumnya terjadi pada senyawa organik jenuh.

Contoh reaksi substitusi adalah sebagai berikut. CH₃ – CH₃ + H₂O – CH₃ → CH₂OH + H₂

Perhatikan bahwa satu atom H pada etana ditukar dengan OH dari molekul H₂O. Perhatikan pula bahwa tidak ada perubahan kejenuhan ikatan.

d. Reaksi Redoks (Reduksi-Oksidasi)

Reaksi redoks (reduksi-oksidasi) pada senyawa organik sama halnya dengan senyawa anorganik. Reaksi redoks terjadi apabila senyawa organik bereaksi dengan suatu reduktor atau oksidator. Ketika suatu senyawa organik bereaksi dengan suatu reduktor (contoh: H₂) dan atom yang terlibat dalam reaksi mengalami penurunan bilangan oksidasi, maka reaksi yang terjadi disebut dengan reaksi reduksi. Sebaliknya, ketika suatu senyawa organik bereaksi dengan suatu oksidator (contoh: O₂, KMnO₄, K₂Cr₂O₇) dan atom yang terlibat mengalami kenaikan bilangan oksidasi, maka reaksi yang terjadi disebut dengan reaksi oksidasi.

Contoh reaksi oksidasi adalah reaksi antara alkohol primer (R-OH) dengan suatu oksidator membentuk aldehid (R-COH), yang dapat teroksidasi lebih lanjut menjadi asam karboksilat (R-COOH). Sementara itu, contoh reaksi reduksi adalah reaksi yang berlangsung sebaliknya, yaitu ketika suatu senyawa aldehid bereaksi dengan suatu reduktor menjadi senyawa alkohol primer.

D. Reaksi-Reaksi pada Alkana

Alkana termasuk zat yang sukar bereaksi karena memiliki afi nitas yang kecil. Alkana yang merupakan senyawa hidrokarbon jenuh, tidak dapat mengalami reaksi adisi. Hal ini dikarenakan reaksi adisi hanya dapat terjadi pada senyawa hidrokarbon tak jenuh. Reaksi kimia yang terjadi pada alkana antara lain sebagai berikut.

(17)

10 1. Reaksi Pembakaran

Jika alkana terbakar sempurna, maka akan dihasilkan CO₂. Namun, jika pembakarannya tidak sempurna, maka akan dihasilkan CO. Hasil lain dari pembakaran alkana adalah H₂O.

2. Reaksi Substitusi

Reaksi ini terjadi ketika ada penggantian gugus pada alkana.

3. Reaksi Perengkahan (Cracking)

Reaksi perengkahan (cracking) merupakan reaksi pemotongan rantai panjang menjadi rantai-rantai pendek. Contoh reaksi ini adalah pemotongan n-butana menghasilkan 2 molekul etena.

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ → 2 CH₂ = CH₂

E. Reaksi-Reaksi pada Alkena

Adanya ikatan rangkap dua pada alkena menyebabkan alkena bersifat lebih reaktif daripada alkana. Reaksi pada alkena terutama terjadi pada ikatan rangkap dua tersebut. Reaksi-reaksi yang terjadi pada alkena antara lain sebagai berikut.

1. Reaksi Pembakaran

Sama halnya seperti alkana, jika alkena terbakar sempurna, maka akan dihasilkan CO₂. Namun, jika pembakarannya tidak sempurna, maka akan dihasilkan CO. Hasil lain dari pembakaran alkena adalah H₂O.

2. Reaksi Adisi

Adanya ikatan rangkap dua yang menyebabkan alkena bersifat tidak jenuh, terdapat kemungkinan mengalami reaksi penjenuhan atau reaksi adisi. Reaksi yang terjadi adalah penambahan gugus tertentu pada atom-atom C yang terlibat dalam ikatan rangkap dua. Hal ini menyebabkan ikatan tersebut terputus dan membentuk ikatan tunggal.

Jika reaksi adisi terjadi pada alkena nonsimetris dengan HX, maka akan berlaku aturan Markovnikov berikut.

1) Atom H akan berikatan dengan salah satu atom C pada ikatan rangkap dua. Atom C tersebut memiliki jumlah H yang lebih banyak.

(18)

11

2) Atom X (halida) akan berikatan dengan salah satu atom C pada ikatan rangkap dua. Atom C tersebut memiliki jumlah atom H yang lebih sedikit.

3. Reaksi Polimerisasi

Reaksi polimerisasi adalah reaksi pembentukan polimer. Polimer adalah makromolekul yang tersusun dari pengulangan molekul-molekul kecil yang disebut monomer. Pada prinsipnya, reaksi polimerisasi pada alkena adalah bagian dari reaksi adisi. Namun reaksi tersebut terjadi pada ikatan rangkap masing-masing monomer dan membentuk molekul raksasa. Reaksi ini dimulai dengan terbukanya ikatan rangkap, kemudian terbentuk gugus dengan 2 elektron yang tidak berpasangan. Elektron-elektron yang tidak berpasangan tersebut kemudian berikatan antargugus, sehingga terbentuk rantai yang lebih panjang.

F. Reaksi-Reaksi pada Alkuna

Secara umum, alkuna memiliki sifat yang mirip dengan alkena karena sama-sama merupakan senyawa hidrokarbon tak jenuh. Oleh karena itu, reaksi-reaksi pada alkuna juga mirip dengan reaksi-reaksi pada alkena. Akan tetapi, jumlah pereaksi yang dibutuhkan oleh alkuna dua kali lebih banyak daripada alkena karena ikatan rangkap tiganya. Reaksi-reaksi pada alkuna antara lain adalah Reaksi-reaksi adisi dengan H₂ dan HX.

(19)

kimia

HIDROKARBON III DAN REVIEW

Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami defi nisi dan jenis-jenis isomer beserta contohnya.

2. Memahami keisomeran pada alkana, alkena, dan alkuna.

3. Memahami kembali kekhasan atom karbon dan karakteristik senyawa hidrokarbon. 4. Memahami kembali defi nisi, rumus umum, dan tata nama senyawa hidrokarbon. 5. Dapat menyelesaikan soal-soal yang berkaitan dengan senyawa hidrokarbon.

A. Isomer

Isomer adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul sama, tetapi struktur dan

konfi gurasi ruangnya berbeda. Struktur berkaitan dengan susunan ikatan atom-atom dalam molekul, sedangkan konfi gurasi ruang berkaitan dengan bentuk tiga dimensi molekul. Berdasarkan strukturnya, isomer dibedakan menjadi tiga, yaitu isomer rangka, isomer posisi, dan isomer fungsi. Sementara itu, berdasarkan konfi gurasi ruangnya, isomer dibedakan menjadi dua, yaitu isomer geometri dan isomer optik.

XI

K

e

l

a

s

K-13

Struktur Isomer Rangka Isomer Posisi Isomer Fungsi Isomer Geometri Isomer Optik Ruang Isomer

(20)

2 1. Isomer Rangka

Isomer rangka adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul sama, tetapi

bentuk kerangka karbonnya berbeda. Contoh senyawa-senyawa yang berisomer rangka adalah butana dan 2-metilpropana.

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ CH₃ – CH – CH₃ | CH₃ butana 2-metilpropana

2. Isomer Posisi

Isomer posisi adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul sama, tetapi posisi

gugus fungsionalnya berbeda. Contoh senyawa-senyawa yang berisomer posisi adalah 1-propanol dengan 2-propanol dan 1-butena dengan 2-butena.

CH₃ – CH₂ – CH₂ – OH CH₃ – CH – CH₃ | OH 1-propanol 2-propanol CH₂ = CH – CH₂ – CH₃ CH₃ – CH = CH – CH₃ 1-butena 2-butena

3. Isomer Fungsi

Isomer fungsi adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul sama, tetapi jenis

gugus fungsionalnya berbeda. Pasangan isomer fungsi pada senyawa organik adalah sebagai berikut.

a. Alkohol dengan eter, yang sama-sama memiliki rumus umum C_nH_(2n+2)O. b. Aldehid dengan keton, yang sama-sama memiliki rumus umum C_nH_2nO.

c. Asam karboksilat dengan ester, yang sama-sama memiliki rumus umum C_nH_2nO₂. d. Alkena dan sikloalkana, yang sama-sama memiliki rumus umum C_nH_2n.

(21)

3 4. Isomer Geometri

Isomer geometri terdapat pada senyawa-senyawa organik yang memiliki struktur kaku

pada molekulnya, seperti ikatan rangkap dua (=) dan struktur alifatik siklik. Adanya struktur kaku pada suatu molekul menyebabkan molekul tersebut dapat memiliki dua konfi gurasi ruang yang berbeda, yaitu bentuk cis dan trans. Pada bentuk cis, gugus sejenis terletak pada sisi yang sama, sedangkan pada bentuk trans, gugus sejenis terletak berseberangan. Contoh senyawa yang memiliki isomer geometri adalah 2-butena.

CH₃ – CH = CH – CH₃ 2-butena H H CH₃ H C = C C = C CH₃ CH₃ H CH₃ cis-2-butena trans-2-butena

5. Isomer Optik

Isomer optik terdapat pada senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi, searah atau

berlawanan arah putaran jarum jam. Suatu senyawa dapat memutar bidang polarisasi karena di dalamnya terdapat atom karbon asimetris atau khiral. Atom karbon asimetris adalah atom karbon yang dapat mengikat empat gugus atom yang berbeda pada masing-masing tangannya.

Suatu senyawa yang memiliki satu atom karbon asimetris pada molekulnya mempunyai dua isomer optik. Isomer optik yang pertama merupakan senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi ke kanan atau searah jarum jam (dekstrorotatori). Sementara itu, isomer optik yang kedua merupakan senyawa yang dapat memutar bidang polarisasi ke kiri atau berlawanan arah jarum jam (levorotatori). Senyawa dekstrorotatori diberi tanda (+), sedangkan senyawa levorotatori diberi tanda (–). Jumlah isomer yang dapat dimiliki oleh suatu senyawa yang mempunyai atom karbon asimetris sebanyak n adalah 2n_{isomer. Salah}

satu contoh senyawa yang memiliki isomer optik atau disebut optis aktif adalah 2-butanol. OH

| CH₃ – CH₂ – CH – CH₃

(22)

4 B. Keisomeran pada Alkana

Alkana adalah senyawa hidrokarbon paling sederhana yang tidak mempunyai gugus

fungsional. Alkana hanya terdiri atas dua jenis unsur, yaitu karbon dan hidrogen. Ketiadaan gugus fungsional pada alkana ini membuatnya tidak memiliki isomer fungsi dan isomer posisi.

Berdasarkan kejenuhan ikatannya, alkana merupakan senyawa hidrokarbon jenuh, yaitu senyawa yang seluruh ikatan antar-atom karbonnya merupakan ikatan tunggal, tanpa ada ikatan rangkap dua atau rangkap tiga. Ketiadaan ikatan rangkap dua menyebabkan alkana rantai lurus tidak memiliki isomer geometri. Akan tetapi, alkana rantai siklik (sikloalkana) memiliki isomer geometri, yaitu isomer cis dan trans.

Isomer optik dapat terjadi pada alkana rantai tertentu dengan bentuk yang lebih kompleks daripada alkana rantai lurus. Selain itu, isomer optik juga mungkin ditemukan pada alkana dengan rantai karbon yang panjang, karena strukturnya lebih banyak.

Alkana rantai lurus maupun bercabang memiliki isomer rangka. Isomer rangka dapat ditentukan dengan mengubah posisi cabang pada struktur suatu senyawa, atau dengan mengubah bentuk rantai lurus menjadi rantai bercabang dan sebaliknya.

C. Keisomeran pada Alkena

Alkena rantai lurus memiliki sedikitnya satu ikatan rangkap dua. Adanya ikatan rangkap dua ini menyebabkan alkena memiliki isomer geometri, yaitu isomer cis dan trans. Selain isomer geometri, alkena rantai panjang juga memiliki isomer posisi yang dapat terjadi pada struktur ikatan rangkap duanya. Alkena juga memiliki isomer rangka, yaitu struktur rantai lurus atau bercabang dengan jumlah atom karbon dan jumlah ikatan rangkap dua yang sama.

Tidak seperti alkana, adanya ikatan rangkap dua yang merupakan gugus fungsional pada alkena memungkinkan kelompok senyawa ini memiliki isomer fungsi. Monoalkena rantai lurus berisomer fungsi dengan sikloalkana, sedangkan alkadiena berisomer fungsi dengan alkuna.

D. Keisomeran pada Alkuna

Alkuna merupakan senyawa hidrokarbon yang memiliki sedikitnya satu ikatan rangkap

tiga. Adanya struktur ikatan rangkap tiga pada alkuna memungkinkan kelompok senyawa ini memiliki jenis isomer yang sama dengan alkena, kecuali isomer geometri. Hal ini terjadi karena ikatan rangkap tiga pada alkuna hanya dapat mengikat satu atom lain, sementara pada alkena dapat mengikat dua atom lain.

(23)

5

Sama seperti senyawa hidrokarbon lainnya, alkuna juga memiliki isomer rangka, yaitu struktur rantai lurus atau bercabang dengan jumlah atom karbon dan jumlah ikatan rangkap tiga yang sama. Pada rantai yang panjang, ikatan rangkap tiga pada alkuna dapat berada pada lebih dari satu posisi, sehingga alkuna memiliki isomer posisi. Ikatan rangkap tiga yang merupakan gugus fungsional ini juga menyebabkan alkuna memiliki isomer fungsi. Monoalkuna rantai lurus berisomer fungsi dengan alkadiena.

E. Review Hidrokarbon

Catatan: contoh soal dan pembahasan dapat dilihat pada video

1. Kekhasan Atom Karbon

Beberapa kekhasan atom karbon adalah sebagai berikut. a. Atom karbon memiliki 4 elektron valensi.

b. Atom unsur karbon relatif kecil, sehingga ikatan kovalen yang terbentuk relatif kuat dan dapat membentuk ikatan kovalen rangkap.

c. Atom karbon dapat membentuk rantai karbon.

Berdasarkan jenis ikatan antar-atom karbon, senyawa hidrokarbon dapat dibedakan menjadi berikut.

a. Ikatan jenuh (ikatan tunggal)

Ikatan jenuh terjadi bila masing-masing atom karbon menyumbangkan sebuah elektron, sehingga tersedia sepasang elektron milik bersama.

Contoh: H H

| |

H – C – C – H atau CH₃ – CH₃

| |

H H b. Ikatan tidak jenuh (ikatan rangkap)

Pada ikatan tidak jenuh, dua buah atom karbon masing-masing menyumbangkan lebih dari satu elektron, sehingga elektron milik bersama lebih dari satu pasang.

(24)

6

1.) Ikatan rangkap dua Contoh: H H \ / C = C atau CH = CH / \ H 2 2 H 2.) Ikatan rangkap tiga

Contoh:

H – C ≡ C – H atau CH ≡ CH

Berdasarkan bentuk rantai atom karbonnya, senyawa hidrokarbon dapat dibedakan menjadi berikut.

a. Rantai karbon alifatik

Rantai karbon alifatik yaitu rantai karbon terbuka, baik lurus maupun bercabang.

Contoh: C C C C C C C b. Rantai karbon siklik

Rantai karbon siklik yaitu rantai karbon tertutup. Rantai karbon siklik dibedakan

menjadi karbosiklik dan heterosiklik.

1.) Karbosiklik adalah senyawa karbon siklik yang rantai lingkarnya hanya terdiri atas atom C saja.

2.) Heterosiklik adalah senyawa karbon siklik yang di dalam rantai lingkarnya terdapat atom lain selain atom karbon.

c. Rantai karbon aromatis

Rantai karbon aromatis adalah rantai siklik dari enam atom karbon yang di

dalamnya terdapat ikatan rangkap terkonjugasi (berselang-seling). Contoh senyawa yang mempunyai rantai karbon aromatis adalah benzena dan turunannya.

(25)

7

Berdasarkan kedudukannya, posisi atom karbon dalam rantai karbon dapat dibedakan menjadi berikut.

a. Atom C primer, yaitu atom C yang terikat pada 1 atom C yang lain.

b. Atom C sekunder, yaitu atom C yang terikat pada 2 atom C yang lain.

c. Atom C tersier, yaitu atom C yang terikat pada 3 atom C yang lain.

d. Atom C kuarterner, yaitu atom C yang terikat pada 4 atom C yang lain.

Contoh: CH₃

|

CH₃ – CH₂ – CH – CH₂ – C– CH₃

| |

CH₃

Atom C sekunder Atom C primer

Atom C tersier Atom C kuartener

2. Alkana

Alkana adalah kelompok senyawa hidrokarbon jenuh yang terbentuk dari ikatan tunggal

di sepanjang rantai utama karbonnya. a. Deret Homolog Alkana

Sifat deret homolog dari alkana adalah sebagai berikut. 1.) Memiliki rumus umum C_nH_2n+2.

2.) Antara satu anggota dan anggota berikutnya terdapat penambahan satu senyawa CH₂.

3.) Selisih massa molekul relatif antara satu anggota dan anggota berikutnya adalah 14.

(26)

8

1 CH₄ Metana 2 C₂H₆ Etana 3 C₃H₈ Propana 4 C₄H₁₀ Butana 5 C₅H₁₂ Pentana 6 C₆H₁₄ Heksana 7 C₇H₁₆ Heptana 8 C₈H₁₈ Oktana 9 C₉H₂₀ Nonana 10 C₁₀H₂₂ Dekana

b. Tata Nama Alkana

1.) Nama alkana didasarkan pada jumlah atom penyusunnya yang diakhiri dengan akhiran "-ana”.

2.) Jika strukturnya telah diketahui dan merupakan rantai tanpa cabang, di awal nama diberi huruf n (normal).

3.) Jika rantai karbonnya bercabang, tentukan dahulu rantai utamanya, yaitu rantai terpanjang. Setelah itu, lakukan penomoran atom karbon dari ujung yang terdekat dengan letak cabang. Jika terdapat lebih dari satu kemungkinan rantai utama, pilihlah rantai utama dengan jumlah cabang terbanyak.

4.) Tentukan cabang yang terikat pada rantai utama. Gugus cabang yang juga merupakan hidrokarbon disebut alkil, yaitu alkana yang kehilangan satu atom H. Rumus umum alkil adalah C_nH_2n+1. Nama alkil mengikuti penamaan alkana dengan mengganti akhiran "-ana" menjadi "-il". Jika terdapat lebih dari satu jenis cabang atau alkil, penulisan cabang diurutkan secara alfabetis.

5.) Penulisan nama: nomor cabang-nama cabang + nama rantai utama (nama cabang yang ditulis terakhir disatukan dengan nama rantai utama). Jika terdapat lebih dari satu jenis cabang yang sama, nama cabang diawali dengan angka Latin yang menunjukkan jumlahnya, yaitu di untuk 2, tri untuk 3, tetra untuk 4,

penta untuk 5, dan seterusnya. Sebagai contoh, jika ada dua gugus metil pada

C2 dan C3 maka masing-masing gugus dituliskan penomorannya, dan nama cabang diawali dengan angka Latin menjadi 2,3-dimetil. Antara masing-masing angka dipisahkan dengan tanda koma (,) dan berurutan, sedangkan antara angka dan huruf dipisahkan dengan tanda strip (-).

(27)

9

c. Kegunaan Alkana

Secara umum, alkana digunakan sebagai bahan bakar.

3. Alkena

Alkena adalah kelompok senyawa hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan rangkap

dua pada rantai utama karbonnya. a. Deret Homolog Alkena

Sifat deret homolog dari alkena adalah sebagai berikut. 1.) Memiliki rumus umum C_nH_2n.

4.) Semakin panjang rantai karbon, semakin tinggi titik didihnya.

2 C₂H₄ Etena 3 C₃H₆ Propena 4 C₄H₈ Butena 5 C₅H₁₀ Pentena 6 C₆H₁₂ Heksena 7 C₇H₁₄ Heptena 8 C₈H₁₆ Oktena 9 C₉H₁₈ Nonena 10 C₁₀H₂₀ Dekena

b. Tata Nama Alkena

1.) Nama alkena didasarkan pada jumlah atom penyusunnya yang diakhiri akhiran "-ena".

3.) Jika rantai karbonnya bercabang, tentukan terlebih dahulu rantai utamanya, yaitu rantai terpanjang yang mengandung gugus rangkap dua. Setelah itu, lakukan penomoran atom karbon dari ujung yang terdekat dengan ikatan rangkap dua.

(28)

10

4.) Tentukan cabang yang terikat pada rantai utama.

5.) Penulisan nama: nomor cabang-nama cabang-nama rantai utama.

4. Alkuna

Alkuna adalah kelompok senyawa hidrokarbon tak jenuh yang mempunyai ikatan

rangkap tiga pada rantai utama karbonnya. a. Deret Homolog Alkuna

Sifat deret homolog dari alkuna adalah sebagai berikut. 1.) Memiliki rumus umum C_nH_2n–2.

4.) Semakin panjang rantai karbon, semakin tinggi titik didihnya.

2 C₂H₂ Etuna 3 C₃H₄ Propuna 4 C₄H₆ Butuna 5 C₅H₈ Pentuna 6 C₆H₁₀ Heksuna 7 C₇H₁₂ Heptuna 8 C₈H₁₄ Oktuna 9 C₉H₁₆ Nonuna 10 C₁₀H₁₈ Dekuna

b. Tata Nama Alkuna

1.) Nama alkuna didasarkan pada jumlah atom penyusunnya yang diakhiri akhiran "-una".

3.) Jika rantai karbonnya bercabang, tentukan terlebih dulu rantai utamanya, yaitu rantai terpanjang yang mengandung gugus rangkap tiga. Setelah itu, lakukan penomoran atom karbon dari ujung yang terdekat dengan ikatan rangkap tiga.

(29)

11

4.) Tentukan cabang yang terikat pada rantai utama.

5.) Penulisan nama: nomor cabang-nama cabang-nama rantai utama.

5. Karakteristik Senyawa Hidrokarbon

a. Sifat Fisik 1.) Kelarutan

Semakin banyak jumlah atom karbon yang menyusun suatu senyawa, semakin meningkat sifat kenonpolarannya. Ini berarti, semakin banyak jumlah atom karbonnya, semakin meningkat kelarutannya dalam pelarut nonpolar, sementara kelarutannya dalam pelarut polar semakin menurun.

2.) Titik Didih dan Titik Lebur

Semakin panjang rantai karbon (semakin besar massa molekul relatif) suatu senyawa, semakin meningkat titik didih dan titik leburnya. Hal ini terjadi karena gaya London yang bekerja semakin besar, sehingga dibutuhkan suhu yang lebih tinggi untuk mendidihkan senyawa tersebut.

b. Sifat Kimia

Sifat kimia senyawa hidrokarbon berkaitan dengan reaksi kimia yang dapat terjadi pada senyawa tersebut. Secara umum, reaksi yang dapat terjadi pada senyawa hidrokarbon adalah sebagai berikut.

1.) Reaksi Adisi

Reaksi adisi merupakan reaksi pemutusan ikatan rangkap.

2.) Reaksi Eliminasi

Reaksi eliminasi merupakan reaksi pembentukan ikatan rangkap.

3.) Reaksi Substitusi

Reaksi substitusi (penggantian) adalah reaksi antara dua reaktan yang saling

mempertukarkan atom-atomnya, sehingga terbentuk dua produk yang berbeda. 4.) Reaksi Redoks (Reduksi-Oksidasi)

Reaksi redoks (reduksi-oksidasi) adalah reaksi yang terjadi apabila senyawa

organik bereaksi dengan suatu reduktor atau oksidator.

6. Reaksi-Reaksi pada Alkana

Reaksi-reaksi yang terjadi pada alkana adalah sebagai berikut. a. Reaksi pembakaran: reaksi dengan oksigen.

(30)

12

c. Reaksi perengkahan (cracking): reaksi pemotongan rantai panjang menjadi rantai-rantai pendek.

7. Reaksi-Reaksi pada Alkena

Reaksi-reaksi yang terjadi pada alkena adalah sebagai berikut. a. Reaksi pembakaran: reaksi dengan oksigen.

b. Reaksi adisi: reaksi penjenuhan atau pemutusan ikatan rangkap. c. Reaksi polimerisasi: reaksi pembentukan polimer.

8. Reaksi-Reaksi pada Alkuna

Reaksi-reaksi pada alkuna antara lain adalah reaksi adisi dengan H₂ dan HX.

9. Isomer

Isomer adalah senyawa-senyawa yang memiliki rumus molekul sama, tetapi struktur dan

konfi gurasi ruangnya berbeda.

Struktur Isomer Rangka Isomer Posisi Isomer Fungsi Isomer Geometri Isomer Optik Ruang Isomer

(31)

kimia

KESETIMBANGAN KIMIA 1

Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami defi nisi reaksi kimia reversible dan irreversible.

2. Memahami defi nisi reaksi setimbang dan kesetimbangan dinamis.

3. Memahami defi nisi kesetimbangan homogen dan heterogen, serta contoh reaksinya. 4. Memahami defi nisi tetapan kesetimbangan (K).

5. Menyelesaikan persoalan terkait perhitungan nilai tetapan kesetimbangan konsentrasi (K_c) dan tekanan parsial (K_p).

6. Memahami hubungan antara tetapan kesetimbangan konsentrasi (K_c) dan tekanan parsial (K_p).

A. Reaksi Kimia Reversible dan Irreversible

Berdasarkan arah reaksinya, reaksi kimia dikelompokkan menjadi dua, yaitu reaksi reversible (dapat balik) dan reaksi irreversible (tidak dapat balik). Reaksi reversible adalah reaksi kimia yang berjalan dua arah (bolak-balik), dari reaktan membentuk produk dan dapat kembali membentuk reaktan. Sementara itu, reaksi irreversible adalah reaksi kimia yang berjalan searah, dari reaktan membentuk produk dan tidak dapat kembali membentuk reaktan. Dari kaidah penulisan reaksi kimia, reaksi irreversible ditulis dengan panah searah ke kanan (), sedangkan reaksi reversible dituliskan dengan panah bolak-balik ().

XI

K

e

l

a

s

KTSP

&

K-13

(32)

2

Contoh reaksi kimia reversible adalah reaksi pembentukan NH₃ dari gas nitrogen dan gas hidrogen dalam proses Haber-Bosch, serta reaksi ionisasi asam asetat.

N₂ (g) + 3H₂ (g)  2NH₃ (g) CH₃COOH (aq)  CH₃COO-_{(aq) + H}+_(aq)

Contoh reaksi irreversible adalah reaksi pembakaran hidrokarbon, misalnya metana, dan reaksi ionisasi garam dapur.

CH₄ (g) + 2O₂ (g)  CO₂ (g) + 2H₂O (l) NaCl (aq)  Na+_{(aq) + Cl}-_(aq)

B. Defi nisi Reaksi Setimbang

Saat mempelajari laju reaksi, kita telah memahami bahwa suatu reaksi kimia berlangsung dalam kecepatan tertentu, termasuk reaksi reversible. Pada reaksi reversible, reaksi berlangsung dalam dua arah. Arah pertama adalah pembentukan produk dari reaktan, yang disebut reaksi maju (forward). Arah kedua adalah pembentukan kembali reaktan dari produk, yang disebut reaksi balik (backward).

Reaksi maju dan reaksi balik memiliki laju reaksinya masing-masing. Suatu kondisi saat laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik disebut sebagai kondisi setimbang. Dengan demikian, reaksi setimbang atau kesetimbangan adalah suatu kondisi pada reaksi

reversible saat laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik.

Dalam reaksi setimbang, konsentrasi setiap komponen dalam reaksi adalah tetap. Hal ini terjadi karena penguraian suatu komponen berlangsung dalam kecepatan yang sama dengan pembentukannya kembali. Inilah yang dinamakan sebagai kesetimbangan dinamis. Dalam kesetimbangan dinamis, tidak tampak perubahan secara makroskopik (yang dapat diamati dan diukur), tetapi perubahan mikroskopik sebenarnya terus berlangsung.

C. Kesetimbangan Homogen dan Heterogen

Kesetimbangan homogen adalah kondisi setimbang pada reaksi reversible saat zat-zat yang terlibat reaksi berada dalam fase (wujud) yang sama. Contoh kesetimbangan homogen adalah reaksi penguraian gas N₂O₄ menjadi gas NO₂, yang semua komponennya (produk dan reaktan) berada pada fase gas (g).

(33)

3

Kesetimbangan heterogen adalah kondisi setimbang pada reaksi reversible saat zat-zat yang terlibat reaksi berada dalam fase (wujud) yang berbeda. Contoh kesetimbangan heterogen adalah reaksi ionisasi air menghasilkan ion H+_{dan OH}-_{. Air (H}

2O) dalam fase cair (l), sedangkan H+_{dan OH}-_{dalam fase larutan (aq).}

H₂O (l)  H+_{(aq) + OH}-_(aq)

Pada sistem kesetimbangan heterogen, nilai konstanta kesetimbangan hanya dipengaruhi oleh zat-zat yang berwujud gas (g) dan larutan (aq).

D. Hukum Kesetimbangan dan Tetapan Kesetimbangan

Kondisi setimbang adalah suatu kondisi pada reaksi reversible saat laju reaksi maju sama dengan laju reaksi balik. Kondisi setimbang menyatakan kesamaan pada laju reaksi, bukan kesamaan pada jumlah dan konsentrasi zat-zat yang bereaksi. Dengan kata lain, kondisi ini tidak menyatakan bahwa konsentrasi produk sama dengan konsentrasi reaktan, dan tidak juga menyatakan bahwa konsentrasi zat-zat yang bereaksi sama dengan konsentrasi zat-zat yang terbentuk.

Suatu percobaan untuk mengamati dinamika kesetimbangan reaksi antara N₂O₄ dan NO₂menunjukkan hasil sebagai berikut.

Reaksi setimbang:

N₂O₄ (g)  2NO₂ (g)

Hasil Pengamatan Dinamika Kesetimbangan Reaksi antara N₂O₄ dan NO₂

Konsentrasi Awal Konsentrasi Setimbang Perbandingan Konsentrasi Saat Setimbang [N₂O₄] [NO₂] [N₂O₄] [NO₂] _{N O}NO2 2 4

[

]

[

]

N ONO 2 2 4 2

[

]

[

]

0,670 0,000 0,643 0,055 0,085 4,65 × 10–3 0,446 0,050 0,448 0,046 0,102 4,66 × 10–3 0,500 0,030 0,491 0,048 0,097 4,60 × 10–3 0,600 0,040 0,594 0,052 0,088 4,60 × 10–3 0,000 0,200 0,090 0,020 0,227 4,63 × 10–3

(34)

4

Berdasarkan data perhitungan pada kolom paling kanan, diketahui bahwa perbandingan antara konsentrasi zat-zat saat setimbang menunjukkan nilai yang konstan. Kondisi tersebut dipenuhi saat konsentrasi gasnya dipangkatkan dengan koefi sien reaksinya, yaitu NO₂ dipangkatkan 2 dan N₂O₄ dipangkatkan 1. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa nilai perbandingan konsentrasi zat-zat saat setimbang dipangkatkan koefi siennya adalah konstan. Nilai konstan inilah yang dinamakan sebagai konstanta kesetimbangan (K). Hukum yang berkaitan dengan konstanta kesetimbangan disebut hukum kesetimbangan.

Hukum kesetimbangan menyatakan, "Jika suatu reaksi dalam keadaaan setimbang, maka nilai perbandingan hasil kali konsentrasi produk dipangkatkan koefi siennya dengan hasil kali konsentrasi reaktan dipangkatkan koefi siennya adalah konstan."

Secara umum, nilai konstanta kesetimbangan pada suatu reaksi dapat ditentukan sebagai berikut. aA (g) + bB (g)  cC (g) + dD (g) K = C D A B

[ ] [ ]

c d a b Keterangan: K = konstanta kesetimbangan;

[A], [B], [C], [D] = konsentrasi zat-zat dalam satuan mol/L (M); dan

a, b, c, d = koefi sien reaksi.

Oleh karena konstanta kesetimbangan tersebut dihitung dari konsentrasi zat, maka konstanta ini juga dapat disimbolkan dengan K_c, dengan “c” menunjukkan konsentrasi (concentration).

Contoh Soal 1

Reaksi pembentukan amonia (NH₃) dari gas H₂ dan N₂ berlangsung dalam reaksi reversible. Pada kondisi setimbang, terdapat 1 mol H₂, 2 mol N₂, dan 2 mol NH₃ dalam wadah tertutup bervolume 1 L. Besar konstanta kesetimbangan pada reaksi tersebut adalah ….

(35)

5

Pembahasan:

Reaksi pembentukan amonia dari H₂ dan N₂ dapat dituliskan sebagai berikut. N₂ (g) + 3H₂ (g)  2NH₃ (g)

Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, konstanta kesetimbangan K untuk reaksi pembentukan amonia adalah sebagai berikut.

K = NH N H 3 2 2 2 3

[ ]

[ ][ ]

Oleh karena [NH₃] = 2 mol/L, [N₂] = 2 mol/L, dan [H₂] = 1 mol/L, maka:

K = 2 2 1 2 3

( )

( )( )

= 2

Jadi, besar konstanta kesetimbangan pada reaksi tersebut adalah 2.

Contoh Soal 2

Pemanasan padatan CaCO₃ yang menghasilkan padatan CaO dan gas CO₂ berlangsung dalam reaksi reversible. Jika pada kondisi setimbang terdapat 3 mol CaCO₃, 2 mol CaO, dan 2 mol CO₂ dalam wadah tertutup bervolume 1 L, maka berapakah nilai konstanta kesetimbangannya (K)?

Pembahasan:

Reaksi pemanasan padatan CaCO₃ menghasilkan padatan CaO dan gas CO₂ dapat dituliskan sebagai berikut.

CaCO₃ (s)  CaO (s) + CO₂ (g)

Berdasarkan persamaan reaksi tersebut, konstanta kesetimbangan K untuk reaksi pemanasan padatan CaCO₃ adalah sebagai berikut.

K = [CO₂]

Oleh karena [CO₂] = 2 mol/L, maka:

K = 2

(36)

6 E. Konstanta Kesetimbangan Tekanan Parsial (K

_p

)

Untuk sistem kesetimbangan homogen dengan zat-zat berwujud gas, konstanta kesetimbangannya juga dapat dihitung dengan data tekanan parsial (p). Tekanan parsial adalah tekanan suatu gas yang menempati ruang bervolume tertentu pada suhu tertentu. Nilai konstanta kesetimbangan yang dihitung berdasarkan tekanan parsial disimbolkan dengan K_p.

Cara memperoleh K_p hampir sama dengan K_c. Untuk lebih jelasnya, perhatikan reaksi berikut.

aA (g) + bB (g)  cC (g) + dD (g)

Dengan memasukkan nilai tekanan parsial masing-masing gas, konstanta kesetimbangan tekanan parsial dari reaksi tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut.

K_p = pC pD pA pB

( ) ( )

c d a b

F. Hubungan K

_c

dengan K

_p

Perhatikan reaksi berikut.

aA (g) + bB (g)  cC (g) + dD (g)

Ingat bahwa nilai konstanta kesetimbangan K_c dari reaksi tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut.

K_c = C D A B

( ) ( )

c d a b

Dengan diketahui besarnya volume ruang atau wadah, suhu, dan jumlah mol gas-gas dalam reaksi saat setimbang, nilai tekanan parsial masing-masing gas-gas dapat dihitung dengan rumus gas ideal.

p V = n R T p = n

(37)

7

Dengan memasukkan persamaan di atas ke dalam rumus K_p, maka diperoleh:

K R T R T R T R T P c d a b c d a = = C D A B C D A B

[ ]

(

)

(

[ ]

)

[ ]

(

)

(

[ ]

)

[ ] [ ]

[ ] [

⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅

]]

(

)

(

)

⋅ ⋅ ( ) { ( )} b c d a+b N C R T R T K + = − ∆

Jadi, hubungan K_c dengan K_p adalah sebagai berikut. K_p = K_c (RT)∆N

Keterangan:

K_p = konstanta kesetimbangan tekanan parsial;

K_c = konstanta kesetimbangan konsentrasi zat;

R = konstanta gas ideal (8,314 J/mol K atau 0,082 L atm/mol K); T = suhu mutlak; dan

∆N = selisih antara jumlah koefi sien produk dengan jumlah koefi sien reaktan.

Contoh Soal 3

Reaksi penguraian gas sulfur trioksida dalam kesetimbangan dituliskan sebagai berikut. 2SO₃ (g)  2SO₂ (g) + O₂ (g)

Jika pada kondisi setimbang terdapat 2 mol gas SO₃, 4 mol gas SO₂, dan 2 mol gas O₂ dalam wadah tertutup bervolume 1 L, maka nilai K_p pada suhu 27o_{C adalah …. (R = 0,082} L atm/mol K) Pembahasan: Diketahui: [SO₃] = 2 mol/L [SO₂] = 4 mol/L [O₂] = 2 mol/L T = 27o_{C = 27 + 273 = 300 K} R = 0,082 L atm/mol K

(38)

8

Ditanya: K_p = ... ? Dijawab:

Ada dua cara yang dapat digunakan untuk menyelesaikan soal tersebut.

Cara 1: menghitung tekanan parsial masing-masing gas, kemudian memasukkan nilai tekanan parsial tersebut ke dalam rumus K_p.

Tekanan parsial dapat dihitung dengan rumus berikut.

p = M R T

pSO₃ = (2 mol/L) (0,082) (300) = 49,2 atm

pSO₂ = (4 mol/L) (0,082) (300) = 98,4 atm

pO₂ = (2 mol/L) (0,082) (300) = 49,2 atm Dengan demikian, diperoleh:

K p p p P = = = 196,8 SO O SO 98, 4 49,2 49,2 2 2 2 3 2 2 2

(

) (

)

(

)

(

) (

)

(

)

Cara 2: menghitung K_c terlebih dahulu, kemudian menghitung K_p dengan rumus K_p = K_c (RT)∆N_. Konstanta kesetimbangan konsentrasi dari reaksi tersebut dapat ditentukan dengan rumus berikut. KC = = = 8 SO O SO 4 2 2 2 2 2 3 2 2 2

[ ] [ ]

[ ]

( ) ( )

( )

Dengan demikian, diperoleh:

K_p = K_c (RT)∆N

= 8 (0,082 × 300)(3 − 2) = 196,8

(39)

kimia

KESETIMBANGAN KIMIA 2

Setelah mempelajari materi ini, kamu diharapkan memiliki kemampuan berikut. 1. Memahami faktor-faktor yang memengaruhi kesetimbangan.

2. Menentukan nilai konstanta kesetimbangan (K) dari gabungan dua reaksi atau lebih. 3. Memahami makna konstanta kesetimbangan dan kesetimbangan disosiasi.

4. Memahami aplikasi kesetimbangan dalam kehidupan sehari-hari.

A. Faktor-Faktor yang Memengaruhi Kesetimbangan

Kesetimbangan kimia adalah kondisi yang dinamis. Oleh karena itu, pergeseran kesetimbangan adalah bagian yang tak terpisahkan dari kesetimbangan itu sendiri. Suatu sistem yang setimbang akan cenderung mempertahankan kesetimbangannya. Apabila ada pengaruh dari luar, maka sistem tersebut akan berubah sedemikian rupa untuk kembali mencapai kondisi setimbang. Hal ini dikenal dengan asas Le Chatelier, yaitu jika dalam suatu sistem kesetimbangan diberikan aksi, maka sistem akan berubah sedemikian rupa sehingga pengaruh aksi tersebut menjadi sekecil mungkin.

Adanya aksi pada sistem kesetimbangan menyebabkan pergeseran kesetimbangan. Pergeseran kesetimbangan adalah kondisi saat reaksi berubah arah karena adanya aksi atau faktor-faktor yang memengaruhi kesetimbangan. Faktor-faktor yang memengaruhi kesetimbangan antara lain sebagai berikut.

XI

K

e

l

a

s

KTSP

&

K-13

(40)

2 1. Konsentrasi Zat

Dalam suatu sistem kesetimbangan, jika konsentrasi salah satu zat diubah, maka kesetimbangan akan bergeser menjauhi zat yang dinaikkan konsentrasinya atau bergeser ke arah zat yang diturunkan konsentrasinya. Sebagai contoh, perhatikan reaksi pembentukan amonia dari gas nitrogen dan gas hidrogen berikut.

N₂ (g) + 3H₂ (g)  2NH₃ (g)

Apabila konsentrasi N₂ dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah pembentukan NH₃ (kanan). Apabila konsentrasi NH₃ diturunkan, maka kesetimbangan juga akan bergeser ke arah pembentukan NH₃ (kanan).

Contoh lainnya dapat kamu lihat pada reaksi kesetimbangan berikut. Fe3+_{(aq) + SCN}-_{(aq)  FeSCN}2+_(aq)

Reaksi akan bergeser ke arah produk jika konsentrasi reaktan dinaikkan atau konsentrasi produk diturunkan. Reaksi akan bergeser ke arah reaktan jika konsentrasi produk dinaikkan atau konsentrasi reaktan diturunkan.

2. Suhu Sistem

Pengaruh suhu pada pergeseran kesetimbangan adalah sebagai berikut.

• Jika suhu dinaikkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi endoterm (∆H = +).

• Jika suhu diturunkan, maka kesetimbangan akan bergeser ke arah reaksi eksoterm (∆H = –).

Sebagai contoh, perhatikan reaksi berikut.

A + B  C + D ∆H = –25 kJ

Berdasarkan persamaan reaksinya, reaksi tersebut adalah reaksi reversible yang berlangsung dalam dua arah. Oleh karena ∆H bernilai negatif, maka reaksi maju (ke arah produk) merupakan reaksi eksoterm dan reaksi balik (ke arah reaktan) merupakan reaksi endoterm. Jika suhu dinaikkan, maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi endoterm (kiri). Sementara itu, jika suhu diturunkan, maka reaksi akan bergeser ke arah reaksi eksoterm (kanan).