Sifat fisik dan kimia hidrokarbon, contoh serta manfaat hidrokarbon

Hidrokarbon adalah molekul yang terdiri dari hanya atom hidrogen dan karbon. Molekul-molekul hidrokarbon secara tradisional merupakan fokus utama dari studi dalam kimia organik, cabang kimia yang berfokus pada senyawa kimia yang melibatkan karbon. Mereka dapat digambarkan sebagai murni atau tidak murni. Hidrokarbon murni benar-benar terdiri dari hanya karbon dan atom hidrogen, sedangkan yang tidak murni mengandung karbon dan atom hidrogen terikat pada atom lain, seperti nitrogen atau belerang.

Bentuk hidrokarbon

Ada berbagai bentuk hidrokarbon, berdasarkan jumlah dan susunan atom. Beberapa molekul hanya rantai panjang karbon dan hidrogen yang dapat berisi ratusan atom, sementara yang lain diatur dalam cincin rumit dan bentuk lainnya. Bahkan ikatan antara atom individual dalam molekul organik bisa berbeda satu sama lain, dan banyak atom bergabung bersama oleh beberapa ikatan. Beberapa molekul organik, seperti asam lemak, diklasifikasikan sebagai jenuh atau tidak jenuh, berdasarkan jumlah ikatan antara atom.

Alkana

Tabel Suku pertama sampai dengan 10 senyawa alkana

 Sifat Fisik alkana

1. Pada suhu biasa, metana, etana, propana, dan butana berwujud gas; pentena sampai heptadekana (C₁₇H₃₆) berwujud cair; sedangkan oktadekana (C₁₈H₃₈) dan seterusnya berwujud padat.
2. Semua alkana merupakan senyawa non polar sehingga sukar larut dalam air. Pelarut yang baik untuk alkana adalah pelarut non polar, misalnya eter. Jika alkana bercampur dengan air, lapisan alkana berada di atas, sebab massa jenisnya lebih kecil daripada 1.
3. Semakin banyak atom C yang dikandungnya (semakin besar nilai Mr), maka titik didih semakin tinggi. Untuk alkana yang berisomer (jumlah atom C sama banyak), semakin banyak cabang, titik didih semakin kecil. Contoh : pada isomer C₅H₁₂ yang memiliki 3 isomer :
4. Pentana dengan titik didih 36^oC

   

5. 2-metil butana dengan titik didih 28^oC
6. 2,2 dimetil propana dengan titik didih 9^oC
7. Alkana merupakan hidrokarbon jenuh (tidak ada ikatan atom C rangkap sehingga jumlah atom H nya maksimal)
8. Alkana disebut juga sebagai golongan parafin karena afinitas kecil (sedikit gaya gabung)

Sifat Kimia alkana

1. Pada dasarnya, reaksi kimia melibatkan pemutusan dan pembentukkan ikatan kimia zat-zat dalam reaksi. Untuk alkana ada dua hal yang menentukan sifat kimianya, yaitu:

• Alkana memiliki 2 jenis ikatan kimia, yakni ikatan C-C dan C-H. katan C-C dan C-H tergolong kuat karena untuk memutuskan kedua ikatan tersebut diperlukan energi masingmasing sebesar 347 kJ/mol untuk C-C dan 413 kJ/mol untuk H-H. Energi tersebut dapat diperoleh dari panas seperti dari pemantik api pada pembakaran elpiji di atas.
• Alkana memiliki ikatan C-C yang bersifat non polar dan C-H yang dapat dianggap non polar karena beda keelektronegatifannya yang kecil. Ini yang menyebabkan alkana dapat bereaksi dengan pereaksi non polar seperti oksigen dan halogen.Sebaliknya, alkana sulit bereaksi dengn perekasi polar/ionik seperti asam kuat, basa kuat dan oksidator permanganat.

2. Reaksi alkana dengan oksigen diatas merupakan salah satu dari tiga reaksi alkana akan dibahas di sini, yakni: pembakaran alkana, perengkahan (craking)/eliminasi alkana, dan reaksi substitusi alkana oleh halogen.

• Pembakaran Alkana
• Perengkahan (reaksi eliminasi) Alkana

Alkana umumnya berasal dari gas alam dan minyak bumi. Alkana dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar, pelarut, sumber hidrogen, pelumas, bahan baku untuk senyawa organik lain, serta dapat dimanfaatkan pula sebagai bahan baku industri.

Alkena

Tabel lima suku pertama alkena

Sifat Fisik Alkena

1. Pada suhu kamar, tiga suku yang pertama adalah gas, suku-sukuberikutnya adalah cair dan suku-suku tinggi berbentuk padat. Jika cairanalkena dicampur dengan air maka kedua cairan itu akan membentuk lapisan yang saling tidak bercampur. Karena kerpatan cairan alkena lebih kecil dari 1 maka cairan alkena berada di atas lapisan air.
2. Dapat terbakar dengan nyala yang berjelaga karena kadar karbon alkena lebih tinggi daripada alkana yang jumlah atom karbonnya sama
3. Titik didih dan titik leleh alkena naik dengan pertambahan ilai Mr
4. Alkena bersifat non-polar sehingga sukar larut dalam pelarut polar seperti air, tetapi mudah larut dalam pelarut organik non-polar seperti etanol
5. Sifat fisis alkena (titik didih dan titik leleh) dengan Mr yang sama (isomer) untuk rantai lurus lebih tinggi dan rantai bercabang
6. Titik didih senyawa alkena berisomer geomeri, struktur cis lebih tinggi dari trans. Misalnya cis-2-butena (3,7 ^◦C) lebih tinggi dari trans-2-butena (0,8 ^◦C)
7. C₂-C₄ berwujud gas C₅-C₁₇ berwujud cair, dan C₁₈ dst berwujud padat

Sifat Kimia Alkena

Alkena jauh lebih reaktif daripada alkana karena adanya ikatan rangkap. Reaksi yang terjad pada alkena, antara lain:

1. Reaksi Adisi (penambahan atau penjenuhan)

Reaksi Adisi, yaitu pengubahan ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal dengan cara mengikat atom lain. Zat-zat yang dapat mengadisi alkena adalah: Gas hidrogen (H₂) CH₂ = CH₂ + H₂ → CH₃-CH₃

1. Halogen (F₂, Cl₂, Br₂, dan I₂)

CH₂ = CH – CH₃ + Br₂ → CH₂-CH-CH₃

• Asam halida (HCl, HBr, HF, dan HI)

Jika alkena menangkap asam halida berlaku aturan markovnikov, yaitu atom H dari asam halida akan terikat pada atom C berikatan rangkap yang telah memiliki atom H lebih banyak

2. Reaksi Pembakaran (oksidasi dengan oksigen)

Pembakaran sempurna alkena menghasilkan CO₂ dan H₂O.C₂H₄ + 3O₂ → 2CO₂ + 2H₂O Pembakaran tidak sempurna alkena menghasilkan CO dan H₂0.C₂H₄ + 2O₂ → 2CO + 2H₂O

3. Reaksi Polimerisasi

Reaksi polimerisasi adalah reaksi penggabungan molekul-molekul sederhana (monomer) menjadi molekul besar (polimer). Dalam industri, alkena dibuat dari alkana melalui pemanasan dengan katalis, yaitu dengan proses yang disebut perengkahan atau cracking. Alkena, khususnya suku-suku rendah, adalah bahan baku industri yang sangat penting, misalnya untuk membuat plastik, karet sintetis, dan alkohol. Di alam, sumber alkena berada dalam jumlah yang kecil, sehingga alkena harus disintesis dari gas alam dan minyak bumi melalui reaksi perekahan. Kegunaan alkena sebagai bahan baku untuk sintesis senyawa organik di industri, seperti plastik, farmasi dan insektisida.

Alkuna

Alkuna merupakan deret senyawa hidrokarbon tidak jenuh yang dalam tiap molekulnya mengandung satu ikatan rangkap 3 diantara dua atom C yang berurutan. Untuk membentuk ikatan rangkap 3 atau 3 ikatan kovalen diperlukan 6 elektron, sehingga tinggal satu elektron pada tiap-tiap atom C tersisa untuk mengikat atom H. Jumlah atom H yang dapat diikat berkurang dua, sehingga rumus umumnya menjadi CnH2n+2 – 4H = CnH2n-2

Sifat Fisik Alkuna

Titik didih mirip dengan alkana dan alkena. Semakin tinggi suku alkena, titik didih semakin besar. Pada suhu kamar, tiga suku pertama berwujud gas, suku berikutnya berwujud cair sedangkan pada suku yang tinggi berwujud padat.

Sifat Kimia Alkuna

1. Adanya ikatan rangkap tiga yang dimiliki alkuna memungkinkan terjadinya reaksi adisi, polimerisasi, substitusi dan pembakaran
2. Reaksi adisi pada alkuna
3. Reaksi alkuna dengan halogen (halogenisasi)
4. Reaksi alkuna dengan hidrogen halida
5. Reaksi alkuna dengan hidrogen
6. Polimerisasi alkuna
7. Substitusi alkuna Substitusi (pengantian) pada alkuna dilakukan dengan menggantikan satu atom H yang terikat pada C=C di ujung rantai dengan atom lain.
8. Pembakaran alkuna Pembakaran alkuna (reaksi alkuna dengan oksigen) akan menghasilkan CO₂dan H₂CH = CH + 5O₂ → 4CO₂ + 2H₂O.

Alkuna yang mempunyai nilai ekonomis penting hanyalah etuna (asetilena), C₂H₂. Gas asetilena digunakan untuk mengelas besi dan baja. Reaksi pebentukan etuna: 4CH₄ (g) + 3O₂ (g)   →  2C₂H₂ (g) + 6H₂O (g) CaC₂ (s) + 2H₂O (l) → Ca(OH)₂ (aq) + C₂H₂ (g)

Manfaat hidrokarbon secara umum

Meskipun ada banyak kegunaan yang berbeda untuk molekul tersebut, bahan bakar adalah jauh yang paling umum. Ikatan di banyak hidrokarbon mengandung sejumlah besar energi yang dapat dilepaskan ketika mereka dibakar. Bahan bakar fosil yang terdiri dari bahan organik yang membusuk, yang sebagian besar terdiri dari molekul-molekul yang terdiri dari hidrogen dan karbon.

Sayangnya, bahan bakar fosil seperti batu bara dianggap sumber daya tak terbarukan karena dapat mengambil jutaan bahan organik tahun untuk membusuk. Pembakaran bahan bakar tersebut juga melepaskan gas ke atmosfer yang dapat berbahaya bagi lingkungan dan manusia. Bahan bakar fosil hidrokarbon datang dalam dua bentuk utama: bahan bakar cair, yang dikenal sebagai minyak bumi atau minyak mineral, dan bahan bakar fosil gas, yang dikenal sebagai gas alam.

Batubara merupakan bahan bakar fosil padat. Semua sangat penting karena kandungan energi yang tinggi, namun tidak ada yang terbarukan karena mereka semua terbentuk melalui dekomposisi. Dengan demikian, para ilmuwan selalu mencari alternatif energi bahan bakar fosil, seperti angin atau energi surya.

Jumlah atom dan ikatan termasuk dalam hidrokarbon tertentu biasanya berkaitan erat dengan penggunaannya. Mereka dengan beberapa atom dan ikatan yang jarang digunakan selama lebih dari pemanasan atau memasak bahan bakar sederhana, sedangkan molekul yang lebih besar digunakan untuk bahan bakar diesel dan bahan bahkan bakar jet. Beberapa molekul ini juga dapat digunakan sebagai pelumas, meskipun mereka berbagi banyak karakteristik yang sama dengan bahan bakar.