hidrokarbon

A.  Pengertian Hidrokarbon

Senyawa hidrokarbon adalah senyawa karbon yang tersusun dari atom karbon dan hidrogen. Karbon merupakan unsur golongan 14 pada periode ke-2 dalam tabel periodik unsur. Dengan 4 elektron valensi yang dimilikinya, unsur karbon memiliki keunikan tersendiri. Senyawa yang ditemukan memiliki beberapa bentuk murninya seperti Grafit, intan, ataupun pada graphene ini merupakan unsur yang penting dalam kehidupan. Hidrokarbon ini ditemui banyak terdapat pada bahan bakar fosil, yaitu batubara, minyak dan gas alam.

Hidrokarbon yang paling sederhana adalah metana, yang terdiri dari satu atom karbon dengan empat atom hidrogen (CH4). Metana merupakan molekul yang mempunyai struktur ruang tatrahedron dengan atom karbon sebagai atom pusatnya dan atom hidrogen yang terdapat pada keempat sudutnya.

Keunikan Sifat Atom Karbon:

·         Atom karbon dapat berikatan dengan sesama atom karbon.

·         Dapat membentuk empat ikatan kovalen yang kuat.

·         Memiliki kemampuan untuk berikatan rangkap II dan rangkap III

·         Dapat membentuk rantai ikatan yang panjang.

Pengelompokan Atom Karbon

Atom karbon dikelompokkan berdasarkan kedudukannya pada rantai senyawa hidrokarbon:

·         Atom C yang mengikat 1 atom C langsung disebut Atom C Primer

·         Atom C yang mengikat 2 atom C lainnya disebut Atom C Sekunder

·         Atom C yang mengikat 3 atom C lainnya disebut Atom C Tersier

·         Atom C yang mengikat 4 atom C lain disebut Atom C Kuartener.

Berdasarkan ikatan yang terdapat pada rantai karbonnya, hidrokarbon dibedakan menjadi:

a.                           Hidrokarbon Jenuh, yaitu hidrokarbon yang pada rantai karbonnya semua berikatan tunggal. Hidrokarbon ini disebut juga sebagai alkana. Alkana mempunyai rumus umum: C_nH_2n+2

b.         Hidrokarbon tak jenuh, yaitu hidrokarbon yang pada rantai karbonnya terdapat ikatan rangkap dua atau tiga. Hidrokarbon yang mengandung ikatan rangkap dua disebut dengan alkena, mempunyai rumus umum: C_nH_2n dan hidrokarbon yang mengandung ikatan rangkap tiga disebut dengan alkuna, dengan rumus umum: C_nH_{2n-2
gambar etena}

 _{gambar etuna}

B. KEGUNAAN HIRDOKARBON

1. Kegunaan Alkana

Alkana digunakan sebagai bahan bakar. Manfaat utama alkana diantaranya:

a. Metana merupakan senyawa utama yang terkandung dalam gas alam cair atau LNG (Liquefied Natural Gas). Gas alam banyak digunakan sebagai bahan bakar di industri rumah tangga.

b. Alkana dengan jumlah atom karbon 2 (etana) sampai 5 (pentana) terkandung dalam LPG (Liquefied Petroleum Gas) atau lebih dikenal sebagai elpiji. Elpiji digunakan sebagai bahan bakar rumah tangga.

c. Butana digunakan sebagai pengisi korek api.

d. Oktana merupakan senyawa utama yang terkandung dalam bensin. Bensin digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor.

e. Selain digunakan sebagai bahan bakar, alkana juga dimanfaatkan sebagai pelarut non polar yang dapat melarutkan senyawa senyawa non polar.

f. Lilin dan aspal merupakan senyawa alkana suku tinggi (rantai karbonnya mencapai lebih dari 20 atom karbon). Lilin digunakan dalam berbagai industri tekstil (untuk membatik) sedangkan aspal digunakan untuk pengerasan jalan.

2. Kegunaan alkena dan alkuna

a. Plastik

Molekul molekul etena dapat bergabung memmbentuk polietena, yaitu suatu polimer yang digunakan untuk membuat peralatan dari plastik. Demikian juga molekul molekul propena dapat bergabung membentuk polipropena yang digunakan untuk membuat peralatan masak dan serat sintetis.

b. Karet alam dan getah perca

Alkena alami yang banyak dimanfaatkan yaitu karet dan getah perca. Karet (dicampur dengan belerang) digunakan untuk membuat ban kendaraan, sedangkan getah perca untuk bahan insulasi.

tugas hibridisasi pada oksigen dan nitrogen

1.      Menurut louis de Broglie bahwa elektron mempunyai sifat gelombang sekaligus juga partikel. Jelaskan keterkaitannya dengan teori mekanika kuantum dan teori orbital molekul. Jelaskan!

Pada tahun 1924, Louis de Broglie, menjelaskan bahwa cahaya dapat berada dalam suasana tertentu yang terdiri dari partikel-partikel, kemungkinan berbentuk partikel pada suatu waktu sehingga untuk menghitung panjang gelombang satu partikel.

         Kemudian  pada tahun 1926 Erwin Schrodinger dan Werner Heisenberg mengemukakan teori bahwa lokasi elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti, yang dapat ditentukan hanyalah daerah Kemungkinan keberadaan elektron. Oleh karena keberadaan elektron diperkirakan dengan mekanika kuantum maka teori ini disebut teori atom mekanika kuantum. Pada teori atom mekanika kuantum, untuk menggambarkan posisi elektron digunakan bilangan-bilangan kuantum.

Schrodinger menggunakan tiga bilangan kuantum yaitu bilangan kuantum utama (n), bilangan kuantum azimut (l), dan bilangan kuantum magnetik (m). Ketiga bilangan kuantum tersebut menjelaskan tingkat energi, bentuk, dan orientasi elektron di dalam orbital. Selain ketiga bilangan kuantum tersebut ada bilangan kuantum spin (s) yang menunjukkan perputaran elektron pada sumbunya. Daerah kemungkinan elektron berada disebut orbital. Orbital memiliki bentuk yang berbeda-beda.

Teori orbital molekul (OM) menggambarkan ikatan kovalen melalui istilah orbital molekul yangdihasilkan dari interaksi orbital-orbital atom dari atom-atom yang berikatan dan yang terkait dengan molekul secara keseluruhan (lischer, 2009). Konstruksi orbital molekul dari orbital atom, bagian dalam pembentukan molekul. Separuh dari orbital molekul mempunyai energi yang lebih besar daripada energi orbital atom. Orbital yang dibentuk yaitu orbital molekul pengikatan (bonding) dan orbital molekul antiikatan (anti bonding). Elektron yang tidak mengambil bagian dalam pengikatan disebut elektron tidak berikatan (nonbonding) dan mempunyai energy yang sama dengan energy yang dimiliki atom-atom yang terpisah.

Berikut gambaran jenis transisi beserta perbandingan energi :

2. Bila absorpsi  sinar UV  oleh ikatan rangkap menghasilkan promosi elektron ke orbital yang berenergi lebih tinggi.

Spektum UV-Vis adalah suatu gambar antara panjang gelombang atau frekuensi serapan lawan intensitas serapan (transmitasi atau adsorbansi).sering juga data ditunjukkan sebagai gambar grafik atau table yang menyatakan panjang gelombang lawan serapan molar atau Log dari serapan molar E maks atau Log E_maks. Spectrum elektromagnetik tidak mempunyai batasan yang jelas karena pada kenyataannya warna saling bercampur satu sama yang lain yang lebih rumit dari diagram dibawah ini :

Hal ini disebabkan energi dari berbagai macam radiasi meningkat dengan meningkatnya frekuensi. Sebuah foton yang berenergi tinggi dalam daerah UV dapat mementalkan sebuah elektron terluar dari sebuah atom atau molekul. Dan jika sebuah foton memiliki energi cukup inggi energi-energi penyerapan panjang gelombang nampak terjadi perpindahan elektron yang reversible dan relative rendah energinya dalam molekul. Pada umumnya zat berwarna memiliki elektron yang mudah tereksitasi terutama senyawa organic tertentu hal ini disebabkan karena mempunyai ikatan rangkap sehingga elektron mudah dieksitasi oleh cahaya tampak jika atomnya dihubungkan dengan ikatan rangkap dan tunggal secara berseling-seling dimana gugus atom ini sering disebut Kromofor.

Penyerapan sinar tampak atau UV menyebabkan terjadinya eksitasi molekul dari energi dasar ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pengabsorbsian sinar UV atau sinar tampak oleh suatu molekul menghasilkan eksitasi elektron bonding. Akibatnya panjang gelombang absorbsi maksimum dapat dikorelasikan dengan jenis ikatan yang ada dalam molekul yang diselidiki. Oleh karena itu spektroskopi serapan molekul berguna untuk mengidentifikasi gugus fungsional yang ada dalam suatu molekul. Akan tetapi yang lebih penting adalah penggunaan spektroskopi serapan UV dan sinar tampak untuk penentuan kuantitatif senyawa-senyawa yang mengandung gugus pengabsorbsi.

Adsorpsi cahaya ultraviolet atau cahaya nampak mengakibatkan  transisi elektron . Disebut transisi elektron karena elektron yang menempati satu orbital dengan energi terendah dapat berpindah ke orbital lain yang memiliki energi lebih tinggi jika menyerap energi, begitupun sebaliknya elektron dapat berpindah dari orbital yang memiliki energi lebih rendah jika melepaskan energi. Energi yang diterima atau diserap berupa radiasi elektromagnetik.

Pada zat-zat pengabsorbsi ini berkaitan dengan tiga jenis transisi elektron, yaitu elektron-elektron π, σ, dan n, yang meliputi molekul atau ion organik dan sejumlah anorganik. Penyelidikan spektroskopi senyawa-senyawa organik dilakukan pada daerah UV yang panjang gelombangnya lebih besar dari 185nm. Dan bila 2 orbital atom bergabung maka salah satu orbital molekul bonding berenergi rendah atau orbital molekul anti bonding berenergi tinggi dihasilkan. Orbital molekul yang diasosiasikan dengan ikatan tunggal dalam molekul organik ditandai dengan orbital sigma dan elektron yang terlibat adalah elektron sigma.

hibridisasi orbital

Teori hibridisasi dipromosikan oleh kimiawan “Linus Pauling” dalam menjelaskan struktur molekul seperti metana ( CH₄). Secara historis, konsep ini dikembangkan untuk sistem-sistem kimia yang sederhana, namun pendekatan ini selanjutnya diaplikasikan lebih luas,  dan sekarang ini dianggap sebagai sebuah heuristik yang efektif untuk merasionalkan struktur  senyawa organik.

Hibridisasi dapat didefinisikan sebagai peleburan orbital-orbital dari tingkat energi yang berbeda menjadi orbital yang orbital yang energinya setingkat.  Teori hibridisasi sering digunakan dalam kimia organik, biasanya digunakan untuk menjelaskan molekul yang terdiri dari atom C, N, dan O  (kadang kala juga P dan S). Penjelasannya dimulai dari bagaimana sebuah ikatan terorganisasikan dalam metana.

Orbital yang bergabung harus mempunyai tingkat energi sama atau hampir sama orbital hybrid yang terbentuk sama banyaknya dengan orbital yang bergabung. Jumlah orbital hibrida (hasil hibridisasi) sama dengan jumlah orbital yang terlihat pada hibridasi itu. Berbagai tipe hibridisasi disajikan dalam tabel berikut:

Dalam hibridisasi yang bergabung adalah orbital bukan electron. Pembentukan orbital hybrid melalui proses hibridisasi adalah sebagai berikut:

1.      Salah satu electron yang berpasangan berpromosi ke orbital yang lebih tinggi tingkat energinya sehingga jumlah electron yang tidak berpasangan sama dengan jumlah ikatan yang akan terbentuk. Atom yang sedemikian disebut dalam keadaan tereksitasi. Promosi yang mungkin adalah dari ns ke np dan ns ke ns ke nd atau (n-1)d.
2. Penggabungan orbital mengakibatkan kerapatan electron lebih besar di daerah orbital hybrid.
3. Terjadi tumpang tindih orbital hybrid dengan orbital atom lain sehingga membentuk ikatan kovalen atau kovalen koordinasi.

Pada awalnya, atom C memiliki nomor atom=6 dan memiliki konfigurasi seperti diatas. berdasarkan teori ikatan valensi, karbon seharusnya membentuk ikatan kovalen menghasilkan CH2 karena karbon mempunyai dua elektron tak berpasangan secara konfigurasi elektron. meskipun demikian, melalui eksperimen dapat ditunjukan bahwa CH2 sangat reaktif dan tidak terbentuk setelah akhir reaksi (meskipun hal ini juga tidak menjelaskan bagaimana CH4 dapat terbentuk). untuk membentuk 4 ikatan, konfigurasi karbon harus mempunyai empat elektron berpasangan

Oleh karena ternyata atom C membentuk 4 ikatan kovalen dapat dianggap bahwa 1 elektron dari orbital 2s dipromosikan ke orbital 2p, sehingga atom C mempunyai 4elektron tunggal yang memiliki empat energi ikatan yang sama. dilakukan hibridisasi orbital karena mempunyai energi yang lebih kecil dibandingkan dengan orbital terpisah sehingga menghasilkan senyawa yang lebih stabil ketika terjadi hibridisasi dan ikatan yang terbentuk juga akan lebih baik.

Orbital hibridanya ditandai dengan sp³ untuk menyatakan asalnya, yaitu satu orbital s dan 3 orbital p.

(Hibridasi pada CH₄)

Menentukan hibridisasi dapat diperoleh dari domain electron dengan melihat PEB dan PEI yang dipromosikan atau perpindahan elektron diatom pusat yang memiliki jumlah elektron penuh dalam orbital tersebut, harus dipromosi ke orbital selanjutnya agar diperoleh orbital setengah penuh untuk mengikat elektron pada ikatannya. 

-----------------------------

ikatan rangkap konjugasi

Ikatan rangkap terkonjugasi adalah ikatan yang kedudukannya diantara oleh satu ikatan tunggal seperti -CH=CH-CH=-CH. terutama dalam system konjugasi atau senyawa organic yang atom-atomnya secara kovalen berikatan tunggal dan ganda secara bergantian (C=C-C=C-C) dan mempengaruhi satu sama lainnya membentuk daerah delokalisasi electron disebut dengan konjugasi. Elektron-elektron pada daerah delokalisasi bukanlah milik salah satu atom, melainkan milik keseluruhan system konjugasi ini. Ikatan rangkap memiliki energi yang lebih rendah, sehingga mudah diputuskan, sebaliknya ikatan tunggal memiliki energi yang tinggi sehingga susah untuk diputuskan. Konjugasi juga bisa disebut kestabilan struktur.

Model Atom Mekanika Gelombang

MODEL ATOM MEKANIKA GELOMBANG

Teori Atom Mekanika Kuantum didasarkan pada dualisme sifat elektron yaitu sebagai gelombang dan sebagai partikel.

Menurut de Broglie, cahaya dapat berperilaku sebagai materi dan berperilaku sebagai gelombang (dikenal dengan istilah dualisme gelombang partikel). Menurut Heisenberg, tidak mungkin menentukan kecepatan dan posisi elektron secara bersamaan, tetapi yang dapat ditentukan hanyalah kebolehjadian menemukan elektron pada jarak tertentu dari inti.

Hipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari model Mekanika Kuantum (Gelombang) yang dikemukakan oleh ERWIN SCHRODINGER pada tahun 1927, yang mengajukan konsep orbital untuk menyatakan kedudukan elektron dalam atom dan menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan. 

Schrodinger sependapat dengan Heisenberg bahwa kedudukan elektron dalam atom tidak dapat ditentukan secara pasti, namun yang dapat ditentukan adalah kebolehjadian menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya.

Ruangan yang memiliki kebolehjadian terbesar ditemukannya elektron disebut orbital. Orbital menggambarkan tingkat energi elektron. Dalam mekanika kuantum, model orbital atom digambarkan menyerupai “awan”. Orbital-orbital dengan tingkat energi yang sama atau hampir sama akan membentuk sub kulit.

-------------

Kedudukan elektron dalam suatu atom dapat ditentukan oleh 4 bilangan kuantum, yaitu :

1. Bilangan kuantum utama(n)

Bilangan kuantum utama(n)menyatakan tingkat energi orbital atau kulit atom dan menyatakan ukuran orbital atom, makin besar harga n, makin besar ukuran orbital yang ditempati elektron. Bilangan kuantum utama bernilai: n=1, n=2, n=3, ......, n=7.

2. Bilangan Kuantum Azimut(l)

Bilangan kuantum azimut merupakan ukuran momentum sudut orbital elektron. Bilangan kuantum azimut menyatakan subkulit (orientasi bentuk orbital), tempat elektron berada dan menunjukkan jenis subkulit serta bentuk orbital. Harga bilangan kuantum azimut yaitu dari 0 hingga (n-1).

l=0 menyatakan subkulit s (s= sharp)

l=1 menyatakan subkulit p (p= principle)

l=2 menyatakan subkulit d (d= diffuse)

l=3 menyatakan subkulit f (f= fundamental)

Banyaknya subkulit dari suatu kulit bergantung pada banyaknya nilai bilangan kuantum azimut yang di izinkan untuk kulit itu.

3. Kuantum magnetik (m)

Bilangan kuantum magnetik menyatakan kedudukan elektron pada suatu orbital khusus dari orbital itu. Harga bilangan kuantum magnetik tergantung pada harga bilangan kuantum azimut, yaitu semua bilangan bulat mulai dari bilangan negatif(-) hingga positif(+) dari bilangan kuantum azimut.

4. Kuantum Spin (s)

Kuantum Spin menunjukkan arah perputaran elektron pada sumbunya. Dalam satu orbital, maksimum dapat beredar 2 elektron dan kedua elektron ini berputar melalui sumbu dengan arah yang berlawanan. Masing-masing diberi harga spin +1/2 atau -1/2.

S= +1/2 arah putaran searah dengan jarum jam (↑)

S=-1/2 arah putaran berlawanan dengan arah jarum jam (↓)

atom, unsur, senyawa, molekul, dan afinitas elektron

•Atom adalah satuan terkecil dari suatu materi yang terdiri atas inti, yang biasanya mengandung proton (+) dan neutron (netral), positron dan masih banyak yang lain dan kulit yang berisi elektron yang bermuatan negatif (-). Selain itu, atom merupakan bagian terkecil suatu materi yang tidak dapat dibagi lagi menjadi bagian yang lebih sederhana

•Unsur, merupakan zat tunggal yang secara kimia tidak dapat diuraikan menjadi zat-zat lain, karena saat mereka dalam keadaan atom, kondisi mereka sangat tidak stabil. Beberapa contoh unsur adalah oksigen, nitrogen, hidrogen, besi, aluminium, emas, perak, raksa, dan platina. Unsur sendiri dibedakan atas logam dan non logam, beberapa contoh unsur logam adalah aluminium, besi (ferum), emas (aurum), perak (arguntum), dan raksa (hidrargirum).

•Senyawa, merupakan zat tunggal yang dapat diuraikan menjadi dua zatatau lebih. Contoh senyawa adalah air. Air dapat diuraikan oleh listrik menjadi gas hidrogen dan gas oksigen. Senyawa terbentuk oleh ikatan kimia dari dua jenis unsur atau lebih, suatu senyawa mempunyai sifat tertentu dan berbeda dari sifat unsur-unsur penyusunnya.Contohnya adalah air yang biasa kita kenal, gabungan antara dua unsur yaitu hidrogen dan oksigen di mana hidrogen sendiri berupa zat gas yang mudah terbakar dan oksigen diperlukan dalam proses pembakaran.

• Molekul, adalah gabungan dari beberapa atom unsur, bisa dua atau lebih. Artinya ketika berbicara molekul maka yang dibayangkan adalah gabungan beberapa atom.
contohnya adalah molekul O2, H2.

jadi, apa sih beda molekul dan senyawa itu?

“setiap senyawa adalah molekul namun setiap molekul belum tentu senyawa”. Senyawa adalah gabungan minimal 2 atom berbeda, sedangkan molekul gabungan minimal 2 atom bisa sama bisa juga berbeda."

-----------------------
Afinitas elektron merupakan besarnya energi yang dibebaskan satu atom netral berwujud gas pada waktu menerima satu elektron sehingga terbentuk ion negatif.

a. Dalam satu golongan dari atas ke bawah afinitas elektron semakin kecil.
Ini disebabkan karena nomor atom yang besar, memiliki kulit atom yang lebih banyak, sehingga energi yang berasal dari inti atom ke elektron terluar semakin kecil. Dan, apabila nomor atom makin kecil, maka gaya tarik inti terhadap elektron terluar pun makin besar sehingga atom makin mudah menangkap elektron lain dan banyak menghabiskan energi.

b. Dalam satu periode dari kiri ke kanan afinitas elektron semakin besar. Hal ini disebabkan karena jari-jari atom semakin kecil sehingga daya tarik inti terhadap elektron semakin besar sehingga elektron semakin sukar dilepas. Energi yang diperlukan untuk melepaskan elektron tentunya semakin besar. Apabila ion negatif yang terbentuk stabil, energi dibebaskan dinyatakan dengan tanda negatif (-). Apabila ion negatif yang terbentuk tidak stabil, energi diperlukan/diserap dinyatakan dengan tanda positif (+).