Alkana: Sifat dan Kegunaan

Daftar Isi

Alkana adalah hidrokarbon jenuh. Ini berarti bahwa setiap atom karbon terikat tunggal ke atom karbon lain. Alkana ada yang berbentuk rantai lurus, bercabang (isomer), dan bentuk siklik. Kita dapat menggunakan rumus umum untuk menentukan rumus khusus berdasarkan jumlah atom karbon. Kita juga dapat dengan mudah memberi nama alkana menggunakan standar IUPAC. Studi tentang zat tertentu dalam kimia organik, seperti alkana, selalu difokuskan pada empat aspek utama:

Rumus dan struktur

Tata nama

Sifat fisik

Reaksi kimia

Apa Itu Alkana?

Alkana adalah hidrokarbon, yaitu mereka hanya mengandung karbon dan hidrogen. Rumus umum dari alkana dapat ditulis sebagai C_nH_2n+2. Seperti yang kita lihat dalam rumus, kiya dapat dengan mudah menentukan jumlah atom hidrogen dalam alkana jika kita memiliki jumlah atom karbon. Alkana jenuh, hanya memiliki ikatan kovalen tunggal, sigma, yang sangat kuat dan sulit diputus. Alkana relatif tidak reaktif karena memiliki entalpi yang tinggi:

H = E + PV

H = entalpi

E = energi

P = tekanan

V = volume

Kita akan membutuhkan energi yang lebih tinggi untuk memutuskan ikatan alkana. Misalnya, untuk memulai reaksi pembakaran, kita memerlukan percikan atau nyala api untuk memulai pembakaran. Alkana juga dapat bereaksi dengan halogen yang sangat reaktif, tetapi mereka hampir tidak bereaksi dengan unsur lain.

Ikatan Kimia Pada Alkana

Alkana memiliki ikatan kovalen sigma, yang memungkinkan mereka memiliki molekul yang sangat stabil. Empat elektron valensi karbon memungkinkan atom untuk membentuk rantai karbon dengan hidrogen yang melekat padanya.

Keelektronegatifan hidrogen dan karbon yang serupa menciptakan ikatan yang kuat. Alkana juga bersifat non-polar, membuatnya tidak larut dalam air. Ikatan ini membentuk tiga jenis struktur molekul: rantai lurus, rantai bercabang, dan siklik.

1. Alkana rantai lurus

Karbon membentuk tulang punggung alkana rantai lurus (atau linier), sedangkan hidrogen terikat pada setiap karbon. Dari molekul metana paling sederhana (CH₄), lebih banyak karbon dapat ditambahkan untuk membentuk rantai, mengikuti rumus umum C_nH_2n+2.

Untuk alkana dengan tiga karbon atau lebih, ujung luarnya memiliki gugus CH₃ sedangkan yang di antaranya adalah gugus CH₂. Dua elektron valensi terikat dengan dua karbon dalam rantai sedangkan dua sisanya terikat dengan hidrogen. Mereka disebut deret homolog karena lebih banyak karbon dapat ditambahkan tanpa batas ke rantai.

Contoh paling sederhana dari alkana adalah metana (CH₄), tetapi secara teknis bukan alkana rantai lurus karena hanya memiliki satu karbon. Oleh karena itu, contoh paling sederhana dari rantai alkana adalah etana (C₂H₆), yang memiliki dua karbon yang membentuk rantai, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

2. Alkana bercabang

Alkana bercabang adalah bentuk isomer dari alkana. Sementara rumus kimianya sama, posisi satu atom atau kelompok atom berbeda. Alih-alih hanya hidrogen yang terikat pada periferal rantai utama karbon, satu atau lebih substituen hidrokarbon terikat pada satu atau lebih karbon rantai utama.

Misalnya, rumus kimia untuk butana dan isobutana adalah C₄H₁₀. Mereka berdua memiliki empat karbon dan sepuluh hidrogen. Namun, struktur molekulnya masing-masing berbeda. Berikut di bawah ini menunjukkan perbedaan struktural antara butana dan isomernya:

3. Sikloalkana

Sikloalkana, atau dikenal sebagai naftena, juga merupakan hidrokarbon jenuh tetapi memiliki struktur molekul seperti cincin atau siklik. Lebih tepatnya, sikloalkana dapat diwakili oleh rumus kerangka. Rumus ini adalah ilustrasi sederhana pada permukaan datar, sedangkan struktur molekul tiga dimensi yang sebenarnya lebih seperti cincin berkerut.

Misalnya, sikloalkana yang paling sederhana adalah siklopropana (C₃H₆), yang memiliki tiga atom karbon. Rumus kerangkanya diwakili oleh segitiga. Sikloalkana memiliki rumus umum C_nH₂n. Rumus kerangka mereka memiliki representasi poligon reguler hingga sembilan atom karbon.

Di luar itu, mereka masih monosiklik, tetapi bentuknya berubah dari poligon beraturan menjadi segi enam beraturan tidak lengkap yang terhubung. Misalnya, rumus kerangka untuk siklodekana (C₁₀H₂₀) dapat direpresentasikan oleh gambar di bawah ini.

Pola ini berlanjut untuk sikloalkana yang lebih besar:

Setiap sudut atau simpul mewakili atom karbon. Jika Anda menghitung jumlah sudut dalam ilustrasi ini, jumlah totalnya adalah sepuluh.

Penamaan Alkana

Konvensi penamaan alkana didasarkan pada standar International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC). Komposisi, terutama jumlah karbon, posisi, dan bentuk molekul, semuanya diperhitungkan saat menamai alkana.

1. Penamaan alkana rantai lurus

Alkana rantai lurus relatif mudah diberi nama berdasarkan standar IUPAC. Nama-nama tersebut menggambarkan jumlah atom karbon dalam rantai tersebut. Untuk empat alkana rantai lurus pertama, kita dapat menggunakan nama IUPAC yang lebih disukai, yang juga merupakan nama umum, selain nama sistematik.

Sebagai contoh, nama IUPAC sistematis untuk butana adalah tetracarbana, yang hampir tidak pernah digunakan. Dalam penamaan alkana rantai lurus, kita cukup menggunakan awalan Yunani yang mengacu pada jumlah karbon dan selalu menambahkan akhiran -ana di akhir.

Di bawah ini adalah daftar sepuluh alkana pertama dan rumus molekulnya:

Metana: CH₄
Etana: C₂H₆
Propana: C₃H₈
Butana: C₄H₁₀
Pentana: C₅H₁₂
Heksana: C₆H₁₄
Heptana: C₇H₁₆
Oktana: C₈H₁₈
Nonana: C₉H₂₀
Dekana: C₁₀H₂₂

2. Penamaan alkana rantai bercabang

Tata nama alkana rantai cabang bisa jadi sedikit rumit. kita harus mengikuti beberapa aturan, yang meliputi:

Aturan 1:

Tentukan rantai induk dengan menghitung jumlah karbon dari setiap rantai lurus. Rantai tidak bercabang terpanjang, atau yang memiliki atom karbon paling banyak, adalah rantai induk. Ini kadang-kadang berbelok dari garis lurus. Kita dapat menemukannya dengan mengacu pada gugus CH3– di ujung lainnya.

Aturan 2:

Menentukan letak cabang berdasarkan nomor urut karbon dari rantai induk yang melekat padanya. Penomoran harus dari ujung terdekat ke cabang atau gugus fungsi.

Aturan 3:

Beri nama cabang atau cabang yang melekat pada rantai induk. Cabang diberi akhiran -il, misalnya cabang metana menjadi metil, cabang etana menjadi etil, cabang propona menjadi propil dan seterusnya

Kemudian, tentukan berapa banyak cabang yang diikat. Jika ada lebih dari satu cabang, kita dapat menggunakan awalan seperti di- untuk 2, tri- untuk 3, tetra- untuk 4, penta-untuk 5, dan heksa-untuk enam.

Aturan 4:

Saat penamaan gugus alkil, mereka harus ditulis dalam urutan abjad.

3. Penamaan sikloalkana

Sikloalkana tanpa cabang atau ikatan gugus fungsi sangat mudah diberi nama. Hanya ada dua aturan:

Pertama, selalu gunakan awalan “siklo-”, dan kedua, gunakan nama alkana rantai lurus yang sama berdasarkan jumlah karbonnya.

Sikloalkana yang paling sederhana adalah siklopropana, yang memiliki tiga atom karbon.

Berikut beberapa contohnya:

Siklo propana: C₃H₆

Siklo butana: C₄H₈

Siklo pentana: C₅H₁₀

Siklo heksana: C₆H₁₂

Siklo oktana: C₈H₁₆

Reaksi Alkana

Alkana adalah senyawa yang sangat stabil dan relatif tidak reaktif. Dibutuhkan sejumlah besar energi untuk memulai reaksi, seperti percikan listrik atau nyala api. Alkana memiliki tiga jenis reaksi kimia utama langsung yaitu: pembakaran, substitusi halogen, dan pirolisis (perengkahan). Sementara itu, oksigen dan halogen, seperti klorin, sangat reaktif dengan unsur dan zat lain.

1. Pembakaran alkana

Pembakaran alkana pada dasarnya adalah reaksi oksidasi di mana oksigen melepaskan beberapa elektron dari alkana. Ini adalah reaksi eksotermik yang cepat. Produk akhir dari pembakaran sempurna alkana adalah air dan karbon dioksida.

2. Substitusi halogen

Substitusi halogen, atau dikenal sebagai halogenasi alkana, hanyalah penggantian satu atau lebih hidrogen dengan halogen. Salah satu contoh paling sederhana adalah klorinasi metana.

3. Pirolisis alkana

Pirolisis alkana, yang juga dikenal sebagai ‘perengkahan’ dalam industri perminyakan, melibatkan penerapan suhu tinggi (400-450^oC) dan katalis untuk memecah alkana menjadi berbagai produk.

Kegunaan Alkana

Penggunaan Alkana sangat serbaguna dan digunakan sebagai pelarut, minyak pemanas, bahan bakar, dalam sintesis lemak, dalam sintesis asam lemak dengan oksidasi udara, dalam pembuatan albumen, dalam transformasi menjadi olefin, dll. Yang terakhir adalah bahan awal untuk persiapan alkil benzena yang memainkan peran penting dalam sintesis deterjen degradable.

1. Metana

Jumlah terbesar metana yang dihasilkan digunakan untuk keperluan pemanasan. Hanya sebagian kecil yang diproses lebih lanjut untuk menghasilkan, misalnya, hidrogen sianida, asetilen, kloroalkana, karbon disulfida, dan karbon hitam.

Metana memainkan peran penting dalam pembentukan campuran karbon dioksida-hidrogen baik dengan pembakaran metana yang tidak sempurna dan/atau melalui reaksi alkana dengan uap air. Campuran yang dikenal sebagai syngas sedang digunakan dalam sintesis metanol, untuk pembuatan aldehida dan alkohol melalui oksosintesis (hidroformilasi) dan untuk pembangkitan hidrogen, mis. untuk digunakan dalam sintesis amonia.

Metana adalah bahan baku penting untuk sintesis industri skala besar, misalnya, dalam sintesis hidrokarbon terhalogenasi, seperti metil klorida, metilen klorida, kloroform, karbontetraklorida, dll. , fluorokarbon, karbon disulfida, asetilen, hidrogen sianida, karbon hitam , dll.

2. Etana

Etana digunakan sebagai bahan bakar pemanas. Selain itu, etana digunakan untuk membuat etilen dengan pirolisis atau asetaldehida dan asam asetat dengan oksidasi katalitik.

3. Propana

Propana adalah bahan baku penting dalam petrokimia. Dalam tabung gas bertekanan, ditemukan digunakan sebagai gas cair (LPG) di laboratorium dan rumah tangga untuk keperluan pemanasan dan pembakaran, sebagai pendingin di industri, sebagai pelarut selektif untuk fraksi minyak mentah dengan titik didih lebih tinggi dan untuk menghilangkan aspal, dan dalam sintesis organik (klorinasi, oksidasi, oksidasi amonia, nitrasi).

Namun, penggunaan utamanya adalah sebagai bahan awal untuk pembuatan etilen dan propilena. Proses dehidrosiklo-oligomerisasi menggunakan katalis zeolit digunakan untuk membuat senyawa BTX (benzena-toluena-xilena) dari propana sebagai bahan baku. Propana, umumnya dalam kombinasi dengan butana, digunakan saat ini dalam banyak kasus sebagai propelan dalam semprotan aerosol.

4.Butana

Butana merupakan bahan baku penting untuk industri petrokimia. Dalam tabung gas bertekanan, ia digunakan sebagai gas cair (LPG) di laboratorium dan rumah tangga untuk keperluan pemanasan dan pembakaran (nilai kalor 124 MJ, sebagai pelarut suhu rendah dan sebagai media ekstraksi.

Alkana: Sifat dan Kegunaan

Alkana: Sifat dan Kegunaan

Apa Itu Alkana?