Reaksi Senyawa Hidrokarbon

Pada senyawa-senyawa hidrokarbon (alkana, alkena, alkuna) dapat terjadi reaksi-reaksi, seperti reaksi oksidasi, reaksi adisi, reaksi substitusi, dan reaksi eliminasi. Pada subbab ini, Anda akan mempelajari reaksi-reaksi tersebut.

1. Reaksi Oksidasi pada Senyawa Hidrokarbon

Suatu senyawa alkana yang bereaksi dengan oksigen menghasilkan karbon dioksida dan air disebut dengan reaksi pembakaran. Perhatikan persamaan reaksi oksidasi pada senyawa hidrokarbon berikut.

CH_4(g) + O_2(g) → CO_2(g) + H₂O_(g)

Reaksi pembakaran tersebut, pada dasarnya merupakan reaksi oksidasi. Pada senyawa metana (CH₄) dan karbon dioksida (CO₂) mengandung satu atom karbon. Kedua senyawa tersebut harus memiliki bilangan oksidasi nol maka bilangan oksidasi atom karbon pada senyawa metana adalah –4, sedangkan bilangan oksidasi atom karbon pada senyawa karbon dioksida adalah +4.

Bilangan oksidasi atom C pada senyawa karbon dioksida meningkat (mengalami oksidasi), sedangkan bilangan oksidasi atom C pada senyawa metana menurun.

2. Reaksi Substitusi pada Senyawa Hidrokarbon

Reaksi substitusi merupakan reaksi penggantian gugus fungsi (atom atau molekul) yang terikat pada atom C suatu senyawa hidrokarbon. Pada reaksi halogenasi alkana, atom hidrogen yang terikat pada atom C senyawa alkana digantikan dengan atom halogen. Ketika campuran metana dan klorin dipanaskan hingga 100°C atau radiasi oleh sinar UV maka akan dihasilkan senyawa klorometana, seperti reaksi berikut.

CH_4(g) + Cl_2(g)       →       CH₃Cl_(g) + HCl_(g)

Jika gas klorin masih tersedia dalam campuran, reaksinya akan berlanjut seperti berikut.

CH₃Cl_(g) + Cl_2(g)     ⎯⎯⎯ →     CH₂Cl_2(g) + HCl_(g)

CH₂Cl_2(g) + Cl_2(g)     ⎯⎯⎯ →     CHCl_3(g) + HCl_(g)

CHCl_3(g) + Cl_2(g)     ⎯⎯⎯ →     CCl_4(g) + HCl_(g)

Reaksi substitusi tersebut digunakan dalam pembuatan senyawa diklorometana. Jika reaksi dilakukan pada senyawa etana, reaksi akan menghasilkan dikloroetana. Diklorometana digunakan untuk pengelupasan cat, sedangkan triklorometana digunakan untuk dry–clean.

3. Reaksi Adisi pada Senyawa Hidrokarbon

Keisomeran Hidrokarbon

Pada senyawa hidrokarbon, rumus kimia menunjukkan jumlah atom karbon dan setiap unsur yang terdapat dalam satu molekul senyawa. Rumus kimia senyawa propana adalah C₃H₆, rumus kimia ini menunjukkan bahwa setiap molekul propana terdiri atas tiga atom karbon dan enam atom hidrogen.

Rumus struktur molekul adalah rumus kimia yang menunjukkan cara atom-atom diikatkan antara satu sama lain dengan ikatan kovalen dalam struktur molekul senyawa tersebut.

Keisomeran senyawa hidrokarbon adalah suatu fenomena, karena dua atau lebih senyawa hidrokarbon memiliki rumus kimia yang sama, tetapi memiliki struktur molekul yang berbeda. Struktur-struktur molekul yang berbeda tetapi rumus kimianya sama ini disebut isomer. Terdapat 4 jenis isomer, yaitu isomer rangka, isomer posisi, isomer fungsi, dan isomer geometri. Isomer rangka dan isomer posisi sering disebut isomer struktur.

1. Keisomeran Senyawa Alkana

Pada senyawa alkana, keisomeran dimulai dari senyawa dengan rumus kimia C₄H₁₀ . Jenis isomernya, yaitu isomer struktur. Perhatikan dua isomer yang dimiliki C₄H₁₀ serta titik didihnya.

Cara sistematis mencari jumlah kemungkinan isomer alkana adalah sebagai berikut.

Sebagai contoh kita pilih C₆H₁₄.

1)   Mulailah dengan isomer rantai lurus

2)   Kemudian kurangi rantai induknya dengan satu atom karbon dan jadikan cabang. Tempatkan cabang itu mulai dari atom karbon nomor 2, kemudian ke nomor 3, dan seterusnya hingga semua kemungkinan habis. Untuk C6H14, hanya ada dua kemungkinan

Sebagaimana Anda lihat, cabang metal tidak dapat ditempatkan pada atom karbon nomor 4, sebab sama saja dengan penempatan cabang di nomor 2.

3)   Selanjutnya, kurangi lagi rantai induknya. Kini, dua atom atom karbon dijadikan cabang, yaitu sebagai dimetil atau etil. Sebagai contoh isomer dengan dua cabang metal ada dua kemungkinan sebagai berikut.

Isomer dengan cabang etil untuk C₆H₁₄ tidak dimungkinkan, karena:

Jadi, untuk alkana dengan rumus molekul C₆H₁₄ ada 5 kemungkinan isomer.

2. Keisomeran pada Alkena

Tata Nama Senyawa Hidrokarbon

1. Alkana

Alkana merupakan senyawa hidrokarbon yang ikatan rantai karbonnya tunggal. Rumus umum alkana adalah CnH2n + 2.

Tata nama alkana menurut IUPAC
1) Alkana rantai lurus diberi nama dengan awalan n
(n = normal).
Contoh:
CH3-CH2-CH2-CH3 n-butana
CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 n-pentana

2. Alkena

Penggolongan Hidrokarbon

Penggolongan hidrokarbon didasarkan pada dua hal, yaitu bentuk rantai karbon dan jenis ikatan.

1. Berdasarkan Bentuk Rantai Karbon

a. Rantai karbon alifatis, yaitu rantai karbon terbuka. Rantai karbon alifatis ini bisa lurus dan bisa juga bercabang.

Contoh:

b. Rantai karbon siklis, yaitu rantai karbon tertutup. Dibedakan atas karbosiklik dan heterosiklik.

1) Karbosiklik adalah senyawa karbon siklik yang rantai lingkarnya hanya terdiri dari atom C saja. Yang termasuk karbosiklik adalah senyawa aromatis dan alisiklik.

a) Senyawa aromatis adalah senyawa karbo siklik yang terdiri atas 6 atom karbon atau lebih yang memiliki ikatan rangkap 2 terkonjugasi (selengkapnya akan Anda pelajari di kelas XII). Contoh:

b) Senyawa alisiklik adalah senyawa karbosiklik yang hanya mempunyai ikatan tunggal.

Contoh:

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

Contoh:

2. Berdasarkan Jenis Ikatan

Jenis Atom Karbon

Berdasarkan kemampuannya untuk berikatan dengan atom C lainnya, atom karbon dikelompokkan kedalam empat kelompok besar yaitu atom karbon primer, atom karbon sekunder, atom karbon tersier dan atom karbon kuartener.

1.       Atom C primer

Atom karbon prmer adalah atom karbon yang hanya mengikat satu atom karbon lainnya. Pada senyawa hidrokarbon jenuh, atom karbon primer mengikat tiga atom hidrogen (-CH₃).

2.       Atom C sekunder

 Atom karbon sekunder adalah atom karbon yang hanya mengikat dua atom karbon lainnya. Pada senyawa hidrokarbon jenuh, atom karbon primer mengikat dua atom hidrogen (-CH₂-).

3.       Atom C tersier

 Atom karbon tersier adalah atom karbon yang  mengikat tiga atom karbon lainnya. Pada senyawa hidrokarbon jenuh, atom karbon primer mengikat satu atom hidrogen.

4.       Atom C kuartener

 Atom karbon tersier adalah atom karbon yang  mengikat empat atom karbon lainnya. Pada senyawa hidrokarbon jenuh, atom karbon primer mengikat tidak atom hidrogen.

Dengan menentukan jumlah atom H yang terikat pada atom C, dapat dibedakan jenis-jenis atom karbon, yaitu:

1.       Atom karbon primer jika berikaktan dengan tiga atom hidogen.

2.       Atom karbon sekunder jika berikatan dengan dua atom hidrogen.

3.       Atom karbon tersier jika berikatan dengan satu atom hidrogen.

4.       Atom karbon kuartener jika tidak berikatan dengan atom hidrogen.

Berdasarkan jeis ikatan antar atom karbonnya, senyawa karbon dapat dibedakan atas senyawa karbon jenuh dan senyawa karbon tak jenuh.

Kekhasan Atom Karbon

 

       Senyawa karbon merupakan senyawa  yang mengandung unsur karbon. Atom karbon memiliki keistimewaan dibanding dengan unsur lainnya. Adapun keistimewaan tersebut antara lain: 

1. Mempunyai Kemempuan membentuk Empat Ikatan Kovalen 

       Unsur karbon mempunyai nomer atom 6, terletak pada golongan IV A dan periode 2. Sesuai dengan nomor golongannya, atom karbon mempunyai 4 elektron valensi. Oleh karena itu, untuk mencapai konfigurasi oktet, karbon dapat membentuk 4 ikatan kovalen.

Unsur golongan lain tidak dapat membentuk ikatan kovalen sebanyak itu, kecuali jika melebihi konfigurasi oktet. Ikatan kovalen terjadi karena adanya pemakian elektron bersama dengan overlapping orbital, seperti dicontohkan pada gambar dibawah ini. 

Mengenal Senyawa Hidrokarbon

Karbon merupakan satu unsur yang banyak ditemukan jenis senyawanya. Pada zaman dahulu orang mengetahui bahwa hanya makhluk hiduplah yang dapat menghasilkan suatu senyawa. Bangsa mesir kuno mengenal formalin sebagai pengawet dihasilkan oleh semut. Sementara bangsa Mesopotamia menggunakan zat pewarna yang diperoleh dari hewan Mollusca dan urea dari proses penguapan urin mamalia. Oleh karena itu, senyawa ini dikenal dengan senyawa organik. Contoh senyawa yang mengandung karbon antara lain, protein, lemak, tepung kanji, gula, plastik, dan bahan bakar. Senyawa karbon ada yang termasuk senyawa organik dan senyawa anorganik. Apakah senyawa organik hanya didapat dari makhluk hidup? Awalnya senyawa organik diduga hanya dapat dihasilkan oleh makhluk hidup atau terdapat dalam makhluk hidup, tetapi Friedrich Wohler pada tahun 1828 berhasil mensintesis urea (senyawa organik) dengan memanaskan amonium sianat melalui reaksi berikut.

AgOCN + NH₄Cl → NH₄OCN + AgCl

NH₄OCN → (NH₂)₂CO

Hingga pada tahun 1828, Friedrich Wohler, ilmuan dari Jerman menemukan

Tata Nama Senyawa Poliatomik

Senyawa poliatom dibentuk oleh lebih dari dua atom yang berbeda. Pada umumnya senyawa ini dibentuk oleh ion-ion poliatomik. Ion-ion poliatomik itu sendiri adalah ion-ion yang terdiri atas dua atom atau lebih yang terikat bersama, umumnya dijumpai tersusun atas unsur-unsur non logam. Sejumlah ion poliatomik dapat Anda lihat pada Tabel 1.

Tabel 1. Rumus dan Nama Ion-Ion Poliatomik

Ion	Nama Ion	Ion	Nama Ion
NH4 +	Amonium	CO3 2–	Karbonat
OH–	Hidroksida	HCO3 –	Hidrogen karbonat (bikarbonat)
CN–	Sianida	SO3 2–	Sulfit
NO2 –	Nitrit	HSO3 –	Hidrogen sulfit (bisulfit)
NO3 –	Nitrat	SO4 2–	Sulfat
ClO–	Hipoklorit	SCN–	Tiosianat
ClO2 –	Klorit	S2O3 2–	Tiosulfat
ClO3 –	Klorat	CrO4 2–	Kromat
ClO4 –	Perklorat	Cr2O7 2–	Dikromat
MnO4 –	Permanganat	PO4 3–	Fosfat
C2H3O2 –	Asetat	HPO4 2–	Monohidrogen fosfat
C2O4 2–	Oksalat	H2PO4 –	Dihidrogen fosfat

Beberapa catatan aturan.

Tata Nama Senyawa Biner

A.     Senyawa biner (senyawa yang tersusun dari 2 unsur)

v  Senyawa ionik (logam dan nonlogam)

Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam penamaan senyawa ionik

1.     Penamaan dimulai dari nama kation logam, diikuti nama anion dari non logam. Untuk kation logam, dinamai dengan nama unsurnya, untuk anion non logam diberi akhiran ida

Contoh:

·         KH  : Kalium Hidrida

·         BaS  : Barium Sulfida

·         NaCl  : Natriun Klorida

2.     Senyawa yang terbentuk haruslah bermuatan netral.

Contoh: 

CuO

O bermuatan -2,

Cu bermuatan +2

Total muatan Cu dan O: -2 + (+2) = 0à Stabil

Maka, nama senyawa tersebut adalah Tembaga (II) Oksida

3.     Jika senyawa logam mempunyai lebih dari satu macam bilangan oksidasi , maka ada 2 cara  penamaan

a.     Logam ditandai dengan angka Romawi dibelakang nama logam (sistem Stock)

 Contoh:

FeO  : besi (II) oksida

Fe₂O₃  : besi (III) oksida

Cu₂S  : tembaga (I) sulfida

CuS  : tembaga (II) sulfida

b.     Logam dengan bilangan oksidasi rendah memakai nama latin  yang berakhiran -o, dan

logam dengan valensi tinggi memakai nama latin dengan berakhiran –i. (sistem akhiran)

Aplikasi Reaksi Redoks

Secara kimia, reaksi redoks tidak berbeda dengan reaksi-reaksi kimia yang lain, tetapi dalam reaksi redoks ada perubahan bilangan oksidasi akibat perubahan muatan. Perubahan muatan ini disebabkan adanya transfer elektron dari satu atom ke atom lain. Jika transfer elektron ini dimanfaatkan akan menghasilkan energi listrik arus searah sebab aliran listrik tiada lain adalah aliran elektron.

1. Sel Volta Komersial

Sel Volta adalah sumber energi listrik siap pakai yang dikemas dalam bentuk dan ukuran sesuai kegunaan. Sel Volta terdiri atas elektrode (anode dan katode) tempat terjadinya reaksi redoks. Kedua elektrode ini dicelupkan ke dalam zat kimia yang berperan sebagai medium aliran listrik dan sebagai oksidator atau reduktor. Umumnya, sel Volta komersial berupa sel kering baterai dan accumulator (accu). Jenis baterai bermacam-macam di antaranya baterai seng-karbon, baterai litium, dan baterai nikel-kadmium (nicad).

a. Baterai Seng-Karbon

Baterai jenis seng-karbon atau Leclanche adalah baterai generasi pertama yang dikomersilkan, dipakai untuk lampu senter, jam dinding, radio, dan alat-alat elektronik lainnya. Baterai ini terdiri atas seng (anode) dan batang grafit (katode). Sebagai zat elektrolitnya adalah campuran MnO₂, NH₄Cl, dan serbuk karbon yang dikemas dalam bentuk pasta. Reaksi redoks yang terjadi sangat rumit, tetapi secara sederhana dapat ditulis dalam bentuk persamaan berikut.

Zn(s) →Zn²⁺(aq)+2e^– (anode)

2MnO₂(s)+2NH₄⁺(aq)+2e^– →Mn₂O₃(s)+2NH₃(aq)+H₂O (katode)

Potensial sel yang dihasilkan adalah 1,5 V dan arus listrik yang mengalir akan berkurang jika dipakai. Potensial sel juga akan berkurang jika cuaca dingin.

b. Baterai Merkuri

Oksidasi dan Reduksi (Redoks)

Pengertian oksidasi dan reduksi disini lebih melihat dari segi transfer oksigen, hidrogen dan elektron. Disini akan juga dijelaskan mengenai zat pengoksidasi (oksidator) dan zat pereduksi (reduktor).

 Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer oksigen

Dalam hal transfer oksigen, Oksidasi berarti mendapat oksigen, sedang Reduksi adalah kehilangan oksigen.

Sebagai contoh, reaksi dalam ekstraksi besi dari biji besi:

Karena reduksi dan oksidasi terjadi pada saat yang bersamaan, reaksi diatas disebut reaksi REDOKS.

Zat pengoksidasi dan zat pereduksi

Oksidator atau zat pengoksidasi adalah zat yang mengoksidasi zat lain. Pada contoh reaksi diatas, besi(III)oksida merupakan oksidator.

Reduktor atau zat pereduksi adalah zat yang mereduksi zat lain. Dari reaksi di atas, yang merupakan reduktor adalah karbon monooksida.

Jadi dapat disimpulkan:

• oksidator adalah yang memberi oksigen kepada zat lain,
• reduktor adalah yang mengambil oksigen dari zat lain

 Oksidasi dan reduksi dalam hal transfer hidrogen

Reaksi Redoks Berdasarkan Perubahan Bilangan Oksidasi

Bilangan oksidasi merupakan harga yang menunjukkan kemampuan suatu atom untuk melepaskan atau menerima elektron dalam suatu reaksi. Bilangan oksidasi dapat bernilai positif maupun negatif tergantung harga keelektronegatifannya. Bilangan oksidasi bernilai positif berarti atom melepaskan elektron, sebaliknya jika negatif berarti atom menerima elektron. Perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar di atas  merupakan contoh reaksi spontan antara logan Zn dengan larutan CuSO_4. Dalam larutan CuSO₄ terdapat

Reaksi Redoks Berdasarkan Serah Terima Elektron

Ditinjau dari serah terima elektron, reaksi reduksi dan reaksi oksidasi selalu terjadi bersama-sama. Artinya, ada zat yang melepas elektron atau mengalami oksidasi dan ada zat yang menerima elektron tersebut atau mengalami reduksi. Oleh karena itu, reaksi reduksi dan reaksi oksidasi disebut juga reaksi reduksi-oksidasi atau reaksi redoks.

Gambar 1. Konsep transfer elektron

Contoh reaksi redoks berdasarkan serah terima elektron :

Reaksi Redoks Berdasarkan Penggabungan dan Pelepasan Oksigen

1. Reduksi : pelepasan oksigen

Contoh reaksi reduksi :

a. Reduksi bijih besi (Fe₂O₃, hematite) oleh karbon (C)

Reaksi : 2 Fe₂O₃(s) + 3 C(s) " 4 Fe(s) + 3 CO₂(g)

Penjelasan : pada Fe₂O₃, atom Fe mengikat 3 buah atom oksigen pada senyawanya kemudian setelah direaksikan dengan karbon, oksigen dilepaskan menghasilkan logam besi murni (Fe).

b. Tembaga(II) oksida direaksikan dengan gas hidrogen untuk mendapatkan logamnya.

Reaksi : CuO(s) + H₂(g) " Cu(g) + H₂O(g)

Penjelasan : pada CuO, atom Cu mengikat 1 buah atom oksigen pada senyawanya kemudian setelah direaksikan dengan gas hidrogen, oksigen dilepaskan dan menghasilkan logam tembaga (Cu).

2. Oksidasi : pengikatan oksigen