Gaya Molekul dan Gaya Antar Molekul

Sistem periodik modern disusun berdasarkan kenaikan nomor atom dan kemiripan sifat. Ada keterkaitan antara konfigurasi elektron dengan letak unsur dalam sistem periodik

• Letak periode unsur dapat diramalkan dari  jumlah kulit elektron dari unsur tersebut.

• Letak golongan unsur dalam sistem periodik dapat diramalkan dari  subkulit  terakhir yang terisi elektron.

Tabel 1.2 Golongan unsur menurut elektron valensi

Contoh:

Tentukan letak unsur ₁₅P, dan ₂₆Fe dalam sistem periodik unsur!

Jawab:

15P :   [Ne] 3s²   3p³   (blok p : antara IIIA  sampai VIIIA)

berakhir pada kulit ke tiga berarti terletak pada periode ketiga. Elektron bentuk molekul, elektron, gaya antarmolekul

valensinya lima (2+3)   VA.

₂₅Mn :  [Ar] 3d⁵  4s²  (blok d : antara IB sampai VIIIB)

berakhir pada kulit keempat berarti terletak pada periode keempat. Elektron valensi-nya lima, yaitu pada 3d⁵  4s², berarti terletak pada golongan (5+2) VIIB.

BENTUK MOLEKUL DAN GAYA ANTARMOLEKUL

a. Bentuk molekul

Bentuk molekul menggambarkan kedudukan atom-atom di dalam suatu molekul,  yaitu dalam ruang tiga dimensi dan besarnya sudut-sudut yang dibentuk dalam suatu  molekul.

Bentuk molekul dapat dijelaskan dengan menggunakan berbagai pendekatan,  yaitu teori hibridisasi orbital, teori medan kristal, dan teori tolakan pasangan elektron  (Valence Shell Electron Pair Repulsion atau VSEPR). Menurut teori ini, terdapat pola dasar kedudukan pasangan-pasangan elektron akibat adanya gaya tolak-menolak yang terjadi antara pasangan elektron-elektron tersebut. Teori ini tidak menggunakan sama sekali orbital atom.

Pasangan elektron-elektron  pada kulit luar atom pusat akan menyusun diri,  sehingga tolak-menolak diantaranya menjadi minimum.

• Kekuatan tolak-menolak tergantung pada pasangan elektron bebas (PEB) dan pasangan elektro ikatan (PEI)

• Urutan kekuatan tolak-menolak diantara pasangan elektron: PEB-PEB > PEB-PEI > PEI-PEI. Adanya gaya tolak yang kuat pada pasangan elektron bebas (PEB) mengakibatkan PEB akan menempati ruang yang lebih luas.

Tabel 1.3 Susunan ruang pasangan-pasangan elektron pada kulit luar atom pusat

Langkah-langkah meramalkan geometri molekul

berdasarkan teori VSEPR:

1. Membuat rumus Lewis, untuk mengetahui jumlah pasangan elektron pada  kulit terluar atom pusat.

2. Menyusun pasangan elektron disekitar atom pusat yang memberi tolakan minimum.

3. Menetapkan pasangan terikat dengan menuliskan lambang atom yang sesuai.

4. Menentukan bentuk molekul setelah mempertimbang  kan pasangan elektron bebas.

 

b. Gaya Antarmolekul

Dalam molekul kovalen, atom-atom terikat satu sama lain karena penggunaan  bersama pasangan elektron. Bagaimana interaksi antar molekul dalam senyawa  molekul? Adakah ikatan antar molekul zat itu?

 

1) Gaya Van der Waals

Gaya yang relatif lemah yang bekerja (tarik-menarik) antarmolekul. Gaya ini  sangat lemah dibandingkan gaya antar atom (ikatan ion dan ikatan kovalen). Untuk memutuskan gaya tersebut diperlukan energi sekitar 0,4 – 40 kJ mol-1, sedangkan untuk ikatan kovalen diperlukan 400 kJ mol-1. Gaya Van der Waals bekerja jika jarak antar molekul sudah sangat dekat, tetapi tidak melibatkan terjadinya pembentukan ikatan antar atom.

Ada tiga gaya antarmolekul yang berperan dalam terjadinya gaya Van der Waals, yaitu:

                a) Gaya Orientasi

Terjadi pada molekul-molekul yang mempunyai dipol permanen atau molekul polar. Antaraksi antara kutub positif dengan kutub negatif yang lain akan menimbulkan gaya tarik-menarik yang relatif lemah. Gaya ini memberi sumbangan yang sangat lemah kepada gaya van der Waals secara keseluruhan.

                b) Gaya imbas

Terjadi bila terdapat molekul dengan dipol permanen berantaraksi dengan molekul dengan dipol sesaat. Adanya molekul-molekul polar dengan dipol permanen akan menyebabkan imbasan dari molekul polar kepada molekul nonpolar, sehingga elektron-elektron dari molekul nonpolar tersebut mengumpul pada salah satu sisi molekul (terdorong atau tertarik), yang menyebabkan terjadinya dipol sesaat pada molekul nonpolar.

Terjadinya dipol sesaat mengakibatkan adanya tarik-menarik antar dipol yang menghasilkan gaya imbas. Gaya ini juga memberikan sumbangan yang kecil terhadap keseluruhan gaya van der Waals.

                c) Gaya dispersi (gaya London)

Pertama kali dikemukakan oleh Fritz London (1928). Pada molekul nonpolar gaya London ini terjadi akibat adanya elektron-elektron mengelilingi inti secara acak., sehingga pada suatu saat elektron akan mengumpul pada salah satu sisi molekul.  Dipol yang terbentuk dengan cara itu disebut dipol sesaat, karena dipol itu dapat berpindah milyaran kali dalam satu detik. Kemudahan suatu molekul untuk membentuk dipol sesaat disebut polarisabilitas.

Makin banyak jumlah elektron, makin mudah mengalami polarisasi, maka makin besar Mr makin kuat gaya Londonnya, karena jumlah elektron berkaitan dengan massa molekul relatif. Zat yang molekulnya bertarikan hanya dengan gaya London mempunyai titik leleh dan titik didih yang rendah dibandingkan zat lain yang mempunyai Mr hampir sama.

Gaya dispersi merupakan penyumbang terbesar pada gaya Van der Waals.

Gambar 1.7 Dipol sesaat

Jadi, gaya Van der Waals dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu:

                1. Kerumitan Molekul

 Gaya antar molekul bekerja pada jarak yang sangat dekat. Semakin dekat jarak antarmolekul semakin kuat gaya antar molekul tersebut. Molekul yang bentuknya sederhana (lurus), gaya antar molekulnya lebih kuat daripada yang bentuknya rumit(bercabang).

Gambar 1.8 Struktur molekul mempengaruhi titik didih n-butana (a) lebih tinggi daripada 3–etil–pentana (b)

                2. Ukuran Molekul

 Molekul yang berukuran besar lebih mudah membentuk dipol sesaat, karena elektronnya terletak jauh dari inti sehingga pergerakkan elektronnya lebih leluasa daripada molekul yang berukuran kecil. Gaya van der waals tidak memiliki arah yang jelas, terlihat pada bentuk kristal kovalen yang bisa berubah pada suhu tertentu.

 

2) Ikatan hidrogen

“Ikatan hidrogen terjadi antara atom hidrogen dari suatu molekul dengan atom elektronegatif (N, O, F) pada atom lain”

Ikatan hidrogen ini lebih kuat daripada ikatan Van der Waals, dan memiliki arah yang jelas. Energi untuk memutuskan ikatan hidrogen adalah 15 – 40 kJ/mol, sedangkan untuk memutuskan gaya Van der Waals adalah sekitar 2 – 20 kJ/mol.  Inilah sebabnya zat yang memiliki ikatan hidrogen memiliki titik cair dan titik didih yang relatif tinggi. Ikatan hidrogen yang kuat hanya terjadi antara molekul yang mempunyai ikatan F – H, O”H, atau N”H.

Contoh fenomena ini dapat kita lihat pada senyawa NH₃, H₂O, dan HF

Read More

Struktur Atom dan Sifat SPU

STRUKTUR ATOM DAN SIFAT PERIODIK UNSUR

Bagaimana partikel-partikel penyusun atom  (proton, netron, dan elektron) berada di dalam atom digambarkan dengan struktur atom. Kedudukan elektron di sekitar inti atom atau konfigurasi elektron di sekitar inti atom berpengaruh terhadap sifat  fisis dan kimia atom yang bersangkutan.

Model atom Ernest Rutherford (1871-1937) tahun 1911 yang menyatakan bahwa atom terdiri dari inti kecil yang bermuatan positif (tempat konsentrasi seluruh massa atom) dan dikelilingi oleh elektron pada permukaannya. Namun teori ini tidak dapat menerangkan kestabilan atom. Sewaktu mengelilingi proton, elektron mengalami percepatan sentripetal akibat pengaruh gaya sentripetal (Gaya Coulomb). Menurut teori mekanika klasik dari Maxwell, yang menyatakan bahwa partikel bermuatan bergerak maka akan memancarkan energi. Maka menurut Maxwell bila elektron bergerak mengelilingi inti juga akan memancarkan energi. Pemancaran energi ini menyebabkan elektron kehilangan energinya, sehingga lintasannya berbentuk spiral  dengan jari-jari yang mengecil, laju elektron semakin lambat dan akhirnya dapat tertarik ke inti atom. Jika hal ini terjadi maka atom akan musnah, akan tetapi pada kenyataannya atom stabil.

Maka pada tahun 1913, Niels Bohr menggunakan teori kuantum untuk menjelaskan spektrum unsur. Berdasarkan pengamatan, unsur-unsur dapat memancarkan spektrum garis dan tiap unsur mempunyai spektrum yang khas. Menurut Bohr,

•        Spektrum garis menunjukkan elektron dalam atom hanya dapat beredar pada lintasan-lintasan dengan tingkat energi tertentu. Pada lintasannya elektron dapat beredar tanpa pemancaran atau penyerapan energi. Oleh karena itu, energi elektron tidak berubah sehingga lintasannya tetap.

•        Elektron dapat berpindah dari satu lintasan ke lintasan lain disertai pemancaran atau penyerapan sejumlah energi yang harganya sama dengan selisih kedua tingkat energi tersebut.

Keterangan :

∆E = Energi yang menyertai perpindahan elektron

E_f = Tingkat energi akhir

E_i = Tingkat energi awal

Namun teori Bohr ini memiliki kelemahan, yaitu:

• Bohr hanya dapat menjelaskan spektrum gas hidrogen, tidak dapat menjelaskan spektrum dari unsur yang jumlah elektronnya lebih dari satu.

• Tidak dapat menjelaskan adanya garis-garis halus pada spektrum gas hidrogen.

Kelemahan dari model atom Bohr dapat dijelaskan oleh Louis Victor de Broglie

pada tahun 1924 dengan teori dualisme partikel gelombang. Menurut de Broglie, pada kondisi tertentu, materi yang bergerak memiliki ciri-ciri gelombang.

Hipotesis tersebut terbukti benar dengan ditemukannya sifat gelombang dari  elektron. Elektron mempunyai sifat difraksi, maka lintasan elektron yang dikemukakan Bohr tidak dibenarkan. Gelombang tidak bergerak melalui suatu garis, melainkan menyebar pada daerah tertentu.

Pada tahun 1927, Werner Heisenberg mengemukakan bahwa posisi atau lokasi suatu elektron dalam atom tidak dapat ditentukan dengan pasti. Yang dapat ditentukan adalah hanya kemungkinan (kebolehjadian) menemukan elektron pada suatu titik pada jarak tertentu dari intinya.

1.  Model atom mekanika gelombang

Hipotesis Louis de Broglie dan azas ketidakpastian dari Heisenberg merupakan dasar dari model Mekanika Kuantum (Gelombang) yang dikemukakan oleh Erwin Schrodinger pada tahun1927, mengajukan konsep orbital untuk menyatakan kedudukan elektron dalam atom. Orbital menyatakan suatu daerah dimana elektron paling mungkin (peluang terbesar) untuk ditemukan.

Persamaan gelombang ( ᵠ = psi) dari Erwin Schrodinger menghasilkan tiga bilangan gelombang (bilangan kuantum) untuk menyatakan kedudukan (tingkat energi, bentuk, serta orientasi) suatu orbital, yaitu:

a.  Bilangan kuantum utama (n)

Menentukan besarnya tingkat energi suatu elektron yang mencirikan ukuran orbital (menyatakan tingkat energi utama atau kulit atom). Bilangan kuantum utama memiliki harga mulai dari 1, 2, 3, 4,….dst (bilangan bulat positif). Biasanya dinyatakan dengan lambang, misalnya K(n=1), L(n=2), dst.

Orbital–orbital dengan bilangan kuantum utama berbeda, mempunyai tingkat energi yang berbeda. Makin besar bilangan kuantum utama, kulit makin jauh dari inti, dan makin besar pula energinya.

b.  Bilangan kuantum azimut (l )

Menyatakan subkulit tempat elektron berada. Nilai bilangan kuantum ini menentukan bentuk ruang orbital dan  besarnya momentum sudut elektron. Nilai untuk bilangan kuantum azimuth dikaitkan dengan bilangan kuantum utama. Bilangan kuantum azimuth mempunyai harga dari nol sampai (n – 1) untuk setiap n. Setiap subkulit diberi lambang berdasarkan harga bilangan kuantum l.

l   = 0 ,  lambang s (sharp)

l   = 1,  lambang p (principal)

 l   = 2,  lambang d (diffuse)

 l   = 3, lambang f (fundamental)

(Lambang s, p, d, dan f diambil dari nama spektrum yang dihasilkan oleh logam alkali dari Li sampai dengan Cs).

Tabel 1.1

 

Subkulit-subkulit yang diijinkan pada kulit K sampai N

c. Bilangan kuantum magnetik (ml)

Menyatakan orbital khusus mana yang ditempati elektron pada suatu subkulit. Selain itu juga dapat menyatakan orientasi khusus dari orbital itu dalam ruang relatif terhadap inti. Nilai bilangan kuantum magnetik bergantung pada bilangan kuantum azimuth, yaitu bilangan bulat dari –l  sampai  +l.

Contoh:

l = 0, maka nilai m = 0 berarti hanya terdapat 1 orbital

l = 1, maka nilai m = –1, 0, +1, berarti terdapat 3 orbital

d. Bilangan kuantum spin (ms atau s)

Bilangan kuantum spin terlepas dari pengaruh momentum sudut. Hal ini berarti bilangan kuantum spin tidak berhubungan secara langsung dengan tiga bilangan kuantum yang lain. Bilangan kuantum spin bukan merupakan penyelesaian dari persamaan gelombang, tetapi didasarkan pada pengamatan Otto Stern dan Walter Gerlach terhadap spektrum yang dilewatkan pada medan magnet, ternyata terdapat dua spektrum yang terpisah dengan kerapatan yang sama. Terjadinya pemisahan garis spektrum oleh medan magnet dimungkinkan karena elektron-elektron tersebut selama mengelilingi inti berputar pada sumbunya dengan arah yang berbeda. Berdasarkan hal ini diusulkan adanya bilangan kuantum spin untuk menandai arah putaran (spin) elektron pada sumbunya.

Hanya ada dua kemungkinan arah rotasi elektron, yaitu searah jarum jam dan berlawanan jarum jam, maka probabilitas elektron berputar searah jarum jam adalah  dan berlawanan jarum jam  . Untuk membedakan arah putarnya maka diberi tanda positif (+1/2 ) dan negatif (–1/2 ). Oleh karena itu dapat dimengerti bahwa satu orbital hanya dapat ditempati maksimum dua elektron.

 

2.  Bentuk dan orientasi orbital

Setiap orbital mempunyai ukuran, bentuk, dan arah orientasi ruang yang ditentukan oleh bilangan kuantum n, l, ml. orbital-orbital bergabung membentuk suatu subkulit, kemudian  subkulit bergabung membentuk kulit dan tingkat energi.

a. Orbital s

Orbital yang paling sederhana. Subkulit s tersusun dari sebuah orbital dengan bilangan kuantum l = 0 dan mempunyai ukuran yang berbeda tergantung harga bilangan kuantum n. Probabilitas (kebolehjadian)untuk menemukan elektron pada orbital s adalah sama untuk ke segala arah, maka bentuk ruang orbital s seperti bola.

 

b. Orbital p

Orbital p tersusun dari tiga orbital dengan bilangan kuantum l = 1. Ketiga orbital p tersebut adalah px, py, pz. dengan bentuk ruang orbital p seperti dumbbell dengan probabilitas untuk menemukan elektron semakin kecil bila mendekati inti.

 

c. Orbital d

Subkulit d tersusun dari lima orbital yang mempunyai bilangan kuantum l = 2.  Arah orientasi dari orbital d dapat dibedakan menjadi dua kelompok yaitu:

–        mempunyai orientasi di antara sumbu, terdiri dari tiga orbital, yaitu dxy, dxz, dan  dyz.

–        mempunyai orientasi pada sumbu, terdiri dari 2 orbital, yaitu: dx2

–        y2, dan dz2.

 

 

3.  Konfigurasi elektron

Konfigurasi elektron menggambarkan penataan/susunan elektron dalam atom.

a. Aturan Aufbau (membangun)

Pengisian orbital dimulai dari tingkat energi yang rendah ke tingkat energi yang tinggi. Elektron mempunyai kecenderungan akan menempati dulu subkulit yang energinya rendah. Besarnya tingkat energi dari suatu subkulit dapat diketahui dari bilangan kuantum utama (n) dan bilangan kuantum azimuth ( l ) dari orbital tersebut.

Orbital dengan harga (n + l) lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih besar. Jika harga (n + l) sama, maka orbital yang harga n-nya lebih besar mempunyai tingkat energi yang lebih besar. Urutan energi dari yang paling rendah ke yang paling tinggi adalah sebagai  berikut:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d ....

b. Larangan Pauli (Eksklusi Pauli)

Tidak boleh terdapat dua elektron dalam satu atom dengan empat bilangan kuantum yang sama. Orbital yang sama akan mempunyai bilangan kuantum n, l, ml yang sama. Yang dapat membedakan hanya bilangan kuantum spin (s). Dengan  demikian, setiap orbital hanya dapat berisi 2 elektron dengan spin (arah putar) yang  berlawanan.

Jadi, satu orbital dapat ditempati maksimum oleh dua elektron, karena jika  elektron ketiga dimasukkan maka akan memiliki spin yang sama dengan salah satu elektron sebelumnya.

Maka jumlah elektron pada setiap subkulit sama dengan dua kali jumlah orbitalnya.

Contoh:

Subkulit s (1 orbital) maksimum 2 elektron

Subkulit p (3 orbital) maksimum 6 elektron

Jumlah maksimum elektron pada kulit ke-n = 2n²

Contoh:

Jumlah maksimum elektron pada kulit L (n = 2) = 2 (22) = 8

c. Aturan Hund

Pada pengisian orbital-orbital dengan energi yang sama, mula-mula elektron  menempati orbital sendiri-sendiri dengan spin yang paralel, baru kemudian berpasangan.

Contoh:

₇N :  [ He ] 2s² 2p³

Diagram orbitalnya:

Konfigurasi elektron dari gas mulia dapat dipergunakan untuk menyingkat konfigurasi elektron dari atom-atom yang mempunyai jumlah elektron (bernomor atom) besar. Berikut contoh peyingkatan konfigurasi elektron :

₁₉K   :  1s²   2s²   2p⁶   3s²    3p⁶    4s¹   disingkat menjadi: [Ar]  4s¹

1) Penyimpangan dari aturan umum

Terdapat beberapa atom yang konfigurasi elektronnya menyimpang dari aturan-aturan umum di atas, seperti:

₂₄Cr : [Ar] 4s²    3d⁴   kurang stabil, maka berubah menjadi [Ar] 4s¹   3d⁵

₂₉Cu  : [Ar] 4s²  3d⁹  kurang stabil, maka berubah menjadi [Ar]  4s²   3d¹⁰

₄₆Pd  : [Ar] 5s²  4d⁸  kurang stabil, maka berubah menjadi [Ar]  4d¹⁰

Penyimpangan ini terjadi karena adanya perbedaan tingkat energi yang sangat kecil antara subkulit 3d dan 4s serta antara 4d dan 5s pada masing-masing atom tersebut. Pengisian orbital penuh atau setengah penuh relatif lebih stabil.

2) Cara penulisan urutan subkulit :

Contoh: Ada dua cara menuliskan konfigurasi elektron Magnesium

1) ₂₅Mg :  1s²   2s²   2p⁶   3s²    3p⁶    4s²    3d⁵

2) ₂₅Mg :  1s²   2s²   2p⁶   3s²    3p⁶    3d⁵    4s²

Menurut cara 

• Subkulit-subkulit ditulis sesuai  dengan urutan tingkat energinya; sedangkan pada cara 
• Subkulit-subkulit dari kulit yang sama dikumpulkan. Pada dasarnya kedua cara di atas sesuai dengan aturan Aufbau (dalam prioritas pengisian orbital, yaitu dimulai dari tingkat energi rendah ke tingkat energi yang lebih tinggi), hanya berbeda dalam hal penulisannya saja.

Read More

Minyak Bumi

MINYAK BUMI

Minyak bumi (bahasa Inggris: petroleum, dari bahasa Latin: petrus – karang dan oleum – minyak) dijuluki juga sebagai emas hitam, adalah suatu cairan kental yang berwarna coklat sampai hitam atau kehijauan, yang mudah terbakar dan berbau kurang sedap, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi.

Minyak bumi merupakan campuran kompleks dari senyawa-senyawa hidrokarbon, baik senyawa alifatik, alisiklik, dan aromatik yang sebagian terdiri atas alkana tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya, dengan sedikit senyawa nitrogen (0,01-0,9%), belerang (0,1-7%), oksigen (0,06-0,4%) dan senyawa logam dalam jumlah yang sangat kecil.

1. Pembentukan minyak bumi

Para ahli berpendapat bahwa minyak bumi terbentuk dari pelapukan sisa kehidupan purba (hewan, tumbuhan, dan jasad-jasad renik) yang terpendam bersama air laut dan masuk ke dalam batuan pasir, lempung, atau gamping yang terdapat di dalam lapisan kerak bumi selama berjuta-juta tahun melalui proses fisika dan kimia.

Proses terbentuknya minyak bumi dapat dijelaskan sebagai berikut:

• Pada zaman purba, di darat dan di dalam lautan hidup beraneka ragam binatang dan tumbuh-tumbuhan. Binatang serta tumbuh-tumbuhan yang mati ataupun punah itu akhirnya tertimbun di bawah endapan lumpur. Endapan lumpur ini kemudian dihanyutkan oleh arus sungai menuju lautan bersama bahan organik lainnya dari daratan.

• Selama berjuta-juta tahun, sungai-sungai menghanyutkan pasir dan lumpur ke dasar laut dan membuat lapisan batuan yang bercampur dengan fosil-fosil binatang dan tumbuh-tumbuhan.

• Akibat peristiwa alam, lapisan dan permukaan bumi mengalami perubahan besar berupa pergeseran-pergeseran sehingga fosil hewan dan tumbuhan yang terkubur di perut bumi masuk ke celah-celah lapisan bumi yang bersuhu dan bertekanan tinggi. Akibat pengaruh waktu, temperatur tinggi, dan tekanan beban lapisan batuan di atasnya, menyebabkan binatang dan tumbuh-tumbuhan yang mati tadi mengalami proses penguraian berupa perubahan kimia, berubah menjadi bintik- bintik dan gelembung minyak yang berbentuk cairan kental dan gas. Akibat pengaruh yang sama, maka endapan lumpur berubah menjadi batuan sedimen. Batuan lunak yang berasal dari lumpur yang mengandung bintik-bintik minyak dikenal sebagai batuan induk atau “source rock”.

• Karena ringan, minyak bumi akan terdorong dan terapung, lalu bergerak mencari tempat yang lebih baik (berimigrasi menuju tempat yang bertekanan lebih rendah) untuk berhenti dan terperangkap dalam batuan sedimen yang kedap atau kadang-kadang merembes ke luar permukaan bumi. Batuan sedimen tersusun atas fragmen- fragmen atau butiran mineral dari yang halus sampai yang kasar satu sama lain saling terikat oleh materi yang sangat halus dan berfungsi sebagai “semen”, sehingga di antaranya terdapat pori-pori. Pada kondisi tertentu, pori-pori ini dapat mengandung fluida minyak, gas, atau air. Peristiwa terperangkapnya minyak bumi dan gas alam dalam batuan sedimen disebut proses “akumulasi”.

Berapa lama proses terbentuknya minyak bumi? 

Mengenai hal ini masih terdapat pendapat yang berbeda-beda. Ada yang mengatakan ribuan tahun, ada yang mengatakan jutaan tahun, bahkan ada yang berpendapat lebih dari itu. Namun diduga, minyak bumi terbentuk paling sedikit 2 juta tahun yang lalu, dan ada juga yang berpendapat bahwa minyak bumi terbentuk 500-2500 juta tahun yang lalu.

         2. Pengolahan Minyak Bumi

Minyak mentah (crude oil) yang diperoleh dari hasil pengeboran minyak bumi belum dapat digunakan atau dimanfaatkan untuk berbagai keperluan secara langsung. Hal itu karena minyak bumi masih merupakan campuran dari berbagai senyawa hidrokarbon, khususnya komponen utama hidrokarbon alifatik dari rantai C yang sederhana/pendek sampai ke rantai C yang banyak/panjang, dan senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon. Untuk menghilangkan senyawa-senyawa yang bukan hidrokarbon, maka pada minyak mentah ditambahkan asam dan basa.

Minyak mentah yang berupa cairan pada suhu dan tekanan atmosfer biasa, memiliki titik didih persenyawan-persenyawaan hidrokarbon yang berkisar dari suhu yang sangat rendah sampai suhu yang sangat tinggi. Dalam hal ini, titik didih hidrokarbon (alkana) meningkat dengan bertambahnya jumlah atom C dalam molekulnya.

Dengan memperhatikan perbedaan titik didih dari komponen-komponen minyak bumi, maka dilakukanlah pemisahan minyak mentah menjadi sejumlah fraksi-fraksi melalui proses  distilasi bertingkat. Destilasi bertingkat adalah proses distilasi (penyulingan) dengan menggunakan tahap-tahap/fraksi-fraksi pendinginan sesuai trayek titik didih campuran yang diinginkan, sehingga proses pengembunan terjadi pada beberapa tahap/beberapa fraksi tadi. Cara seperti ini disebut fraksionasi.

Minyak mentah tidak dapat dipisahkan ke dalam komponen-komponen murni (senyawa tunggal). Hal itu tidak mungkin dilakukan karena tidak praktis, dan mengingat bahwa minyak bumi mengandung banyak senyawa hidrokarbon maupun senyawa- senyawa yang bukan hidrokarbon. Dalam hal ini senyawa hidrokarbon memiliki isomer-isomer dengan titik didih yang berdekatan. Oleh karena itu, pemisahan minyak mentah dilakukan dengan proses distilasi bertingkat. Fraksi-fraksi yang diperoleh dari destilat minyak bumi ialah campuran hidrokarbon yang mendidih pada trayek suhu tertentu.

• .Pengolahan tahap pertama (primary process)

Pengolahan tahap pertama ini berlangsung melalui proses distilasi bertingkat, yaitu pemisahan minyak bumi ke dalam fraksi-fraksinya berdasarkan titik didih masing- masing fraksi.

Komponen yang titik didihnya lebih tinggi akan tetap berupa cairan dan turun ke bawah, sedangkan yang titik didihnya lebih rendah akan menguap dan naik ke bagian atas melalui sungkup-sungkup yang disebut menara gelembung. Makin ke atas, suhu dalam menara fraksionasi itu makin rendah. Hal itu menyebabkan komponen dengan titik didih lebih tinggi akan mengembun dan terpisah, sedangkan komponen yang titik didihnya lebih rendah naik ke bagian yang lebih atas lagi. Demikian seterusnya, sehingga komponen yang mencapai puncak menara adalah komponen yang pada suhu kamar  berupa gas.

Perhatikan diagram fraksionasi minyak bumi berikut ini.

Hasil-hasil frasionasi minyak bumi yaitu sebagai berikut.

• Fraksi pertama

Pada fraksi ini dihasilkan gas, yang merupakan fraksi paling ringan. Minyak bumi dengan titik didih di bawah 30^oC, berarti pada suhu kamar berupa gas. Gas pada kolom ini ialah gas yang tadinya terlarut dalam minyak mentah, sedangkan gas yang tidak terlarut dipisahkan pada waktu pengeboran. Gas yang dihasilkan pada tahap ini yaitu LNG (Liquid Natural Gas) yang mengandung komponen utama propana (C₃H₈) dan butana (C₄H₁₀), dan LPG (Liquid Petroleum Gas) yang mengandung metana (CH₄) dan etana (C₂H₆).

• Fraksi kedua

Pada fraksi ini dihasilkan petroleum eter. Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil 90^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendinginan dengan suhu 30^oC – 90^oC. Pada trayek ini, petroleum eter (bensin ringan) akan mencair dan keluar ke penampungan petroleum eter. Petroleum eter merupakan  campuran alkana dengan rantai C₅H₁₂ – C₆H₁₄.

• Fraksi Ketiga

Pada fraksi ini dihasilkan gasolin (bensin). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 175^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 90^oC – 175^oC. Pada trayek ini, bensin akan mencair dan keluar ke penampungan bensin. Bensin merupakan campuran alkana dengan rantai C₆H₁₄–C₉H₂₀.

• Fraksi keempat

Pada fraksi ini dihasilkan nafta. Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 200^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175^oC- 200^oC. Pada trayek ini, nafta (bensin berat) akan mencair dan keluar ke penampungan nafta. Nafta merupakan campuran alkana dengan rantai C₉H₂₀–C₁₂H₂₆.

• Fraksi kelima

Pada fraksi ini dihasilkan kerosin (minyak tanah). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 275^oC, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 175^oC-275^oC. Pada trayek ini, kerosin (minyak tanah) akan mencair dan keluar ke penampungan kerosin. Minyak tanah (kerosin) merupakan campuran alkana dengan rantai C₁₂H₂₆–C₁₅H₃₂.

• Fraksi keenam

Pada fraksi ini dihasilkan minyak gas (minyak solar). Minyak bumi dengan titik didih lebih kecil dari 375⁰C, masih berupa uap, dan akan masuk ke kolom pendingin dengan suhu 250⁰C-375⁰C. Pada trayek ini minyak gas (minyak solar) akan mencair141 dan keluar ke penampungan minyak gas (minyak solar). Minyak solar merupakan campuran alkana dengan rantai C₁₅H₃₂–C₁₆H₃₄.

• Fraksi ketujuh

Pada fraksi ini dihasilkan residu. Minyak mentah dipanaskan pada suhu tinggi, yaitu di atas 375^oC, sehingga akan terjadi penguapan. Pada trayek ini dihasilkan residu yang tidak menguap dan residu yang menguap. Residu yang tidak menguap berasal dari minyak yang tidak menguap, seperti aspal dan arang minyak bumi. Adapun residu yang menguap berasal dari minyak yang menguap, yang masuk ke kolom pendingin dengan suhu 375^oC. Minyak pelumas (C₁₆H₃₄–C₂₀H₄₂) digunakan untuk pelumas mesin-mesin, parafin (C₂₁H₄₄–C₂₄H₅₀)  untuk membuat lilin, dan aspal (rantai C lebih besar dari C₃₆H₇₄) digunakan untuk bahan bakar dan pelapis jalan raya.

• Pengolahan tahap kedua

Pengolahan tahap kedua merupakan pengolahan lanjutan dari hasil-hasil unit pengolahan tahapan pertama. Pada tahap ini, pengolahan ditujukan untuk mendapatkan dan menghasilkan berbagai jenis bahan bakar minyak (BBM) dan non bahan bakar minyak (non BBM) dalam jumlah besar dan mutu yang lebih baik, yang sesuai dengan permintaan konsumen atau pasar.

Pada pengolahan tahap kedua, terjadi perubahan struktur kimia yang dapat berupa pemecahan molekul (proses cracking), penggabungan molekul (proses polymerisasi, alkilasi), atau perubahan struktur molekul (proses reforming).

Proses pengolahan lanjutan dapat berupa proses-proses seperti di bawah ini.

1)Konversi struktur kimia

Dalam proses ini, suatu senyawa hidrokarbon diubah menjadi senyawa hidrokarbon lain melalui proses kimia.

• Perengkahan (cracking)

Dalam proses ini, molekul hidrokarbon besar dipecah menjadi molekul hidrokarbon yang lebih kecil sehingga memiliki titik didih lebih rendah dan stabil.

Caranya dapat dilaksanakan, yaitu sebagai berikut:

a.       Perengkahan termal; yaitu proses perengkahan dengan menggunakan suhu dan tekanan tinggi saja.

b.      Perengkahan katalitik; yaitu proses perengkahan dengan menggunakan panas dan katalisator untuk mengubah distilat yang memiliki titik didih tinggi menjadi bensin dan karosin. Proses ini juga akan menghasilkan butana dan gas lainnya.

c.       Perengkahan dengan hidrogen (hydro-cracking); yaitu proses perengkahan yang merupakan kombinasi perengkahan termal dan katalitik dengan "menyuntikkan" hidrogen pada molekul fraksi hidrokarbon tidak jenuh.

Dengan cara seperti ini, maka dari minyak bumi dapat dihasilkan elpiji, nafta, karosin, avtur, dan solar. Jumlah yang diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih baik dibandingkan dengan proses perengkahan termal atau perengkahan katalitik saja. Selain itu, jumlah residunya akan berkurang.

• Alkilasi

Alkilasi merupakan suatu proses penggabungan dua macam hidrokarbon isoparafin secara kimia menjadi alkilat yang memiliki nilai oktan tinggi. Alkilat ini dapat dijadikan bensin atau avgas.

• Polimerisasi

Polimerisasi merupakan penggabungan dua molekul atau lebih untuk membentuk molekul tunggal yang disebut polimer. Tujuan polimerisasi ini ialah untuk menggabungkan molekul-molekul hidrokarbon dalam bentuk gas (etilen, propena) menjadi senyawa nafta ringan.

• Reformasi

Proses ini dapat berupa perengkahan termal ringan dari nafta untuk mendapatkan produk yang lebih mudah menguap seperti olefin dengan angka oktan yang lebih tinggi. Di samping itu, dapat pula berupa konversi katalitik komponen-komponen nafta untuk menghasilkan aromatik dengan angka oktan yang lebih tinggi.

• Isomerisasi

Dalam proses ini, susunan dasar atom dalam molekul diubah tanpa menambah atau mengurangi bagian asal. Hidrokarbon garis lurus diubah menjadi hidrokarbon garis bercabang yang memiliki angka oktan lebih tinggi. Dengan proses ini, n-butana dapat diubah menjadi isobutana yang dapat dijadikan sebagai bahan baku dalam proses alkilasi.

• Proses ekstraksi

Melalui proses ini, dilakukan pemisahan atas dasar perbedaan daya larut fraksi- fraksi minyak dalam bahan pelarut (solvent) seperti SO₂, furfural, dan sebagainya. Dengan proses ini, volume produk yang diperoleh akan lebih banyak dan mutunya lebih baik bila dibandingkan dengan proses distilasi saja.

• Proses kristalisasi

Pada proses ini, fraksi-fraksi dipisahkan atas dasar perbedaan titik cair (melting point) masing-masing. Dari solar yang mengandung banyak parafin, melalui proses pendinginan, penekanan dan penyaringan, dapat dihasilkan lilin dan minyak filter.

Pada hampir setiap proses pengolahan, dapat diperoleh produk-produk lain sebagai produk tambahan. Produk-produk ini dapat dijadikan bahan dasar petrokimia yang diperlukan untuk pembuatan bahan plastik, bahan dasar kosmetika, obat pembasmi serangga, dan berbagai hasil petrokimia lainnya.

• Membersihkan produk dari kontaminasi (treating)

Hasil-hasil minyak yang telah diperoleh melalui proses pengolahan tahap pertama dan proses pengolahan lanjutan sering mengalami kontaminasi dengan zat-zat yang merugikan seperti persenyawaan yang korosif atau yang berbau tidak sedap. Kontaminan ini harus dibersihkan misalnya dengan menggunakan caustic soda, tanah liat, atau proses hidrogenasi.

• Kegunaan minyak bumi

Berdasarkan jumlah atom C, maka minyak bumi dapat dibagi menjadi fraksi-fraksi dengan sifat berbeda (Tabel 7.8).

Read More

Karakteristik Atom Karbon

Pada awalnya, senyawa-senyawa karbon dianggap hanya dapat diperoleh dari tubuh makhluk hidup dan tidak dapat disintesis dalam pabrik. Anggapan tersebut berubah sejak Friedrich Wohler dari Jerman pada tahun 1928 berhasil mensintesis urea (suatu senyawa yang terdapat dalam air seni) dari senyawa anorganik, yaitu dengan memanaskan amonium sianat.

 

Begitu keberhasilan Wohler diketahui, banyak sarjana lain yang mencoba membuat senyawa karbon dari senyawa anorganik. Lambat laun teori tentang daya hidup hilang dan orang hanya menggunakan kimia organik sebagai nama saja tanpa disesuaikan dengan arti yang sesungguhnya. Selain perbedaan jumlah yang sangat mencolok yang menyebabkan kimia karbon dibicarakan secara tersendiri, juga karena terdapat perbedaan yang sangat besar antara senyawa karbon dan senyawa anorganik seperti yang dituliskan berikut ini.

 

Salah satu cara untuk mengetahui bahwa suatu bahan mengandung senyawa karbon, yaitu dengan membakar senyawa tersebut. Hasil pembakaran sempurna dari senyawa karbon akan mengubah karbon menjadi gas CO₂, sedangkan hidrogen berubah menjadi uap air (H₂O). Adanya gas CO₂ hasil pembakaran senyawa karbon dapat dikenali karena dapat mengeruhkan air kapur, sedangkan keberadaan uap air dapat dikenali dengan kertas kobal. Air akan mengubah kertas kobal yang berwarna biru menjadi ros.

A.KARAKTERISTIK ATOM KARBON

Salah satu kekhasan atom karbon ialah  dapat membentuk rantai karbon. Atom karbon dengan nomor atom 6 mempunyai susunan elektron K = 2 dan L = 4. Dengan demikian, atom C mempunyai 4 elektron valensi dan dapat mernbentuk empat ikatan kovalen yang kuat dengan atom C lainnya, serta dapat berikatan secara kuat dengan atom-atom non logam lainnya pada saat yang bersamaan.

1.Bentuk rantai karbon

Ada dua bentuk rantai karbon, yaitu terbuka (alifatik, yang terdiri atas rantai lurus dan rantai bercabang) dan tertutup (siklik).

2.Posisi atom C dalam rantai karbon

Ada empat macam posisi atom C dalam rantai karbon. Keempat macam atom C dalam rantai karbon, yaitu:

• atom C primer, yaitu atom C terikat dengan 1 atom C lainnya;
• atom C sekunder, yaitu atom C terikat dengan 2 atom C lainnya;
• atom C tersier, yaitu atom C terikat dengan 1 atom C lainnya;
• atom C kuartener, yaitu atom C terikat dengan 3 atom C lainnya.

3.Jenis ikatan kovalen antara empat atom dalam rantai karbon

Ada dua macam ikatan kovalen antaratom dalam rantai karbon, yaitu:

• Ikatan tunggal (C – C); 2 atom C menggunakan bersama sepasang elektron.
• Ikatan rangkap, yaitu terdiri atas:
• Ikatan rangkap dua (C = C); penggunaan bersama 2 pasangan elektron.
• Ikatan rangkap tiga (C  C); penggunaan bersama 3 pasangan elektron.

Read More

Senyawa Hidrokarbon

SENYAWA HIDROKARBON

Hidrokarbon adalah senyawa organik yang tersusun dari atom karbon dan hidrogen. Senyawa hidrokarbon merupakan senyawa karbon yang paling sederhana. Sampai sekarang terdapat ± 2 juta senyawa hidrokarbon. Karena jumlahnya yang banyak sekali, maka untuk memudahkan mempelajarinya, para ahli mengggolongkan hidrokarbon berdasarkan strukturnya.

Struktur hidrokarbon yang dimaksud ialah bentuk rantai karbon yaitu (rantai terbuka atau rantai tertutup) dan jenis ikatan kovalen antaratom karbon (ikatan tunggal atau ikatan rangkap). Namun secara umum, hidrokarbon digolongkan menjadi 3, yaitu hidrokarbon alifatik (lurus atau bercabang), alisiklik (rantai tertutup), dan hidrokarbon aromatik (rantai tertutup).

Selain berdasarkan bentuk rantai karbonnya, hidrokarbon juga dapat dibedakan berdasarkan jenis ikatan antaratom C dalam rantai karbon, yaitu hidrokarbon jenuh (memiliki ikatan tunggal) dan hirokarbon tak jenuh (memiliki satu atau lebih ikatan rangkap).

Jenis hidrokarbon:

1.Hidrokarbon alifatik, terdiri atas:

• Alkana;berupa hidrokarbon jenuh, hanya memiliki ikatan tunggal C – C.
• Alkena;berupa hidrokarbon tak jenuh, memiliki minimal 1 ikatan rangkap dua C = C.
• Alkuna; berupa hidrokarbon tak jenuh, memiliki minimal 1 ikatan rangkap tiga C C.

2.Hidrokarbon alisiklik; mempunyai rantai tertutup, dapat berupa hidrokarbon jenuh dan tak jenuh. Contoh hidrokarbon alisklik:

3.Hidrokarbon aromatik; mempunyai rantai tertutup membentuk cincin benzena, berupa hidrokarbon tak jenuh.

Contoh hidrokarbon aromatik:

Read More

Alkana

ALKANA

• Rumus umum alkana

Hidrokarbon jenuh yang paling sederhana merupakan suatu deret senyawa alkana atau parafin. Rumus umum alkana:

C_nH_2n+2

• Tata nama alkana

1. Untuk rantai karbon tidak bercabang Penamaan alkana sesuai dengan jumlah atom C yang dimiliki dan diberi awalan n (n= normal). 

 

1. Untuk rantai karbon bercabang :  

• Tentukan rantai induk, yaitu rantai karbon terpanjang. Beri nomor pada rantai induk sehingga cabang mempunyai nomor sekecil mungkin. Contoh:

• Rantai induk diberi nama alkana sesuai dengan jumlah atom C yang dimiliki oleh rantai induk.
• Cabang merupakan gugus alkil (dengan rumus umum –C_nH_2n+1) dan diberi nama alkil sesuai jumlah atom C dalam cabang tersebut. 

 

 Jika terdapat 2 atau lebih jenis alkil, nama-nama alkil disusun menurut abjad

Rantai induk: Pentana

Gugus alkil: 2-metil dan 3-etil (cabang ada di nomor 2 dan 3)

3-etil-2-metilpentana

• Jika terdapat lebih dari 1 alkil sejenis:

1. Jika terdapat 2 gugus alkil dengan nomor yang sama, maka nomor tersebut harus diulang
2. Beri awalan di, tri, tetra, dan seterusnya pada nama gugus alkil sesuai jumlahnya 

 

Rantai induk: Heksana
Gugus alkil: 2 metil, 3-metil, 3-etil
3-etil-2,3-dimetilheksana

• Untuk penomoran rantai karbon yang mengandung banyak cabang

1. Jika penomoran ekivalen dari kedua ujung rantai, maka pilih rantai yang mengandung banyak cabang.
2. Gugus alkil dengan jumlah atom C lebih banyak diberi nomor yang lebih kecil.

• Sifat alkana 

Sifat fisik:

• Pada suhu biasa, metana, etana, propana, dan butana berwujud gas; pentena sampai heptadekana (C₁₇H₃₆) berwujud cair; sedangan oktadekana (C₁₈H₃₈) dan seterusnya berwujud padat.
• Alkana tidak larut dalam air. Pelarut yang baik untuk alkana yaitu benzena, karbontetraklorida, dan alkana lainnya.
• Semakin banyak atom C yang dikandungnya (semakin besar nilai Mr), maka:

1. titik didih dan titik lelehnya semakin tinggi (alkana yang tidak bercabang titik didihnya lebih tinggi; makin banyak cabang, titik didihnya semakin rendah)
2. kerapatannya makin besar.
3. viskositas alkana makin naik. 
4. volatilitas alkana makin berkurang.

Sifat kimia

1. Alkana adalah zat yang kurang reaktif (sukar bereaksi dengan zat lain), sehingga disebut parafin. Berikut ini reaksi-reaksi terpenting dari alkana:

• Pembakaran

Pembakaran alkana adalah reaksi oksidasi alkana dengan O₂. Proses ini bersifat eksotermik, yaitu menghasilkan panas (kalor). Oleh karena itu, alkana merupakan sumber bahan bakar yang paling banyak digunakan di dunia.

Contoh:

C₃H₈  +  5O₂       3CO₂  + 4H₂O  + energi

• Substitusi oleh halogen

Pada reaksi ini, satu atau lebih atom H pada alkana diganti dengan atom halogen. Alkana bereaksi dengan halogen pada suhu tinggi atau dengan bantuan cahaya.

Kegunaan alkana

1. Secara umum, alkana berguna sebagai bahan bakar dan bahan baku dalam industri petrokimia.

• Metana; berguna sebagai bahan bakar untuk memasak, dan bahan baku pembuatan zat kimia seperti H₂ dan NH₃.
• Etana; berguna sebagai bahan bakar untuk memasak dan sebagai refrigerant dalam sistem pendinginan dua tahap untuk suhu rendah.
• Propana; merupakan komponen utama gas elpiji untuk memasak dan bahan baku senyawa organik.
• Butana; berguna sebagai bahan bakar kendaraan dan bahan baku karet sintesis.Oktana; merupakan komponen utama bahan bakar kendaraan bermotor, yaitu bensin.

Read More