0

1

Senyawa Hidrokarbon

A. Keunikan Atom Karbon

Pada tahun 1850, ilmu kimia yang mempelajari senyawa yang berasal dari

makhluk hidup disebut kimia organik. Definisi ini mulai pudar pada sekitar

tahun 1900, karena pada saat itu para ahli kimia banyak minsintesis

senyawa-senyawa baru yang bukan berasal dari makhluk hidup Tetapi unsur

penyusunnya sama dengan senyawa yang berasal dari makhluk hidup. Pada

waktu itu, kimia organik didefinisikan sebagai kimia senyawa karbon.

Meskipun karbon hanyalah salah satu unsur dari sekian banyak unsur

dalam sistem periodik, tetapi atom karbon dapat terikat secara kovalen

dengan atom karbon lain dan terhadap unsur-unsur lain menurut beragam

cara sehingga dapat membentuk begitu banyak senyawa yang jumlahnya

hampir tak terhingga. Hal inilah yang menyebabkan atom karbon begitu unik,

sehingga senyawa-senyawanya menjadi salah satu bagian utama dalam studi

kimia.

B. Hidrokarbon

Hidrokarbon adalah senyawa karbon yang terdiri dari atom karbon (C) dan

atom hidrogen (H). Ditinjau dari ikatan antara atom karbonnya, senyawa

hidrogen dapat digolongkan menjadi hidrokarbon jenuh (ikatan tunggal) dan

hidrokarbon tidak jenuh (terdapat ikatan rangkap baik rangkap dua atau

tiga).

2

H I D R O K A R B O N

J E N U H T I D A K J E N U H

Alkana

Hidrokarbon rantai terbuka dengan

semua ikatan antar atom karbonnya

tunggal.

Rumus umum: CnH2n+2

Alkena

Hidrokarbon rantai terbuka mempunyai

sebuah ikatan rangkap dua.

Rumus umum: CnH2n

Sikloalkana

Alkana dengan rantai tertutup

(melingkar)

Rumus umum: CnH2n

Alkuna

Hidrokarbon rantai terbuka mempunyai

sebuah ikatan rangkap tiga.

Rumus umum: CnH2n-2

Alkadiena

Hidrokarbon rantai terbuka memiliki dua

buah ikatan rangkap dua.

Rumus umum: CnH2n-2

Message:

• Tatanama Alkana

Tatanama alkana menjadi dasar penamaan senyawa karbon

lainnya, oleh karena itu harus benar-benar dipahami. Namun

sebelumya harus diketahui terlebih dahulu nama-nama alkana

setidaknya dari C1 hingga C10 dan nama-nama gugus alkil (alkana

yang kehilangan satu H).

N A M A – N A M A A L K A N A

CH4 Metana C6H14 Heksana

C2H6 Etana C7H16 Heptana

C3H8 Propana C8H18 Oktana

3

C4H10 Butana C9H20 Nonana

C5H12 Pentana C10H22 Dekana

Minum – Es – Pake – Bubur – Pen – Heks – Hep – Okelah – Nona –

Deka

N A M A – N A M A A L K I L

Metil

Etil

Propil

Isopropil

Butil

Isobutil

Sek - butil

Ter - butil

• Aturan Tatanama Alkana

1. Jika rantai karbon tak bercabang, makan ama alkananya sesuai

dengan jumlah atom karbon dengan diberi awalan normal (n).

Contoh:

n-pentana

2. Jika rantai karbon bercabang:

a) Tentukan rantai karbon terpanjang dan ini merupkan nama

alkananya.

b) Gugus atom yang tidak terletak dalam rantai karbon

terpanjang merupakan gugus alkil.

c) Penomoran atom karbon terpanjang dibuat sedemikian rupa

agar gugus-gugus alkil mempunyai nomor sekecil mungkin.

Contoh:

2-metilpentana

3-etilheksana

4

3. Jika terdapat lebih dari satu kemungkinan rantai karbon terpanjang,

maka pilihlah yang mempunyai gugus alkil yang kecil-kecil (banyak

tidak masalah, yang penting kecil-kecil). Nama alkil yang tidak

sejenis dituliskan boleh dengan urutan abjad atau kesederhanaan

alkil (metil, etil, dsb).

Contoh:

3-etil-4-metilpentana

(2-metil-3-etilpentana)

4. Jika satu atom karbon pada rantai terpanjang mengikat dua gugus

alkil maka penulisan nomornya harus diulang. Alkil – alkil yang

sejenis penulisan namanya digabung dengan memakai awalan di

(dua), tri (tiga), tetra (empat), dst.

Contoh:

3,5-dimetilheptana

5. Dalam penomoran atom karbon terpanjang yang mengandung lebih

daru satu gugus alkil, jumlah nomor seluruh alkil dipilih yang paling

kecil.

Contoh:

3,3,4-trimetilheksana (tidak dipilih 3,4,4)

Bila jumah nomor seluruh alkil sama, maka dipilih yang awalannya

kecil.

Contoh:

2,5,5-trimetilheptana (tidak dipilih 3,3,6)

5

6. Jika ada dua kemungkinan penomoran rantai karbon terpanjang,

maka gugus alkil yang besar diberi nomor yang lebih kecil.

Contoh:

2-etil-5-metilheptana

(5-metik-2-etilheptana)

• Isomer Senyawa Hidrokarbon

Isomer adalah rumus molekul sama tetapi berbeda rumus strukturnya.

Cara menuliskan isomer:

1. Tulislah mulai dari rantai tanpa cabang (alkena dan alkuna

dengan merubah posisi ikatan rangkap 3 atau rangkap 3)

2. Potong 1 C dari rantai tanpa cabang (no. 1), untuk membuat

cabang metil.

3. Rubah posisi cabang pada rantai utama

Potong 2 C dari rantai tanpa cabang (no. 1), untuk membuat

cabang: 2 buah metil atau 1 buah etil rubah posisi cabang pada

rantai utama, dst.

*NB: Masing-masing isomer harus memiliki nama berbeda.

Pada dasarnya terdapat dua jenis utama dari isomer yang akan

dibagi lagi dalam sub kategori di dalamnya. Jenis utama dari isomer

yaitu isomer struktur dan ruang. Isomer struktur merupakan senyawa

kimia dengan struktur yang berbeda namun memiliki komposisi atom

dan rumus molekul yang sama.

Pada isomer struktur, perbedaan struktur kimia dapat disebabkan

oleh perbedaan gugus fungsi yang terikat ataupun penataan atom

dalam senyawa tersebut. Perbedaan struktur isomer menyebabkan

6

senyawa tersebut memiliki perbedaan tata nama secara IUPAC.

Struktur yang berbeda dapat disebabkan karena beberapa hal, oleh

karena itu dalam isomer struktur terbagi lagi menjadi beberapa jenis

yang didasarkan pada penyebab perbedaan struktur senyawa tersebut.

Sedangkan untuk ruang atau stereoisomer merupakan jenis isomer

dengan rumus kimia yang sama namun memiliki perbedaan letak atom

yang terikat dalam molekul tersebut dalam orientasi 3 dimensi. Hal

itulah mengapa jenis isomer ini disebut stereoisomer dimana

perputaran ikatan dalam molekul berpengaruh terhadap jenis

isomernya.

I S O M E R S T R U K T U R

Isomer Rantai/Ragka Isomer Posisi Isomer Fungsi

Isomer rantai adalah isomer zat-zat yang segolongan, Tetapi

mempunyai rantai karbon berbeda. Contoh:

Butana dengan 2-metil propana

Isomer posisi adalah isomer zat-zat yang

segolongan, Tetapi letak gugus fungsinya berbeda.

Contoh: 1-butena dengan 2-butena Nb: Alkana tidak memiliki

isomer posisi.

Isomer zat-zat yang tidak segolongan Tetapi

memiliki rumus molekul sama.

Contoh: 1-butanol dengan etoksi etana

I S O M E R S T R U K T U R

Isomer Geometrik Isomer Optik

Isomer geomterik dimiliki oleh senyawa yang mempunyai ikatan rangkap dua (-C=C-) dan mengikat dua gugus berbeda

secara simetris.

Isomer cis (Z)

Isomer trans (E)

Isomer optik hanya dimiliki oleh senyawa yang mempunyai atom C asimetris yaitu

atom C yang mengikat empat gugus yang berbeda.

Senyawa yang mempunyai atom C

asimetris mempunyai sifat optis aktif yakni dapat memutar bidang cahaya

terpolarisasi. Dekstro(d): putar kanan

Levo(l): putar kiri Jumlah isomer optis = 2n; n adalah

jumlah atom C kiral.

C. Reaksi-Reaksi pada Hidrokarbon

a) Reaksi substitusi: penggantian atom atau gugus atom dengan atom atau

gugus atom lain.

7

Ciri-ciri:

• tidak ada perubahan ikatan(tunggal tetap tunggal/ ganda tetap ganda).

• pereaksi lebih dari satu zat dan hasil reaksi juga lebih dari satu zat.

Contoh:

1. CH3-CH2-CH2-Cl + NaOH CH3-CH2-CH2-OH + NaCl1-kloro propana 1-propanol

2. CH3-CH2-OH + PCl5 CH3-CH2-Cl + POCl3 + HCletanol kloro etana

3. CH3-CH2-OH + H-C-OH H-C-O-CH2-CH3 + H2Oetanol etil metanoat

H2SO4

asam metanoat

O O

b) Reaksi eliminasi: pembentukan molekul tak jenuh dengan melepaskan

molekul lainnya.

Ciri-ciri:

• Ikatan tunggal menjadi rangkap

• hasil reaksi lebih dari satu zat.

Contoh:

Reaksi haloalkana dengan alkoksida/alkanolat menghasilkan

alkena(dari haloalkana) dan alkohol(dari alkoksida). Reaksi tergolong

reaksi eliminasi dan berlaku kaidah Zaytzeff:

8

Catatan:

• Haloalkana: 1 atau lebih atm H dari alkana disubstitusi dengan

halogen.

• Gugus fungsi: atom atau kumpulan atom yang menentukan sifat

dari senyawa turunan alkana.

Contoh: -OH(alkohol); -Br(haloalkana); -COOH(asam karboksilat);

-CHO(asam karboksilat); -O-(eter); -COO-(ester); -CO-(keton)

Contoh: reaksi antara 2-kloro butana dengan kalium metoksida/kalium

metanolat

Reaksi dehidrasi: alkohol dengan asam sulfat dipanaskan pada suhu

180oC. Reaksi tergolong reaksi eliminasi dan berlaku kaidah Zaytzeff:

”atom H yang dilepas adalah atom H yang terletak pada C tetangga dari

atom C yang mengikat gugus fungsi(-OH), tetapi dengan atom H lebih

sedikit”

Contoh:

Reaksi haloalkana dengan basa:Reaksi tergolong reaksi eliminasi dan

berlaku kaidah Zaytzeff: ”atom H yang dilepas adalah atom H yang

terletak pada C tetangga dari atom C yang mengikat gugus fungsi(-

halogen), tetapi dengan atom H lebih sedikit”

Contoh:

c) Reaksi adisi: penggabungan dua molekul atau lebih menjadi molekul yang

lebih besar, disertai berkurangnya ikatan rangkap dari salah satu molekul

yang bereaksi.

Ciri-ciri:

9

• Ikatan rangkap menjadi tunggal atau rangkap 3 menjadi rangkap

atau rangkap 3 menjadi tunggal.

• hasil reaksi hanya satu zat.

• Atom atau gugus atom pengadisi akan mengadisi pada atom yang

mengandung ikatan rangkap atau rangkap 3.

Contoh:

Aturan Markovnikov dalam kimia organic berkaitan dengan reaksi pada

alkena asimetris(tidak simetris). Alkena asimetris adalah alkena yang

ikatan diantara C rangkap mengikat atom atau gugus atom yang berbeda.

Contoh:

Aturan Markovnikov menyatakan:

“ Pada adisi alkena asimetris dengan HX, maka H dari HX akan

mengadisi pada C rangkap yang mengikat lebih banyak atom H-nya”

Catatan:

• Jika pada C ikatan rangkap mempunyai atom H sama banyak,

maka ditentukan jumlah H dari C tetangga kiri dan kanan C

rangkap.

• Jika dalam H2O2 maka anti Markovnikov, maka H dari HX akan

mengadisi pada C rangkap yang mengikat lebih sedikit atom H-

nya

Contoh:

propena dengan HCℓ

10

d) Reaksi pembakaran/oksidasi senyawa hidrokarbon.

Pembakaran senyawa hidrokarbon menghasikan gas karbondioksida dan

uap air.

Contoh:

D. Kegunaan Hidrokarbon dan Senyawa Organik

• Sifat-sifat Senyawa hidrokarbon

a) Wujud zat pada suhu kamar:

Rentang Jumlah C Wujud

1 s.d. 4 Gas

5 s.d. 17 Cair

18 atau lebih Padat

b) Kereaktifan: alkana < alkena < alkuna

c) Hidrokarbon tak jenuh dapat menghilangkan warna air brom(kuning)

karena adanya pemutusan ikatan rangkap atau rangkap 3 menjadi

tunggal(terjadi reaksi adisi oleh brom menjadi senyawa haloalkana)

d) Titik didih:

• Semakin besar Mr semakin tinggi titik didih

11

Contoh: 2-metil butana mempunyai titik didih lebih tinggi daripada

butana

• Jika Mr sama, maka semakin banyak cabang semakin kecil titik

didihnya. Semakin banyak cabang kecenderungan non polar semakin

besar, sehingga gaya antar molekulnya semakin kecil, sehingga titik

didih semakin rendah.

Contoh: Urutan titik didih: 2,2-dimetil propana < 2-metil butana < n-

pentana

• Jika berisomer geometris, maka cis lebih tinggi titik didihnya daripada

trans, karena Cis lebih polar sehingga gaya antar molulnya lebih kuat.

Contoh: Titik didih Cis-2-butena(3,7oC) lebih tinggi daripada trans-2

butena(0,8oC)

- Kegunaan Senyawa Hidrokarbon:

1. Alkana sebagai bahan bakar:

• Metana merupakan senyawa utama LNG(Liquefied Natural Gas) untuk

bahan bakar industri dan rumah tangga

• Alkana dengan jumlah C: 2 s.d. 5 merupakan senyawa dalam

LPG(Liquefied Natural Gas) untuk bahan bakar rumah tangga.

• Oktana merupakan komponen utama dalam bensin untuk bahan bakar

kendaraan bermotor.

2. Alkana dapat digunakan sebagai pelarut senyawa non polar.

3. Lilin dan aspal adalah senyawa karbon suku tinggi(Jumlah C lebih dari 20)

• Lilin untuk industri batik

• Aspal untuk pengerasan jalan.

4. Cis-2-metil-1,3-butadiena merupakan monomer dari karet alam untuk ban

kendaraan.

Trans-2-metil-1,3-butadiena merupakan monomer dari perca untuk bahan

insulasi.

5. Etena(etilena) merupakan monomer dari plastik yang disebut

polietena/polietilena

Propena(propilena) merupakan monomer dari plastik yang disebut

polipropena/polipropilena.

6. Etuna(asetilena) untuk pengelasan logam.

12

Minyak Bumi dan Gas Alam

A. Minyak Bumi

Minyak bumi merupakan komoditas hasil tambang yang sangat penting

peranannya dalam kehidupan manusia, terutama sebagai sumber energi.

Bahan bakar mulai dari elpiji, bensin, solar, hingga kerosin; serta material

seperti lilin parafin dan aspal; dan berbagai reagen kimia yang dibutuhkan

untuk pembuatan plastik, karet sintetis, deterjen, obat-obatan, dan lainnya

dihasilkan dari minyak bumi.

• Proses Pembentukan Minyak Bumi

Minyak bumi terbentuk dari pelapukan sisa-sisa organisme, seperti

tumbuhan, hewan, dan jasad-jasad renik yang tertimbun dalam dasar

lautan bersama lumpur selama jutaan tahun. Lumpur tersebut kemudian

berubah menjadi batuan sedimen dan sisa-sisa organisme mengalami

peruraian menjadi minyak dan gas di bawah tekanan dan suhu tinggi.

Oleh karena berasal dari sisa-sisa organisme, minyak bumi dan gas alam

sering juga disebut sebagai bahan bakar fosil. Bahan bakar fosil tergolong

sumber daya alam yang tak terbarukan sebagaimana proses

pembentukannya yang sangat lama.

• Komposisi Minyak Bumi

Minyak bumi adalah campuran kompleks yang sebagian besarnya

(sekitar 90 hingga 97%) terdiri dari senyawa hidrokarbon. Hidrokarbon

yang terkandung dalam minyak bumi terutama adalah alkana, sedangkan

sisanya adalah sikloalkana, alkena, alkuna, dan senyawa aromatik.

Komponen kecil lainnya selain hidrokarbon adalah senyawa-senyawa

karbon yang mengandung oksigen, belerang, ataupun nitrogen.

Gas alam sebagian besar terdiri dari alkana suku rendah (C1 – C4)

dengan metana sebagai komponen utamanya. Selain alkana, juga

https://www.studiobelajar.com/usaha-energi-rumus-kinetik-potensial/https://www.studiobelajar.com/senyawa-hidrokarbon/

13

terdapat gas lain seperti CO2, O2, N2, H2S, ataupun gas mulia seperti

helium dalam jumlah yang sangat sedikit.

• Pengolahan Minyak Bumi

Untuk memperoleh minyak bumi, perlu dilakukan proses pengeboran.

Minyak bumi yang ditemukan biasanya akan bercampur dengan gas alam.

Minyak bumi yang telah dipisahkan dari gas alam berbentuk cairan kental

hitam dan berbau disebut minyak mentah (crude oil). Minyak mentah ini

masih belum bisa dimanfaatkan secara langsung, oleh karena itu perlu

dilakukan pemurnian (refining) dengan distilasi bertingkat. Prinsip distilasi

ini adalah pemisahan komponen-komponen campuran berdasarkan

perbedaan titik didih sehingga diperoleh kelompok-kelompok komponen

dalam rentang titik didih tertentu yang disebut fraksi-fraksi.

Tabel: Ringkasan Fraksi-fraksi minyak bumi:

Fraksi Jumlah

Atom C

Titik

Didih(oC)

Kegunaan

Gas 1 – 4 (- 160) –

(-30)

Bahan bakar LPG, sumber hidrogen,

bahan baku sintesis senyawa organic

Petroleom

eter

5 – 6 30 - 90 Pelarut, binatu kimia(dry cleaning)

Bensin(gasol

ine)

5 – 12 70 - 140 Bahan bakar kendaraan bermotor

Nafta(bensin

berat)

6 – 12 70 - 170 Bahan baku industri petrokimia(plastik,

karet sintetis, obat, detergen, cat, serat

sintetis, kosmetik)

Minyak 9 – 14 180 - 250 Bahan bakar kompor minyak, bahan bakar

https://www.studiobelajar.com/gas-mulia/

14

tanah(kerose

ne)

industry

Avtur 8 – 16 150 - 300 Bahan bakar mesin pesawat terbang

Solar 12 – 18 270 - 350 Bahan bakar mesin diesel, industri

Pelumas(oli) 18 – 22 350 - 500 Pelumas

Parafin/lilin 20 – 30 > 350 Lilin, batik, korek api, pelapis kertas

bungkus, semir sepatu, pengawetan

Aspal 25 ke atas > 500 Pengaspalan jalan, atap bangunan,

lapisan anti korosi, pengedap suara pada

lantai, bahan pelapis anti bocor, bahan

bakar boiler(mesin pembangkit uap panas)

Olahan minyak bumi:

LPG, bahan bakar penerbangan, bensin, plastic, lilin, aspal, solar, dan minyak bakar.

B. Bensin

Bensin merupakan bahan bakar kendaraan bermotor yang memiliki

peranan penting. Di Indonesia, tersedia beberapa jenis bensin, misalnya

premium, pertamax, dan pertamax plus. Setiap jenis bensin memiliki mutu

yang berbeda. Mutu bensin ditentukan oleh efektivitas pembakarannya di

dalam mesin. Hal ini dipengaruhi ketepatan waktu pembakaran sehingga

tidak menimbulkan ketukan (knocking) yang mengganggu gerakan piston

pada mesin. Ketukan dapat mengurangi efisiensi bahan bakar, menyebabkan

mesin mengelitik, dan bahkan merusak mesin.

15

Mutu bensin biasanya dinyatakan dengan bilangan oktan (octane

number). Bilangan oktan ditentukan melalui uji pembakaran sampel bensin

sehingga diperoleh karakteristik pembakarannya. Karakteristik tersebut

kemudian dibandingkan dengan karakteristik pembakaran berbagai campuran

n-heptana dan isooktana. Nilai bilangan oktan 0 ditetapkan untuk n-heptana

yang mudah terbakar dan menghasilkan ketukan paling banyak, sedangkan

nilai 100 untuk isooktana yang tidak mudah terbakar dan menghasilkan

ketukan paling sedikit.

Sebagai contoh, suatu campuran yang terdiri dari 25% n-heptana dan

75% isooktana akan mempunyai bilangan oktan (25/100 × 0) + (75/100 × 100)

= 75. Jadi, pertamax dengan bilangan oktan 92 akan memiliki mutu bensin

yang setara dengan campuran 92% isooktana dan 8% n-heptana.

Secara umum, bensin yang mengandung alkana rantai lurus akan memiliki

nilai bilangan oktan lebih rendah dibanding yang mengandung alkana rantai

bercabang, alisiklik, ataupun aromatik. Sebagai contoh, n-heksana memiliki

bilangan oktan 25, sedangkan 2,2-dimetilbutana memiliki bilangan oktan 92.

Fraksi bensin dari hasil penyulingan umumnya mempunyai bilangan oktan

~70 yang tergolong relatif rendah. Oleh karena itu, ada beberapa hal yang

dapat dilakukan untuk menaikkan bilangan oktan:

▪ Mengubah hidrokarbon rantai lurus dalam fraksi menjadi hidrokarbon

rantai bercabang melalui proses reforming;

▪ Menambahkan hidrokarbon alisiklik ataupun aromatik ke dalam campuran

akhir fraksi bensin; atau

▪ Menambahkan zat aditif antiketukan ke dalam bensin sehingga

memperlambat pembakaran bensin. Zat antiketukan yang dapat

digunakan yaitu tel (tetraethyl lead) dengan rumus kimia pb(c2h5)4.

Namun, senyawa timbal (pb) ini merupakan racun yang dapat merusak

otak, sehingga penggunaannya dilarang dan diganti dengan zat

antiketukan lainnya seperti mtbe (methyl tertiary-butyl ether) ataupun

etanol.

16

C. Dampak Pembakaran Bahan Bakar terhadap Lingkungan.

Zat Pencemar Sumber Dampak Negatif Terhadap Kesehatan

CO Emisi kendaraan berbahan bakar bensin akibat berkurangnya

campuran udara dalam proses pembakaran.

Mengurangi jumlah oksigen dalam darah, mengakibatkan gangguan

berpikir (dalam jumlah kecil), jantung bekerja lebih berat, dan dapat

mengakibatkan pingsan bahkan kematian.

NOX, (NO, NO2) Emisi kendaraan berbahan bakar bensin dan solar akibat proses

pembakaran yang kurang sempurna.

Menimbulkan gangguan jaringan paru-paru sehingga melemahkan

sistem pertahana paru-paru, meningkatkan resiko terkena asma,

dan menimbulkan infeksi saluran pernafasan.

HC Emisi kendaraan bensin dan solar akibat pembakaran tidak sempurna dari proses mesin

yang kurang baik.

Meracuni sistem pembentukan darah merah, tekanan darah tinggi,

menurunkan tingkat kecerdasan anak dan perkembangan mental anak, kelahiran premature, dan mengganggu reproduksi pria.

Pb Emisi kendaraan berbahan bakar bensin bertimbal, contoh bensin beroktan rendah. Bensin jenis ini

ditambah timah hitam (timbal) agar bensin mudah terbakar (98% timbal akan terlepas sehingga mengakibatkan

pencemaran udara).

Mengakibatkan iritasi mata, batuk, rasa ngantuk, bercak kulit, leukimia, kanker paru-paru, dan perubahan

kode genetik.

Upaya yang dapat dilakukan:

1. Memproduksi bensin ramah lingkungan, seperti bensin tanpa aditif Pb.

2. Menggunakan EFI (Electrical Fuel Injection) pada sistem bahan bakar

kendaraan.

3. Menggunakan pengubah katalik pada sistem buangan kendaraan.

4. Melakukan penghijauan atau pembuatan taman dalam kota.

5. Menggunakan bahan bakar yang dapat diperbarui dan lebih ramah

lingkungan.

17

Termokimia

A. Termokimia

Termokimia adalah ilmu yang mempelajari reaksi kimia dan

perubahan energi yang terlibat. Dalam mempelajari termokimia,

diperlukan definisi “sistem” dan “lingkungan”. Sistem adalah segala

sesuatu yang menjadi fokus perhatian kita. Lingkungan adalah segala

sesuatu selain sistem.

Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa energi tidak

dapat diciptakan ataupun dimusnahkan. Implikasi hukum ini pada

energi dalam sistem, yaitu perubahan energi dalam, ΔE sama dengan

penjumlahan kalor (q) yang diserap atau dilepas sistem dengan kerja

(w) yang dilakukan atau diterima sistem.

B. Persamaan Termokimia

Dalam suatu perubahan materi, baik perubahan fisika maupun

perubahan kimia (reaksi kimia) selalu disertai dengan perubahan

energi yan berupa perpindahan kalor. Perpindaha kalor pada tekanan

tetap disebut perubahan entalpi (Δ H).

Ditinjau dari perubahan entalpinya, reaksi kimia dapat

dikelompokkan menjadi dua jenis yaitu sebagai berikut.

R E A K S I K I M I A

Reaksi Endoterm Reaksi Eksoterm

Reaksi yang memerlukan energi

(menyerap kalor).

Kalor berpindah dari lingkungan ke

sistem.

Δ H = (+)

Reaksi yang menghasilkan energi

(melepas kalor).

Kalor berpindah dari sistem ke

lingkungan.

Δ H = (-)

Persamaan kimia yang dilengkapi dengan harga DH disebut

persamaan termokimia. Hal-hal yang perlu diperhatikan mengenai

persamaan termokimia sebagai berikut:

1. Pada persamaan termokimia yang sudah setara, koefisien

reaksi bukan saja menunjukkan perbandingan mol Tetapi

sudah menyatakan jumlah mol.

2. Bila persamaan termokimia dibalik, tanda ΔH harus dibalik.

3. Bila persamaan termokimia dikali x, harga ΔH harus dikali x.

4. Bila beberapa persamaan termokimia dijumlahkan, harga ΔH

harus dijumlahkan.

C. Pengukuran Perubahan Entalpi

https://www.studiobelajar.com/materi-kimia-sma-kelas-10-11-12/https://www.studiobelajar.com/usaha-energi-rumus-kinetik-potensial/https://www.studiobelajar.com/suhu-dan-kalor/

18

Perubahan entalpi (ΔH) dapat diukur dengan menggunakan alat

kalorimeter. Kalorimeter merupakan sistem terisolasi (tidak ada

perpindahan materi dan energi dengan lingkungan). Jika dianggap

keseluruhan kalorimeter adalah sistem, maka qsistem = 0. Dengan

mengukur perubahan temperatur (ΔT), dapat dihitung jumlah kalor (q)

yang terlibat dalam reaksi di dalam kalorimeter sebagaimana rumus:

D. Jenis-Jenis Entalpi Reaksi

Terdapat berbagai jenis entalpi reaksi, misalnya entalpi

pembentukan, entalpi pembakaran, entalpi penguraian, entalpi

penguapan, entalpi pentralan, dan entalpi pelarutan. Pada kali ini, kita

akan membahas mengenai entalpi pembentukan dan entalpi

pembakaran.

E N T A L P I R E A K S I

Entalpi Pembentukan

ΔHf

Entalpi Pembakaran

ΔHc

Perubahan entalpi pada pembentukan 1

mol suatu senyawa dari unsur-

unsurnya.

Perubahan entalpi reaksi pembakaran 1 mol suatu zat dengan gas O2.

19

E. Hukum Hess

Perubahan entalpi (DH) merupakan fungsi keadaan, yaitu hanya

bergantung pada keadaan awal dan akhir. Dari sifat DH ini, maka Hess

mengemukakan suatu hukum sebagai berikut:

“Harga DH tidak bergantung pada jumlah tahap reaksi.”

Dengan demikian, DH suatu reaksi dapat dihitung berdasarkan

beberapa DH dari reaksi lain yang sudah diketahui.

F. Energi Ikatan Rata-Rata

Energi ikatan rata-rata adalah energi rata-rata yang diperlukan

untuk memutuskan satu mol ikatan antaratom dalam fase gas.

Contoh: H – H (g) → 2H (g) ΔH = energi ikatan rata-rata H2

Bila energi ikatan rata-rata untuk setiap ikatan yang ada dalam

suatu reaksi diketahui, maka perubahan entalpi reaksi tersebut dapat

dihitung dengan rumus sebagai berikut:

ΔHr = ∑ 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑖𝑘𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑘𝑖𝑟𝑖 − ∑ 𝑒𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖 𝑖𝑘𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛

20

Laju Reaksi

A. Pengertian Laju Reaksi dan Kemolaran:

Laju reaksi atau kecepatan reaksi menyatakan banyaknya reaksi kimia yang

berlangsung per satuan waktu.

• Berdasarkan pereaksi: pengurangan konsentrasi pereaksi tiap satuan waktu.

Hal ini disebabkan dengan bertambahnya waktu reaksi, maka semakin

berkurang konsentrasi pereaksi

• Dinyatakan berdasar pada hasil reaksi: penambahan konsentrasi hasil reaksi

tiap satuan waktu.

Hal ini disebabkan dengan bertambahnya waktu reaksi, semakin bertambah

konsentrasi hasil reaksi.

Contoh:

A + B → C

Laju reaksi dari reaksi tersebut dapat dinyatakan:

• Penambahan konsentrasi C tiap satuan.

• Pengurangan konsentarsi A tiap satuan waktu

• Pengurangan konsentarsi B tiap satuan waktu

Laju reaksi menyatakan molaritas zat terlarut dalam reaksi yang dihasilkan

tiap detik reaksi. Molaritas ialah ukuran yang menyatakan banyak mol zat terlarut

dalam satu liter larutannya di simbolkan [X].

B. Rumus dan Persamaan Laju Reaksi

v = laju reaksi;

k = konstanta laju reaksi; dan

[ A ] = konsentrasi pereaksi A.

[ B ] = konsentrasi pereaksi B

x = orde reaksi terhadap A

𝑣 = 𝑘[𝐴]𝑥𝐵𝑦

21

y = orde reaksi terhadap B

x + y = orde reaksi total

NB: Langkah-langkah penentuan orde reaksi yaitu sebagai berikut.

1. Memilih 2 data percobaan yang salah satunya mempunyai konsentrasi yang

sama.

2. Bandingkan 2 data percobaan tersebut dengan memasukkannya ke dalam

persamaan umum laju reaksi.

Contoh:

Logam magnesium direaksikan dengan larutan asam klorida 3M dengan

persamaan reaksi:

Mg(s) + 2HCℓ(aq) → MgCℓ2(aq) + H2(g) sehingga diperoleh data sebagai berikut:

No Suhu(oC) Waktu(detik) Volume gas H2 yang

terjadi(Cm3)

1 27 0 0

2 27 10 14

3 27 20 25

Jika reaksi dilakukan pada suhu 27oC, maka tentukan besarnya laju reaksi

pembentukan gas H2 selama 20 detik!

Jawab:

C. Teori Tumbukan:

Teori tumbukan menyatakan bahwa ketika partikel reaktan yang sesuai saling

bertumbukan, hanya persentase tertentu dari tumbukan yang menyebabkan

perubahan kimia yang nyata atau signifikan.

Perubahan yang berhasil ini disebut sebagai tumbukan yang sukses.

Tumbukan yang sukses memiliki energi yang cukup, juga dikenal sebagai energi

aktivasi, pada saat tumbukan untuk memutus ikatan yang sudah ada sebelumnya

dan membentuk semua ikatan baru.

22

Hal ini menghasilkan produk reaksi. Meningkatkan konsentrasi partikel reaktan

atau menaikkan suhu, sehingga menimbulkan lebih banyak benturan dan oleh

karena itu banyak tumbukan yang lebih berhasil, meningkatkan laju reaksi.

Grafik Orde Reaksi:

a. Reaksi orde nol: laju reaksi tetap, tidak bergantung terhadap konsentrasi

pereaksi.

b. Reaksi orde satu: laju reaksi berbanding lurus terhadap konsentrasi pereaksi.

c. Reaksi orde dua: laju reaksi berubah secara kuadrat terhadap konsentrasi

pereaksi.

D. Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Laju Reaksi:

a. Konsentrasi, semakin tinggi konsentrasi maka tumbukan antar molekul akan

semakin sering terjadi dan reaksi akan berlangsung semakin cepat.

b. Luas Permukaan Bidang Sentuh, Luas permukaan/ luas permukaan bidang

sentuh: luas permukaan yang bersentuhan dengan pereaksi lain. Luas

permukaan lebih besar berarti terjadi tumbukan antar partikel lebih banyak

terjadi, sehingga laju reaksi lebih besar.

“Serbuk yang tersentuh pereaksi lain lebih banyak dibanding bongkahan.

Bongkahan yang tersentuh pereaksi lain hanya dipermukaan, dan bagian

dalam tidak tersentuh pereaksi lain”.

c. Temperatur, laju reaksi akan semakin cepat bila suhunya naik.

d. Katalisator, merupakan zat yang dapat mempercepat laju reaksi dengan cara

menurunkan energi aktivasi.

23

24

Kesetimbangan Kimia A. Pengertian Kesetimbangan Kimia:

Jenis Reaksi dibagi menjadi 2:

• Reaksi irreversible/berkesudahan/tidak dapat balik: hasil reaksi tidak dapat

bereaksi/diuraikan kembali menjadi pereaksi semula.

Contoh: NaOH(aq) + HCℓ(aq) →NaCℓ(aq) + H2O(ℓ)

• Reaksi reversible/dapat balik/bolak balik: hasil reaksi dapat bereaksi

kebali/terurai menjadi pereaksi semula.

Contoh:

Reaksi ke kanan merupakan reaksi maju, sedangkan reaksi ke kiri

merupakan reaksi balik.

Kesetimbangan kimia terjadi pada reaksi kimia yang reversibel. Reaksi

reversibel adalah reaksi yang di mana produk reaksi dapat bereaksi balik

membentuk reaktan. Kesetimbangan kimia tercapai ketika laju reaksi maju

sama dengan laju reaksi balik dan konsentrasi dari reaktan-reaktan dan

produk-produk tidak berubah lagi.

Reaksi dalam kesetimbangan secara makroskopis tidak mengalami

perubahan karena tidak ada perubahan yang dapat diukur atau diamati.

Tetapi secara mikroskopis(tingkat molekul) reaksi tetap berlangsung. Karena

itu kesetimbangan kimia disebut kesetimbangan dinamis.

B. Faktor- faktor yang Mempengaruhi Kesetimbangan Kimia:

• Azas Le Chatelier:

“Jika dalam system kesetimbangan dilakukan aksi-aksi tertentu, maka

kesetimbangan akan bergeser agar pengaruh aksi sekecil mungkin”.

25

1) Perubahan konsentrasi

o Penambahan konsentrasi:

-kiri(pereaksi) kesetimbangan geser ke kanan(hasil reaksi)

-kanan(hasil reaksi) kesetimbangan geser ke kiri (pereaksi)

o Pengurangan konsentrasi:

-kiri(pereaksi), kesetimbangan geser ke kiri(pereaksi)

-kanan(hasil reaksi), kesetimbangan geser ke kanan(hasil reaksi)

NB:

Untuk semua jenis faktor yang mempengaruhi pergeseran kesetimbangan:

Jika terjadi pergeseran:

• ke kanan(ke hasil reaksi), maka semua zat hasil reaksi(kanan) bertambah,

dan semua zat pereaksi(kiri) berkurang.

• ke kiri(ke pereaksi), maka semua zat pereaksi(kiri) bertambah,

dan semua zat hasil reaksi(kanan) berkurang.

2) Perubahan suhu:

o Suhu dinaikkan, kesetimbangan geser ke endoterm(ΔH +)

o Suhu diturunkan, kesetimbangan geser ke eksoterm(ΔH -)

Dalam persamaan termokimia, harga ΔH yang tertulis sebeleh kanan

persamaan reaksi adalah untuk reaksi ke kanan, sedang reaksi ke kiri

mempunyai harga ΔH kebalikannya.

3) Perubahan volume:

o volume diperbesar, maka kesetimbangan geser ke jumlah koefisien gas

besar.

o volume diperkecil maka geser ke jumlah koefisien gas kecil.

4) Perubahan tekanan:

Kebalikan dari perubahan volume.

o tekanan system diperbesar, maka kesetimbangan geser ke jumlah

koefisien gas kecil,

o jika tekanan diperkecil maka geser ke jumlah koefisien gas besar.

C. Tetapan Kesetimbangan:

Tetapan kesetimbangan (K) merupakan konstanta (angka/nilai tetap)

perbandingan zat ruas kanan dengan ruas kiri pada suatu reaksi

kesetimbangan. Tiap reaksi memiliki nilai K yang khas, yang hanya berubah

dengan pengaruh suhu.

Ada dua macam tetapan kesetimbangan, yaitu: KC dan KP.

- KC diukur berdasarkan konsentrasi molar zat-zat yang terlibat.

- KP diukur berdasarkan tekanan parsial gas-gas yang terlibat (khusus fasa

gas).

a. Kc

Rumus tetapan kesetimbangan KC secara garis besar merupakan

perbandingan (hasil bagi) antara konsentrasi molar .zat-zat ruas kanan

dengan konsentrasi molar zat ruas kiri yang dipangkatkan dengan

koefisiennya.

26

Yang diperhitungkan dalam persamaan kesetimbangan Kc adalah zat yang

berfasa gas (g) dan larutan (aq)

b. Kp

Rumus tetapan kesetimbangan KP merupakan perbandingan (hasil bagi)

antara tekanan parsial (PX) zat-zat ruas kanan dengan tekanan parsial zat

ruas kiri yang dipangkatkan dengan koefisien masing-masing.

Hanya zat yang berfasa gas (g) yang diperhitungkan dalam rumus tetapan

kesetimbangan KP.

D. Hubungan Tetapan Kesetimbangan dengan Koefisien Persamaan Reaksi

Setara

• Jika koefisien persamaan reaksi (2)= a kali persamaan reaksi (1), maka K2 =

(K1)a

• Jika persamaan reaksi (2) kebalikan dari persamaan reaksi (1), maka K2 =

1/K1

• Jika suatu persamaan reaksi merupakan penjumlahan dari beberapa

persamaan reaksi, maka harga K persamaan reaksi tersebut merupakan

perkalian dari harga dari semua persamaan reaksi yang dijumlahkan. (Jika

persamaan reaksi 4 merupakan penjumlahan persamaan reaksi 1, 2, dan 3,

maka K4 = K1 x K2 x K3)

E. Hubungan Kc dengan Kp

Kc dan Kp saling berhubungan, karena kita dapat menetukan Kp dari Kc suatu

reaksi.

27

F. Derajat Disosiasi

Disosiasi yaitu reaksi penguraian suatu zat menjadi zat yang lebih sederhana.

Apabila disosiasi terjadi akibat pemanasan, disebut sebagai disosiasi termal.

Dalam ruang tertutup disosiasi berakhir sebagai reaksi kesetimbangan sehingga

disebut kesetimbangan disosiasi.

Contoh:

N2O4(g) ↔ 2NO2(g)

2NH3(g) ↔ N2(g) + 3H2(g)

I2 (g) ↔ 2l(g)

G. Kesetimbangan Dalam Industri

a) Pembuatan Amonia menurut Haber-Bosch:

N2(g) + 3H2(g) ↔ 2NH3(g) ΔH = - 92,4 kJ

Reaksi dilakukan pada suhu 550oC dan tekanan 150 – 350 atm, dengan

katalis Serbuk besi, Aℓ2O3, MgO, CaO, K2O.

Pada suhu rendah reaksi bergeser ke kanan, tetapi pada suhu rendah

reaksi berjalan lambat,sehingga digunakan suhu 550oC. Sebenarnya pada

suhu tinggi reaksi kesetimbangan geser ke kiri agar hasil reaksi lebih banyak

terbentuk maka NH3 yang telah terbentuk segera dipisahkan.

b) Pembuatan H2SO4 menurut proses Kontak.

1) Belerang dibakar di udara: S(s) + O2(g) → SO2(g)

2) SO2 dioksidasi: 2SO2(g) + O2(g) ↔ 2SO3(g)

3) SO3 dilarutkan daam H2SO4 pekat membentuk asam pirosulfat(oleum):

4) H2SO4(aq) + SO3(g) → H2S2O7(ℓ)

28

5) H2S2O7 direaksikan dengan air membentuk asam sulfat pekat:

6) H2S2O7(ℓ) + H2O(ℓ) → H2SO4(aq)

Tahap 2 merupakan reaksi kesetimbangan dan eksoterm. Sama halnya

dengan pembuatan NH3 reaksi baik pada suhu tinggi. Karena suhu tinggi

reaksi bergeser ke kiri maka digunakan suhu sekitar 500oC. Tekanan 1 atm

dan penggunaan katalis V2O5 sudah cukup mendapat hasil yang baik.