Sifat fisika dan kimia hidrokarbon - Senyawa Karbon (Kimia Organik I) Materi Kimia Kelas 12

Hidrokarbon merupakan senyawa organik yang tersusun atas atom karbon (C) dan hidrogen (H) saja. Senyawa ini menjadi dasar dari berbagai senyawa organik lain serta memiliki peran penting dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari bahan bakar (bensin, gas alam, LPG) hingga bahan baku industri petrokimia (plastik, pelarut, serat sintetis, dll).

Untuk memahami peran hidrokarbon, kita perlu mengkaji sifat fisika dan kimianya. Sifat fisika meliputi titik didih, titik leleh, kelarutan, densitas, hingga wujud zat. Sementara itu, sifat kimia berhubungan dengan reaktivitas hidrokarbon terhadap reagen tertentu, termasuk reaksi pembakaran, substitusi, adisi, oksidasi, dan polimerisasi.

Klasifikasi Hidrokarbon

Sebelum membahas sifatnya, penting mengenali pengelompokan hidrokarbon:

1. Alkana (Parafin)

   • Ikatan tunggal C–C.

   • Rumus umum: CₙH₂ₙ₊₂.

   • Contoh: metana (CH₄), etana (C₂H₆).

2. Alkena (Olefina)

   • Memiliki ikatan rangkap dua C=C.

   • Rumus umum: CₙH₂ₙ.

   • Contoh: etena (C₂H₄), propena (C₃H₆).

3. Alkuna (Asetilena)

   • Mengandung ikatan rangkap tiga C≡C.

   • Rumus umum: CₙH₂ₙ₋₂.

   • Contoh: etuna (C₂H₂).

4. Aromatik

   • Memiliki cincin benzena (C₆H₆) atau turunannya.

   • Bersifat stabil karena adanya delokalisasi elektron π.

Sifat Fisika Hidrokarbon

1. Wujud Zat

• Alkana:

  • C₁–C₄ (metana–butana) berupa gas.

  • C₅–C₁₇ berupa cairan.

  • C₁₇ berupa padatan (parafin, lilin).

• Alkena & Alkuna: Pola serupa dengan alkana, hanya berbeda sedikit dalam titik didih karena ikatan rangkap meningkatkan polaritas lokal.

• Aromatik: Sebagian besar berupa cairan atau padatan dengan bau khas (benzena cair, naftalena padat).

2. Titik Didih dan Titik Leleh

• Meningkat seiring bertambahnya jumlah atom C (massa molekul relatif).

• Senyawa rantai lurus memiliki titik didih lebih tinggi dibanding rantai bercabang karena luas permukaan lebih besar → gaya Van der Waals lebih kuat.

• Aromatik memiliki titik didih relatif lebih tinggi karena sistem cincin yang kaku meningkatkan interaksi antarmolekul.

3. Kelarutan

• Hidrokarbon bersifat nonpolar → tidak larut dalam air (pelarut polar).

• Larut dalam pelarut nonpolar seperti eter, benzena, atau kloroform.

• Inilah alasan bensin (campuran alkana & aromatik) tidak bercampur dengan air.

4. Densitas

• Rata-rata lebih kecil daripada air (sekitar 0,6–0,9 g/mL).

• Inilah sebab minyak mengapung di atas air.

5. Warna dan Bau

• Hidrokarbon sederhana (alkana, alkena, alkuna) tidak berwarna.

• Aromatik sering berbau khas (benzena, toluena).

• Naftalena (C₁₀H₈) berbau tajam dan digunakan sebagai kapur barus sintetis.

Sifat Kimia Hidrokarbon

1. Reaksi Pembakaran

Semua hidrokarbon dapat terbakar menghasilkan CO₂, H₂O, dan energi panas.

• Reaksi umum:

  $$C_xH_y + O_2 → CO_2 + H_2O + \Delta H$$

• Jika oksigen terbatas → menghasilkan karbon monoksida (CO) atau karbon (C, jelaga).

• Contoh:

  • Pembakaran sempurna metana:

    $$CH_4 + 2O_2 → CO_2 + 2H_2O$$

2. Reaksi Substitusi

Umumnya terjadi pada alkana dan aromatik.

• Pada alkana: substitusi atom H dengan atom halogen (Cl, Br).

  • Contoh:

    CH_4 + Cl_2 → CH_3Cl + HCl \] (dengan cahaya/UV).

• Pada aromatik: substitusi elektrofilik, misalnya nitrasi, sulfonasi.

  • Contoh:

    C_6H_6 + HNO_3 → C_6H_5NO_2 + H_2O \] (dengan katalis H₂SO₄ pekat).

3. Reaksi Adisi

Khas untuk alkena dan alkuna karena adanya ikatan rangkap.

• Hidrogenasi:

  C_2H_4 + H_2 → C_2H_6 \] (dengan katalis Ni/Pt).

• Halogenasi:

  C_2H_4 + Br_2 → C_2H_4Br_2 \] (uji bromin untuk membedakan alkana vs alkena).

4. Reaksi Polimerisasi

• Alkena dapat berpolimerisasi membentuk polimer penting:

  • Etena → polietilena (plastik).

  • Propena → polipropilena.

  • Stirena (vinilbenzena) → polistirena.

5. Reaksi Oksidasi

• Oksidasi terkendali alkena menghasilkan alkohol, aldehida, atau asam karboksilat.

• Alkuna dapat dioksidasi menghasilkan asam karboksilat lebih kecil.

• Aromatik relatif tahan oksidasi, kecuali substituen rantai sampingnya.

Perbandingan Sifat Fisika dan Kimia

Aplikasi Hidrokarbon Berdasarkan Sifatnya

1. Sebagai Bahan Bakar

   • Metana (CNG, LNG), propana, butana (LPG), bensin, solar, avtur.

   • Nilai kalor tinggi menjadikan hidrokarbon sumber energi utama.

2. Bahan Baku Industri

   • Polimerisasi alkena menghasilkan plastik, serat, karet sintetis.

   • Aromatik digunakan dalam industri farmasi, pewarna, dan pelarut.

3. Pelumas dan Lilin

   • Alkana rantai panjang digunakan sebagai parafin dan pelumas.

4. Uji Kimia

   • Alkena bereaksi dengan Br₂ → uji tak jenuh.

   • Aromatik digunakan sebagai pelarut organik.

Tantangan dan Dampak Lingkungan

• Pembakaran hidrokarbon menghasilkan CO₂ → memperparah efek rumah kaca.

• Pembakaran tidak sempurna → menghasilkan CO beracun.

• Tumpahan minyak → pencemaran laut.

• Benzena bersifat karsinogenik → harus digunakan hati-hati.

Hidrokarbon memiliki sifat fisika yang sebagian besar ditentukan oleh massa molekul relatif, struktur rantai, dan polaritas, sedangkan sifat kimianya ditentukan oleh jenis ikatan (tunggal, rangkap, atau cincin aromatik). Perbedaan ini membuat hidrokarbon memiliki aplikasi luas, mulai dari bahan bakar, bahan baku industri, hingga pelarut kimia. Namun, penggunaannya harus diimbangi dengan kesadaran akan dampak lingkungan dan kesehatan.