reaksi-reaksi organik pada hidrokarbon

A. Reaksi-reaksi pada Alkana

Sebagaima kita ketahui bahwa ikatan pada alkana berciri tunggal, kovalen dan nonpolar. Oleh karenanya alkana relatif stabil (tidak reaktif) terhadap kebanyakan asam, basa, pengoksidasi atau pereduksi yang dapat dengan mudah bereaksi dengan kelompok hidrokarbon lainnya. Karena sifatnya yang tidak reaktif tersebut, maka alkana dapat digunakan sebagai pelarut. Walaupun alkana tergolong sebagai senyawaan yang stabil, namun pada kondisi dan pereaksi tertentu alkana dapat bereaksi dengan asam sulfat dan asam nitrat, sekalipun dalam temperatur kamar. Berikut ini ditunjukkan beberapa reaksi alkana :

1.Oksidasi

Alkana sukar dioksidasi oleh oksidator lemah atau agak kuat seperti KMNO4, tetapi mudah dioksidasi oleh oksigen dari udara bila dibakar.Oksidasi yang cepat dengan oksingen yang akan mengeluarkan panas dan cahaya disebut pembakaran atau combustion

Hasil oksidasi sempurna dari alkana adalah gas karbon dioksida dan sejumlah air. Sebelum terbentuknya produk akhir oksidasi berupa CO2 dan H2 O, terlebih dahulu terbentuk alkohol, aldehid dan karboksilat.

Contoh :

C₃H₈      + 5O₂  →   3CO₂     +    4H₂O

Pembakaran tak sempurna akan menghasilkan karbonmonoksida (CO) dan uap air (H₂O) :

CH₄       + ³/₂ O₂    →      CO      + 2H₂O

2. Halogenasi

Reaksi dari alkana dengan khlor (Cl₂) atau Brom (Br₂) di sebut reaksi halogenasi. Istilah yang lebih spesifik yaitu klorinasi dan brominasi dipakai juga untuk menggambarkan suatu reaksi halogenasi tertentu. Halongen lain, fluor bereaksi secara eksplosif dengan senyawa organik sedangkan yodium tak cukup reaktif untuk dapat bereaksi dengan alkana.

Jika campuran alkana dan gas klor disimpan pada suhu rendah dalam keadaan gelap, reaksi tidak berlangsung. Jika campuran tersebut dalam kondisi suhu tinggi atau di bawah sinar, maka terjadi reaksi yang eksoterm. Dalam reaksi klorinasi, satu atau lebih atom hidrogen diganti oleh atom klor.

Reaksi umum : R-H + Cl-Cl → R-Cl + H-Cl

Contoh :

Metana : CH₄ + Cl-Cl → CH₃Cl3.

3. Pirolisis

Proses pirolisis atau cracking adalah proses pemecahan alkana dengan jalan pemanasan pada temperatur tinggi, akan dihasilkan alkana dengan rantai karbon lebih pendek.

Proses pirolisis dari metana secara industri dipergunakan dalam pembuatan karbon-black. Proses pirolisis juga dipergunakan untuk memperbaiki struktur bahan bakar minyak, yaitu, berfungsi untuk menaikkan bilangan oktannya.

B. Reaksi-reaksi pada alkena

a. Adisi

1) Adisi hidrogen halida

Alkena dapat bereaksi adisi dengan hidrogen halida menghasilkan alkil halida. Contoh :

CH₂  CH₂ + HCl →   CH₃ CH₂Cl

Reaksi di atas mengikuti kaidah Markovnikov, yakni :

“Jika hidrogen halida (HX) / H2SO4 / HOX / H2O mengadisi alkena, maka atom H akan diikat oleh atom karbon ikatan rangkap yang mengikat atom hidrogen lebih banyak”.

2) Adisi air

Hidrolisis alkena akan menghasilkan suatu alkohol. Contoh : CH₂ CH₂ + H₂O  →  CH₃ ─ CH₂  ─  OH

b. Polimerisasi

Alkena dapat melakukan reaksi polimerisasi dengan suatu katalis.

Contoh: 3 H2C CH2    →   ─CH2 CH2 CH2 CH2 CH2 CH2─

polietilena

 c. Substitusi

Alkena dapat tersubstitusi oleh halogen pada suhu tinggi. Hasil samping yang diperoleh adalah hidrogen klorida. Contoh :

H2C=CH-CH3 + Cl2 →  H2C=CH-CH2+HCl

                                                   │

   Cl

d. Reaksi Oksidasi               

Alkena dapat teroksidasi oleh ion permanganat menghasilkan suatu glikol. Contoh :                

 3 H2C=CH2+ 2 KMnO4 + 3 H2O  →      H2C ─   CH2 +2 MnO2 +2 KOH

│       │  

           OH   OH

C. Reaksi-reaksi pada alkuna

a. Hidrogenasi

Hidrogenasi alkuna dengan 2 mol hidrogen akan menghasilkan alkana. Contoh :

HC≡CH + 2H2 H3C   →   CH3

b. Halogenasi

Alkuna dapat beradisi dengan halogen menghasilkan suatu dihaloalkena. Contoh :

H3 C    C≡C    CH3 + Cl₂    →  CH_{3     ─}  CH    ─    CH    ─       CH₃

                                                                            │               │

             Cl             Cl

                  

c. Oksidasi oleh kalium permanganat

Alkuna teroksidasi oleh kalium permanganat menghasilkan senyawa diketon. Contoh :

CH₃─C≡C─CH₃      KMnO4       CH₃─C─C─CH₃

                                    →                   ║   ║

                                                           O   O

d. Oksidasi oleh ozon

Alkuna teroksidasi oleh ozon yang jika terhidrolisis akan menghasilkan suatu asam karboksilat. Contoh :                                    

                                                                     O

                                                                     ║

CH₃─C≡C─CH₃+ H₂O + O₃     →  2CH₃─C

                                                                      │                                                                    

                                                                      H

PERMASALAHAN : 

Jika campuran alkana dan gas klor disimpan pada suhu rendah dalam keadaan gelap, reaksi tidak berlangsung. Jika campuran tersebut dalam kondisi suhu tinggi atau di bawah sinar, maka terjadi reaksi yang eksoterm.  Mengapa bisa terjadi hal tersebut ?

MINYAK BUMI

Pada tahun 1958, di Moskow diadakan konferensi mengenai asal mula pembentukan minyak bumi. Pada konferensi tersebut diperoleh dua pendapat mengenai asal-usul minyak bumi, yaitu minyak bumi berasal  dari zat-zat anorganik dan minyak bumi berasal dari zat-zat organik.

A.  Minyak Bumi Berasal dari Zat Anorganik

Hipotesis yang menyatakan bahwa minyak bumi berasal dari zat anorganik diajukan oleh kimiawan Perancis, Berthelot, pada tahun 1866. Menurut Berthelot, logam-logam alkali dalam bumi bereaksi dengan C0₂ pada suhu tinggi membentuk gas asetilena. Gas asetilena inilah yang kemudian membentuk senyawa hidrokarbon yang lain.

Pada tahun 1877, kimiawan Rusia, Dmitri Ivanovick Mendeleyev (1834 - 1907), mengemukakan hipotesis lain tentang asal-usul minyak bumi. Menurut Mendeleyev, besi karbida di dalam bumi bereaksi dengan air dan menghasilkan gas asetilena. Reaksi ini mirip dengan reaksi antara batu karbida dengan air.

B. Minyak Bumi Berasal dari Zat Organik
Zat organik penyusun minyak bumi berasal dari tumbuh-tumbuhan dan hewan. Teori yang menyatakan bahwa minyak bumi berasal dari tumbuh-tumbuhan pertama kali dikemukakan oleh ilmuwan Perancis, P.G. Macquir, pada tahun 1758. Teori ini didasarkan pada sumber batu bara yang juga berasal dari tumbuh-tumbuhan.
Adapun teori yang menyatakan bahwa minyak bumi selain berasal dari tumbuh-tumbuhan juga berasal dari hewan, dikemukakan pertama kali oleh J.P. Lesley pada tahun 1865. Kemudian, ilmuwan lain bernama B. Haquet melakukan percobaan distilasi minyak bumi dari molusca (hewan lunak). Percobaan lain juga dilakukan oleh H. Hofer dan C. Eugler. Mereka melakukan distilasi terhadap daging kerang dan ikan pada suhu 300° - 400"C dan tekanan 10 atm. Pada proses tersebut dihasilkan zat yang menyerupai minyak bumi.

Teori yang menyatakan bahwa minyak bumi berasal dari zat organik ini didukung oleh hasil-hasil penelitian di laboratorium dan analisis pemikiran. Teori ini sesuai dengan ilmu geologi, sehingga teori yang menyatakan bahwa sumber minyak bumi berasal dari zat anorganik tidak dianut lagi.

Berdasarkan teori pembentukannya, minyak bumi berasal dari hasil pelapukan organisme hidup yang berlangsung sangat lama (berjuta-juta tahun).Pembentukan minyak bumi     memerlukan lingkungan yang dapat memberi kadar zat organik tinggi dan memberi kesempatan pengawetan, sehingga tidak terjadi oksidasi atau pembusukan. Daerah pantai yang memiliki muara sungai menghadap ke laut terbuka, memiliki kemungkinan lebih
besar memproduksi zat organik. Selanjutnya zat organik tersebut menyebar ke dalam batuan serpih lempung yang halus, terakumulasi, dan terkonsentrasi. Selanjutnya, zat tersebut bergerak masuk ke dalam batuan dan terperangkap di dalam batuan sedimen. Minyak bumi berada dalam batuan, sehingga disebut juga petroleum (Latin: petrus = batu; oleum = minyak).

Minyak bumi dan gas alam adalah campuran kompleks hidrokarbon dan senyawa-senyawa organik lain. Komponen hidrokarbon adalah komponen yang paling banyak terkandung di dalam minyak bumi. Hidrokarbon yang terkandung dalam minyak bumi terutama adalah alkana dan sikloalkana, senyawa lain yang terkandung didalam minyak bumi diantaranya adalah Sulfur, Oksigen, Nitrogen dan senyawa-senyawa yang mengandung konstituen logam terutama Nikel, Besi dan Tembaga. Komposisi minyak bumi sangat bervariasi dari satu sumur ke sumur lainnya dan dari daerah ke daerah lainnya.

Perbandingan unsur-unsur yang terdapat dalam minyak bumi sangat bervariasi. Berdasarkan  hasil analisa, diperoleh data sebagai berikut :

Karbon : 83,0-87,0 %

Hidrogen : 10,0-14,0 %

Nitrogen : 0,1-2,0 %

Oksigen : 0,05-1,5 %

Sulfur : 0,05-6,0 %

Struktur hidrokarbon yang ditemukan dalam minyak mentah:
1. Alkana (parafin) : CnH2n + 2 , alkana  ini  memiliki  rantai  lurus  dan  bercabang,  fraksi  ini  merupakan  yang terbesar di dalam minyak mentah.
2. Sikloalkana (napten) : C nH2n , Sikloalkana ada yang memiliki cincin 5 (lima) yaitu siklopentana ataupun cincin 6 (enam) yaitu sikloheksana.

3. Aromatik : CnH2n-6   , Aromatik  hanya  terdapat  dalam  jumlah  kecil,  tetapi  sangat  diperlukan  dalam bensin karena :
- Memiliki harga anti knock yang tinggi
- Stabilitas penyimpanan yang baik
- Dan kegunaannya yang lain sebagai bahan bakar (fuels)
Proporsi  dari  ketiga  tipe  hidrokarbon  sangat  tergantung  pada  sumber  dari minyak bumi. Pada umumnya alkana merupakan hidrokarbon yang terbanyak tetapi kadang-kadang (disebut sebagai crude napthenic) mengandung sikloalkana sebagai komponen  yang  terbesar,  sedangkan  aromatik  selalu  merupakan  komponen  yang paling sedikit.

Zat-Zat Pengotor yang sering terdapat dalam minyak bumi:

A. Senyawaan Sulfur
Crude oil yang densitynya lebih tinggi mempunyai kandungan Sulfur yang lebih tinggu pula. Keberadaan Sulfur dalam minyak bumi sering banyak menimbulkan akibat, misalnya dalam gasoline dapat menyebabkan korosi (khususnya dalam keadaan dingin atau berair), karena terbentuknya asam yang dihasilkan dari oksida sulfur (sebagai hasil pembakaran gasoline) dan air.

B. Senyawaan Oksigen
Kandungan total oksigen dalam minyak bumi adalah kurang dari 2 % dan menaik dengan naiknya titik didih fraksi. Kandungan oksigen bisa menaik apabila produk itu lama berhubungan dengan udara. Oksigen dalam minyak bumi berada dalam bentuk ikatan sebagai asam karboksilat, keton, ester, eter, anhidrida, senyawa monosiklo dan disiklo dan phenol. Sebagai asam karboksilat berupa asam Naphthenat (asam alisiklik) dan asam alifatik.

C. Senyawaan Nitrogen
Umumnya kandungan nitrogen dalam minyak bumi sangat rendah, yaitu 0,1-0,9 %. Kandungan tertinggi terdapat pada tipe Asphalitik. Nitrogen mempunyai sifat racun terhadap katalis dan dapat membentuk gum / getah pada fuel oil. Kandungan nitrogen terbanyak terdapat pada fraksi titik didih tinggi. Nitrogen klas dasar yang mempunyai berat molekul yang relatif rendah dapat diekstrak dengan asam mineral encer, sedangkan yang mempunyai berat molekul yang tinggi tidak dapat diekstrak dengan asam mineral encer.

D. Konstituen Metalik
Logam-logam seperti besi, tembaga, terutama nikel dan vanadium pada proses catalytic cracking mempengaruhi aktifitas katalis, sebab dapat menurunkan produk gasoline, menghasilkan banyak gas dan pembentukkan coke. Pada power generator temperatur tinggi, misalnya oil-fired gas turbine, adanya konstituen logam terutama vanadium dapat membentuk kerak pada rotor turbine. Abu yang dihasilkan dari pembakaran fuel yang mengandung natrium dan terutama vanadium dapat bereaksi dengan refactory furnace (bata tahan api), menyebabkan turunnya titik lebur campuran sehingga merusakkan refractory itu.

PERMASALAHAN

Pada penyusun minyak bumi terdapat zat-zat pengotor yang dapat menyebabkan kualitas minyak bumi menjadi kurang baik.  Dapatkah zat-zat pengotor tersebut dihilangkan atau dikurangi kandungannya  pada minyak bumi ?