Rumus alkana, pahami konsep, sifat, manfaat, dan contoh soalnya

Brilio.net - Kimia adalah ilmu yang mempelajari tentang materi, struktur, sifat, dan perubahan yang terjadi pada materi. Kimia sangat penting untuk dipelajari karena memiliki banyak manfaat dan aplikasi dalam kehidupan sehari-hari, seperti dalam bidang kesehatan, pertanian, industri, lingkungan, dan energi.

Salah satu topik yang menarik dan bermanfaat dalam kimia adalah senyawa hidrokarbon, yaitu senyawa yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen. Senyawa hidrokarbon dapat dibagi menjadi beberapa kelompok, salah satunya adalah alkana. Alkana adalah senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan tunggal antara atom karbon.

Mempelajari rumus alkana sangat penting karena dapat membantu kamu mengenal struktur dan sifat dari senyawa hidrokarbon yang paling sederhana. Dengan memahami rumus alkana, dapat menentukan jumlah atom hidrogen, nama, dan struktur dari senyawa alkana dengan mudah.

Kamu juga dapat mengetahui hubungan antara panjang rantai karbon dengan titik didih dan titik leleh dari senyawa alkana. Selain itu, kamu dapat mengenali isomer dari senyawa alkana, yaitu senyawa yang memiliki rumus molekul yang sama tetapi struktur yang berbeda. Isomer memiliki sifat-sifat fisik dan kimia yang berbeda pula.

Yuk simak penjelasan lengkap tentang rumus alkana mulai dari definisi, sifat, manfaat, tata nama alkana, contoh soal dan cara mudah menyelesaikan soal-soal seputar rumus alkana, dilansir dari berbagai sumber pada Jumat (3/11).

Definisi alkana.

foto: freepik.com

Untuk memahami pengertian alkana, kamu perlu menelisik definisi alkana dari berbagai pandangan. Misalnya merujuk pada Encyclopedia of Soils in the Environment (2005), Alkana adalah penyusun utama minyak mentah dan penyusun utama sebagian besar produk minyak bumi. Alkana juga disebut hidrokarbon jenuh.

Selanjutnya merujuk pada Novita Fardhilah dalam buku Memahami Unsur, Senyawa, dan Campuran (2019), Alkana adalah hidrokarbon berikatan tunggal. Alkana adalah hidrokarbon sejati, artinya itu hanya terdiri dari hidrogen dan karbon. Alkana juga dapat disebut sebagai hidrokarbon jenuh karena memiliki jumlah atom hidrogen paling banyak per atom karbon.

Tidak jauh berbeda dari kedua pandangan itu, dalam buku Chemistry LibreTexts (Environmental Organic Chemistry for Engineers (2017)), Alkana adalah senyawa organik yang terdiri dari atom karbon dan atom hidrogen ikatan tunggal dan tidak memiliki gugus fungsi lainnya. Alkana dikenal sebagai keluarga hidrokarbon yang paling sederhana.

Berdasarkan pemahaman tersebut, dapat ditarik benang merahnya bahwa alkana adalah senyawa organik yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen yang berikatan tunggal. Alkana termasuk hidrokarbon jenuh, yang berarti memiliki jumlah maksimum atom hidrogen per atom karbon. Nah, alkana ini dapat berbentuk rantai lurus, bercabang, atau siklik, tergantung pada susunan atom karbonnya.

Sifat-sifat alkana.

foto: freepik.com

Sifat-sifat alkana, kelompok senyawa hidrokarbon jenuh yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen yang dihubungkan oleh ikatan tunggal, mencakup sifat fisik dan kimia yang khas. Berikut adalah beberapa sifat penting dari alkana:

1. Alkana bersifat nonpolar, sehingga tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik seperti eter, benzen, dan kloroform.

2. Alkana bersifat stabil dan kurang reaktif karena tidak memiliki ikatan rangkap atau gugus fungsi. Alkana hanya dapat bereaksi dengan halogen melalui reaksi substitusi atau dengan oksigen melalui reaksi pembakaran

3. Jenuh (sifat kovalen tunggal), Alkana adalah senyawa jenuh, yang berarti setiap atom karbon dalam molekul alkana dihubungkan dengan atom karbon atau atom hidrogen oleh ikatan kovalen tunggal. Tidak ada ikatan rangkap (ganda atau tiga kali) dalam struktur alkana.

4. Hidrofobik, alkana cenderung bersifat hidrofobik atau tidak larut dalam air karena kehadiran ikatan kovalen tunggal dan sifat nonpolar molekul alkana.

5. Sifat fisik berubah dengan ukuran rantai, sifat fisik alkana seperti titik didih dan kelarutan dalam pelarut organik cenderung meningkat dengan peningkatan jumlah atom karbon dalam rantai alkana. Alkana dengan rantai karbon yang lebih panjang memiliki titik didih yang lebih tinggi.

6. Titik didih dan pemadatan, alkana memiliki titik didih dan titik leleh yang rendah dibandingkan dengan senyawa organik lain yang memiliki jumlah atom karbon yang sama. Titik didih dan titik leleh alkana meningkat seiring dengan bertambahnya panjang rantai karbon.

Dengan kata lain, alkana memiliki titik didih dan pemadatan yang semakin tinggi seiring dengan peningkatan jumlah atom karbon dalam rantai mereka, karena ikatan kovalen tunggal yang kuat menyebabkan molekul alkana memiliki gaya Van der Waals yang lebih kuat antara molekul-molekulnya.

7. Kemampuan pembakaran, alkana adalah bahan bakar fosil yang penting. Mereka dapat terbakar dengan baik dalam kehadiran oksigen, menghasilkan karbon dioksida (CO2) dan air (H2O) sebagai produk pembakaran.

8. Kemungkinan isomerisme, dalam alkana dengan lebih dari tiga atom karbon, terdapat potensi untuk isomerisme rantai. Artinya, alkana dengan jumlah atom karbon yang sama dapat memiliki isomer yang berbeda dengan susunan rantai yang berbeda.

9. Reaktivitas terbatas, alkana umumnya bersifat reaktif rendah. Karena ikatan kovalen tunggal yang kuat antara atom-atom karbon dalam rantai alkana, mereka cenderung tidak mudah terlibat dalam reaksi kimia.

10. Tidak bereaksi dengan asam atau basa kuat, alkana tidak bereaksi dengan asam atau basa kuat. Namun, mereka dapat mengalami reaksi oksidasi dengan bantuan katalis, seperti pembakaran.

11. Keberagaman Struktur, alkana dapat membentuk rantai rantai linear atau bercabang, dan jumlah atom karbon dalam rantai bisa bervariasi. Ini menghasilkan berbagai senyawa alkana dengan sifat yang berbeda.

Tata nama rumus alkana.

foto: freepik.com

Tata nama alkana adalah cara untuk memberikan nama pada senyawa hidrokarbon yang memiliki ikatan tunggal antara atom karbon. Tata nama alkana mengikuti aturan-aturan berikut:

1. Rantai utama diambil dari rantai karbon terpanjang yang ada dalam senyawa.

2. Rantai utama diberi nama sesuai dengan jumlah atom karbonnya, dengan menggunakan awalan seperti met-, et-, prop-, but-, dan seterusnya, dan diakhiri dengan akhiran -ana. Misalnya, CH4 dinamakan metana, C2H6 dinamakan etana, C3H8 dinamakan propana, dan seterusnya.

3. Rantai utama diberi nomor mulai dari ujung yang paling dekat dengan cabang atau gugus alkil. Gugus alkil adalah rantai karbon yang terikat pada rantai utama, yang diberi nama dengan mengganti akhiran -ana menjadi -il. Misalnya, -CH3 dinamakan metil, -C2H5 dinamakan etil, -C3H7 dinamakan propil, dan seterusnya.

4. Nama dan posisi gugus alkil ditulis di depan nama rantai utama, dipisahkan dengan tanda hubung (-). Jika ada lebih dari satu gugus alkil yang sama, maka diberi awalan seperti di-, tri-, tetra-, dan seterusnya, untuk menunjukkan jumlahnya. Jika ada lebih dari satu jenis gugus alkil, maka ditulis sesuai urutan abjad. Misalnya, CH3-CH(CH3)-CH2-CH3 dinamakan 2-metil-butana, CH3-CH(CH3)-CH(CH3)-CH3 dinamakan 2,4-dimetil-pentana, CH3-CH(CH2-CH3)-CH2-CH3 dinamakan 2-etil-butana.

5. Jika rantai utama membentuk lingkaran atau siklus, maka diberi awalan siklo- di depan nama rantai utama. Jika ada gugus alkil yang melekat pada siklus, maka diberi nomor sesuai dengan urutan abjad. Misalnya, C5H10 dinamakan siklo-pentana, C5H10-CH2-CH3 dinamakan 1-etil-siklo-pentana.

Manfaat rumus alkana dalam kehidupan sehari-hari.

foto: freepik.com

Alkana, sebagai kelompok senyawa hidrokarbon jenuh, memiliki beragam kegunaan di berbagai sektor dan aplikasi. Berikut adalah beberapa contoh penggunaan alkana:

1. Bahan bakar fosil.

Alkana, terutama yang memiliki rantai karbon panjang seperti minyak bumi dan gas alam, digunakan sebagai bahan bakar fosil. Gas alam (yang terutama terdiri dari metana) digunakan sebagai bahan bakar untuk pemanasan, listrik, dan transportasi. Minyak bumi menghasilkan berbagai produk bahan bakar, termasuk bensin, diesel, dan bahan bakar pesawat.

2. Pemanasan rumah.

Gas alam dan propana, yang merupakan alkana, digunakan sebagai sumber energi untuk pemanasan rumah dan kompor masak.

3. Industri kimia.

Alkana digunakan dalam industri kimia sebagai bahan baku untuk produksi berbagai produk kimia dan plastik. Sebagai contoh, etilena dan propilena, yang merupakan alkana, digunakan dalam produksi polietilena dan polipropilena, dua jenis plastik yang sangat umum.

4. Pelarut.

Alkana dengan rantai karbon pendek digunakan sebagai pelarut dalam industri kimia dan farmasi karena sifat mereka yang tidak reaktif dan dapat melarutkan banyak senyawa kimia.

5. Aerosol dan propelan.

Isobutan dan propana, dua alkana, digunakan sebagai propelan dalam produk-produk aerosol seperti semprotan rambut, pengharum ruangan, dan produk aerosol lainnya.

6. Industri farmasi.

Beberapa alkana digunakan dalam industri farmasi untuk sintesis senyawa obat-obatan.

7. Plastik dan polimer.

Alkana digunakan sebagai monomer dalam produksi berbagai plastik dan polimer. Contohnya, etilen, propilen, dan butadiena digunakan dalam pembuatan berbagai jenis plastik, seperti polietilena, polipropilena, dan karet sintetis.

8. Produk perawatan kulit.

Alkana dapat ditemukan dalam produk perawatan kulit dan kosmetik sebagai bahan pelarut atau agen pelembab.

9. Bahan Kimia dan penelitian laboratorium.

Alkana digunakan dalam penelitian laboratorium, terutama dalam percobaan kimia dan sintesis senyawa kimia.

10. Industri makanan.

Beberapa alkana digunakan dalam industri makanan sebagai bahan aditif dan pelarut dalam proses produksi makanan.

11. Penggunaan dalam energi terbarukan.

Biogas, yang terdiri terutama dari metana (sebuah alkana), digunakan sebagai bahan bakar dalam pembangkit listrik dan untuk memasok energi rumah tangga, terutama di daerah pedesaan.

12. Penggunaan dalam industri perkayuan.

Propana digunakan dalam industri perkayuan sebagai bahan bakar dalam mesin-mesin seperti mesin pemotong kayu.

Contoh soal seputar rumus alkana.

foto: freepik.com

Berikut ini adalah lima contoh soal tentang rumus alkana dan penyelesaiannya yang saya buat sendiri:

1. Berapakah jumlah atom hidrogen dalam senyawa alkana dengan rumus C10H22?

Jawab:

Jumlah atom hidrogen dalam senyawa alkana dapat dihitung dengan rumus H = 2C + 2

di mana:

H adalah jumlah atom hidrogen
C adalah jumlah atom karbon.

Jadi, H = 2 x 10 + 2 = 20 + 2 = 22.

2. Berikanlah nama dari senyawa alkana dengan rumus C5H12.

Jawab:

Nama dari senyawa alkana dapat ditentukan dengan menggunakan awalan sesuai dengan jumlah atom karbon dan akhiran -ana.

Jadi, nama dari senyawa alkana dengan rumus C5H12 adalah pentana.

3. Gambarkanlah struktur dari senyawa alkana dengan nama 3-metil-heksana.

Jawab:

Struktur dari senyawa alkana dapat digambarkan dengan menggunakan simbol-simbol berikut: - untuk ikatan tunggal, C untuk atom karbon, dan H untuk atom hidrogen.

Nama 3-metil-heksana berarti bahwa senyawa tersebut memiliki rantai utama berbentuk heksana (6 atom karbon) dan gugus metil (1 atom karbon) yang melekat pada atom karbon ke-3 dari rantai utama.

Jadi, struktur dari senyawa alkana dengan nama 3-metil-heksana adalah sebagai berikut:

CH3
|
CH3-CH2-CH-CH2-CH2-CH3

4. Tentukanlah rumus molekul dari senyawa alkana yang memiliki massa molekul 58 g/mol.

Jawab:

Rumus molekul dari senyawa alkana dapat ditentukan dengan menggunakan rumus umum CnH2n+2, di mana n adalah jumlah atom karbon.

Massa molekul dari senyawa alkana dapat dihitung dengan menggunakan rumus M = 12n + 2n + 2

di mana:

M adalah massa molekul
n adalah jumlah atom karbon.

Jadi, M = 14n + 2.

Dengan menyelesaikan persamaan M = 58, kita dapat menemukan nilai n sebagai berikut:

58 = 14n + 2
56 = 14n
n = 56/14
n = 4

Jadi, jumlah atom karbon dalam senyawa alkana tersebut adalah 4. Rumus molekul dari senyawa alkana tersebut adalah C4H10.

5. Sebutkanlah tiga isomer dari senyawa alkana dengan rumus C6H14.

Jawab:

Isomer adalah senyawa yang memiliki rumus molekul yang sama tetapi struktur yang berbeda. Tiga isomer dari senyawa alkana dengan rumus C6H14 adalah sebagai berikut:

- Heksana: rantai lurus dengan 6 atom karbon.

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3

- Metil-pentana: rantai bercabang dengan gugus metil pada atom karbon ke-2 atau ke-3 dari rantai pentana.

CH3 CH3
| |
CH3-CH-CH2-CH2-CH3 atau CH3-CH2-CH-CH2-CH3

- Etil-butana: rantai bercabang dengan gugus etil pada atom karbon ke-2 dari rantai butana.

CH3
/
CH3-C-CH2-CH3
\
CH3