Contoh Soal dan Pembahasan Alkana
Alkana adalah salah satu senyawa hidrokarbon sederhana yang memiliki ikatan tunggal antara atom karbon dengan atom hidrogen. Alkana juga dikenal dengan nama parafin dan memiliki rantai karbon yang jenuh. Karakteristik utama dari alkana adalah tidak mudah bereaksi, sehingga sering digunakan sebagai bahan bakar dan pelumas. Dalam artikel ini, kita akan membahas beberapa contoh soal dan pembahasannya yang berkaitan dengan alkana.
Pendahuluan tentang Alkana
Alkana dapat dinyatakan dengan rumus umum \(C_nH_{2n+2}\), di mana \(n\) adalah jumlah atom karbon. Alkana yang paling sederhana adalah metana (\(CH_4\)) dengan satu atom karbon. Kemudian diikuti oleh etana (\(C_2H_6\)), propana (\(C_3H_8\)), dan seterusnya. Nama-nama alkana mengikuti tata nama IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) yang menggunakan akhiran ‘-ana’.
Sifat Fisik Alkana
– Keadaan fisik: Semakin banyak atom karbon dalam rantai, semakin tinggi titik leleh dan titik didihnya. Misalnya, metana, etana, dan propana adalah gas pada suhu kamar, sementara alkana yang lebih besar (misalnya, oktana) adalah cair.
– Kelarutan: Alkana tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut nonpolar lain karena sifat hidrofobiknya.
– Reaktivitas: Alkana relatif kurang reaktif dibandingkan hidrokarbon lainnya karena ikatan tunggal mereka yang kuat.
Reaksi-reaksi Penting pada Alkana
– Pembakaran: Alkana dapat mengalami pembakaran sempurna menghasilkan karbon dioksida dan air, atau pembakaran tidak sempurna menghasilkan karbon monoksida dan air.
– Halogenasi: Alkana dapat bereaksi dengan halogen (misalnya, klor atau brom) di bawah kondisi tertentu untuk menghasilkan alkil halida.
Mari kita lihat beberapa contoh soal dan pembahasannya untuk memahami konsep-konsep di atas dengan lebih baik.
Contoh Soal 1: Penamaan Alkana
Soal
Beri nama IUPAC untuk senyawa berikut:
1. \( CH_3-CH_2-CH_3 \)
2. \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \)
3. \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3-CH_2-CH_3 \)
Pembahasan
1. Senyawa dengan formula \( CH_3-CH_2-CH_3 \) adalah propane. Nama IUPAC untuk senyawa ini adalah Propana.
2. Senyawa dengan formula \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \) adalah pentane. Nama IUPAC untuk senyawa ini adalah Pentana.
3. Senyawa dengan formula \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3-CH_2-CH_3 \) adalah heptane. Nama IUPAC untuk senyawa ini adalah Heptana.
Penjelasan
Pada penamaan alkana, dapat mengikuti dua aturan utama:
1. Identifikasi rantai karbon terpanjang sebagai rantai utama.
2. Beri nama sesuai dengan jumlah atom karbon dalam rantai tersebut (met-, et-, prop-, but-, dll.), diikuti dengan akhiran -ana.
Contoh Soal 2: Isomer
Soal
Tuliskan dan beri nama struktur isomer untuk butana (\(C_4H_{10}\)).
Pembahasan
Butana memiliki dua isomer struktural:
1. n-Butana:
Struktur: \( CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \)
Nama IUPAC: n-Butana
2. Isobutana (Metilpropana):
Struktur:
“`
CH3
|
CH3-C-CH3
|
H
“`
Nama IUPAC: 2-Metilpropana
Penjelasan
Isomer adalah senyawa dengan rumus molekul yang sama tetapi struktur yang berbeda. Untuk butana (\(C_4H_{10}\)), kita memiliki dua struktur yang mungkin:
– n-Butana memiliki rantai karbon lurus.
– Isobutana memiliki cabang (metil) di karbon kedua.
Contoh Soal 3: Pembakaran Alkana
Soal
Tulis reaksi pembakaran sempurna dan tidak sempurna untuk propana (\(C_3H_8\)).
Pembahasan
1. Pembakaran Sempurna:
Reaksi: \( C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O \)
2. Pembakaran Tidak Sempurna:
– Menghasilkan karbon monoksida:
Reaksi: \( C_3H_8 + 3.5O_2 \rightarrow 3CO + 4H_2O \)
– Menghasilkan karbon padat (jelaga):
Reaksi: \( C_3H_8 + 2O_2 \rightarrow 3C + 4H_2O \)
Penjelasan
Pada pembakaran sempurna, alkana bereaksi dengan oksigen dalam jumlah yang cukup untuk menghasilkan karbon dioksida dan air. Sedangkan pada pembakaran tidak sempurna, karena kekurangan oksigen, hasilnya adalah karbon monoksida atau karbon padat.
Contoh Soal 4: Reaksi Substitusi pada Alkana
Soal
Tuliskan persamaan reaksi untuk halogenasi metana dengan klor dan beri nama produk yang dihasilkan.
Pembahasan
Reaksi substitusi untuk metana dengan klor:
\[ CH_4 + Cl_2 \rightarrow CH_3Cl + HCl \] (dengan adanya sinar UV)
Produk yang dihasilkan adalah metil klorida (\(CH_3Cl\)) dan asam klorida (\(HCl\)).
Penjelasan
Halogenasi adalah reaksi di mana satu atau lebih atom hidrogen dari alkana diganti dengan atom halogen. Pada kasus ini, metana bereaksi dengan klor di mana satu atom hidrogen digantikan oleh atom klor, dan sinar UV diperlukan sebagai katalis.
Contoh Soal 5: Rumus Empiris dan Molekul
Soal
Diberikan senyawa alkana dengan komposisi massa karbon 82,76% dan hidrogen 17,24%. Tentukan rumus empiris dan molekul untuk alkana tersebut jika massa molarnya adalah 58 g/mol.
Pembahasan
1. Hitung mol dari masing-masing elemen berdasarkan massa atom.
– C: \( \left(\frac{82,76}{12}\right) = 6,896 \)
– H: \( \left(\frac{17,24}{1}\right) = 17,24 \)
2. Normalisasikan perbandingan agar menyederhanakan:
– Rasio absolut: \( \left(\frac{6,896}{6,896}\right) = 1 \)
– Rasio H/C: \( \left(\frac{17,24}{6,896}\right) = 2,5 \)
3. Modifikasi perbandingan: \[ C_{2}\left(\frac{2,5 \cdot (2)}{2}\right)H_{5} = C_{4}H_{10}\]
4. Rumus empiris adalah \(C_4H_{10}\) konsisten dengan alkana (58 g/mol).
Penjelasan
Dengan mengikuti langkah-langkah ini, kita mendapatkan rumus empiris dan molekul alkana yang dinormalisasikan berdasarkan massa atom relatif dan keseimbangan massa keseluruhan.
Kesimpulan
Pemahaman tentang alkana sangat penting dalam kimia organik dasar. Melalui berbagai contoh soal dan pembahasan ini, kami telah membahas bagaimana menamai, memahami isomer, reaksi pembakaran, substitusi, dan menentukan rumus empirik serta molekul dari alkana. Memahami konsep-konsep ini akan membantu dalam mempersiapkan berbagai aplikasi dan tantangan yang berkaitan dengan hidrokarbon jenuh dalam kehidupan sehari-hari dan industri.
