Alkana (juga disebut dengan parafin)
adalah senyawa kimia hidrokarbon jenuh asiklis. Alkana termasuk senyawa
alifatik. Dengan kata lain, alkana adalah sebuah rantai karbon panjang dengan
ikatan-ikatan tunggal. Rumus umum untuk alkana adalah CnH2n+2. Alkana yang
paling sederhana adalah metana dengan rumus CH4. Tidak ada batasan berapa
karbon yang dapat terikat bersama. Beberapa jenis minyak dan wax adalah contoh
alkana dengan atom jumlah atom karbon yang besar, bisa lebih dari 10 atom
karbon.
Setiap atom karbon mempunyai 4 ikatan
(baik ikatan C-H atau ikatan C-C), dan setiap atom hidrogen mesti berikatan
dengan atom karbon (ikatan H-C). Sebuah kumpulan dari atom karbon yang
terangkai disebut juga dengan rumus kerangka. Secara umum, jumlah atom karbon
digunakan untuk mengukur berapa besar ukuran alkana tersebut (contohnya:
C2-alkana).
Gugus alkil, biasanya disingkat dengan
simbol R, adalah gugus fungsional, yang seperti alkana, terdiri dari ikatan
karbon tunggal dan atom hidrogen, contohnya adalah metil atau gugus etil. Alkana
bersifat tidak terlalu reaktif dan mempunyai aktivitas biologi sedikit.
JENIS:
Hidorkarbon tersaturasi dapat berupa:
- lurus (rumus umum CnH2n + 2), kerangka karbon
membentuk rantai lurus tanpa ada cabang
- bercabang (rumus umum CnH2n + 2, n > 3),
kerangka karbon utamanya mempunyai cabang-cabang
- siklik (rumus umum CnH2n, n > 2), ujung-ujung kerangka
karbonnya bertemu sehingga membentuk suatu siklus.
Menurut definisi dari IUPAC, 2 golongan pertama di atas
dinamakan alkana, sedangkan golongan yang ketiga disebut dengan sikloalkana.
Hidrokarbon tersaturasi juga dapat membentuk gabungan ketiga macam rantai
diatas, misalnya linear dengan siklik membentuk polisiklik. Senyawa seperti ini
masih disebut dengan alkana (walaupun tidak mempunyai rumus umum), sepanjang
tetap berupa asiklik (tidak seperti siklus).
TATA NAMA:
Tata nama IUPAC untuk alkana didasarkan dari identifikasi
rantai hidrokarbon. Rantai hidrokarbon tersaturasi, tidak bercabang maka
dinamai sistematis dengan akhiran "-ana".
Rantai karbon lurus
Alkana rantai karbon lurus biasanya dikenali dengan awalan n-
(singkatan dari normal) ketika tidak ada isomer. Meskipun tidak diwajibkan,
tapi penamaan ini penting karena alkana rantai lurus dan rantai bercabang
memiliki sifat yang berbeda. Misalnya n-heksana atau 2- atau 3-metilpentana.
Anggota dari rantai lurus ini adalah:
- Metana, CH4 - 1 karbon dan 4 hidrogen
- Etana, C2H6 - 2 karbon dan 6 hidrogen
- Propana, C3H8 - 3 karbon dan 8 hidrogen
- Butana, C4H10 - 4 karbon dan 10 hidrogen
- pentana, C5H12 - 5 karbon dan 12 hidrogen
- heksana, C6H14 - 6 carbon dan 14 hidrogen
Mulai dengan jumlah karbon mulai dari lima diberi nama dengan
imbuhan jumlah yang ditentukan IUPAC diakhiri dengan -ana. Contohnya antara
lain adalah pentana, heksana, heptana, dan oktana.
Rantai karbon bercabang
Untuk memberi nama alkana dengan rantai bercabang digunakan
langkah-langkah berikut:
- Cari rantai atom karbon terpanjang
- Beri nomor pada rantai tersebut, dimulai dari ujung yang
terdekat dengan cabang
- Beri nama pada cabang-cabangnya
- Nama alkana dimulai dengan nomor letak cabang, nama cabang,
dan nama rantai utama.
- Contohnya adalah 2,2,4-trimetilpentana yang disebut juga
isooktana. Rantai terpanjangnya adalah pentana, dengan tiga buah cabang metil
(trimetil) pada karbon nomor 2, 2, dan 4.
REAKSI:
- Reaksi dengan oksigen (reaksi pembakaran)
Semua alkana dapat bereaksi dengan oksigen pada reaksi
pembakaran, meskipun pada alkana-alkana suku tinggi reaksi akan semakin sulit
untuk dilakukan seiring dengan jumlah atom karbon yang bertambah. Rumus umum
pembakaran adalah:
CnH2n+2 + (1.5n+0.5)O2 →
(n+1)H2O + nCO2
Ketika jumlah oksigen tidak cukup banyak, maka dapat juga
membentuk karbon monoksida, seperti pada reaksi berikut ini:
CnH(2n+2) + nO2 → (n+1)H2O
+ nCO
Contoh reaksi, metana:
2CH4 + 3O2 → 2CO + 4H2O
CH4 + 1.5O2 → CO + 2H2O
Reaksi antara alkana dengan halogen disebut dengan reaksi
"halogenasi radikal bebas". Atom hidrogen pada alkana akan secara
bertahap digantikan oleh atom-atom halogen. Radikal bebas adalah senyawa yang
ikut berpartisipasi dalam reaksi, biasanya menjadi campuran pada produk. Reaksi
halogenasi merupakan reaksi eksotermik dan dapat menimbulkan ledakan.
Reaksi ini sangat penting pada industri untuk menghalogenasi
hidrokarbon. Ada 3 tahap:
- Inisiasi: radikal halogen terbentuk melalui
homolisis. Biasanya, diperlukan energi dalam bentuk panas atau cahaya.
- Reaksi rantai atau Propagasi: radikal halogen akan mengabstrak
hidrogen dari alkana untuk membentuk radikal alkil.
- Terminasi rantai: tahap dimana radikal-radikal
bergabung.
Hasil eksperimen menunjukkan bahwa semua reaksi halogenasi
bisa menghasilkan semua campuran isomer yang berarti mengindikasikan atom
hidrogen rentan terhadap reaksi. Atom hidrogen sekunder dan tersier biasanya
akan tergantikan karena stablitas radikal bebas sekunder dan tersier lebih
baik. Contoh dapat dilihat pada monobrominasi propana:
- REAKSI ISOMERISASI DAN REFORMASI
Isomerisasi dan reformasi ada proses pemanasan yang mengubah
bentuk alkana rantai lurus dengan adanya katalis platinum. Pada isomerisasi,
alkana rantai lurus menjadi alkana rantai bercabang. Pada reformasi, alkana
rantai lurus berubah menjadi sikloalkana atau hidrokarbon aromatik, dengan
hidrogen sebagai produk sampingan. Kedua proses ini akan meningkatkan bilangan
oktan pada senyawa yang dihasilkan.
REAKSI CRACKING
Cracking akan memecah molekul besar menjadi molekul-molekul
yang lebih kecil. Reaksi cracking dapat dilakukan dengan metode pemanasan atau
dengan katalis. Metode cracking dengan pemanasan akan melibatkan mekanisme
homolitik dengan pembentukan radikal bebas. Metode cracking dengan bantuan
katalis biasanya melibatkan katalis asam, prosesnya akan menyebabkan pemecahan
ikatan heterolitik dengan menghasilkan ion yang muatannya berbeda. Ion yang
dihasilkan biasanya berupa karbokation dan anion hidrida yang tidak stabil.
SIFAT:
Sifat-sifat Umum Alkana
- Hidrokarbon jenuh (tidak ada ikatan atom C rangkap sehingga
jumlah atom H nya maksimal)
- Disebut golongan parafin karena affinitas kecil
- Sukar bereaksi
- Bentuk Alkana dengan rantai C1 – C4 pada suhu kamar adalah
gas, C4 – C17 pada suhu adalah cair dan
> C18 pada suhu kamar adalah padat
- Titik didih makin tinggi bila unsur C nya bertambah. dan bila
jumlah atom C sama maka yang bercabang mempunyai titik didih yang lebih rendah
- Sifat kelarutan : mudah larut dalam pelarut non polar
- Massa jenisnya naik seiring dengan penambahan jumlah unsur C
- Merupakan sumber utama gas alam dan petrolium (minyak bumi)
KEGUNAAN:
- Metana dan Etana sebagai bahan utama gas alam
- Propana sebagai bahan bakar elpiji dan juga sebagai propelen
pada aerosol
- Butana sebagai bahan bakar pada korek gas (pematik rokok)
- Pentana – Oktana sebagai bahan bakar kendaraan dan juga
pelarut
- Nonana – Heksadekana(cetana) sebagai bahan bakar diesel dan
bahan bakar penerbangan
- Alkana dengan C16 – C35 sebagai pelumas dan zat anti korosif
- Alkana dengan C >35 sebagai bitumen (aspal)
SUMBER:
ALKANA DI LUAR ANGKASA:
Metana dan etana adalah salah satu komponen kecil dari
atmosfer Yupiter.
Ekstraksi dari minyak bumi, yang mengandung banyak komponen
hidrokarbon, termasuk alkana.
Alkana adalah senyawa yang terdapat pada sebagian kecil dari
atmosfer beberapa planet seperti Yupiter (0.1% metana, 0.0002% etana), Saturnus
(0.2% metana, 0.0005% etana), Uranus (1.99% metana, 0.00025% etana) dan
Neptunus (1.5% metana, 1.5 ppm etana). Titan (1.6% metana), salah satu satelit
dari Saturnus, telah diteliti oleh Huygens bahwa atmosfer Titan menurunkan
hujan metana secara periodik ke permukaan bulan itu. Di Titan juga diketahui
terdapat sebuah gunung yang menyemburkan gas metana, dan semburan gunung ini
menyebabkan banyaknya metana pada atmosfer Titan. Selain itu, ditemukan oleh
radar Cassini, terlihat juga ada beberapa danau metana/etana di kawasan kutub
utara dari Titan. Metana dan etana juga diketahui terdapat pada bagian ekor
dari komet Hyakutake. Analisis kimia menunjukkan bahwa kelimpahan etana dan
metana hampir sama banyak, dan hal itu menunjukkan bahwa es metana dan etana
ini terbentuk di antara ruang antar bintang.
ALKANA DI BUMI:
Gas metana (sekitar 0.0001% atau 1 ppm) ada di atmosfer bumi,
diproduksi olwh organisme macam Archaea dan juga ditemukan pada kotoran sapi.
Sumber alkana yang paling penting adalah pada gas alam dan
minyak bumi. Gas alam mengandung metana dan etana, dengan sedikit propana dan
butana, sedangkan minyak bumi adalah campuran dari alkana cair dan hidrokarbon
lainnya. Hidrokarbon ini terbentuk dari jasad renik dan tanaman (zooplankton
dan fitoplankton) yang mati, kemudian terkubur di lautan, tertutup oleh
sedimentasi, dan berubah setelah terkena panas dan tekanan tinggi selama jutaan
tahun. Gas alam terbentuk dari reaksi di bawah ini:
C6H12O6 → 3CH4 + 3CO2
Alkana yang berwujud padat dikenal sebagai tar. Tar terbentuk
ketika senyawa alkana lain yang lebih ringan menguap dari deposit/sumber
hidrokarbon. Salah satu deposit alkana padat alam terbesar di dunia adalah
danau aspal yang dikenal dengan nama Danau Pitch di Trinidad dan Tobago.
Metana juga terdapat pada biogas yang diproduksi oleh hewan
ternak. Biogas ini dapat menjadi sumber energi terbaharui di kemudian hari.
Alkana hampir tidak dapat bercampur dengan air, jadi
kandungannya dalam air laut bisa dikatakan amat sedikit. Meski begitu, pada
tekanan yang tinggi dan suhu rendah (seperti di dasar laut), metana dapat
mengkristal dengan air untuk membentuk padatan metana hidrat. Meskipun saat ini
padatan ini masih belum bisa dieksploitasi secara komersial, tapi energi
pembakaran yang dihasilkan diperkirakan cukup besar. Maka dari itu, metana yang
diekstraksi dari metana hidrat dapat dianggap sebagai bahan bakar masa depan.