2.1 - Jenis-jenis Sebatian Karbon

Pengelasan Sebatian Karbon

• Sebatian karbon ialah sebatian yang mengandungi karbon sebagai unsur juzuknya.
• Dalam kitar karbon, fotosintesis memindahkan karbon dari atmosfera ke tumbuhan; pernafasan haiwan, pereputan dan pembakaran mengembalikan karbon ke atmosfera.
• Sebatian karbon organik berasal daripada benda hidup dan mengandungi karbon yang terikat secara kovalen dengan unsur seperti hidrogen, nitrogen, sulfur atau fosforus. Sebatian ini merangkumi bahan semula jadi seperti petroleum, karbohidrat, protein, lemak dan urea serta bahan yang disintesis daripada bahan semula jadi di makmal, seperti plastik, minyak wangi, detergen dan ubat.
• Sebatian karbon tak organik berasal daripada benda bukan hidup; contohnya oksida karbon, sebatian karbonat dan sebatian sianida.
• Dalam penghasilan makanan, organik merujuk kepada tanaman tanpa racun perosak, baja sintetik atau pengubahsuaian genetik serta hasil haiwan tanpa antibiotik atau hormon pertumbuhan. Maksud ini berbeza daripada pengelasan kimia.
• Protein mengandungi karbon, hidrogen, nitrogen dan oksigen; kanji, lemak dan alkohol mengandungi karbon, hidrogen dan oksigen.
• Sebatian organik dibahagikan kepada:
  • hidrokarbon: mengandungi karbon dan hidrogen sahaja, seperti petrol dan gas asli;
  • bukan hidrokarbon: mengandungi karbon, hidrogen dan unsur lain seperti oksigen, nitrogen, fosforus atau halogen; contohnya protein, kanji, lemak dan alkohol.
• Hidrokarbon dikelaskan mengikut ikatan antara atom karbon:
  • hidrokarbon tepu mempunyai ikatan tunggal karbon–karbon sahaja;
  • hidrokarbon tak tepu mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua atau ganda tiga karbon–karbon.

Petroleum sebagai Sumber Utama Hidrokarbon

• Petroleum (minyak mentah) ialah sumber utama hidrokarbon. Petroleum terbentuk selama berjuta-juta tahun daripada sisa tumbuhan dan haiwan yang mati di dasar laut.
• Petroleum ialah campuran hidrokarbon ringkas dan rantai panjang yang perlu ditapis sebelum digunakan.
• Penapisan petroleum mempunyai dua peringkat utama: penyulingan berperingkat dan peretakan.

Penyulingan berperingkat

• Petroleum dipanaskan dan dialirkan ke dalam menara penyulingan.
• Pecahan dapat dipisahkan kerana setiap pecahan hidrokarbon mempunyai julat takat didih tersendiri.
• Pecahan bertakat didih rendah mengewap dahulu, naik lebih tinggi di dalam menara, kemudian memeluwap. Pecahan bertakat didih tinggi memeluwap dan dikumpulkan di bahagian bawah menara.
• Molekul kecil mempunyai takat didih lebih rendah, warna lebih cerah, lebih mudah terbakar dan kurang likat. Molekul besar menunjukkan pola yang bertentangan.

Pecahan	Julat karbon; julat takat didih; kegunaan utama
Gas petroleum	${\mathrm{C}}_1-{\mathrm{C}}_4$; bawah $40{}^{\circ }\mathrm{C}$; gas memasak
Petrol	${\mathrm{C}}_5-{\mathrm{C}}_9$; $40-75{}^{\circ }\mathrm{C}$; bahan api kenderaan bermotor
Nafta	${\mathrm{C}}_5-{\mathrm{C}}_{10}$; $75-150{}^{\circ }\mathrm{C}$; bahan mentah industri petrokimia
Kerosin	${\mathrm{C}}_{10}-{\mathrm{C}}_{16}$; $160-250{}^{\circ }\mathrm{C}$; bahan api kapal terbang
Minyak diesel	${\mathrm{C}}_{14}-{\mathrm{C}}_{20}$; $125-300{}^{\circ }\mathrm{C}$; bahan api kenderaan berat
Minyak pelincir	${\mathrm{C}}_{20}-{\mathrm{C}}_{50}$; $300-350{}^{\circ }\mathrm{C}$; pelincir dan lilin
Minyak bahan api	${\mathrm{C}}_{20}-{\mathrm{C}}_{70}$; $350-500{}^{\circ }\mathrm{C}$; kapal dan stesen jana kuasa
Bitumen	Melebihi ${\mathrm{C}}_{70}$; melebihi $500{}^{\circ }\mathrm{C}$; turapan jalan

Peretakan

• Peretakan memecahkan hidrokarbon rantai panjang kepada hidrokarbon lebih kecil pada suhu dan tekanan tinggi.
• Campuran aluminium oksida, $\mathrm{A}{\mathrm{l}}_2{\mathrm{O}}_3$, dan silikon(IV) oksida, $\mathrm{Si}{\mathrm{O}}_2$, lazim digunakan sebagai mangkin.
• Hasilnya termasuk molekul bahan api yang lebih kecil serta alkana dan alkena rantai pendek untuk menghasilkan polimer, ubat, detergen, pelarut dan baja.
• Peretakan memenuhi permintaan tinggi terhadap molekul kecil yang lebih mudah terbakar daripada molekul besar.

${\mathrm{C}}_7{\mathrm{H}}_{16}\to {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_4+{\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{12}$

${\mathrm{C}}_{10}{\mathrm{H}}_{22}\to 2{\mathrm{C}}_5{\mathrm{H}}_{10}+{\mathrm{H}}_2$

Penyulingan Berperingkat Petroleum

Tujuan: Mengkaji penyulingan berperingkat petroleum.

Bahan dan radas: Petroleum, kapas, kertas turas, kaki retort, termometer $0-360{}^{\circ }\mathrm{C}$, kelalang dasar bulat, kelalang kon, tabung uji, kondenser Liebig, kasa dawai, tungku kaki tiga, mangkuk penyejat, serpihan porselin, blok kayu dan penunu Bunsen.

Prosedur

1. Masukkan $50\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3$ petroleum dan satu spatula serpihan porselin ke dalam kelalang dasar bulat; pasang radas penyulingan berperingkat.
2. Panaskan perlahan-lahan dan kumpulkan empat pecahan secara berasingan pada $30-80$, $80-120$, $120-160$ dan $160-200{}^{\circ }\mathrm{C}$.
3. Rekodkan warna dan kelikatan setiap pecahan.
4. Titiskan sedikit pecahan pada kapas di dalam mangkuk penyejat, nyalakan dan pegang kertas turas di atas nyalaan untuk membandingkan warna nyalaan dan jelaga.
5. Ulangi bagi semua pecahan dan jadualkan julat takat didih, warna, kelikatan dan kejelagaan.

Langkah berjaga-jaga: Wap petroleum mudah terbakar.

Alternatif Boleh Baharu kepada Petroleum

• Petroleum ialah bahan api fosil tidak boleh baharu. Kebanyakan rizab diramalkan habis dalam kira-kira 100 tahun pada kadar penggunaan semasa anggaran itu dibuat.
• Biojisim ialah bahan organik tumbuhan dan haiwan yang menyimpan tenaga yang asalnya diperoleh daripada matahari.
• Sumber tenaga alternatif boleh baharu yang dihasilkan daripada biojisim melalui proses kimia termasuk bioetanol, biodiesel dan biogas.