Nota Kimia T5 Bab 2: Sebatian Karbon SPM | KSSM — JomSkor
Nota ringkas Kimia SPM Tingkatan 5 Bab 2 — sebatian karbon, siri homolog alkana dan alkena, alkohol, asid karboksilik, ester, tindak balas organik dan penggunaan dalam industri.
1. Jenis-jenis Sebatian Karbon
| Jenis | Huraian | Contoh |
|---|---|---|
| Sebatian organik | Berasal daripada benda hidup; C terikat kovalen dengan H, O, N, S | Glukosa, etanol, protein |
| Sebatian tak organik | Bukan daripada benda hidup | CO₂, CaCO₃, NaCN |
| Hidrokarbon | Mengandungi C dan H sahaja | Metana, etena, propana |
| Bukan hidrokarbon | Mengandungi C, H dan unsur lain (O, N, halogen) | Etanol, asid etanoik, glukosa |
| Hidrokarbon tepu | Hanya ikatan tunggal C–C | Alkana (metana, etana) |
| Hidrokarbon tak tepu | Ada ikatan ganda dua atau ganda tiga C=C/C≡C | Alkena (etena), alkuna (etuna) |
2. Sumber Hidrokarbon — Petroleum
Sumber utama hidrokarbon ialah petroleum (terbentuk daripada pereputan organisma di dasar laut berjuta-juta tahun dahulu).
Penyulingan Berperingkat
| Pecahan | Saiz Molekul | Julat Suhu | Kegunaan |
|---|---|---|---|
| Gas petroleum | C₁–C₄ | <40°C | Gas memasak, bahan api |
| Petrol | C₅–C₉ | 40–75°C | Bahan api kenderaan |
| Nafta | C₅–C₁₀ | 75–150°C | Bahan mentah petrokimia |
| Kerosin | C₁₀–C₁₆ | 160–250°C | Bahan api kapal terbang |
| Diesel | C₁₄–C₂₀ | 125–300°C | Kenderaan berat (bas, lori) |
| Minyak pelincir | C₂₀–C₅₀ | 300–350°C | Pelincir enjin |
| Bitumen | >C₇₀ | >500°C | Menurap jalan raya |
Prinsip: Takat didih bertambah apabila saiz molekul bertambah kerana daya van der Waals semakin kuat.
Peretakan
Hidrokarbon rantai panjang dipecahkan kepada molekul lebih kecil pada suhu dan tekanan tinggi dengan mangkin Al₂O₃ + SiO₂. Contoh: C₁₀H₂₂ → C₅H₁₀ + C₅H₁₂
3. Siri Homolog
Siri homolog ialah kumpulan sebatian organik yang:
- Mempunyai formula am yang sama
- Berbeza sebanyak satu unit CH₂ antara ahli berurutan (jisim molekul relatif +14)
- Mempunyai kumpulan berfungsi dan sifat kimia yang sama
- Menunjukkan perubahan sifat fizik secara beransur-ansur
| Siri Homolog | Formula Am | Kumpulan Berfungsi | Akhiran IUPAC |
|---|---|---|---|
| Alkana | CₙH₂ₙ₊₂ (n≥1) | Ikatan tunggal C–C | -ana |
| Alkena | CₙH₂ₙ (n≥2) | C=C (ikatan ganda dua) | -ena |
| Alkuna | CₙH₂ₙ₋₂ (n≥2) | C≡C (ikatan ganda tiga) | -una |
| Alkohol | CₙH₂ₙ₊₁OH (n≥1) | –OH (hidroksil) | -ol |
| Asid karboksilik | CₙH₂ₙ₊₁COOH (n≥0) | –COOH (karboksil) | asid ...-oik |
| Ester | RCOOR' | –COO– (ester) | ...-il ...-oat |
Penamaan IUPAC
Nama induk (bilangan C rantai terpanjang): met(1), et(2), prop(3), but(4), pent(5), heks(6), hept(7), okt(8), non(9), dek(10)
4. Alkana (Hidrokarbon Tepu)
Formula am: CₙH₂ₙ₊₂ | Kumpulan berfungsi: tiada (ikatan C–C tunggal sahaja)
| Nama | Formula | Keadaan (suhu bilik) |
|---|---|---|
| Metana | CH₄ | Gas |
| Etana | C₂H₆ | Gas |
| Propana | C₃H₈ | Gas |
| Butana | C₄H₁₀ | Gas |
| Pentana | C₅H₁₂ | Cecair |
Tindak Balas Alkana
- Pembakaran sempurna: alkana + O₂ → CO₂ + H₂O
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O - Pembakaran tak sempurna: (O₂ kurang) → CO + H₂O (gas CO toksik!)
- Penggantian halogen (perlu cahaya UV):
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl(klorometan)
5. Alkena (Hidrokarbon Tak Tepu)
Formula am: CₙH₂ₙ | Kumpulan berfungsi: C=C (ikatan ganda dua karbon-karbon)
| Nama | Formula | Kegunaan |
|---|---|---|
| Etena | C₂H₄ | Monomer polietilena, mematangkan buah |
| Propena | C₃H₆ | Monomer polipropilena |
| Butena | C₄H₈ | Bahan api, polimer sintetik |
Tindak Balas Alkena
- Penambahan hidrogen (hidrogenasi):
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆(pemangkin Ni, suhu tinggi) - Penambahan halogen:
C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂(air bromin dilunturkan → ujian alkena) - Penambahan air (hidrasi):
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH(pemangkin asid fosforik, 300°C) - Polimerisasi penambahan:
nC₂H₄ → (–CH₂–CH₂–)ₙ(polietilena)
Ujian alkena: Tambah air bromin (warna perang) → dilunturkan dalam gelap = alkena. Tidak dilunturkan = alkana.
6. Alkohol
Formula am: CₙH₂ₙ₊₁OH | Kumpulan berfungsi: –OH (hidroksil)
| Nama | Formula | Kegunaan |
|---|---|---|
| Metanol | CH₃OH | Bahan api, pelarut, toksik jika diminum |
| Etanol | C₂H₅OH | Minuman, antiseptik, bahan api, pelarut |
| Propanol | C₃H₇OH | Pelarut, antiseptik |
Tindak Balas Alkohol
- Penyingkiran (dehidrasi): alkohol → alkena + air (pemangkin H₂SO₄ pekat, panas)
C₂H₅OH → C₂H₄ + H₂O - Pengoksidaan: alkohol → asid karboksilik (agen pengoksida: K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄)
C₂H₅OH + [O] → CH₃COOH + H₂O - Esterifikasi: alkohol + asid karboksilik → ester + air
- Pembakaran: C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
7. Asid Karboksilik
Formula am: CₙH₂ₙ₊₁COOH | Kumpulan berfungsi: –COOH (karboksil)
- Asid lemah — terion separa dalam air: CH₃COOH ⇌ CH₃COO⁻ + H⁺
- Tindak balas dengan alkali → garam + air:
CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O - Tindak balas dengan karbonat → garam + air + CO₂:
2CH₃COOH + Na₂CO₃ → 2CH₃COONa + H₂O + CO₂ - Tindak balas dengan alkohol → ester (esterifikasi)
8. Ester
Kumpulan berfungsi: –COO– (ester)
Terbentuk melalui esterifikasi (tindak balas boleh balik):
asid karboksilik + alkohol ⇌ ester + air
CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O
(pemangkin: H₂SO₄ pekat; haba; tindak balas perlahan)
| Ester | Bau/Rasa | Kegunaan |
|---|---|---|
| Etil etanoat (CH₃COOC₂H₅) | Buah pear | Pelarut, pewarna |
| Amil etanoat (CH₃COOC₅H₁₁) | Pisang | Perisa makanan |
| Oktil etanoat | Oren | Perisa, wangian |
Hidrolisis Ester
- Hidrolisis asid: ester + air (H₂SO₄ pemangkin) → asid karboksilik + alkohol
- Hidrolisis alkali (saponifikasi): ester + NaOH → garam natrium asid karboksilik + alkohol (digunakan dalam pembuatan sabun)
9. Isomer dan Penamaan IUPAC
Isomer: sebatian dengan formula molekul yang sama tetapi susunan atom atau struktur berbeza.
- Butana (C₄H₁₀): n-butana (rantai lurus) dan 2-metilpropana (rantai bercabang)
- Butena (C₄H₈): but-1-ena dan but-2-ena (kedudukan ikatan ganda dua berbeza)
Soalan lazim
Apakah perbezaan antara alkana dan alkena?
Alkana adalah hidrokarbon tepu — semua ikatan antara atom karbon adalah ikatan tunggal (C–C). Formula am: CₙH₂ₙ₊₂. Alkena adalah hidrokarbon tak tepu — mengandungi sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua (C=C). Formula am: CₙH₂ₙ. Alkena lebih reaktif kerana ikatan π dalam ikatan ganda dua mudah diputuskan.
Bagaimana membezakan alkana dan alkena menggunakan ujian kimia?
Tambahkan larutan bromin (air bromin). Alkena: warna perang <strong>dilunturkan</strong> kerana berlaku tindak balas penambahan (C=C + Br₂ → C(Br)–C(Br)). Alkana: warna perang <strong>tidak berubah</strong> dalam gelap; hanya dilunturkan jika ada cahaya (tindak balas penggantian radikal bebas).
Apakah itu esterifikasi dan bagaimana ester terbentuk?
Esterifikasi ialah tindak balas antara asid karboksilik dengan alkohol dengan kehadiran pemangkin asid sulfurik pekat dan haba, menghasilkan ester dan air. Contoh: CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O. Tindak balas ini <em>boleh balik</em>.
Mengapa alkohol bersifat neutral walaupun mengandungi kumpulan –OH?
Kumpulan –OH dalam alkohol terikat terus pada rantai karbon, bukan pada ion logam. Ia tidak mengion dalam air untuk membebaskan OH⁻, jadi alkohol tidak bersifat alkali. Berbeza dengan NaOH yang membebaskan Na⁺ + OH⁻ dalam air.
Apakah kegunaan utama sebatian karbon dalam kehidupan harian?
Alkana (metana, propana, butana): bahan api. Alkena (etena): monomer untuk polietilena dan sebatian plastik. Alkohol (etanol): pelarut, antiseptik, minuman, bahan api bioetanol. Asid etanoik (asetik): cuka, pelarut. Ester: pewarna buah dalam makanan dan wangian.