Alkana

Halaman ini merangkumi standard kandungan 10.3 bab Sebatian Karbon Tingkatan 5: alkana. Alkana ialah siri homolog yang paling ringkas dan bahan api yang anda gunakan setiap hari, gas asli, petrol dan diesel kebanyakannya alkana. Mempelajari formula, trend sifat dan dua tindak balasnya yang boleh diperiksa memberi anda templat yang jelas untuk setiap keluarga yang menyusul.

Apakah alkana?

Alkana ialah hidrokarbon tepu: ia mengandungi hanya karbon dan hidrogen (hidrokarbon) dan hanya ikatan karbon–karbon tunggal (tepu). Setiap atom karbon terikat kepada bilangan maksimum atom hidrogen yang mungkin, itulah maksud “tepu”.

Formula am: CₙH₂ₙ₊₂. Gantikan nilai n untuk mendapat mana-mana ahli. Untuk n = 1, CH₄; untuk n = 2, C₂H₆; untuk n = 3, C₃H₈; untuk n = 4, C₄H₁₀.

Empat ahli pertama yang mesti anda tahu ialah:

Nama	Formula molekul	n
Metana	CH₄	1
Etana	C₂H₆	2
Propana	C₃H₈	3
Butana	C₄H₁₀	4

Sifat fizik

Alkana mengikut trend siri homolog yang biasa:

• Keadaan. Ahli pertama (metana hingga butana) ialah gas pada suhu bilik; ahli pertengahan ialah cecair; ahli lebih tinggi ialah pepejal.
• Takat didih dan lebur meningkat menuruni siri, kerana molekul lebih besar mempunyai daya van der Waals yang lebih kuat antaranya, jadi lebih banyak tenaga diperlukan untuk memisahkannya.
• Keterlarutan. Alkana tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik.
• Ketumpatan rendah dan meningkat secara beransur menuruni siri.

Sifat kimia

Kerana alkana hanya mempunyai ikatan tunggal C–C dan C–H yang kuat dan tiada kumpulan berfungsi reaktif, ia agak tidak reaktif. Terdapat dua tindak balas yang diperiksa oleh sukatan pelajaran.

1. Pembakaran

Alkana ialah bahan api yang cemerlang. Dalam bekalan oksigen yang banyak, alkana mengalami pembakaran lengkap memberi karbon dioksida dan air serta membebaskan sejumlah besar haba:

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

Dalam bekalan oksigen yang terhad, pembakaran tidak lengkap berlaku, menghasilkan karbon monoksida (CO), gas toksik, dan/atau jelaga (karbon, C) bersama air. Inilah sebab perkakas pembakar bahan api mesti mempunyai pengudaraan yang baik.

2. Penggantian dengan halogen

Dengan kehadiran cahaya ultraungu (cahaya matahari), alkana bertindak balas dengan halogen seperti klorin melalui penggantian: satu atom hidrogen digantikan oleh satu atom halogen, dan hidrogen klorida turut terbentuk:

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Ini ialah tindak balas penggantian kerana satu atom mengambil tempat atom lain. Perhatikan bahawa cahaya ultraungu diperlukan, ini butiran kegemaran dalam soalan peperiksaan.

Contoh penyelesaian

Soalan. Tulis persamaan seimbang untuk pembakaran lengkap propana (C₃H₈), dan namakan dua hasil.

Langkah 1, Tulis bahan tindak balas dan hasil. Pembakaran lengkap bermakna propana bertindak balas dengan oksigen memberi karbon dioksida dan air:

C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O

Langkah 2, Seimbangkan karbon. Propana ada 3 karbon, jadi kita perlukan 3 CO₂:

C₃H₈ + O₂ → 3CO₂ + H₂O

Langkah 3, Seimbangkan hidrogen. Propana ada 8 hidrogen, jadi kita perlukan 4 H₂O (4 × 2 = 8 H):

C₃H₈ + O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

Langkah 4, Seimbangkan oksigen. Sebelah kanan ada (3 × 2) + 4 = 10 atom oksigen, jadi kita perlukan 5 O₂:

C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

Jawapan. C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. Dua hasil ialah karbon dioksida dan air.

Soalan latihan

Soalan. Terangkan mengapa alkana digambarkan sebagai agak tidak reaktif, dan nyatakan syarat yang diperlukan untuk alkana bertindak balas dengan klorin.

Jawapan. Alkana adalah tepu: setiap ikatan karbon–karbon ialah ikatan tunggal dan tiada kumpulan berfungsi reaktif (tiada ikatan ganda dua). Ikatan tunggal C–C dan C–H adalah kuat dan tidak mudah diputuskan, jadi alkana agak tidak reaktif. Untuk alkana bertindak balas dengan klorin, cahaya ultraungu (cahaya matahari) diperlukan; tindak balasnya ialah penggantian, di mana satu atom hidrogen digantikan oleh satu atom klorin, contohnya CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl.

Petua peperiksaan

Dua jawapan memperoleh markah dengan pasti. Untuk pembakaran, tepat tentang bekalan oksigen: oksigen banyak memberi pembakaran lengkap (CO₂ + air); oksigen terhad memberi pembakaran tidak lengkap (CO dan/atau jelaga + air). Untuk tindak balas halogen, sentiasa namakannya sebagai penggantian dan sentiasa nyatakan syarat, cahaya ultraungu. Perangkap yang sangat biasa ialah mengelirukannya dengan tindak balas penambahan alkena: alkana adalah tepu, jadi ia hanya boleh menggantikan, tidak pernah menambah. Menyeimbangkan persamaan pembakaran paling mudah jika anda seimbangkan C, kemudian H, dan O terakhir.

Bagaimana ia berhubung

Alkana ialah titik rujukan anda untuk seluruh bab. Sebaik anda menemui alkena (standard 10.4), kontras utamanya ialah alkena adalah tak tepu dan mengalami penambahan, sedangkan alkana hanya menggantikan. Pembakaran muncul semula apabila anda membandingkan nyalaan lebih berjelaga sebatian tak tepu. Kerana pembakaran dan menyeimbangkan persamaan diuji sepanjang Kimia SPM, latihan yang anda buat di sini terbawa jauh melangkaui satu standard ini.

Di mana ia terletak

Ini standard kandungan 10.3 bab Sebatian Karbon, keluarga individu pertama selepas pengenalan am. Kerjakan lebih banyak persamaan seimbang dalam contoh penyelesaian bab, dan pastikan anda mengelak silap penggantian-lawan-penambahan menggunakan halaman kesilapan lazim. Dalam kelas Kimia SPM 1-ke-1 dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, guru kami melatih menyeimbangkan pembakaran dan syarat penggantian sehingga kedua-duanya automatik, kerana ia antara perkara paling kerap diperiksa dalam bab ini.

Imbas semula pantas

• Alkana ialah hidrokarbon tepu, formula am CₙH₂ₙ₊₂.
• Ahli pertama: metana, etana, propana, butana (CH₄, C₂H₆, C₃H₈, C₄H₁₀).
• Takat didih naik menuruni siri (daya lebih kuat antara molekul lebih besar).
• Pembakaran lengkap → CO₂ + H₂O; pembakaran tidak lengkap → CO/jelaga + H₂O.
• Penggantian dengan halogen perlukan cahaya ultraungu: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl.
• Agak tidak reaktif kerana ia tepu dengan ikatan tunggal yang kuat.