Nota ulang kaji: Sebatian Karbon

Nota ini mengerjakan bab Sebatian Karbon satu standard kandungan pada satu masa supaya anda boleh mengulang kaji setiap siri, menyemak definisi yang diharapkan skema pemarkahan, serta berlatih menamakan sebatian dan menulis persamaan. Simpan ia di sebelah soalan kertas lepas dan gunakannya untuk mengesahkan jawapan anda. Bab ini menghargai ketepatan: formula am yang betul, keadaan tindak balas yang betul, dan persamaan yang seimbang setiap kali.

10.1–10.2 Sebatian karbon dan siri homolog

Sebatian karbon mengandungi karbon yang bergabung dengan unsur lain; hidrokarbon pula mengandungi karbon dan hidrogen sahaja. Kebanyakan bahan api, petroleum dan gas asli, ialah campuran hidrokarbon. Siri homolog ialah keluarga sebatian yang:

• berkongsi formula am yang sama;
• mempunyai kumpulan berfungsi yang sama dan sifat kimia yang serupa;
• menunjukkan perubahan beransur-ansur dalam sifat fizik (takat didih, takat lebur dan ketumpatan meningkat, manakala kemeruapan menurun apabila saiz molekul bertambah);
• berbeza daripada ahli berikutnya sebanyak satu unit CH₂; dan
• boleh disediakan melalui kaedah yang serupa.

Hafal formula am. Alkana CₙH₂ₙ₊₂; alkena CₙH₂ₙ; alkohol CₙH₂ₙ₊₁OH; asid karboksilik CₙH₂ₙ₊₁COOH. Dengan mengetahui formula ini, anda boleh menentukan formula molekul daripada bilangan atom karbon.

10.2 Tatanama IUPAC

Nama IUPAC mempunyai rangkai kata dasar untuk bilangan atom karbon dalam rantai terpanjang dan akhiran untuk kumpulan berfungsi.

• Dasar: met- (1), et- (2), prop- (3), but- (4), pent- (5), heks- (6).
• Akhiran: -ana (alkana), -ena (alkena, dengan nombor menunjukkan di mana ikatan ganda dua C=C bermula), -ol (alkohol), asid -anoik (asid karboksilik).
• Cabang dinamakan sebagai kumpulan alkil (metil, etil) dengan lokan, contohnya 2-metilpropana.

Berlatih menamakan daripada struktur dan melukis struktur daripada nama, kedua-dua arah diperiksa.

10.3 Alkana

Alkana ialah hidrokarbon tepu, setiap ikatan karbon–karbon ialah ikatan tunggal. Ia agak lengai. Dua tindak balas yang penting:

• Pembakaran. Pembakaran lengkap dalam udara berlebihan menghasilkan karbon dioksida dan air: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Dalam udara terhad, pembakaran tak lengkap menghasilkan karbon monoksida dan jelaga (karbon).
• Penggantian. Dengan halogen di hadapan cahaya ultraungu atau cahaya matahari, satu atom hidrogen digantikan: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl. Cahaya ialah keadaan yang mesti ada.

10.4 Alkena

Alkena ialah hidrokarbon tak tepu, ia mengandungi ikatan ganda dua karbon–karbon (C=C), iaitu kumpulan berfungsi dan tapak yang reaktif. Tindak balas lazimnya ialah tindak balas penambahan, di mana ikatan ganda dua terbuka dan atom ditambah merentasinya:

• Pembakaran, terbakar dengan nyalaan lebih berjelaga dan lebih kuning kerana kandungan karbon yang lebih tinggi.
• Penghidrogenan, menambah hidrogen dengan mangkin nikel pada kira-kira 180 °C untuk menghasilkan alkana.
• Penghalogenan, menambah bromin; etena + Br₂ → 1,2-dibromoetana. Ini menyahwarnakan air bromin perang pada suhu bilik.
• Penambahan hidrogen halida, contohnya etena + HBr → bromoetana.
• Penghidratan, menambah stim dengan mangkin asid fosforik untuk membentuk alkohol.
• Pempolimeran, banyak molekul etena bergabung membentuk poli(etena).

Membezakan alkana daripada alkena

Ini soalan kegemaran. Goncang setiap gas atau cecair dengan air bromin atau dengan kalium manganat(VII) berasid:

• Alkena menyahwarnakan air bromin perang dengan cepat pada suhu bilik, dan menyahwarnakan kalium manganat(VII) berasid yang ungu.
• Alkana tidak memberi perubahan dengan mana-mana reagen (bromin hanya bertindak balas dengan alkana dalam cahaya ultraungu).

10.5 Keisomeran

Isomer struktur mempunyai formula molekul yang sama tetapi formula struktur yang berbeza, jadi atomnya bercantum dalam susunan yang berlainan. Contohnya, C₄H₁₀ wujud sebagai butana (rantai lurus) dan 2-metilpropana (rantai bercabang), dan C₅H₁₂ mempunyai tiga isomer. Apabila soalan meminta anda melukis isomer:

• kekalkan formula molekul;
• susun semula rangka karbon (lurus lawan bercabang) atau, bagi alkena dan alkohol, ubah kedudukan ikatan ganda dua atau kumpulan –OH;
• beri nama IUPAC yang betul bagi setiap satu; dan
• semak setiap karbon mempunyai empat ikatan dan tiada dua struktur yang sebenarnya molekul yang sama dilukis secara berbeza.

10.6 Alkohol

Alkohol mengandungi kumpulan hidroksil –OH. Etanol, C₂H₅OH, ialah contoh utama. Ia dihasilkan melalui dua cara:

• Penapaian, glukosa ditukarkan oleh enzim dalam yis, tanpa kehadiran udara, kepada etanol dan karbon dioksida: C₆H₁₂O₆ → 2C₂H₅OH + 2CO₂.
• Penghidratan industri, stim ditambah kepada etena dengan mangkin asid fosforik.

Tindak balas alkohol yang perlu diketahui:

• Pembakaran, terbakar lengkap kepada karbon dioksida dan air.
• Pengoksidaan, kalium dikromat(VI) berasid (jingga → hijau) atau kalium manganat(VII) berasid (ungu → tak berwarna) mengoksidakan etanol kepada asid etanoik.
• Pendehidratan, mengalirkan wap etanol atas aluminium oksida panas, atau memanaskan dengan asid sulfurik pekat, menyingkirkan air untuk menghasilkan etena.

10.7 Asid karboksilik

Asid karboksilik mengandungi kumpulan karboksil –COOH. Asid etanoik, CH₃COOH, ialah asid lemah tetapi menunjukkan semua tindak balas asid yang lazim:

• dengan logam reaktif → garam + hidrogen;
• dengan karbonat → garam + air + karbon dioksida;
• dengan bes atau alkali → garam + air; dan
• dengan alkohol → ester (pengesteran).

10.8 Ester, lemak dan minyak

Ester terbentuk apabila asid karboksilik bertindak balas dengan alkohol, menggunakan asid sulfurik pekat sebagai mangkin, inilah pengesteran: CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O. Ester dinamakan alkil alkanoat (di sini, etil etanoat). Ia berbau manis dan wangi seperti buah-buahan serta digunakan dalam perisa dan minyak wangi. Lemak dan minyak ialah ester semula jadi daripada gliserol dan asid lemak rantai panjang: lemak ialah tepu dan pepejal pada suhu bilik, minyak pula tak tepu dan cecair. Menambah hidrogen kepada minyak (penghidrogenan) menaikkan takat leburnya dan digunakan untuk menghasilkan marjerin.

Cara menggunakan nota ini

Ulang kaji satu standard pada satu masa dan uji diri dengan lantang. Tulis setiap formula am, namakan lima struktur dan lukis semula daripada namanya, dan latih keadaan tindak balas sehingga automatik, mangkin, reagen, perubahan warna. Kemudian cuba soalan latihan bab ini dan tanda jawapan anda mengikut persamaan di atas. Seorang guru satu-ke-satu boleh menyemak bahawa isomer anda benar-benar berbeza dan persamaan anda seimbang, dua tempat pelajar paling kerap kehilangan markah. Kerana Sebatian Karbon menganyam penamaan, kumpulan berfungsi dan tindak balas organik bersama, mengukuhkannya memperkuat keseluruhan persediaan Kimia SPM anda.