Mengenal Senyawa Karbon Secara Lengkap

Pernahkah kamu melihat asap kendaraan di jalan yang berwarna hitam? Apa yang menyebabkan timbulnya warna hitam tersebut? Lalu pernahkah kamu memperhatikan apa yang terjadi pada kayu setelah dibakar? Tentunya kayupun berubah menjadi hitam.  Munculnya warna hitam tersebut berasal dari karbon. Bahan bakar yang digunakan dalam kendaraan merupakan senyawa karbon. Begitupun dengan kayu yang mengandung banyak karbon.

Lebih dari 16 juta senyawa karbon sudah ditemukan. Senyawa karbon ini  penting untuk kamu pelajari karena sangat erat dengan kehidupan sehari-hari serta menyangkut makhluk hidup. Untuk lebih jelasnya kamu dapat membaca penjelasan berikut ini.

Pendahuluan dan Pengertian

Senyawa karbon adalah senyawa yang mengandung unsur karbon di dalamnya. Bidang kimia yang secara khusus mempelajari senyawa karbon adalah kimia organik. Istilah kimia organik berasal dari fakta bahwa pada abad ke-19, secara keseluruhan senyawa karbon berasal dari organisme hidup dan tidak dapat disintesis.

Semua senyawa organik, seperti protein, karbohidrat, dan lemak, mengandung karbon. Semua sel hewan dan tumbuhan mengandung senyawa karbon serta polimer (makromolekul yang terdiri dari molekul-molekul sederhana yang berikatan melalui suatu cara yang spesifik) dari senyawa karbon. Karbon dapat berikatan dengan hidrogen, oksigen, nitrogen, dan beberapa unsur lainnya membentuk senyawa – senyawa yang merupakan 18 persen dari materi penyusun makhluk hidup.

Gula merupakan salah satu contoh dari senyawa karbon yang ada pada makhluk hidup dengan rumus kimia C₁₂H₂₂O₁₁. Keberadaan unsur karbon, hidrogen, serta oksigen dapat diuji kebenarannya melalui percobaan yang cukup sederhana, seperti yang ditunjukkan dalam gambar berikut.

Gula yang telah dicampurkan dengan CuO yang bertindak sebagai oksidator dimasukkan ke dalam tabung reaksi yang kemudian dipanaskan akan menghasilkan gas. Gas yang dihasilkan dialirkan melalui pipa ke dalam wadah berisi air kapur (Ca(OH)₂), menyebabkan air kapur berubah menjadi semakin keruh. Penyebab semakin keruhnya air kapur tersebut menandakan adanya CO₂. Hal itu berarti bahwa pada gula terdapat unsur C dan O.

Selanjutnya untuk menguji keberadaan unsur H, tempelkan kertas kobalt pada dinding bagian dalam tabung reaksi. Kertas kobalt yang asalnya berwarna biru akan berubah menjadi merah muda. Penyebab terjadinya perubahan warna tersebut adalah H₂O.

Baca juga: Konsep Reaksi Redoks

Perkembangan Istilah Senyawa Organik Menjadi Senyawa Karbon

Pada tahun 1780, Karl Wilhelm Scheele membedakan senyawa – senyawa dalam dua kelompok yaitu senyawa organik dan senyawa anorganik. Menurutnya, senyawa organik adalah senyawa yang dihasilkan oleh makhluk hidup, sedangkan senyawa anorganik adalah senyawa yang dihasilkan oleh benda mati.

Pada tahun 1807, Jons Jacob Berzelius membuat teori vis vitalis yang menyatakan bahwa semua senyawa – senyawa organik hanya dapat dibuat dalam tubuh makhluk hidup  dengan bantuan daya hidup (vis vitalis), sehingga tidak mungkin untuk membuat senyawa organik secara sintesis.

Sampai abad ke-19, kedua teori tersebut masih berlaku hingga pada akhirnya seseorang bernama Friederich Wohler yang merupakan murid dari Berzelius berhasil mematahkan kedua teori sebelumnya. Wohler berhasil mensintesis salah satu senyawa organik yakni urea (yang biasanya dihasilkan dalam urin) di laboratorium dengan menggunakan senyawa anorganik. Urea hasil sintesisnya diperoleh melalui reaksi perak sianat dengan amonium klorida menghasilkan amonium sianat.

AgOCN + NH₄Cl NH₄OCN + AgCl

Ketika ammonium sianat diuapkan untuk memperoleh kristalnya dengan menggunakan pemanasan yang sangat lama, ammonium sianat berubah menjadi urea ((NH₂)₂ CO).

NH₄OCN (NH₂)₂CO

Berdasarkan penemuan Wohler tersebut, maka penamaan istilah senyawa organik dirasa sudah tidak tepat lagi karena nyatanya ada senyawa organik yang dapat disintesis menggunakan senyawa anorganik. Oleh karena itu, penggunaan istilah senyawa organik diganti menjadi senyawa karbon (karena tersusun dari banyak atom karbon), walaupun sampai sekarang masih ada yang menyebutnya sebagai senyawa organik.

Kekhasan Atom Karbon

Dalam sistem periodik unsur, karbon terletak pada golongan IVA dan periode dua. Oleh karena itu atom karbon memiliki ciri khas tertentu, yaitu sebagai berikut.

1. Dapat membentuk empat ikatan kovalen

Atom karbon memiliki nomor atom 6, dengan jumlah elektron valensi sebanyak empat buah. Untuk memenuhi kaidah oktet (agar mencapai kestabilan), maka atom karbon memerlukan empat buah elektron lagi dengan cara membentuk ikatan kovalen dengan atom yang lain, sehingga jumlah ikatan kovalen yang dapat dibentuk oleh atom karbon sebanyak empat ikatan.

2. Ukuran atom karbon relatif kecil

Atom karbon terletak pada periode 2, sehingga memiliki dua kulit yang terisi elektron. Oleh karena itu, jari – jari atom karbon relatif kecil. Jari – jari atom yang kecil menyebabkan ikatan kovalen yang dibentuk pada atom karbon sangat kuat dan dapat membentuk ikatan kovalen rangkap.

3. Dapat membentuk rantai karbon

Ukuran atom karbon yang relatif kecil juga mengakibatkan atom karbon dapat membentuk rantai karbon yang sangat panjang melalui ikatan kovalen, baik ikatan kovalen tunggal, rangkap dua, maupun rangkap tiga. Contoh:

• Ikatan kovalen tunggal:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂  – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃

• Ikatan kovalen rangkap dua:

CH₃ – CH = CH – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₂ –  CH₃

• Ikatan kovalen rangkap tiga:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – C ≡ CH

Posisi Atom C dalam Rantai Karbon

Kekhasan atom karbon yang dapat membentuk empat ikatan kovalen serta membentuk rantai karbon menyebabkan kedudukan atom karbon bisa berbeda – beda, di antaranya:

1. Atom C primer, yaitu atom karbon yang terikat langsung pada satu atom karbon yang lain
2. Atom C sekunder, yaitu atom karbon yang terikat langsung pada dua atom karbon yang lain
3. Atom C tersier, yaitu atom karbon yang terikat langsung pada tiga atom C yang lain
4. Atom C kuarterner, yaitu atom karbon yang terikat langsung pada empat atom C yang lain.

Senyawa Hidrokarbon

Dalam senyawa karbon biasanya juga terdapat beberapa unsur – unsur lainnya seperti H, N, O, S, P, dan halogen. Senyawa karbon yang paling sederhana adalah senyawa hidrokarbon, karena senyawa tersebut hanya terdiri dari unsur hidrogen dan karbon.

Berdasarkan bentuk rantainya, senyawa hidrokarbon digolongkan menjadi dua, yaitu alifatik dan siklik.

1. Alifatik, yaitu senyawa hidrokarbon dengan rantai karbon yang terbuka. Rantai karbon dari alifatik ini bisa lurus ataupun bercabang.

Contoh:

Rantai lurus: CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₂ – CH₃

Rantai bercabang:

2. Siklik, yaitu senyawa hidrokarbon dengan rantai karbon yang tertutup. Senyawa hidrokarbon siklik dapat dibedakan menjadi dua, yaitu karbosiklik dan heterosiklik.

• Karbosiklik adalah senyawa hidrokarbon yang rantai tertutupnya hanya terdiri dari atom C saja. Karbosiklik juga dibagi menjadi dua, yaitu senyawa aromatis dan alisiklik.

Senyawa aromatis merupakan senyawa karbosiklik yang terdiri dari 6 atom C atau lebih      dan memiliki ikatan rangkap dua yang terkonjugasi. Contoh:

Sedangkan senyawa alisiklik merupakan senyawa karbosiklik yang hanya memiliki              ikatan  tunggal. Contoh:

• Heterosiklik adalah senyawa hidrokarbon yang di dalam rantai tertutupnya terdapat atom lain selain atom karbon. Contoh:

Selain itu, senyawa hidrokarbon juga dikelompokkan berdasarkan jenis ikatannya, yaitu senyawa hidrokarbon jenuh dan tak jenuh.

1. Senyawa hidrokarbon jenuh, yaitu senyawa yang semua atom karbonnya memiliki ikatan kovalen tunggal (- C – C -). Contoh:

CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃       

2. Senyawa hidrokarbon tak jenuh, yaitu senyawa yang memiliki ikatan rangkap pada atom karbonnya baik rangkap dua ataupun tiga. Contoh:

CH₃ – CH = CH₂

Baca juga: Mengenal Ikatan Hidrogen

Tata Nama Senyawa Hidrokarbon

Begitu banyaknya senyawa hidrokarbon yang telah ditemukan atau bahkan dapat disintesis, maka diperlukan suatu tata nama untuk menamai senyawa – senyawa tersebut. Sistem tata nama senyawa hidrokarbon yang digunakan adalah tata nama IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Tata nama senyawa hidrokarbon dengan menggunakan sistem IUPAC tidak dapat sembarangan dimana terdapat aturan – aturan tertentu yang harus dipenuhi.

Contoh:

1. CH₃ – CH₂ – CH₂ – CH₃ (memiliki nama butana)
2. (memiliki nama 2,3-dimetilbutana)

Untuk tata nama senyawa hidrokarbon menggunakan sistem IUPAC akan kamu pelajari pada pembahasan alkana, alkena, dan alkuna yang merupakan kelompok senyawa hidrokarbon.

Sebelum adanya tata nama IUPAC, tata nama senyawa hidrokarbon biasanya menggunakan penamaan trivial. Penamaan trivial ini digunakan untuk memudahkan dalam penyebutan nama dari suatu zat. Nama trivial ini biasanya digunakan dalam bidang industri dan perdagangan. Oleh karena itu penamaan trivial ini masih sering digunakan.

Contoh: nama trivial untuk senyawa alkana adalah parafin.

Reaksi Senyawa Karbon

Jenis – jenis reaksi senyawa karbon:

1. Reaksi substitusi

Merupakan salah satu reaksi senyawa karbon di mana terjadi penggantian satu atom dengan atom yang lain. Contoh:

CH₄ + Cl₂  CH₃Cl

2. Reaksi adisi

Merupakan salah satu reaksi senyawa karbon dimana terjadi pemutusan ikatan rangkap. Reaksi adisi ini terjadi pada senyawa karbon yang memiliki ikatan rangkap antar atom karbonnya. Contoh:

CH₃ – CH = CH₂ + HCl CH₃ – CHCl – CH₃

3. Reaksi eliminasi

Merupakan salah satu reaksi senyawa karbon dimana terjadi pelepasan dua substituen (atom) dan terbentuknya ikatan rangkap. Contoh dehidrogenasi pada senyawa etena:

 CH₃ – CH₃ CH₂ = CH₂ + H₂

4. Reaksi pembakaran

Reaksi pembakaran senyawa karbon (terutama hidrokarbon) selalu menghasilkan gas karbon dioksida dan uap air. Contoh:

2C₂H_{6 (g)} + 7O_{2 (g)}4CO_{2 (g)} + 6H₂O _(g)

Contoh Soal

Tentukanlah jumlah atom karbon primer, sekunder, tersier, dan kuarterner dari senyawa

Jawaban:

Jumlah atom C primer 7, atom C sekunder 6, atom C tersier 3, atom C kuarterner 1

Tentukanlah termasuk jenis reaksi apakah reaksi – reaksi berikut.

1. CH₃ – CHCl – CH₂ – CH₂ – CH₂ CH₂ = CH – CH₂ – CH₂ – CH₂ + HCl
2. CH₃ – CH = CH₂ + HI CH₃ – CHI – CH₃
3. CH₃Cl + Cl₂ CH₂Cl₂

Jawaban:

1. Reaksi eliminasi
2. Reaksi adisi
3. Reaksi substitusi

Baca juga: Yuk Mengenal Stoikiometri

Pemahaman Akhir

Senyawa karbon, atau yang dikenal juga sebagai senyawa organik, adalah senyawa kimia yang mengandung unsur karbon di dalamnya. Senyawa karbon merupakan bagian integral dari kehidupan sehari-hari dan menjadi komponen utama dalam makhluk hidup. Lebih dari 16 juta senyawa karbon telah ditemukan, dan mereka sangat penting untuk dipelajari karena peran pentingnya dalam kehidupan.

Atom karbon memiliki kekhasan yang memungkinkannya untuk membentuk empat ikatan kovalen, menghasilkan rantai karbon yang panjang, serta memiliki ukuran atom yang relatif kecil. Karbon merupakan unsur yang sangat serbaguna dan dapat membentuk berbagai macam senyawa, termasuk senyawa hidrokarbon yang merupakan senyawa paling sederhana yang terdiri dari unsur hidrogen dan karbon.

Senyawa hidrokarbon dapat berbentuk alifatik dan siklik, serta terbagi menjadi senyawa jenuh dan tak jenuh, tergantung pada jenis ikatannya. Untuk menamai senyawa karbon, digunakan tata nama IUPAC yang mengikuti aturan tertentu untuk memberikan nama yang sesuai.

Senyawa karbon juga mengalami berbagai jenis reaksi, seperti reaksi substitusi, adisi, eliminasi, dan pembakaran, yang mempengaruhi sifat dan sifat kimia dari senyawa tersebut.

Pemahaman mengenai senyawa karbon menjadi sangat penting karena melibatkan berbagai aspek kehidupan dan membuka pintu untuk lebih memahami struktur dan reaktivitas senyawa yang beragam. Melalui pembelajaran kimia organik, kita dapat memahami lebih dalam tentang bagaimana senyawa karbon berinteraksi dan berkontribusi pada berbagai proses alamiah dan teknologi modern.

Demikian pembahasan mengenai senyawa karbon. Semoga pembahasannya bermanfat dan dapat menambah pengetahuanmu.

Referensi:

Brady, James E. (2011). Chemistry the Molecular Nature of Matter. Wiley.

Brown, Theodore L. (2011). Chemistry the Central of Science  Edition.Pearson Prentince      Hall.