Home / Kimia / Senyawa Karbon

Senyawa Karbon

  • 13 min read

Penulis : Yoga Romdoni, Mahasiswa FMIPA UI Jurusan Kimia 2016

Pengertian Senyawa Karbon

Karbon adalah elemen kimia dengan simbol C dan nomor atom 6 (mengandung 6 proton di intinya). Jumlah karbon yang ada di kerak bumi dan di atmosfer cukup sedikit. Kerak bumi hanya memiliki 0,02% karbon dalam bentuk mineral (seperti karbonat, batubara, dan minyak bumi) dan atmosfer memiliki 0,03% karbon dioksida.

Sebagai anggota grup 14 atau golongan 4A pada tabel periodik, atom ini tergolong nonlogam dan tetravalen (tersedia empat elektron untuk membentuk ikatan kimia kovalen).

Alotrop Karbon

Secara alami, atom karbon memiliki banyak alotrop. Alotrop adalah senyawa yang terbentuk dari satu jenis unsur dengan struktur yang berbeda-beda. Perbedaan struktur akan menyebabkan sifat yang berbeda meskipun mengandung unsur yang sama.

Beberapa contoh dari alotrop karbon adalah berlian/intan, grafit, buckyballs (fullerene), karbon amorf, karbon kaca (glassy carbon), karbon nanofoam, nanotube dan lainnya seperti pada Gambar 1.

alotrop karbon: a) intan, b) grafit, c) lonsdaleit, d-f) fullerene (C60, C540, C70); g) karbon amorf, h) karbon nanotube
Gambar 1. Beberapa alotrop karbon: a) intan, b) grafit, c) lonsdaleit, d-f) fullerene (C60, C540, C70); g) karbon amorf, h) karbon nanotube.

a. Intan

Sifat Umum:

  1. Zat transparan tidak berwarna dengan cahaya yang berkilau karena indeks refraktif yang tinggi.
  2. Cukup berat dan sangat keras.
  3. Tidak dapat menghantarkan listrik (karena tidak ada elektron bebas).
  4. Konduktivitas termal dan titik leleh yang tinggi.
  5. Dengan pemanasan tinggi akan membentuk karbon dioksida.

Struktur:

Struktur kristal intan
Gambar 2. Struktur kristal intan

Intan merupakan molekul atom karbon raksasa di mana setiap atom karbon dihubungkan dengan empat atom karbon lainnya dengan ikatan kovalen yang kuat membentuk struktur jaringan tiga dimensi yang kaku.

Ikatan yang kuat dan kaku ini menjadikan intan memiliki kekerasan yang sangat baik.  Selain itu, untuk memutus ikatan kovalen dari intan memerlukan energi yang sangat tinggi.

Kegunaan:

  1. karena kekerasannya digunakan untuk memotong marmer dan kaca. 
  2. digunakan untuk tujuan ornamen batu berharga.
  3. Digunakan sebagai abrasif dan untuk memoles permukaan yang keras.  
  4. Untuk membuat diameter kawat yang diinginkan (wire drawing) dengan alat “diamond dies”.

b. Grafit

Sifat Umum:

  1. Zat padat dengan warna hitam keabu-abuan.
  2. Lebih ringan dari intan, terasa lembut dan licin ketika disentuh.
  3. Konduktor listrik yang baik (karena adanya elektron bebas) tetapi konduktor panas yang buruk.
  4. Dengan pemanasan yang tinggi akan membentuk karbon dioksida.

Struktur:

Struktur kristal grafit
Gambar 3. Struktur kristal grafit

Kristal grafit terdiri dari lapisan atom karbon atau lembaran atom karbon.  Atom karbon dalam setiap lapisan grafit bergabung dengan tiga atom karbon lainnya dengan ikatan kovalen yang kuat untuk membentuk cincin heksagonal datar. 

Namun, elektron keempat dari setiap atom karbon adalah bebas yang membuatnya menjadi penghantar listrik yang baik.  Tiap lapisan atom karbon dalam grafit disatukan oleh ikatan van der Waals yang lemah.

 Kegunaan:

  1. Digunakan sebagai pelumas bubuk untuk bagian-bagian mesin.
  2. untuk membuat elektroda sel.
  3. untuk membuat ujung pensil

c. Fullerene

Sifat Umum:

  1. Zat padat berwarna gelap pada suhu kamar
  2. tidak terlalu keras atau terlalu lunak.
  3. bentuk alotrop karbon yang paling murni karena tidak adanya valensi bebas atau ikatan antar permukaan.
  4. hanya menghasilkan karbon dioksida ketika dilakukan reaksi pembakaran atau pemanasan. 

Struktur

Struktur kristal Fullerene C60
Gambar 4. Struktur kristal Fullerene C60

C60 memiliki bentuk bulat seperti bola sepak dimana 60 atom C nya tersusun pada cincin heksagonal dan pentagonal. Satu C60 mengandung 20 heksagonal dan 12 pentagonal atom karbon.

Kegunaan:

  1. Dalam bentuk murninya dapat digunakan sebagai insulator.
  2. Dapat dikonversi menjadi semikonduktor.
  3. C60O merupakan molekul yang terbentuk antara C60 dan atom oksigen yang digunakan untuk pengobatan kanker seperti terapi AIDS.
  4. Sebagai fotokatalisis pemurnian dalam industri.

Senyawa Karbon Anorganik dan Organik

a. Senyawa Karbon Anorganik

Senyawa karbon anorganik adalah senyawa karbon yang tidak memiliki ikatan C-H. Beberapa contoh senyawa karbon anorganik meliputi

  1. Senyawa karbonat, senyawa yang mengandung ion karbonat, CO32-.  Salah satu senyawa karbonat adalah senyawa yang dikenal sebagai abu soda, atau natrium karbonat, Na2CO3. Biasanya diaplikasikan dalam pembuatan kaca, softener dalam pencuci pakaian, menghilangkan minyak dan oli.
  2. Senyawa sianida, senyawa yang mengandung ion sianida, CN.  Salah satu contohnya adalah hidrogen sianida, HCN.  Senyawa ini sangat berbahaya dan beracun.  Senyawa ini dulunya digunakan sebagai agen perang kimia dan dapat diaplikasikan dalam pertambangan.
  3. Senyawa karbida, senyawa yang mengandung ion karbida atau C4-. Salah satu contohnya adalah CaC2. Senyawa ini digunakan dalam pematangan buah dan pembuatan gas asetilena.

b. Senyawa Karbon Organik

Senyawa karbon organik adalah senyawa yang memiliki setidaknya satu ikatan C-H (ikatan karbon-hidrogen). Senyawa karbon organik salah satunya yaitu hidrokarbon. Berdasarkan tipe ikatannya, hidrokarbon dibagi menjadi

  • Senyawa jenuh : Senyawa karbon jenuh adalah senyawa di mana berbagai atom karbon dalam rantai atau cincin dihubungkan bersama oleh ikatan tunggal saja.  Alkana adalah contoh paling umum dari senyawa karbon rantai jenuh. 
  • Senyawa tak jenuh : Senyawa karbon tak jenuh adalah senyawa di mana berbagai atom karbon dalam rantai atau cincin dihubungkan bersama oleh ikatan rangkap dua atau rangkap tiga. Alkena (di mana atom karbon dihubungkan melalui ikatan rangkap dua) dan alkuna (di mana atom karbon dihubungkan melalui ikatan rangkap tiga) adalah contoh paling umum dari senyawa karbon rantai tak jenuh.

Sifat Utama Senyawa Karbon

a. Katenasi

Atom karbon memiliki kemampuan unik untuk berikatan (baik ikatan tunggal, rangkap dua maupun rangkap tiga) dengan atom karbon lainnya membentuk molekul atau senyawa yang lebih besar.

Kemampuan karbon untuk berikatan (self-linking) melalui ikatan kovalen untuk membentuk ikatan rantai lurus, bercabang ataupun siklik disebut dengan katenasi. Karbon menunjukkan sifat tersebut sampai batas maksimum akibat energi ikatan C-C yang besar dan karenanya, jumlah senyawa karbon menjadi semakin banyak.

Rantai panjang, bercabang dan siklik atau cincin
Gambar 5. Rantai panjang, bercabang dan siklik atau cincin

b. Tetravalensi

Karbon yang memiliki empat valensi mampu berikatan atau berpasangan dengan empat atom karbon lainnya atau dengan beberapa atom lainnya seperti hidrogen, oksigen, nitrogen dan sulfur. Senyawa karbon akan terikat secara kovalen yang membuat ikatannya menjadi sangat kuat sehingga membuat senyawa ini sangat stabil. Terbentuknya ikatan ini adalah karena ukuran karbon yang kecil dan terjadi pemakaian elektron bersama. Ikatan tersebut akan membentuk senyawa karbon dengan sifat spesifik yang bergantung pada unsur yang mengikat karbon.

Tetravalensi dari senyawa karbon
Gambar 6. Tetravalensi dari senyawa karbon

C. Isomerisme

Senyawa yang memiliki formula molekul yang sama tetapi struktur yang berbeda disebut sebagai isomerisme. Perbedaan struktur dari suatu molekul yang sama akan memberikan sifat yang berbeda. Sebagai contoh senyawa butana (C4H10) memiliki isomer dengan isobutana. Keduanya memiliki rumus molekul yang sama namun memiliki struktur yang berbeda.

Isomerisasi senyawa karbon butana
Gambar 7. Isomerisasi senyawa karbon butana

Sifat Fisik Senyawa Karbon

A. Titik didih dan titik leleh

Senyawaan karbon merupakan senyawa kovalen. Senyawa kovalen memiliki titik leleh dan titik didih yang rendah. Hal ini karena senyawa kovalen memiliki gaya antar molekul yang lemah dibandingkan dengan senyawa ion. Sebagai contoh beberapa titik didih dan titik leleh senyawa karbon.

Senyawa Karbon

Titik Leleh (K)

Titik Didih (K)

Asam Asetat (CH3COOH)

290

391

Kloroform (CHCl3)

209

334

Etanol (CH3CH2OH)

156

351

Metana (CH4)

90

111

b. Konduktivitas Listrik

Konduktivitas listrik suatu senyawa dikatakan baik jika dalam percobaan menghasilkan nyala lampu terang disertai dengan gelembung gas yang banyak. Sebaliknya konduktivitas listrik dikatakan buruk jika dalam percobaan tidak menghasilkan nyala lampu dan gelembung gas.

Senyawa karbon dapat berupa kovalen polar maupun kovalen nonpolar. Namun pada umumnya senyawa karbon lebih banyak dalam bentuk kovalen nonpolar sehingga senyawa karbon memiliki konduktivitas listrik yang buruk.

Senyawa Karbon

Padatan

Lelehan

Larutan

Polar

+

Nonpolar

  • Senyawa karbon polar dalam bentuk padatan dan lelehan tidak menghantarkan arus listrik karena ion-ionya tidak bermuatan (netral) sedangkan dalam bentuk larutan, senyawa karbon polar dapat terhidrolisis sebagian menjadi ion-ionya. Contohnya asam asetat (CH3COOH).
  • Senyawa karbon nonpolar dalam bentuk padatan, lelehan dan larutan tidak dapat menghantarkan listrik karena tidak dapat terhidrolisis dan molekulnya tidak memiliki muatan ion. Contohnya gula (C6H12O6), etanol (C2H5OH), urea (CO(NH2)2).

c. Bentuk Fisik

Senyawa karbon terdapat dalam bentuk padat (gula), cair (etanol, asam asetat) maupun gas (metana, etana).

d. Kelarutan

Secara umum senyawa karbon cenderung tidak larut dalam air ataupun pelarut polar. Hal ini karena senyawa karbon tidak dapat membentuk ion dalam larutan. Senyawa karbon larut dalam pelarut organik nonpolar seperti eter, benzena, CCl4. CS2, kloroform, aseton dan sebagainya

Sifat Kimia Senyawa Karbon

Sifat kimia dari senyawa karbon dapat dijelaskan dengan berbagai jenis reaksi pembentukannya yaitu:

a. Reaksi Pembakaran

Proses pembakaran senyawa karbon di udara untuk menghasilkan karbon dioksida, air, panas dan cahaya disebut dengan pembakaran sempurna. Jika menghasilkan karbonmonoksida disebut dengan pembakaran tidak sempurna. Reaksi ini merupakan reaksi eksotermik dengan melepaskan panas.

Beberapa hidrokarbon jenuh akan memberikan nyala api biru sedangkan hidrokarbon tak jenuh memberikan nyala api kuning, menghasilkan jelaga dan karbon. Beberapa contoh reaksi pembakaran:

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) + panas dan cahaya

2C2H6(g) + 7O2(g) → 4CO2(g) + 6H2O(g) + panas dan cahaya

b. Reaksi Oksidasi

Karbon mengalami oksidasi ketika direaksikan dengan oksigen pada suhu yang lebih tinggi untuk membentuk oksidanya yaitu karbon monoksida (CO) dan karbon dioksida (CO2). 

2C(s) + O2(g) → CO(g)

Senyawa turunan karbon lainnya seperti alkohol dapat mengalami oksidasi dengan bantuan KMnO4 atau K2Cr2O7 sebagai agen pengoksidasinya menjadi asam karboksilat.

1

c. Reaksi Adisi

Reaksi adisi adalah reaksi penggabungan dua molekul melalui pemutusan ikatan rangkap. Karbon yang memiliki ikatan rangkap seperti alkena akan mengalami reaksi adisi membentuk senyawa jenuh alkana.

Reaksi penggabungan senyawa dengan senyawa Cl2, Br2 or I2 dengan pemutusan ikatan rangkap disebut sebagai halogenisasi

CH2=CH2(g) + Br2(g) → CH2Br-CH2Br(g)

Reaksi penggabungan dengan senyawa hidrogen melalui pemutusan ikatan disebut dengan hidrogenasi. Reaksi ini membutuhkan katalis agar dapat membentuk produk yaitu dengan katalis logam Ni.

2

d. Reaksi Substitusi

Reaksi substitusi adalah reaksi penggantian suatu atom dengan atom lain. Dalam reaksi substitusi, molekul hidrogen alkana digantikan oleh atom lain (gugus fungsi tertentu) yang menghasilkan pembentukan turunan dari hidrokarbon.

CH4(g) + Cl2(g) → CH3Cl(g) + HCl(g)

Reaksi substitusi dengan atom golongan halogen (Cl2, Br2, I2) disebut sebagai halogenisasi

3

Aplikasi Senyawa Karbon

Senyawa karbon menjadi senyawa yang penting bagi kehidupan. Beberapa contoh aplikasi dari senyawa karbon adalah

  1. Makanan (gula, vitamin, asam lemak)
  2. Bahan Bakar (kayu, batu bara, alkohol, bensin)
  3. Bahan rumah tangga dan komersial (kertas, sabun, kosmetik, minyak, cat)
  4. Kain tekstil (katun, wol, sutra, linen, rayon, nilon)
  5. Obat-obatan (penicillin, quinine, aspirin)
  6. Pewangi (vanillin, kapur barus)
  7. Bahan Peledak (nitrogliserin, dinamit, TNT)
  8. Pewarna (congo red, malasit hijau, metilen biru)
  9. Gas perang (gas mustard, kloropikrin)

Pertanyaan Umum

Apakah yang dimaksud dengan katenasi?

Katenasi adalah kemampuan atom untuk membentuk ikatan dengan atom lain. Ikatan karbon dengan atom lain yaitu dengan ikatan kovalen baik ikatan tunggal, rangkap dua maupun rangkap tiga.

Apakah aplikasi senyawa karbon?

Makanan (gula dan asam lemahk), bahan bakar (bensin, batu bara), pewangi (vanilin, kamper), pewarna (metilen biru dan malasit hijau)

Apakah yang dimaksud dengan hidrokarbon?

Hidrokarbon adalah senyawa organik yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen. Berdasarkan jenis ikatannya hidrokarbon dibagi menjadi senyawa jenuh (senyawa karbon dalam rantai atau cincin dihubungkan bersama oleh ikatan tunggal saja) dan senyawa tak jenuh (karbon dalam rantai atau cincin dihubungkan bersama oleh ikatan rangkap dua maupun tiga)

Contoh Soal

  1. Jelaskan perbedaan antara grafit dengan intan?

Jawab:

Perbedaan

Intan

Grafit

Kekerasan

Sangat keras

Lebih ringan dan licin

Bentuk dan Warna

Berbentuk padatan transparan

Berbentuk padatan berwarna abu abu kehitaman

Konduktivitas

Konduktivitas listrik buruk dan konduktivitas panas baik

Konduktivitas listrik baik dan konduktivitas panas buruk

Suhu Terbentuknya CO2

Pemanasan pada 900°C

Pemanasan pada 700-800°C

Kristal

Oktahedral

Heksagonal

Kelarutan

tidak larut dalam air dan pelarut organik

tidak larut dalam air dan pelarut organik

2. Mengapa karbon secara umum membentuk senyawa dengan ikatan kovalen?

Jawab:

Valensi atom karbon adalah empat sehingga satu atom karbon membutuhkan 4 elektron untuk mencapai kestabilan (oktet). Karbon tidak dapat melepas empat elektron dengan mudah karena dibutuhkan energi yang sangat tinggi. Oleh karena itu, salah satu cara agar karbon stabil dengan berbagi empat elektron dengan atom lain (pemakaian bersama elektron) untuk membentuk ikatan kovalen.

3. Berikut disajikan tabel reaksi yang terjadi pada beberapa senyawa karbon. Hubungkan persamaan reaksi (Kolom A) dan jenis reaksi (Kolom B) senyawa karbon tersebut!

tabel reaksi

Jawab:

  • (a) – (iv). Reaksi esterifikasi adalah reaksi antara alkohol dengan asam karboksilat membentuk ester. Dari reaksi (a) terjadi reaksi antara etanol dan asam asetat membentuk metil asetat.
  • (b) – (i). Reaksi adisi adalah reaksi pemutusan ikatan rangkap membentuk ikatan tunggal. Dari reaksi (b) terjadi pemutusan etena menjadi etana dengan katalis Ni
  • (c) – (ii). Reaksi substitusi adalah reaksi penggantian salah satu atom dengan atom lainnya. Dalam reaksi ini satu atom klor akan mensubstitusi atom hidrogen pada metana sehingga membentuk klorometana dan asam klorida
  • (d) – (iii). Reaksi netralisasi adalah reaksi penetralan asam dan basa. Asam asetat merupakan senyawa asam sedangkan NaOH merupakan basa. Jika direaksikan akan membentuk garam yang cenderung berada pada pH netral.

4. Mengapa karbon dan senyawanya sebagian besar digunakan sebagai bahan bakar?

Jawab:

Karbon dan senyawanya dapat dengan mudah terbakar di udara dengan kecepatan sedang untuk menghasilkan energi panas dalam jumlah besar. Produk yang dihasilkan selama pembakaran karbon lebih unggul dibandingkan dengan produk pembakaran senyawa seperti belerang. Selanjutnya, senyawaan karbon tersedia di alam dalam jumlah besar dengan harga terjangkau.

5. Katenasi adalah kemampuan atom untuk membentuk ikatan dengan atom lain. Silikon merupakan unsur golongan ke 4 sama seperti karbon dengan nomor atom 14. Bandingkan kemampuan katenasi dari dua elemen tersebut.

Jawab:

Karbon menunjukkan katenasi lebih baik daripada silikon atau elemen lain karena ukurannya yang lebih kecil yang membuat ikatan C-C kuat sedangkan ikatan Si-Si relatif lebih lemah karena ukuran atom yang besar.

Daftar Pustaka

  • Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. “What You Should Know About Carbon Compounds.”. ThoughtCo, February 2020, thoughtco.com/carbon-compounds-what-you-should-know-4123856 diakses pada tanggal 12 Mei 2020.
  • Singh, Lakhmir dan Kaur, Manjit. (2016). Science for Tenth Class Part 2 Chemistry. S. Chand Company. New Delhi: India
  • “Inorganic Carbon Compounds: Definition & Examples.” Study. December, 2016, study.com/academy/lesson/inorganic-carbon-compounds-definition-examples.html diakses pada tanggal 13 Mei 2020.
  • “Carbon Compounds”. Byjus. https://byjus.com/chemistry/carbon-compounds/ diakses pada tanggal 12 Mei 2020.
  • “Giant Covalent Structures”. Chemguide. September, 2019, https://www.chemguide.co.uk/atoms/structures/giantcov.html diakses pada tanggal 13 Mei 2020.

Baca juga