Pengantar Halogenalkana (haloalkana atau alkil halida)
Halogen alkana juga dikenal sebagai haloalkana atau alkil halida. Halaman ini menjelaskan pengertian halogenalkana dan membahas sifat-sifat fisiknya. Disini juga akan dibahas secara ringkas tentang kereaktifan kimiawi dari halogenalkana. Rincian tentang reaksi-reaksi kimia halogenalkana akan dibahas pada halaman-halaman yang lain.
Pengertian Halogenalkana
Contoh-contoh
Halogenalkana adalah senyawa-senyawa dimana ada satu atau lebih atom hidrogen pada sebuah alkana yang digantikan oleh atom-atom halogen (fluorin, klorin, bromin atau iodin). Pada pembahasan tingkat dasar ini, kita hanya membahas tentang senyawa-senyawa halogenalkana yang hanya mengandung satu atom halogen.
Contoh:
Jenis-jenis halogenalkana
Halogenalkan terdiri dari beberapa kelompok yang berbeda tergantung pada bagaimana posisi atom halogen dalam rantai atom karbon. Ada beberapa perbedaan sifat kimia antara berbagai jenis halogealkana.
Halogenalkana primer
Pada halogenalkana primer (1°), atom karbon yang membawa atom halogen hanya berikatan dengan satu gugus alkil lainnya.
Beberapa contoh halogenalkana primer antara lain sebagai berikut:
Perlu diperhatikan bahwa tidak jadi masalah bagaimanapun kompleksnya gugus alkil yang terikat. Pada masing-masing contoh di atas, hanya ada satu ikatan terhadap sebuah gugus alkil dari gugus CH2 yang mengikat halogen.
Terdapat pengecualian dalam hal ini, yakni CH3Br dan metil halida lainnya seringkali ditemukan sebagai halogenalkana primer walaupun tidak ada gugus alkil yang terikat pada atom karbon yang membawa halogen.
Halogenalkana sekunder
Pada halogenalkana sekunder (2°), atom karbon yang padanya terikat halogen berikatan langsung dengan dua gugus alkil yang lain, yang bisa sama atau berbeda.
Contoh-contoh:
Halogenalkana tersier
Pada halogenalkana tersier (3°), atom karbon yang mengikat halogen berikatan langsung dengan tiga gugus alkil, yang bisa merupakan kombinasi dari gugus akil yang sama atau berbeda.
Contoh-contoh:
Sifat-sifat fisik halogenalkana
Titik didih
Grafik berikut menunjukkan titik didih dari beberapa halogenalkana sederhana.
Perhatikan bahwa ada tiga dari halogenalkana pada gambar yang memiliki titik didih di bawah suhu kamar (sekitar 20°C). Ketiga halogenalkana tersebut akan berwujud gas pada suhu kamar. Semua halogenalkana yang lain kemungkinan ditemukan dalam wujud cair.
Perlu diingat bahwa:
- satu-satunya metil halida yang berwujud cair adalah iodometana;
- kloroetana merupakan sebuah gas.
Pola-pola titik didih mencerminkan pola-pola gaya tarik antar-molekul.
Gaya-gaya dispersi van der Waals
Gaya tarik ini menjadi lebih kuat apabila molekul lebih panjang dan memiliki lebih banyak elektron. Ini dapat meningkatkan besarnya dipol-dipol sementara yang terbentuk.
Inilah sebabnya mengapa titik didih meningkat apabila jumlah atom karbon dalam rantai meningkat. Mari kita ambil contoh untuk tipe halida tertentu, misalnya klorida. Gaya-gaya dispersi akan menjadi semakin kuat apabila jumlah atom karbon semakin bertambah dalam rantai (misalnya dari 1 menjadi 2, 3 dan seterusnya). Dibutuhkan lebih banyak energi untuk mengatasi gaya dispersi tersebut, sehingga titik didih meningkat.
Semakin meningkatnya titik didih dari klorida ke bromida sampai ke iodida (utuk jumlah atom karbon tertentu) juga disebabkan oleh semakin meningkatnya jumlah elektron yang menimbulkan gaya dispersi yang lebih besar. Sebagai contoh, terdapat lebih banyak elektron dalam iodometana dibanding yang terdapat dalam klorometana - anda bisa menghitungnya sendiri!
Gaya tarik dipol-dipol van der Waals
Ikatan karbon-halogen (selain ikatan karbon-iodin) bersifat polar, karena pasangan elektron tertarik lebih dekat ke atom halogen dibandng ke atom karbon. Ini disebabkan karena halogen (kecuali iodin) lebih elektronegatif dibanding karbon.
Nilai keelektronegatifan unsur-unsur halogen dapat dilihat sebagai berikut:
| C | 2.5 |  | F | 4.0 |
| Cl | 3.0 | |||
| Br | 2.8 | |||
| I | 2.5 |
Ini berarti bahwa selain gaya-gaya dispersi, ada juga gaya-gaya lain yang ditimbulkan oleh gaya tarik antara dipol-dipol permanen (kecuali pada iodin).
Besarnya gaya-tarik dipol-dipol akan berkurang apabila ikatan menjadi semakin tidak polar (misalnya semakin ke bawah mulai dari klorida sampai bromida terus ke iodida). Meski demikian, titik didih tetap meningkat! Ini menujukkan bahwa efek gaya tarik dipol-dipol permanen jauh lebih tidak penting dibanding efek dipol-dipol temporer yang menimbulkan gaya-gaya dispersi.
Besarnya peningkatan jumlah elektron pada iodin melebihi kehilangan dipol-dipol permanen dalam molekul.
Titik didih beberapa isomer
Contoh-contoh di atas menunjukkan bahwa pada isomer-isomer halogenalkana, titik didih semakin berkurang dari halogenalkana primer ke halogenalkana sekunder ke halogenalkana tersier. Penurunan titik didih ini adalah akibat dari menurunnya efektifitas gaya-gaya dispersi.
Dipol-dipol temporer paling besar untuk molekul yang terpanjang. Gaya-gaya tarik juga lebih kuat jika molekul-molekul bisa saling berdekatan. Halogenalkana tersier memiliki struktur yang sangat pendek dan besar sehingga tidak bisa berdekatan dengan molekul tetangganya.
Kelarutan halogenalkana
Kelarutan dalam air
Halogenalkana sangat sedikit larut dalam air.
Agar halogenalkana bisa larut dalam air, maka gaya tarik antara molekul-molekul halogenalkana harus diputus (gaya dispersi van der Waals dan gaya-tarik dipol-dipol) demikian juga dengan ikatan hidrogen antara molekul-molekul air. Pemutusan kedua gaya tarik ini memerlukan energi.
Energi akan dilepaskan apabila gaya tarik terbentuk antara halogenalkana dengan molekul-molekul air. Gaya-gaya tarik yang terbentuk ini hanya gaya dispersi dan gaya tarik dipol-dipol. Kedua gaya ikatan ini tidak sama kuatnya dengan ikatan hidrogen sebelumnya terdapat dalam air, sehingga energi yang dilepaskan lebih kecil dibanding yang digunakan untuk memisahkan molekul-molekul air.
Energi yang terlibat tidak cukup banyak sehingga halogenalkana hanya sedikit larut dalam air.
Kelarutan dalam pelarut-pelarut organik
Halogenalkana cenderung larut dalam pelarut organik karena gaya tarik antar-molekul yang baru terbentuk memiliki kekuatan yang sama dengan kekuatan ikatan yang diputus dalam halogenalkana dan pelarut.
Kereaktifan kimiawai halogenalkana
Pentingnya kekuatan ikatan
Pola kekuatan dari keempat ikatan karbon-halogen ditunjukkan pada gambar berikut:
Perlu diperhatikan bahwa kekuatan ikatan semakin berkurang ketika kita berpindah dari C-F ke C-I, dan juga perhatikan bahwa ikatan C-F jauh lebih kuat dibanding lainnya.
Agar zat lain bisa bereaksi dengan halogenalkana, maka ikatan karbon-halogen harus diputus. Karena pemutusan semakin mudah dilakukan semakin ke bawah (mulai dari fluoride sampai iodin), maka senyawa-senyawa semakin ke bawah golongan halogen akan semakin reaktif.
Iodoalkana merupakan halogenalkana yang paling reaktif dan fluoroalkana merupakan yang paling tidak reaktif. Sebenarnya, kereaktifan fluoroalkana sangat kecil sehingga bisa diabaikan dalam pembahasan-pembahasan selanjutnya
Pengaruh polaritas ikatan
Dari keempat halogen, fluorin merupakan unsur yang paling elektronegatif dan iodin yang paling tidak elektronegatif. Ini berarti bahwa pasangan elektron dalam ikatan karbon-fluorin akan tergeser ke ujung halogen.
Perhatikan metil halida sebagai contoh-contoh sederhana berikut ini:
Keelektronegatifan karbon dan iodin sama sehingga tidak akan ada pemisahan muatan pada ikatan (pasangan elektron berada pada posisi netral).
Salah satu reaksi penting yang dialami oleh halogenalkana melibatkan penggantian halogen oleh sesuatu yang lain - yakni reaksi substitusi. Reaksi-reaksi ini melibatkan salah satu dari mekanisme berikut:
- ikatan karbon-halogen terputus menghasilkan ion positif dan ion negatif.Ion yang memiliki atom karbon bermuatan positif selanjutnya bereaksi dengan sesuatu yang bermuatan negatif (baik negatif penuh maupun negatif parsial).
- sesuatu yang bermuatan negatif penuh atau parsial tertarik ke atom karbon yang sedikit bermuatan positif dan melepaskan atom halogen.
Mungkin anda berpikir bahwa kedua mekanisme di atas akan menjadi lebih efektif untuk ikatan karbon-fluorin yang sebelumnya telah memiliki banyak muatan positif dan negatif. Tapi kenyataannya tidak demikian - justru sedikit kebalikannya yang terjadi!
Yang mengendalikan kereaktifan adalah kekuatan ikatan yang harus diputus, sementara cukup sulit untuk memutus sebuah ikatan karbon-fluorin, tapi cukup mudah untuk memutus ikatan karbon-iodin.
Kegunaan Halogenalkana
Halaman ini menjelaskan beberapa kegunaan halogenalkana (haloalkana atau alkil halida)
CFC dan zat-zat pengganti sejenis
Pengertian CFC
CFC adalah klorofluorokarbon, yaitu senyawa-senyawa yang mengandung atom karbon dengan klorin dan fluorin terikat padanya. Dua CFC yang umum adalah:
| CFC-11 | CCl3F |
| CFC-12 | CCl2F2 |
Kegunaan CFC
CFC merupakan zat-zat yang tidak mudah terbakar dan tidak terlalu toksik. Dengan demikian zat ini memiliki banyak kegunaan.
CFC digunakan sebagai pendingin, bahan bakar untuk aerosol, untuk menghasilkan plastik busa seperti busa polistirena atau poliuretana yang memuai, dan sebagai pelarut untuk pembersihkeringan dan untuk tujuan-tujuan pengeringan minyak.
Sayangnya, CFC dapat merusak lapisan ozon. Pada lapisan atmosfir yang tinggi, ikatan C-Cl akan terputus menghasilkan radikal-radikal bebas klorin. Radikal-radikal inilah yang merusak ozon. CFC sekarang ini telah digantikan oleh senyawa-senyawa yang lebih ramah lingkungan.
CFC juga bisa menyebabkan pemanasan global. Satu molekul CFC-11 misalnya, memiliki potensi pemanasan global sekitar 5000 kali lebih besar ketimbang sebuah molekul karbon dioksida.
Di sisi lain, terdapat jauh lebih banyak karbon dioksida di udara ketimbang CFC, sehingga pemanasan global bukanlah sebuah masalah utama yang terkait dengan penggunaan CFC.
Zat pengganti CFC
Zat-zat yang digunakan untuk menggantikan CFC ini masih sebagian besar halogenalkana, walaupun alkana-alkana sederhana seperti butana bisa digunakan untuk beberapa tujuan (misalnya, sebagai bahan bakar aerosol).
Hidroklorofluorokarbon, HCFC
Senyawa-senyawa ini adalah senyawa-senyawa karbon yang mengandung hidrogen serta atom-atom halogen. Sebagai contoh:
| HCFC-22 | CHClF2 |
Formula ini bisa ditentukan berdasarkan angka yang terdapat pada namanya persis seperti penentua formula untuk CFC.
Senyawa-senyawa ini memiliki masa aktif yang lebih singkat di atmosfir dibanding CFC, dan banyak diantaranya yang menjadi rusak pada lapisan atmosfir bawah sehingga tidak bereaksi dengan lapisan ozon. HFC-22 hanya memiliki sekitar seperdua puluh dari pengaruh CFC biasa terhadap lapisan ozon.
Hidrofluorokarbon, HFC
Senyawa-senyawa ini adalah senyawa-senyawa yang hanya mengandung hidrogen dan fluorin yang terikat pada atom karbon. Sebagai contoh:
| HFC-134a | CH2F-CF3 |
Karena HCFC tidak mengandung klorida, maka senyawa-senyawa ini tidak memiliki pengaruh terhadap lapisan ozon. HFC-134a saat ini banyak digunakan pada pendingin, untuk Because these HCFCs don’t contain any chlorine, they have zero effect on the ozone layer. HFC-134a is now widely used in refrigerants, for mengembangkan plastik yang memuai dan sebagai bahan bakar dalam aerosol.
Hidrokarbon
Senyawa-senyawa ini juga tidak memiliki pengaruh terhadap lapisan ozon, tetapi memiliki sebuah kekurangan. Senyawa-senyawa ini sangat mudah terbakar dan terlibat dalam masalah-masalah lingkungan seperti pembentukan kabut fotokimia.
Kegunaan lain dari senyawa-senyawa halogen organik
Dalam pembuatan plastik
Pada dasarnya, senyawa-senyawa yang kita bicarakan disini adalah senyawa-senyawa halogenalkena, bukan halogenalkana.
Kloroetena, CH2=CHCl, digunakan untuk membuat poli(kloroetea) - biasa disebut PVC.
Tetrafluoroetena, CF2=CF2, digunakan untuk membuat poli (tetrafluoroetena) - PTFE.
Kegunaan halogenalkana dalam laboratorium
Jika anda mencermati pembahasan-pembahasan tentang halogenalkana, maka anda akan menemukan bahwa senyawa-senyawa halogenalkana ini bereaksi dengan banyak senyawa lain menghasilkan bermacam-macam produk orgaik.
Dengan demikian, halogenalkana bermanfaat dalam laboratorium sebagai intermediet dalam pembuatan bahan-bahan kimia organik yang lain.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar