8 MINYAK BUMI
A.
PROSES PEMBENTUKAN MINYAK BUMI
B.
KOMPONEN MINYAK BUMI
C.
PROSES PEMISAHAN MINYAK BUMI
D. PENGGUNAAN GAS ALAM DAN MINYAK BUMI E.
BENSIN
F.
HASIL INDUSTRI DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI
Berbicara mengenai minyak bumi kadang membingungkan. Di satu sisi, kita tidak dapat hidup tanpa minyak bumi, tetapi di sisi lain, ketersediaannya terancam habis dan tidak dapat diperbarui. Maka yang penting sekarang, bagaimana kita memanfaatkan minyak bumi secara efisien, sehingga anak cucu kita masih dapat menikmatinya. Dalam mempelajari menyak bumi diharapkan Anda dapat mendeskripsikan proses pembentukan minyak bumi, menjelaskan kegunaan dan komposisi senyawa hidrokarbon dalam kehidupan sehari-hari. Hubungan antar konsep yang satu dengan yang lain dapat Anda perhatikan pada peta konsep berikut.
162
KIMIA X SMA
MINYAK BUMI
di pisahkan melalui
berfungsi
destilasi bertingkat dasar
mengandung
bahan bakar
diantaranya menghasilkan
bensin diantaranya
terbentuk dari
pelapukan jazat renik mutunya berdasarkan
angka oktan
perbedaan ttk. didih
A. PROSES PEMBENTUKAN MINYAK BUMI Minyak bumi terbentuk dari proses pelapukan tumbuh-tumbuhan mikroskopis dan mikroorganisme di laut yang disebut plankton. Planktonplankton tersebut mati tenggelam ke dasar laut dan terpendam dalam tanah sehingga mengalami proses pembusukan. Di bawah pengaruh suhu dan tekanan yang tinggi akhirnya berubah menjadi minyak (petrolium). Karena mempunyai massa jenis lebih rendah dibanding air, maka minyak bumi bergerak ke atas melalui batuan sedimen yang berpori. Jika tidak menemui hambatan, minyak ini dapat mencapai permukaan bumi. Namun karena umumnya terhalang oleh bebatuan yang tidak berpori, maka menjadikan minyak ini terakumulasi dalam suatu tempat, yang selanjutnya diambil dengan cara pengeboran.
air laut
batuan tidak berpori
gas
minyak air lapisan tanah
Gambar 8.1
KIMIA X SMA
B. KOMPONEN MINYAK BUMI Minyak bumi merupakan campuran kompleks dari berbagai senyawa golongan hidrokarbon, yaitu alifatik, alisiklik, dan aromatik. Di samping juga mengandung senyawa-senyawa lain.
1. Golongan Alifatik Termasuk golongan ini adalah golongan alkana, baik yang rantainya lurus (normal alkana) maupun yang rantainya bercabang (isoalkana) Alkana rantai lurus merupakan komponen utama (terbanyak) dalam minyak bumi. Misalnya: normal oktana (C8H18) : CH3(CH2)6CH3. Sedangkan golongan alkana yang berantai cabang jumlahnya hanya sedikit, misalnya: CH3 | CH3 — C — CH2 — CH — CH3 | | CH3 CH3 2,2,4 trimetil pentana (iso oktana)
2. Golongan Alisiklik Termasuk golongan ini adalah golongan sikloalkana (alkana yang berantai siklis/tertutup) misalnya: metil siklopentana (C6H12) etil sikloheksana (C8H16) CH2
CH2 H2C | H2C
CH — CH3 | CH2
H2C | H2C
CH — CH2 — CH3 | CH2 CH2
Kelompok hidrokarbon ini merupakan komponen terbesar kedua setelah golongan alifatik.
163
164
KIMIA X SMA
3. Hidrokarbon Aromatik Termasuk golongan ini adalah benzena dan turunannya, terdapat dalam jumlah sangat sedikit yang paling sederhana adalah benzena (C6H6) yang rumus bangunnya: H C HC
CH atau
HC
atau
CH C H
(cincin benzena)
Senyawa turunan benzena misalnya CH3
metil benzena (toluena)
Ada pula senyawa aromatik dengan cincin benzena lebih dari satu. Contohnya: naftalena (C10H8) dan antrasena (C14H10).
naftalena
antrasena
4. Senyawa-senyawa Lain a. Senyawa belerang (0,1 - 7%) Contoh: alkanatiol R - SH (R = alkil) tio alkana : R - S - R b. Senyawa nitrogen (0,01 - 0,9%) Misal: pirol (C4H5N): N | H
KIMIA X SMA
c. Senyawa oksigen (0,06 - 0,4%) Terutama sebagai asam karboksilat (R - COOH) d. Senyawa organologam Terutama senyawa vanadium dan nikel yang jumlahnya sangat kecil. Komposisi atau kandungan minyak berbeda-beda tergantung pada tempat penemuannya. (Hal ini tergantung pada umur, temperatur pembentukan, dan proses pembentukan). Minyak yang berasal dari Amerika misalnya, terutama mengandung senyawa-senyawa hidrokarbon siklis, sementara minyak yang berasal dari Indonesia banyak mengandung senyawa aromatik dan berkadar belerang rendah sehingga mutunya lebih bagus.
C. PROSES PEMISAHAN MINYAK BUMI Ketika minyak bumi diambil dari dalam tanah, yang kita peroleh adalah berupa cairan kental berwarna hitam, dan belum bisa langsung digunakna sebelum diolah dalam kilang minyak. Meskipun minyak bumi merupakan campuran yang kompleks namun ada cara yang mudah untuk memisahkan komponen-komponennya, yaitu berdasarkan perbedaan titik didihnya. Proses ini disebut destilasi (penyulingan) bertingkat. Dalam proses destilasi ini minyak mentah (minyak bumi yang telah terpisah dari gas alam) dipanaskan dalam boiler. Dari pemanasan in diperoleh uap minyak mentah, yang kemudian dipompakan masuk ke dalam kolom destilasi. Dalam pergerakannya, uap minyak menjadi dingin. Sebagian uap pada ketinggian tertentu mengalami kondensasi membentuk cairan. Zat cair yang diperoleh dalam suatu kisaran suhu tertentu ini disebut fraksi. •) Fraksi yang mengandung karbon lebih sedikit (Mr-nya kecil), mendidih lebih dahulu. Karena bobotnya ringan, maka bergerak lebih cepat dan terkondensasi di bagian atas kolom destilasi •) Kemudian disusun fraksi yang mengandung karbon lebih banyak, dan seterusnya sampai pada fraksi yang kandungan karbonnya paling tinggi.
165
166
KIMIA X SMA
Gambar: kolom destilasi dengan ”bubble cups” pendingin uap air
bensin ringan (0 - 70oC), alkana C5 – C6 (petroleum eter) bensin (70oC - 140oC), alkana C7 – C8
uap air cairan
kerosin (180oC - 250oC), alkana C11 – C13 (minyak tanah)
minyak mentah pemanas
nafta (140oC - 180oC), alkana C9 – C10
minyak solar (250oC - 350oC), alkana C14 – C16 uap minyak mentah
residu ( 350oC), alkana dengan jumlah C ≥ 17
Petrolium eter, bensin, nafta, kerosin dan solar, termasuk kelompok destilat (cairan hasil destilasi). Sedangkan minyak pelumas, vaselin, lilin dan aspal termasuk kelompok residu. (padatan sisa destilasi) Masing-masing fraksi minyak bumi yang telah dipisahkan ini selanjutnya mengalami proses desulfurisasi (penghilangan belerang). Belerang perlu dihilangkan sebab: 1. belerang menyebabkan bau tidak enak pada minyak bumi 2. minyak bumi dengan kadar belerang tinggi dapat menghasilkan asam sulfat, yang dapat menyebabkan perkaratan (korosi) pada mesin.
D. PENGGUNAAN GAS ALAM DAN MINYAK BUMI 1. Gas alam Di dalam tambang, gas alam berada bersama minyak bumi. Gas ini berisi campuran metana, etana propana, dan butana. Metana merupakan bahan baku untuk membuat gas. Campuran gas metana dan etana yang dicairkan disebut LNG (Liquified Natural Gas) banyak digunakan sebagai bahan bakar dalam rumah tangga. Elpiji (LPG = Liquified Petroleum Gas) adalah campuran gas yang dicairkan pada tekanan tinggi, terutama terdiri atas propana, isobutana, dan normal butana, digunakan sebagai bahanbakar.
KIMIA X SMA
2. Bensin (petrol/gasolin) Fraksi ini khusus digunakan sebagai bahan bakar kendaraan bermotor.
3. Nafta Digunakan untuk membuat senyawa organik yang lain, misalnya: kemudian dapat dibuat plastik, detergen, obat, cat, karet sintetis, bahan pakaian dan kosmetik.
4. Kerosin (minyak tanah) Digunakan sebagai penerangan, bahan bakar memasak, dan bahan bakar mesin-mesin kapal terbang tertentu. Avtur dalam dunia penerbangan adalah singkatan dari Aviation turbine kerosine.
5. Minyak solar Fraksi ini digunakan sebagai bahan bakar dalam industri, misalnya untuk pemanasan minyak mentah sebelum dipompakan ke dalam kolom destilasi. Selain itu digunakan juga untuk bahan bakar mesinmesin diesel.
6. Residu a. Minyak pelumas Minyak pelumas digunakan sebagai pelumas. Untuk menyatakan kekentalan (viskositas) minyak pelumas, digunakan bilangan SAE (Society of Automotive Engineers). Makin besar bilangannya, makin besar pula viskositasnya. b. Vaselin Dihasilkan pada pengolahan minyak bumi dari Amerika, minyak bumi dari Kalimantan dan Sumatra menghasilkan parafin sebagai bahan campuran untuk membuat salep, pomade, pelumas dan sebagainya. c. Lilin Dibuat dari parafin. Lilin digunakan untuk membuat kertas pembungkus berlapis, lilin, penerangan, membuat lilin batik, dan bahan pengkilap (seperti semir sepatu) d. Aspal Aspal digunakan sebagai lapisan anti korosi, dipakai pada konstruksi jalan, pengedap suara pada lantai dan sebagainya.
167
168
KIMIA X SMA
E. BENSIN Bensin merupakan fraksi minyak bumi yang paling komersial dan paling banyak diproduksi, karena sebagai bahan bakar kendaraan bermotor, untuk transportasi sehari-hari. Bensin mengandung alkana C7 – C8. Bensin yang rantai karbonnya lurus mutunya kurang baik, karena proses pembakarannya berlangsung lebih cepat. Akibatnya: 1. bensin lebih cepat habis (penggunaan bensin tidak efisien) 2. mesin cepat panas, dan dapat menimbulkan ketukan (knocking) pada mesin. Akibat lebih lanjut mesin cepat rusak. Untuk menyatakan mutu suatu bensin, digunakan istilah bilangan oktan. makin tinggi bilangan oktan suatu bensin, makin baik mutu bensin tersebut. Menurut perjanjian, normal heptana diberi nilai bilangan oktan = 0 (nol), karena mutunya yang sangat jelek. Sedangkan iso oktana (2, 2, 4 trimetil pentana) diberi nilai oktan = 100 (karena mutunya sangat baik) Untuk menaikkan mutu bensin yang jelak dapat dilakukan dengan cara menambahkan zat anti knocking antara lain: 1. Tetra Ethyl Lead (TEL) C2H5 | C2H5 – Pb – C2H5 = Pb(C2H5)4 | C2H5 Tetapi penggunaan TEL akhir-akhir ini ditinggakkan, karena dapat menimbulkan pencemaran udara. 2. Etanol: CH3 – CH2 – OH Campuran bensin dengan etanol (9 : 1) lazim disebut gasohol. 3. Metil Tersier Butil Eter (MTBE) CH3 | CH3 – C – O – CH3 | CH3 Kita mengenal macam-macam jenis bensin: a. Premium : mempunyai nilai oktan 82 merupakan campuran 82% iso oktana dan 18% n-heptana
KIMIA X SMA
b. Premix (singkatan dari Premium Mixtura) merupakan premium yang ditambah MTBE mempunyai bilangan oktan 94 (campuran 94% iso oktana + 6% n-heptana) c. Pertamax : bilangan oktan 91 – 92 Pertamax plus : bilangan oktan 95 Keunggulan pertamax dan pertamax plus dapat meningkatkan kinerja mesin, ramah lingkungan, dan lebih ekonomis (dari segi harga BBM dan biaya perawatan)
F. HASIL INDUSTRI KIMIA DALAM KEHIDUPAN SEHARIHARI Selain sebagai bahan bakar, sebagian fraksi minyak bumi digunakan juga untuk bahan baku di industri kimia (terutama fraksi gas dan fraksi nafta). Industri kimia dengan bahan baku minyak bumi dan gas alam disebut industri petrokimia. Hasil industri petrokimia ini didapat berbagai macam barang antar lain: plastik, berbagai jenis perekat/lem, pupuk, detergen, kain, lipstik, obat-obatan dan sebagainya.
1. Di Bidang Pangan Senyawa-senyawa golongan alkena dan alkuna lebih banyak digunakan sebagai bahan baku dalam industri, daripada digunakan sebagai bahan bakar. Mengapa demikian? Karena memiliki ikatan rangkap, maka senyawanya dapat mengalami reaksi adisi, yang berarti mudah mengikat atom/gugus atom lain. Atom/gugus atom yang akan diikat dapat kita atur jenisnya, sesuai dengan tujuan senyawa baru yang dibentuk Contoh: H2C = CH2 + H2O → H3C – CH2 etena | OH etanol (alkohol) Etanol yang dihasilkan dapat kita gunakan sebagai bahan baku membuat senyawa-senyawa yang lain. Melalui reaksi oksidasi misalnya, etanol dapat diubah menjadi asam asetat (asam cuka). O +O H3C – CH2 – OH H3C – C + H2O etanol
H etanal
169
170
KIMIA X SMA
Etanal yang dihasilkan dioksidasi lebih lanjut: O O +O H3C – C H3C – C H
OH
etanol asam cuka Asam cuka yang dihasilkan ini dapat direaksikan lebih lanjut dengan suatu alkohol, sehingga dapat diperoleh senyawa golongan ester. Ester adalah golongan senyawa yang sehari-hari digunakan sebagai essence (pemberi rasa dan aroma) pada makanan atau minuman. Ada rasa jeruk, rasa nanas, rasa pisang, dan sebagainya.
2. Di Bidang Sandang Pakaian yang kita kenakan setiap hari, merupakan salah satu contoh produk industri kimia dalam kelompok serat. Serat in tersusun dari banyak sekali molekul, yang saling menyambung satu sama lain, sehingga terbentuklah molekul ukuran sangat besar, yang disebut makromolekul (polimer). Serat dibedakan menjadi serat alami (misalnya katun, sutera, wool) dan serat sintetis yang dapat dihasilkan dari industri petrokimia. Serat sintetsis misalnya: famatex, nylon, dacron, rayon, tetoron, dan sebagainya.
3. Di Bidang Papan Aspal sebagai residu destilasi minyak bumi, di bidang papan/perumahan dapat dimanfaatkan antara lain untuk: - pengedap suara pada lantai - isolasi listrik - materi atap bangunan - pengerasan jalan - membuat lapisan anti korosi (karat) dan sebagainya Kayu sebagai senyawa karbon, tidak kalah pentingnya dalam konstruksi suatu rumah. Kayu adalah selulosa, terdiri atas rantai molekul glukosa yang membentuk polimer.
KIMIA X SMA
4. Di Bidang Perdagangan Banyak sekali hasil industri kimia yang berasal dari senyawa hidrokarbon dan turunannya sebut saja plastik. Plastik ini banyak sekali jenisnya: a. polietena (=polimer dari etena) digunakan untuk film, isolasi b. polivinil chlorida (PVC), polimer dari vinil chlorida CH2 = CH – Cl digunakan untuk pembalut kabel, atap gelombang, pipa peralatan, dan lain-lain. c. teflon adalah polimer dari tetra floroetena F2C = CF2 digunakan untuk pembalut pipa, lapisan panci anti lengket, lapisan alas seterika, dan sebagainya. Masih banyak lagi jenis plastik yang lain. Belum lagi di bidang kosmetik. Ada lipstik, minyak wangi, hand body. Di bidang obat-obatan: Dulcolax misalnya dapat digunakan sebagai pencahar (obat urus-urus) karena setelah dimasukkan ke dalam anus akan meleleh dan berfungsi sebagai minyak pelumas. Sehingga mempermudah tinja untuk keluar. Poli isoprena adalah polimer dari isoprena (2 -metil 1, 3-butadiena) yang kita kenal sebagai karet alam. Karet ini banyak manfaatny antara lain utuk membuat ban, cat, semen, dan pelarut. Singkat kata, hampir semua senyawa karbon dapat menjadi barang perdagangan.
5. Di Bidang Seni dan Estetika Ada pepatah "dengan ilmu hidup menjadi mudah dan dengan seni hidup menjadi indah" Berbicara tentang keindahan, kita tidak bisa lepas dari dunia warna. Cat untuk tembok, untuk sepeda motor dan mobil. Cat warna untuk lukisan, sampai cat warna untuk bibir, semuanya menggunakan bahan baku senyawa karbon. Seni patung yang sekarang banyak dibuat, banyak menggunakan lilin sebagai bahan bakunya. Karena demikian penting dan luasnya senyawa karbon, tidaklah rugi bila kita bersungguh-sungguh untuk mempelajarinya. Sebab dengan menguasai ilmu senyawa karbon dapat menjadikan hidup kita lebih mudah, indah dan bermakna.
171
172
KIMIA X SMA
nc i u K a Ka t minyak bumi mikroskopis mikroorganisme plankton petrolium batuan sedimen hidrokarbon alifatik alisiklik aromatik normal alkana isoalkana benzena senyawa turunan benzena toluena naftalena antrasena alkanatiol tioalkana pirol asam karboksilat senyawa oranologam kilang minyak destilasi (penyulingan) boiler fraksi bubble cups bensin nafta kerosin destilat residu desulfurisasi
RANGKUMAN -
-
-
-
Minyak bumi terbentuk dari proses pelapukan tumbuh-tumbuhan makroskopis dan mikroorganisme yang hidup di laut disebut plankton. Plankton-plankton tersebut mati tenggelam ke dasar laut dan mengalami proses pembusukan. Karena pengaruh suhu dan tekanan yang tinggi akhirnya berubah menjadi minyak bumi. Senyawa-senyawa yang terkandung dalam minyak bumi antara lain: a. Senyawa alkana: normal heptana dan iso oktana b. Senyawa sikloalkana: metil siklopentana, etil sikloheksana c. Senyawa aromatik: benzena (C6H6), naftalena (C10H8), dan antrasena (C14H10) d. Sedikit senyawa belerang, nitrogen, oksigen, dan organo logam. Pemisahan komponen-komponen penyusun minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya (destilasi bertingkat). Dari proses destilasi ini dihasilkan fraksifraksi minyak bumi, dan fraksi yang terpenting adalah bensin. 1. Senyawa-senyawa golongan alkena dan alkuna lebih banyak dimanfaatkan sebagai bahan baku industri daripada untuk bahan bakar 2. Dengan memanfaatkan ikatan rangkap yang dimilikinya, alkena dapat direaksikan dengan sesama alkena atau senyawa lain dengan cara reaksi adisi, sehingga terbentuklah senyawa turunannya. 3. Alkena dan turunannya (termasuk senyawa karbon yang lain) mempunyai peranan sangat penting di segala bidang
KIMIA X SMA
korosi gas alam LNG LPG avtur solar SAE vaselin lilin aspal knocking bilangan oktan normal heptana isooktana zat anti knocking Tetra Ethyl Lead (TEL) gasahol Metil Tersier Butil Eter (MTBE) premium premix pertamax petrokimia etanol etanal asam cuka9 ester essence makromolekul (polimer) serat alami serat sintesis politena PVC teflon Supositoria poliisoprena
173
174
KIMIA X SMA
P
ELATIHAN SOAL
I. Silanglah (X) huruf a, b, c, d, atau e di depan jawaban yang tepat! 1. Senyawa yang bukan merupakan penyusun minyak bumi adalah .... a. normal heptana b. iso oktana c. metil siklo pentana d. benzena e. propena 2. Fraksi minyak bumi yang dihasilkan pada suhu antara 140ºC - 180ºC adalah .... a. bensin premium b. bensin super c. bensin ringan d. nafta e. solar 3. Fraksi minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar dengan bilangan oktan tinggi adalah .... a. kerosin d. solar b. residu c. bensin e. nafta 4. Hasil pengolahan minyak bumi yang digunakan dalam pengerasan jalan adalah .... a. nafta b. kerosin c. bensin e. lilin d. aspal 5. Zat yang digunakan untuk menaikkan mutu bensin adalah .... a. n-heptana b. iso oktana c. pentana d. tetra ethyl lead e. butana
6. Berikut ini termasuk makromolekul, kecuali .... a. serat/kain b. plastik c. karet alam d. kayu e. gula 7. Berikut ini termasuk serat sintetis, kecuali .... a. katun b. famatex c. nylon d. dacron e. rayon 8. Berikut ini merupakan hasil industri petrokimia, kecuali ..... a. detergen b. semen c. lipstik d. minyak tanah e. pupuk 9. Berikut ini yang tidak termasuk jenis plastik adalah .... a. teflon b. polipropene c. polietena d. PVC e. isoprena 10. H2C = C – CH = CH2 | CH3 Senyawa di atas merupakan monomer penyusun .... a. plastik b. selulosa c. karet alam d. serat e. asam cuka
KIMIA X SMA
II. Jawablah pertanyaan-pertanyaan di bawah ini dengan singkat dan jelas! 1. Bagaimana terjadinya minyak bumi? Jelaskan! 2. Zat-zat apa saja yang terkandung dalam minyak bumi? Sebutkan! 3. Apakah yang Anda ketahui tentang elpiji? Jelaskan! 4. Mengapa kadar belerang di dalam minyak bumi tidak boleh terlalu tinggi? Jelaskan! 5. a. Apa yang dimaksud bilangan oktan? b. Apa arti bensin pertamax plus mempunyai bilangan oktan 95?
175
