Metana adalah hidrokarbon paling sederhana
yang berbentuk gas dengan rumus kimia CH4. Metana murni tidak berbau,
tapi jika digunakan untuk keperluan komersial, biasanya ditambahkan
sedikit bau belerang untuk mendeteksi kebocoran yang mungkin terjadi.
Sebagai komponen utama gas alam, metana adalah sumber bahan bakar
utama. Pembakaran satu molekul metana dengan oksigen akan melepaskan
satu molekul CO2 (karbondioksida) dan dua molekul H2O (air):
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
Metana adalah salah satu gas rumah kaca. Konsentrasi metana di
atmosfer pada tahun 1998, dinyatakan dalam fraksi mol, adalah 1.745
nmol/mol (bagian per milyar), naik dari 700 nmol/mol pada tahun 1750.
Pada tahun 2008, kandungan gas metana di atmosfer sudah meningkat
kembali menjadi 1.800 nmol/mol.
Karakteristik kimia dan ikatan
Metana adalah molekul tetrahedral dengan empat ikatan C-H yang
ekuivalen. Struktur elektroniknya dapat dijelaskan dengan 4 ikatan
orbital molekul yang dihasilkan dari orbital valensi C dan H yang saling
melengkapi. Energi orbital molekul yang kecil dihasilkan dari orbital
2s pada atom karbon yang saling berpasangan dengan orbital 1s dari 4
atom hidrogen.
Pada suhu ruangan dan tekanan standar, metana adalah gas yang tidak
berwarna darn tidak berbau. Bau dari metana (yang sengaja dibuat demi
alasan keamanan) dihasilkan dari penambahan odoran seperti metanathiol
atau etanathiol. Metana mempunyai titik didih −161 °C (−257.8 °F) pada
tekanan 1 atmosfer. Sebagai gas, metana hanya mudah
terbakar bila konsentrasinya mencapai 5-15% di udara. Metana yang
berbentuk cair tidak akan terbakar kecuali diberi tekanan tinggi (4-5
atmosfer).
Reaksi kimia
Reaksi-reaksi utama pada metana adalah pembakaran, pembentukan ulang
uap menjadi syngas, dan halogenasi. Secara umum, reaksi metana sulit
dikontrol. Oksidasi sebagian menjadi metanol, misalnya, merupakan reaksi
yang agak sulit untuk dilakukan karena reaksi kimia yang terjadi tetap
membentuk karbon dioksida dan air meskipun jumlah oksigen yang tersedia
tidak mencukupi. Enzim metana monooksigenase dapat digunakan untuk
memproduksi metanol dari metana, tapi karena jumlahnya yang terbatas
maka tidak dapat digunakan dalam reaksi skala industri.
Reaksi asam-basa
Seperti hidrokarbon lainnya, metana adalah asam yang sangat lemah.
Nilai pKa-nya pada DMSO diperkirakan 56. Metana tidak dapat
dideprotonasi dalam larutan, tapi konjugat basanya dengan metillitium
sudah diketahui. Protonasi dari metana dapat dibuat dengan cara
mereaksikannya dengan asam super sehingga menghasilkan CH5+, terkadang
disebut ion metanium.
Pembakaran
Pada reaksi pembakaran metana, ada beberapa tahap yang dilewati.
Hasil awal yang didapat adalah formaldehida (HCHO atau H2CO). Oksidasi
formaldehid akan menghasilkan radikal formil (HCO), yang nantinya akan
menghasilkan karbon monoksida (CO):
CH4 + O2 → CO + H2 + H2O
H2 akan teroksidasi menjadi H2O dan melepaskan panas. Reaksi ini
berlangsung sangat cepat, biasanya bahkan kurang dari satu milisekon.
2 H2 + O2 → 2 H2O
Akhirnya, CO akan teroksidasi dan membentuk CO2 samil melepaskan
panas. Reaksi ini berlangsung lebih lambat daripada tahapan yang
lainnya, biasanya membutuhkan waktu beberapa milisekon.
2 CO + O2 → 2 CO2
Hasil reaksi akhir dari persamaan diatas adalah:
CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O (ΔH = −891 kJ/mol (dalam kondisi temperatur dan tekanan standar))
Portal Kimia
Reaksi dengan halogen
Metana bereaksi dengan halogen maka reaksi kimianya adalah:
CH4 + X2 → CH3X + HX
dimana X adalah atom halogen: fluorin (F), klorin (Cl), bromin (Br),
atau iodin (I). Mekanisme untuk proses ini dinamakan halogenasi radikal
bebas. Reaksi dimulai dengan radikal Cl· menempel pada metana untuk
menghasilkan CH3·, keduanya bergabung dan membentuk metil klorida
(CH3Cl). Reaksi lainnya akan menghasilkan diklorometana (CH2Cl2),
kloroform (CHCl3), dan karbon tetraklorida (CCl4). Energi yang
diperlukan untuk reaksi ini dapat melalui radiasi ultraviolet atau
pemanasan.
Penggunaan
Metana digunakan dalam proses industri kimia dan dapat diangkut
sebagai cairan yang dibekukan (gas alam cair, atau LNG). Ketika dalam
bentuk cairan yang dibekukan, metana akan lebih berat daripada udara
karena gas metana yang didinginkan akan mempunyai massa jenis yang lebih
besar, . Metana yang berada pada suhu ruangan biasa akan lebih ringan
daripada udara. Gas alam, yang sebagian besar adalah metana, biasanya
didistribusikan melalui jalur pipa.
Bahan bakar
Metana adalah salah satu bahan bakar yang penting dalam pembangkitan
listrik, dengan cara membakarnya dalam gas turbin atau pemanas uap. Jika
dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya, pembakaran metana
menghasilkan gas karbon dioksida yang lebih sedikit untuk setiap satuan
panas yang dihasilkan. Panas pembakaran yang dihasilkan metana adalah
891 kJ/mol. Jumlah panas ini lebih sedikit dibandingkan dengan bahan
bakar hidrokarbon lainnya, tapi jika dilihat rasio antara panas yang
dihasilkan dengan massa molekul metana (16 g/mol), maka metana akan
menghasilkan panas per satuan massa (55,7 kJ/mol) yang lebih besar
daripada hidrokarbon lainnya. Di banyak kota, metana dialirkan melalui
pipa ke rumah-rumah dan digunakan untuk pemanas rumah dan kebutuhan
memasak. Metana yang dialirkan di rumah ini biasanya dikenal dengan gas
alam. Gas alam mempunyai kandungan energi 39 megajoule per meter kubik,
atau 1.000 BTU per kaki kubik standar.
Metana dalam bentuk gas alam terkompresi digunakan sebagai bahan
bakar kendaraan dan telah terbukti juga sebagai bahan bakar yang lebih
ramah lingkungan daripada bahan bakar fosil lain macam bensin dan
diesel.
Produksi
Proses biologi
Di alam, metana diproduksi oleh alam dalam proses yang disebut
metanogenesis. Proses yang memiliki beberapa tahap ini digunakan oleh
beberapa mikroorganisme sebagai sumber energi. Reaksi bersihnya adalah:
CO2 + 8 H+ + 8 e- → CH4 + 2 H2O
Tahapan akhir dari proses ini dikatalis oleh enzim metil-koenzim M
reduktase. Metanogenesis merupakan salah satu bentuk respirasi anaerob
yang digunakan oleh organisme yang menempati tempat pembuangan akhir,
hewan pemamah biak, dan rayap.
Sampai saat ini belum diketahui dengan pasti apakah beberapa tanaman juga termasuk dalam emisi metana.
Proses industri
Metana dapat diproduksi dengan hidrogenasi karbon dioksida dalam
proses Sabatier. Metana juga merupakan hasil samping hidrogenasi karbon
monoksida dalam proses Fischer-Tropsch. Teknologi ini dipakai dalam
skala industri untuk memproduksi molekul yang rantainya lebih panjang
dari metana.
Keamanan
Metana tidak beracun, tapi sangat mudah terbakar dan dapat
menimbulkan ledakan apabila bercampur dengan udara. Metana sangat
reaktif pada oksidator, halogen, dan beberapa senyawa lain yang
mengandung unsur halogen. Metana juga bersifat gas asfiksian dan dapat
menggantikan oksigen dalam ruangan tertutup. Asfiksia dapat terjadi
apabila konsentrasi oksigen di udara berkurang sampai di bawah 16%
volume, karena kebanyakan orang hanya dapat mentoleransi pengurangan
kadar oksigen sampai 16% tanpa merasa sakit. Gas metana dapat masuk ke
dalam interior sebuah gedung yang dekat dengan tempat pembuangan akhir
dan menyebabkan orang didalamnya terpapar metana. Beberapa gedung telah
dilengkapi sistem keamanan dibawah basement mereka untuk secara aktif menghisap gas metana ini dan membuangnya keluar gedung.
permasalahan:
bagaimana cara mereaksikan protonasi dengan asam super dan apa asam super itu ???
This comment has been removed by the author.
ReplyDeletesaya akan menjawab pertanyaan anda ..
ReplyDeletemetana tidak dapat berikatan rangkap karena metana memiliki 1 atom C ...
saya akan mencoba menjawab..
ReplyDeletemetana adalah turunan senyawa alkana dengan rumus molekul CH4. alkena lebih reaktif dibandingkan alkana. selain itu pada alkena rumus molekulnya dimulai dari C2H4 dan alkuna C2H2.
sehingga tidak ada ikatan rangkap pada metana..
karena pada metana unsur yang berikatan hanya 1 atom carbon dengan 4 atom hidrogen. atom carbon memang memungkinkan berikatan rangkap namun atom hidrogen tidak dapat berikatan rangkap karena hanya memiliki 1ev. jadi ikatan yang memungkinkan terjadi pada metana hanya ikatan tunggal.
ReplyDeleteSekedar menambahkan lagi, metana adalah senyawa yang memang benar-benar telah mutlak jenuh. Metana tidak dapat berikatan rangkap karena hanya memiliki 1 atom C.
ReplyDeleteSyarat untuk ikatan rangkap 2 adalah memiliki minimal 2 atom c (oleh sebab itu alkena dimulai dari etena bukan metena)
Syarat ikatan rangkap 3 sama saja dengan rangkap 2 (oleh sebab itu alkuna dimulai dari etuna bukan metuna)
Karena memang metena dan metuna itu tidak ada.
^_^
mohon informasi bila metana ditambah dengan atom C jadinya gmn y?
Deleteakan terjadi reaksi seperti ap?
trimakasih.
saya setuju dengan pendapat khatarina bahwa
ReplyDeletepada metana unsur yang berikatan hanya 1 atom carbon dengan 4 atom hidrogen. memungkinkan terjadi pada metana hanya ikatan tunggal.
karena metana hanya memili satu atom karbon.sehingga tidak bisa memiliki rangkap.selain itu metana adalah hidrokarbon yang rantai C nya hanya terdiri dari ikatan kovalen tunggal saja. sering disebut sebagai hidrokarbon jenuh….karena jumlah atom Hidrogen dalam tiap2 molekulnya maksimal
ReplyDeletethanks buat kawan2 yg dah komen
ReplyDelete