Etana
Etana adalah sebuah senyawa kimia dengan rumus kimia CH. Senyawa ini merupakan alkana dengan dua karbon, dan merupakan hidrokarbon alifatik. Dalam temperatur dan tekanan standar, etana merupakan gas yang tak berwarna dan tak berbau. Dalam industri etana dihasilkan dengan cara diisolasi dari gas alam, dan sebagai hasil samping dari penyulingan minyak. Penggunaan utamanya adalah sebagai bahan baku produksi etilena.
Senyawa terkait dapat dibentuk dengan mengganti atom hidrogen dengan gugus fungsional lainnya; moietas etana disebut gugus etil. Misalnya, gugus etil yang berikatan dengan gugus hidroksil menghasilkan etanol, alkohol dalam minuman.
Etana pertama kali disintesis pada tahun 1834 oleh Michael Faraday, melalui elektrolisis larutan kalium asetat. Dia mengira produk hidrokarbon dari reaksi ini adalah metana dan tidak menelitinya lebih lanjut. Selama periode 1847-1849, dalam upaya untuk membuktikan teori radikal kimia organik, Hermann Kolbe dan Edward Frankland menghasilkan etana dengan mereduksi propionitril
(etil sianida) dan etil iodida dengan logam kalium, dan, seperti yang dilakukan Faraday, dengan elektrolisis larutan asetat dalam air. Namun, mereka menganggap produk reaksi ini adalah radikal metil padahal yang dihasilkan adalah dimer dari metil, yaitu etana. Kesalahan ini diperbaiki oleh Carl Schorlemmer pada tahun 1864, yang menunjukkan bahwa produk dari semua reaksi ini sebenarnya adalah etana.
Nama "etana" berasal dari Tata nama IUPAC untuk kimia organik. "Eth-" berasal dari bahasa Jerman untuk alkohol yang dapat diminum (etanol), dan "-ana" mengacu pada adanya ikatan tunggal antara atom karbon.
Pada suhu dan tekanan standar, etana adalah gas tak berwarna dan tidak berbau. Ia memiliki titik didih dan titik lebur. Etana padat ada dalam beberapa modifikasi. Pada pendinginan di bawah tekanan normal, modifikasi pertama yang muncul adalah kristal plastik, yang membentuk sistem kristal kubik. Dalam bentuk ini, posisi atom hidrogen tidak tetap; molekul dapat berputar bebas di
sekitar sumbu panjang. Mendinginkan etana ini di bawah kira-kira mengubahnya menjadi etana II yang berupa monoklinik dan bersifat metastabil. Etana hanya sangat sedikit larut dalam air.
Etana dapat dipandang sebagai dua gugus metil yang bergabung, yaitu dimer gugus metil. Etana dapat dengan mudah disintesis di laboratorium dengan elektrolisis Kolbe. Dalam teknik ini, dilakukan elektrolisis larutan garam asetat dalam air. Pada anoda, asetat dioksidasi untuk menghasilkan karbon dioksida dan radikal metil, dan radikal metil yang sangat reaktif bergabung untuk menghasilkan etana:
Metode lain yang secara konseptual mirip adalah dengan oksidasi anhidrida asetat menggunakan peroksida.
Kimia etana utamanya melibatkan reaksi radikal bebas. Etana dapat bereaksi dengan halogen, terutama klor dan brom, melalui halogenasi radikal bebas. Reaksi ini berlangsung melalui propagasi radikal etil:
Oleh karena etana terhalogenasi dapat mengalami halogenasi radikal bebas lanjutan, maka proses ini menghasilkan campuran beberapa produk terhalogenasi. Dalam industri kimia, reaksi kimia selektif lebih banyak digunakan untuk memproduksi tertentu haloalkana dengan dua atom karbon.
Proses pembakaran sempurna etana membebaskan panas sebesar 1559.7 kJ/mol, atau 51.9 kJ/g, dan menghasilkan karbon dioksida dan air sesuai dengan persamaan kimia
Pembakaran juga dapat terjadi tanpa oksigen berlebih, membentuk campuran karbon amorf dan karbon monoksida.
Pembakaran terjadi melalui serangkaian reaksi radikal bebas yang rumit. Simulasi komputer atas kinetika kimia pembakaran etana telah menyertakan ratusan reaksi yang ada. Sebuah tahap penting dari reaksi pembakaran etana adalah bergabungnya radikal etil dengan oksigen, dan pecahnya peroksida yang dihasilkan menjadi radikal etoksi dan hidroksil.
Senyawa karbon yang terbentuk dari proses pembakaran etana tak sempurna adalah karbon tunggal seperti karbon monoksida dan formaldehida. Salah satu reaksi yang ditempuh untuk menghasilkan produk karbon tunggal ini adalah dekomposisi radikal etoksi menjadi radikal metil dan formaldehida, yang kemudian dioksidasi lebih lanjut:
Produk utama yang mengandung karbon hasil pembakaran tidak sempurna etana adalah senyawa karbon tunggal seperti karbon monoksida dan formaldehida. Salah satu rute penting dimana ikatan karbon-karbon dalam etana rusak, dan menghasilkan produk karbon tunggal, adalah dekomposisi radikal etoksi menjadi radikal metil dan formaldehida, yang pada gilirannya dapat mengalami oksidasi lebih lanjut.
Beberapa produk minor dalam pembakaran etanol yang tidak sempurna meliputi asetaldehida, metana, metanol, dan etanol. Pada suhu yang lebih tinggi, terutama pada kisaran 600-900 °C (1.112-1.652 °F), etilen adalah produk yang signifikan. Reaksinya sebagai berikut:
Reaksi serupa (dengan pereaksi selain oksigen sebagai abstraktor hidrogen) adalah reaksi yang terlibat dalam produksi etilena dari etana pada proses perengkahan kukus.
Memutar substruktur molekuler di sekitar ikatan yang mudah pecah umumnya membutuhkan energi. Energi minimum untuk menghasilkan rotasi ikatan 360 derajat disebut penghalang rotasi ().
Etana memberikan contoh klasik dan sederhana tentang penghalang rotasi semacam itu, yang terkadang disebut "penghalang etana". Di antara bukti eksperimental awal penghalang ini (lihat diagram di sebelah) diperoleh dengan memodelkan entropi etana. Tiga hidrogen di setiap ujung bebas untuk berputar di sekitar ikatan pusat karbon-karbon bila diberi energi yang cukup untuk mengatasi penghalang. Asal
usul fisik penghalang masih belum sepenuhnya terpecahkan, meskipun tolakan tumpang tindih (pertukaran) antar atom hidrogen pada ujung molekul yang berlawanan mungkin adalah kandidat terkuat untuk fenomena tersebut, dengan memberikan efek hiperkonjugasi yang menstabilkan pada konformasi steger. Namun, metode teoretis yang menggunakan titik awal yang tepat (orbital ortogonal) menemukan bahwa hiperkonjugasi adalah faktor yang terpenting terkait asal penghalang rotasi etana.
Selama tahun 1890-1891, kimiawan memperkirakan bahwa molekul etana lebih menyukai konformasi steger dengan dua ujung molekul saling miring satu sama lain.
Setelah metana, etana adalah komponen terbesar kedua dalam gas alam. Gas alam dari berbagai ladang gas memiliki kandungan etana bervariasi, mulai dari kurang dari 1% sampai lebih dari 6% volume. Sebelum tahun 1960an, etana dan molekul yang lebih besar biasanya tidak dipisahkan dari komponen metana gas alam, namun dibakar bersamaan dengan metana sebagai bahan
bakar. Saat ini, etana adalah bahan baku petrokimia penting dan dipisahkan dari komponen gas alam lainnya di ladang gas yang dikelola dengan baik.
Etana juga dapat dipisahkan dari gas petroleum, campuran gas hidrokarbon yang dihasilkan sebagai produk sampingan dari penyulingan minyak bumi. Ekonomi bangunan dan pabrik pengolahan bisa berubah. Jika nilai relatif pengiriman gas alam mentah ke konsumen melebihi nilai ekstraksi etana, ekstraksi etana mungkin tidak berjalan, yang dapat menyebabkan masalah operasional dalam mengelola perubahan kualitas gas di sistem hilir.
Pemisahan etana dari metana yang paling efisien adalah dengan mencairkannya pada temperatur kriogenik. Terdapat berbagai strategi pendinginan, antara lain: proses yang paling ekonomis saat ini yang digunakan secara luas adalah menggunakan "turboexpander", yang dapat memperoleh lebih dari 90% etana dalam gas alam. Dalam proses ini, gas dingin diekspansi melalui turbin, kemudian suhu
diturunkan hingga sekitar. Pada suhu serendah ini, gas metana dapat dipisahkan dari cairan etana dan hidrokarbon yang lebih berat dengan distilasi. Distilasi lanjutan kemudian dilakukan untuk memisahkan etana dari propana dan hidrokarbon yang lebih berat.