PDF KIMIA T5

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 49 © Nilam Publication Sdn. Bhd. (b) Tuliskan permerhatian pada (i) terminal negatif: Elektrod magnesium menjadi nipis (ii) terminal positif : Elektrod kuprum menjadi tebal (c) Tulis setengah persamaan bagi tindak balas yang berlaku di (i) terminal negatif: Mg → Mg2+ + 2e– (ii) terminal positif: Cu2+ + 2e– → Cu (d) Tulis persamaan ion bagi tindak balas yang berlaku di dalam sel kimia di atas. Mg + Cu2+ → Mg2+ + Cu (e) Nyatakan nama bahan yang diturunkan bagi tindak balas di atas. Ion kuprum(II) (f) Nyatakan nama bahan yang bertindak sebagai agen penurunan bagi tindak balas di atas. Magnesium (g) Bagaimana dengan bacaan voltmeter jika elektrod magnesium di dalam larutan magnesium sulfat digantikan dengan elektrod zink dalam larutan zink sulfat? Bacaan voltmeter menurun. 3 Anda diberi bahan dan radas yang berikut. Bahan: Kepingan zink, kepingan kuprum, asid sulfurik cair, larutan zink sulfat, larutan kuprum(II) sulfat. Radas: Bikar, wayar penyambung, voltmeter, tiub kaca. (a) Dengan menggunakan bahan dan radas yang disediakan, lukis susunan radas untuk menghasilkan elektrik dari tindak balas kimia. Zink Titian garam Zink sulfat Kuprum Kuprum(II) sulfat – + (b) (i) Nyatakan nama larutan yang digunakan sebagai titian garam. Asid sulfurik cair (ii) Apakah fungsi titian garam? Untuk membenarkan pergerakan ion supaya litar elektrik menjadi lengkap. (c) Label susunan radas di atas dengan berikut: (i) Terminal negatif (ii) Terminal positif (iii) Arah pengaliran elektron (d) Tulis setengah persamaan bagi tindak balas yang berlaku di: (i) Terminal negatif: Zn → Zn2+ + 2e– (ii) Terminal positif: Cu2+ + 2e– → Cu (e) Nyatakan nama bahan yang dioksidakan di dalam tindak balas di atas. Zink (f) Nyatakan nama bahan yang bertindak sebagai agen pengoksidaan di dalam tindak balas di atas. Kuprum(II) sulfat / Ion kuprum(II) TP2 TP3 TP3 TP2 TP2 TP3 TP5 TP1 TP3 TP2 TP2 TP3

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 50 I Penyaduran Apakah penyaduran logam? Penyaduran logam ialah proses menyadur objek logam dengan satu lapisan logam yang dikehendaki. Susunan radas bagi penyaduran logam. Logam penyadur (anod) Elektrolit Logam yang hendak disadur (katod) Objek yang manakah dijadikan anod (disambungkan kepada terminal positif bateri)? Logam penyadur . Catatan: Logam penyadur bukan elektrod lengai, atom logam penyadur mengion membebaskan elektron untuk membentuk ion logam. X(p) Xn+(ak) + ne– Anod menipis. Objek yang manakah dijadikan katod (disambung kepada terminal negatif bateri)? Objek logam yang hendak disadurkan . Catatan: Apabila kation logam penyadur dinyahcas di katod, logam penyadur terenap pada permukaan logam yang hendak disadurkan. Xn+(ak) + ne– X(p) Apakah elektrolit yang digunakan? Elektrolit yang digunakan ialah larutan akueus garam yang mengandungi ion logam penyadur. Huraikan satu eksperimen makmal untuk menyadur sudu besi dengan kuprum. TP5 Kuprum Larutan kuprum(II) nitrat Sudu besi Prosedur: – Kepingan kuprum dan sudu besi dibersihkan dengan kertas pasir . – Larutan kuprum(II) nitrat dituangkan ke dalam bikar sehingga separuh penuh . – Sudu besi disambungkan kepada terminal negatif bateri dan kepingan kuprum disambungkan kepada terminal positif bateri menggunakan wayar penyambung. // Sudu besi dijadikan katod dan kepingan kuprum dijadikan anod. – Sudu besi dan plat kuprum dicelup ke dalam larutan kuprum(II) nitrat seperti ditunjukkan dalam rajah. – Litar dilengkapkan . – Setengah persamaan di katod: Cu2+ + 2e– Cu . – Pemerhatian di katod: Pepejal perang terenap. – Setengah persamaan di anod: Cu Cu2+ + 2e– . – Pemerhatian di anod: Kuprum menipis . Menghuraikan Penyaduran dan Penulenan Logam secara Elektrolisis SP 1.4.5

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 51 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Pemerhatian / Inferens / Setengah persamaan: Pemerhatian Inferens / Setengah persamaan Pepejal perang terenap di katod Kuprum terbentuk. Ion kuprum(II) menerima elektron untuk membentuk atom kuprum. Setengah persamaan: Cu2+ + 2e– Cu Plat kuprum menipis Atom kuprum melepaskan elektron untuk membentuk ion kuprum(II). Setengah persamaan: Cu Cu2+ + 2e– Warna biru kekal tidak berubah Bilangan atom kuprum yang membentuk ion kuprum(II) di anod adalah sama dengan bilangan ion kuprum(II) yang membentuk atom kuprum di katod. Kepekatan larutan kuprum(II) sulfat tidak berubah. Rumusan proses penyaduran. Logam penyadur (anod) ➝ atom logam di anod membebaskan elektron ➝ menjadi kation➝ memasuki elektrolit ➝ kation di katod ➝ menerima elektron ➝ dinyahcas dan terenap pada logam yang hendak disadur di katod. Nyatakan dua tujuan utama penyaduran. – Untuk menghalang kakisan objek melalui perlindungan lapisan logam. Contohnya, objek besi disadurkan dengan nikel atau kromium. – Untuk menjadikan objek lebih menarik dengan penampilan yang berkilat. Sebagai contoh, penyaduran objek logam dengan emas, platinum dan perak. Cadang langkah yang diambil untuk mendapat lapisan penyaduran yang sekata dan tahan lama. – Arus elektrik yang rendah digunakan supaya penyaduran dilakukan dengan perlahan. – Kepekatan elektrolit yang rendah digunakan. – Permukaan logam yang disadur digilap menggunakan kertas pasir. II Penulenan logam Apakah penulenan logam? Ialah satu proses menyingkirkan bendasing daripada suatu logam tak tulen. Catatan: Proses ini sama seperti penyaduran. Ia memindahkan logam dari anod ke katod. Bagaimana cara menulenkan logam tidak tulen menggunakan elektrolisis? (a) Logam tak tulen dijadikan sebagai anod. (b) Logam tulen dijadikan sebagai katod. (c) Elektrolit adalah larutan garam yang mengandungi ion logam yang hendak ditulenkan. Latihan: Penulenan kuprum Elektrod X Tidak tulen Elektrod Y Elektrolit + – (a) Nyatakan nama bahan yang dijadikan sebagai: elektrod X: Kuprum tidak tulen elektrod Y: Kuprum tulen elektrolit Z: Larutan kuprum(II) sulfat (b) Tuliskan setengah persamaan yang berlaku di: elektrod X: Cu Cu2+ + 2e– elektrod Y: Cu2+ + 2e– Cu (c) Apakah pemerhatian di elektrod X: Elektrod semakin nipis elektrod Y: Logam perang terenap

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 52 Rumusan proses penulenan. Logam tak tulen (anod) ➝ atom logam di anod melepaskan elektron ➝ menjadi kation ➝ memasuki elektrolit ➝ kation di katod ➝ menerima elektron ➝ dinyahcas dan terenap pada logam tulen di katod Lengkapkan jadual berikut: TP3 TP4 Aplikasi Contoh Elektrolit Anod/Setengah persamaan Katod/Setengah persamaan (a) Penyaduran Penyaduran argentum Larutan argentum nitrat Anod: Logam argentum Setengah persamaan: Ag → Ag+ + e– Katod: Logam untuk disadur Setengah persamaan: Ag+ + e– → Ag (b) Penulenan logam Penulenan kuprum Larutan kuprum(II) sulfat Anod: Kuprum tidak tulen Setengah persamaan: Cu → Cu2+ + 2e– Katod: Kuprum tulen Setengah persamaan: Cu2+ + 2e– → Cu Apakah bijih galian? Kebanyakan logam yang dijumpai secara semula jadi dalam bentuk sebatian seperti oksida, sulfida, klorida dan karbonat dikenali sebagai bijih galian. Berikan contoh biasa bagi bijih galian. Logam Bijih galian Sebatian kimia dijumpai dalam bijih galian Aluminium Bauksit Aluminium oksida Ferum Hematita Ferum(III) oksida Stanum Kaseterita Stanum(IV) oksida Nyatakan kaedah untuk mengekstrak logam daripada bijihnya. Ia bergantung pada kedudukan logam dalam siri kereaktifan. – Logam lebih reaktif (dari kalium ke aluminium) diekstrak melalui elektrolisis. – Logam kurang reaktif (di bawah aluminium) diekstrak melalui penurunan menggunakan karbon. Diekstrak melalui elektrolisis Diekstrak melalui penurunan menggunakan karbon Kereaktifan meningkat K, Na, Ca, Mg, Al, C, Zn, H, Fe, Pb, Cu Catatan: 1 Elektrolisis adalah proses yang sangat mahal. Ia digunakan untuk mengekstrak aluminium. 2 Kos pengekstrakan logam menggunakan karbon lebih murah dan karbon dibebaskan sebagai gas karbon dioksida selepas tindak balas. 3 Hidrogen juga boleh menurunkan oksida logam tetapi kos hidrogen adalah lebih daripada karbon. Hidrogen tidak digunakan secara meluas untuk tujuan pengekstrakan. Latihan PENGEKSTRAKAN LOGAM DARIPADA BIJIHNYA 1.5 SK 1.5 Menjelaskan Pengekstrakan Logam daripada Bijihnya Melalui Proses Elektrolisis SP 1.5.1

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 53 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Tiada pengekstrakan diperlukan untuk perak dan emas. Terangkan. Perak dan emas adalah logam paling kurang reaktif dan dijumpai sebagai logam bebas dalam bumi. Huraikan pengekstrakan aluminium dari bauksit, satu mineral yang mempunyai aluminium oksida. – Aluminium diekstrak dari bijih galian, bauksit yang mengandungi aluminium oksida, Al2O3 . – Bendasing seperti silika dan oksida daripada ferum dipisahkan daripada bauksit pada suhu yang tinggi. – Bauksit yang tulen, aluminium oksida seterusnya dicampur dengan kriolit, Na3AlF6. Kriolit ditambah untuk menurunkan takat lebur aluminium oksida (takat leburnya kira-kira 2 070°C diturunkan menjadi kira-kira 1 000°C). – Campuran itu kemudian dipanaskan sehingga lebur, dan leburan aluminium oksida itu kemudian dielektrolisis menggunakan karbon sebagai elektrod. – Leburan aluminium oksida terdiri daripada ion-ion aluminium dan oksida yang bebas bergerak. Al2O3(p) → 2Al 3+(ce) + 3O2–(ce) – Apabila elektrik melalui leburan aluminium oksida, ion aluminium tertarik dan bergerak ke arah kotod . Ion-ion oksida tertarik dan bergerak ke arah anod . Pada anod Pada katod – Ion-ion oksida dinyahcaskan dengan membebaskan elektron untuk membentuk molekul oksigen. – Ion-ion oksida mengalami pengoksidaan – Setengah persamaan: 2O2– → O2 + 4e– – Gas oksigen yang dibebaskan pada anod akan bertindak balas dengan elektrod karbon untuk membentuk karbon dioksida. – Oleh itu, anod terkakis secara perlahan dan mesti diganti dari semasa ke semasa. – Ion-ion aluminium dinyahcaskan dengan menerima elektron untuk membentuk atom aluminium. – Ion aluminium mengalami penurunan – Setengah persamaan: Al3+ + 3e– → Al – Cecair aluminium lebih tumpat daripada elektrolit dan akan dikumpul pada bahagian bawah dan mengalir keluar ke bekas yang besar. TAHAP PENGUASAAN (TP) Menguasai Belum menguasai TP2 Memahami tindak balas redoks serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut dengan contoh. 1 (a) Nyatakan nama bahan-bahan berikut. W:Cecair aluminium X: Leburan aluminium oksida Y: Karbon Z: Karbon (b) Bahan manakah bertindak sebagai: Anod: Z Katod: Y TP2 Bahan Y Bahan X + kriolit + – Bahan Z Bahan W TP1 Latihan Pengekstrakan aluminium

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 54 (c) Nyatakan nama hasil pada anod dan katod dan juga jenis tindak balas yang berlaku di: Anod: Oksigen Jenis tindak balas: Pengoksidaan Katod: Aluminium Jenis tindak balas: Penurunan (d) Tulis persamaan ion bagi tindak balas di: Anod: 2O2– → O2 + 4e– Katod: Al3+ + 3e– → Al (e) Mengapakah kriolit ditambah pada X? Untuk menurunkan takat lebur aluminium oksida (f) Bahan manakah yang perlu diganti dari masa ke semasa? Terangkan. Z, oksigen dibebaskan pada elektrod akan bertindak balas dengan elektrod karbon untuk menghasilkan karbon dioksida TP1 TP2 TP3 TP2 Bincangkan kesan pengekstrakan aluminium dari bauksit kepada persekitaran. – Proses pengekstrakan aluminium memerlukan tenaga yang sangat tinggi. Tenaga elektrik diperlukan untuk meleburkan aluminium oksida dan ia dihasilkan dengan membakar arang batu yang membebaskan gas rumah hijau. – Ketika proses elektrolisis leburan aluminium oksida, karbon dioksida juga terhasil yang mengakibatkan kesan negatif pada persekitaran. – Proses penulenan bauksit kepada aluminium oksida juga menghasilkan baki bauksit dalam bentuk enapcemar berwarna merah yang mana adalah toksik bagi alam sekitar. Baki ini perlu disimpan di dalam takungan bagi diproses dan ia boleh menyebabkan pencemaran yang serius jika dibebaskan pada sumber air. – Maka, sebagai pengguna, kita perlu mengitar semula aluminium untuk mengurangkan pencemaran alam sekitar dan meminimumkan penggunaan tenaga yang tinggi dalam pengekstrakan aluminium. Apakah siri kereaktifan logam? Siri kereaktifan kimia adalah susunan logam mengikut kereaktifan tindak balasnya dengan oksigen untuk membentuk oksida. Susunan logam dalam siri kereaktifan. K Na Ca Mg Al C Zn Fe Sn Pb Cu Ag Kereaktifan logam terhadap oksigen meningkat . Bagaimanakah cara meramal kebolehan logam untuk menyingkirkan oksigen daripada oksida logam yang lain? Terangkan jawapan anda berdasarkan tindak balas redoks. • Logam yang lebih reaktif dapat menyingkirkan oksigen daripada oksida logam bagi logam yang kurang reaktif. • Logam yang lebih reaktif menerima oksigen untuk membentuk logam oksida dan mengalami pengoksidaan , nombor pengoksidaan logam meningkat . • Oksida logam yang kurang reaktif kehilangan oksigen untuk membentuk logam dan mengalami penurunan , nombor pengoksidaan logam dalam logam oksida berkurang . • Logam yang lebih reaktif dapat menurunkan oksida logam bagi logam yang kurang reaktif dan bertindak sebagai agen penurunan . • Oksida logam yang kurang reaktif mengoksidakan logam yang lebih reaktif dan bertindak sebagai agen pengoksidaan . • Logam yang kurang reaktif tidak dapat menyingkirkan oksigen daripada oksida logam bagi logam yang lebih reaktif. Pengekstrakan ferum SP 1.5.2

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 55 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Nyatakan nama bijih dan formula kimia yang mana ferum diekstrakkan. Hematit dan Ferum(III) oksida, Fe2O3 Namakan peralatan yang digunakan bagi pengekstrakan ferum. Relau bagas Rajah menunjukkan proses pengekstrakan ferum daripada bijihnya dalam relau bagas. Bijih besi, kok, batu kapur Gas sampingan panas Udara panas Udara panas Bijih besi + Arang kok (karbon) + Batu kapur (Kalsium karbonat) Lubang pili untuk sanga Lubang pili untuk besi Gas sampingan panas 1 500ºC 1 900ºC Namakan tiga bahan mentah yang dimasukkan ke atas relau bagas. 1 Bijih besi (Hematit) 2 Arang kok 3 Batu kapur Namakan bahan penting dalam arang kok. Karbon Catatan: Kok ialah arang yang diperbuat daripada arang batu. Ia adalah sumber utama unsur karbon. Namakan bahan penting dalam udara panas yang memasuki relau bagas. Oksigen Catatan: Oksigen membantu pembakaran. Oksigen yang dipanaskan meningkatkan kadar tindak balas. Terangkan apa yang berlaku apabila udara panas memasuki relau bagas. Dalam relau bagas, satu siri tindak balas kimia berlaku. (i) Karbon bertindak balas dengan oksigen untuk membentuk karbon dioksida. Tindak balas ini sangat eksotermik dan membebaskan sejumlah besar haba (ini menyebabkan suhu meningkat kepada kira-kira 1 900°C) Persamaan kimia: C(p) + O2(g) → CO2(g) (ii) Karbon dioksida yang terbentuk bertindak balas dengan karbon membentuk karbon monoksida. Persamaan kimia: CO2(g) + 2C(p) → 2CO(g) (iii) Karbon monoksida adalah agen penurunan yang sangat kuat. Ia menurunkan ferum(III) oksida kepada besi lebur yang mengalir ke bahagian bawah relau Persamaan kimia: Fe2O3(p) +3 3CO(g) +2 + 2Fe(p) + 0 3CO2(g) Nombor pengoksidaan: +4 – Ferum(III) oksida diturunkan kerana nombor pengoksidaan ferum dalam ferum(III) oksida berkurang dari +3 kepada 0 . Ferum(III) oksida adalah agen pengoksidaan . – Karbon monoksida dioksidakan kerana nombor pengoksidaan karbon dalam karbon monoksida meningkat daripada +2 hingga +4 . Karbon monoksida adalah agen penurunan .

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 56 (iv) Pada suhu yang lebih tinggi, karbon menurunkan ferum(III) oksida kepada besi. Persamaan kimia: 2Fe2O3(p) + C(p) → 4Fe(p) + 3CO2(g) – Karbon mengalami pengoksidaan . Karbon menerima oksigen untuk membentuk karbon dioksida. – Karbon adalah agen penurunan . Ferum(III) oksida hilang oksigen untuk membentuk karbon. Karbon telah menurunkan ferum(III) oksida. – Ferum(III) oksida mengalami penurunan . Ferum(III) oksida hilang oksigen untuk membentuk ferum. – Ferum(III) oksida adalah agen pengoksidaan . Karbon menerima oksigen untuk membentuk ferum(III) oksida. Ferum(III) oksida telah mengoksidakan karbon. Berikan nama dan formula kimia untuk batu kapur. Kalsium karbonat, CaCo3 Apakah fungsi batu kapur? Untuk menyingkirkan bendasing seperti silikon dioksida (pasir) . Huraikan bagaimana batu kapur berfungsi. (i) Batu kapur terurai oleh haba untuk menghasilkan kalsium oksida dan karbon dioksida. CaCo3 → CaO + CO2 (ii) Bendasing di dalam besi seperti silikon oksida bertindak balas dengan kalsium untuk menghasilkan sanga. Sanga terdiri daripada kalsium silikat. SiO2(p) + CaO(p) → CaSiO3(p) (iii) Sanga mengalir ke bahagian bawah relau dan terapung di atas besi lebur. Besi lebur dan sanga dialirkan secara berasingan. Catatan: –Sanga digunakan dalam pembuatan jalan. –Besi lebur dibuat menjadi besi tuang. Bolehkah logam oksida diturunkan oleh logam lain? Berikan contoh. – Logam yang kurang reaktif boleh diturunkan oleh logam yang lebih reaktif apabila dipanaskan bersama. – Contoh tindak balas adalah Tindak balas Termit. Apakah Tindak balas Termit? Terangkan. – Tindak balas Termit adalah tindak balas antara ferum(III) oksida dengan aluminium untuk menghasilkan leburan ferum. – Aluminium adalah di atas ferum dalam siri kereaktifan logam. Maka, aluminium boleh mengekstrak ferum daripada bijihnya. – Hasilnya adalah aluminium oksida, ferum dan haba yang sangat banyak. – Tindak balas ini digunakan untuk kimpalan termit, selalu digunakan untuk menyambung landasan. – Berikut adalah persamaan bagi tindak balas termit: Fe2O3(p) + 2Al(p) → Al2O3(p) + 2Fe(ce) Apakah contoh logam lain yang boleh diekstrak dari logam oksida yang lebih reaktif? Logam lain seperti kromium dan titanium boleh diekstrak daripada logam oksida masing-masing menggunakan penurunan oleh logam yang lebih reaktif. Penurunan logam oksida oleh logam lain SP 1.5.2

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 57 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 1 Logam wujud sebagai galian di dalam kerak Bumi. Ia wujud sebagai oksida, karbonat atau sulfida. Ia mesti diekstrak sebelum ia dijadikan sebagai bahan berguna yang lain. Kaedah pengekstrakan bergantung pada kedudukan logam dalam siri kereaktifan. (a) Terangkan maksud bijih galian. Bijih galian adalah mineral dalam bentuk sebatian seperti oksida, sulfida, klorida dan karbonat. (b) Logam tulen boleh diperoleh dalam cara berikut: I Elektrolisis II Penurunan menggunakan karbon III Tiada pengekstrakan diperlukan Tandakan julat logam yang diekstrak oleh proses I, II dan III. K Na Ca Mg Al Zn Fe Pb Cu Ag Au I II II 2 Rajah di bawah menunjukkan pengekstrakan ferum di dalam relau bagas. (a) (i) Namakan semua bahan mentah yang memasuki relau bagas pada A. Hematita, batu kapur, kok (ii) Namakan dan tulis formula kimia bagi bijih galian utama ferum. Ferum(III) oksida, Fe2O3 (b) (i) Namakan bahan yang memasuki relau bagas di B. Udara panas (ii) Mengapakah bahan ini penting? Ia adalah sumber oksigen. (c) Di dalam relau bagas, siri tindak balas kimia berlaku. Tulis persamaan kimia bagi ketiga-tiga tindak balas, I, II dan III yang menyumbang kepada pengekstrakan ferum dari bijih galiannya. (i) Peringkat I: Penghasilan karbon dioksida C(p) + O2(g) → CO2(g) (ii) Kaedah II: Penghasilan karbon monoksida CO2(g) + C(p) → 2CO(g) (iii) Kaedah III: Pengekstrakan ferum pada kawasan P Fe2O3(p) + 3CO(g) → 2Fe(ce) + 3CO2(g) (d) (i) Namakan bahan yang mengalir keluar dari relau bagas pada C. Sanga (ii) Terangkan bagaimana bahan ini terbentuk dan dikeluarkan dari relau bagas. Kalsium karbonat (batu kapur) terurai kepada kalsium oksida dan karbon dioksida dan kalsium oksida. Kalsium oksida kemudian bertindak balas dengan silikon dioksida (pasir) untuk membentuk leburan silikon silika atau sanga. Sanga akan terapung di atas leburan ferum kerana ketumpatannya yang rendah dan dikeluarkan dari relau bagas. (iii) Tulis persamaan kimia untuk menunjukkan pembentukan bahan ini. CaO(p) + SiO2(p) → CaSiO3(ce) (e) Namakan bahan yang mengalir keluar daripada relau bagas di D. Leburan ferum Latihan TP3 TP3 TP3 TP2 TP3 A Gas sampingan B B 1 500°C C D Gas sampingan Kawasan P TP3 TP2

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 58 PENGARATAN 1.6 SK 1.6 Tindak Balas Redoks dalam Kakisan Logam atau Pengaratan Besi SP 1.6.1 Apakah kakisan logam? Kakisan logam ialah tindak balas redoks di mana logam mengalami pengoksidaan secara spontan kepada ion-ionnya dengan melepaskan elektron untuk membentuk ion logam. Contoh: (a) Kakisan magnesium : Mg → Mg2+ + 2e– (b) Kakisan zink : Zn → Zn2+ + 2e– (c) Kakisan besi : Fe → Fe2+ + 2e– Catatan: Apabila logam terkakis, ia biasanya membentuk lapisan oksida logam. Contoh: (a) Aluminium oksida adalah keras, tidak poros dan menyaduri logam tersebut dengan kukuh. Aluminium oksida akan melindungi aluminium di bawahnya daripada terus terkakis. Ini menerangkan ketahanan aluminium terhadap kakisan walaupun ia adalah logam elektropositif. Lapisan perlindungan aluminium oksida Aluminium (b) Logam lain yang mempunyai sifat yang sama adalah zink, plumbum, nikel dan kromium. Apakah pengaratan besi? Pengaratan besi ialah kakisan besi. Besi mengalami pengoksidaan secara spontan dengan melepaskan elektron membentuk ion ferum(II). Apakah syarat pengaratan besi? Pengaratan besi berlaku apabila besi terkakis dalam kehadiran air dan oksigen . Mengapakah pengaratan merupakan tindak balas redoks? Ia adalah tindak balas redoks di mana oksigen bertindak sebagai agen pengoksidaan sementara besi bertindak sebagai agen penurunan. Mekanisme pengaratan besi Rajah di bawah menunjukkan tindak balas yang terlibat dalam pembentukan karat: Katod (terminal positif) Fe(p) → Fe2+(ak) + 2e– O2 O2 O2 Titisan air Besi Fe2O3· X H2O (karat) Fe2O3· X H2O (karat) Anod (terminal negatif) Katod (terminal positif) Fe2+ Fe2+ B B A O2(g) + 2H2O + 4e– → 4OH– O2(g) + 2H2O + 4e– → 4OH–

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 59 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Apakah kesan pengaratan besi? Karat adalah rapuh, poros dan tidak melekat dengan kuat. Oleh itu, air dan oksigen boleh meresap kepada logam besi yang berada di bawahnya. Besi akan mengalami pengaratan yang berterusan. Terangkan mengapa struktur besi di pantai dan kawasan industri berkarat dengan lebih cepat. Pengaratan besi berlaku dengan lebih cepat dalam kehadiran asid atau garam kerana apabila bahan-bahan ini melarut dalam air, larutan menjadi elektrolit yang lebih baik. Elektrolit akan meningkatkan kekonduksian arus elektrik bagi air. Struktur besi di persisiran pantai dan kawasan perindustrian berkarat dengan lebih cepat kerana: (i) kehadiran garam dalam bayu laut (ii) kehadiran gas berasid di kawasan perindustrian seperti sulfur dioksida, SO2 dan nitrogen dioksida, NO2. Terangkan bagaimana karat terbentuk Terangkan pembentukan sel kimia ringkas apabila besi bersentuhan dengan air. Terangkan mengapa permukaan besi di A menjadi terminal negatif. Terangkan mengapa permukaan besi di B menjadi terminal positif. Terangkan bagaimana ferum(III) oksida terhidrat terbentuk. (iii) (iv) (ii) (i) Apabila besi bersentuhan dengan air, permukaan air yang terdedah kepada udara cenderung untuk menerima elektron. Permukaan besi di A dengan kepekatan oksigen yang lebih rendah menjadi anod (terminal negatif), elektrod di mana pengoksidaan berlaku. Atom ferum, Fe melepaskan elektron dan mengalami pengoksidaan untuk membentuk ion ferum(II), Fe2+: Setengah persamaan pengoksidaan: Fe(p) Fe2+(ak) + 2e– Elektron mengalir melalui ferum kepada hujung titisan air di B, di mana kepekatan oksigen di situ adalah lebih tinggi . Permukaan ferum di B menjadi katod (terminal positif), elektrod di mana penurunan berlaku. Molekul oksigen, O2 menerima elektron dan mengalami penurunan untuk membentuk ion hidroksida, OH– . Setengah persamaan penurunan: O2(g) + 2H2O(ce) + 4e– 4OH– (ak) Ion ferum(II), Fe2+ yang dihasilkan bergabung dengan ion hidroksida, OH– untuk membentuk ferum(II) hidroksida. Fe2+(ak) + 2OH– (ak) Fe(OH)2(p) Ion ferum(II), Fe2+ berwarna hijau tetapi karat berwarna perang kerana ferum(II) hidroksida, Fe(OH)2 melalui pengoksidaan oleh oksigen untuk membentuk ferum(III) oksida terhidrat, Fe2O3 . xH2O (karat). x ialah integer yang mempunyai pelbagai nilai.

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 60 Mengawal kakisan logam Bagaimana logam lain memberi kesan terhadap pengaratan besi? Pengaratan besi lambat apabila ia bersentuhan dengan Mg, Al dan Zn Pengaratan besi lebih cepat jika ia bersentuhan dengan Sn, Pb dan Cu K Na Ca Mg Al Zn Fe Sn Pb Cu Ag Kesenangan untuk membebaskan elektron meningkat (lebih elektropositif) Catatan: Logam yang lebih elektropositif boleh didefinisikan sebagai logam yang mempunyai nilai keupayaan elektrod piawai, E0 yang lebih negatif atau kurang positif. Logam mempunyai kecenderungan untuk membebaskan elektron dan menjadi agen penurunan yang kuat. Konsep ini telah dipelajari dalam Keupayaan Elektrod Piawai pada muka surat 23. Terangkan bagaimana logam yang lebih elektropositif daripada besi memberi kesan terhadap pengaratan besi. Apabila besi bersentuhan dengan logam yang lebih elektropositif seperti zink, pengaratan besi terhalang . Atom zink, Zn melepaskan elektron untuk membentuk ion zink, Zn2+. Zink terkakis atau mengalami pengoksidaan , bukannya besi. Setengah persamaan pengoksidaan: Zn(p) Zn2+(ak) + 2e– Elektron yang dibebaskan mengalir melalui besi kepada permukaan logam di mana terdapatnya air dan oksigen. Setengah persamaan penurunan: O2(g) + 2H2O(ce) + 4e– 4OH– (ak) Terangkan bagaimana logam yang kurang elektropositif daripada besi memberi kesan terhadap pengaratan besi. Apabila besi bersentuhan dengan logam yang kurang elektropositif seperti plumbum, pengaratan besi menjadi lebih cepat . Atom ferum kehilangan elektron membentuk ion ferum(II), Fe2+. Maka, besi terkakis/berkarat atau teroksida , bukannya plumbum. Setengah persamaan pengoksidaan: Fe(p) Fe2+(ak) + 2e– Eksperimen Pemerhatian / Inferens / Kesimpulan / Penerangan Larutan agar-agar panas + kalium heksasianoferat(III) + fenolftalein Paku besi + magnesium Pemerhatian: Keamatan tompok merah jambu yang tinggi. Inferens: 1 Warna merah jambu menunjukkan kehadiran ion hidroksida, OH– . 2 Tiada tompok biru. Tiada ion ferum(II), Fe2+ hadir. 3 Besi tidak berkarat . Kesimpulan: Magnesium yang mengalami pengoksidaan atau terkakis dan bukannya besi. Penerangan: 1 Magnesium adalah lebih elektropositif daripada besi. 2 Atom magnesium melepaskan elektron untuk membentuk ion magnesium, Mg2+. 3 Setengah persamaan pengoksidaan: Mg → Mg2+ + 2e– 4 Elektron mengalir ke permukaan besi. 5 Molekul air dan oksigen menerima elektron untuk membentuk ion hidroksida, OH– . 6 Setengah persamaan penurunan: 2H2O + O2 + 4e– → 4OH– Latihan TP3 TP4

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 61 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Larutan agar-agar panas + kalium heksasianoferat(III) + fenolftalein Paku besi + kuprum Pemerhatian: Keamatan warna biru yang tinggi. Inferens: 1 Keamatan warna biru yang tinggi menunjukkan kehadiran ion ferum(II), Fe2+. 2 Besi berkarat Kesimpulan: Besi mengalami pengoksidaan atau berkarat dan bukannya kuprum. Penerangan: 1 Besi adalah lebih elektropositif daripada kuprum. 2 Atom ferum melepaskan elektron untuk membentuk ion ferum(II), Fe2+. 3 Setengah persamaan pengoksidaan: Fe → Fe2+ + 2e– Eksperimen untuk Mengkaji Kesan Logam Lain terhadap Pengaratan Besi TP6 Tujuan : Untuk mengkaji kesan logam-logam lain terhadap pengaratan paku. Pernyataan masalah : Bagaimana logam-logam berlainan jenis yang bersentuhan dengan besi memberi kesan terhadap pengaratan? Hipotesis : Apabila logam yang kurang elektropositif bersentuhan dengan besi, pengaratan besi adalah lebih cepat, apabila logam yang lebih elektropositif bersentuhan dengan besi, besi tidak berkarat. Pemboleh ubah dimanipulasikan: Logam-logam berbeza yang bersentuhan dengan besi. Pemboleh ubah bergerak balas : Pengaratan besi / Keamatan warna biru Pemboleh ubah dimalarkan : Paku besi, suhu larutan agar-agar Radas : Tabung uji, rak tabung uji, kertas pasir Bahan : Paku besi, pita magnesium, jalur kuprum, larutan agar-agar panas, larutan kalium heksasianoferat(III), larutan fenolftalein Prosedur: Magnesium + paku besi Zink + paku besi Stanum + paku besi Kuprum + paku besi Paku besi Agar-agar + fenolftalein + larutan kalium heksasioneferat(III) P Q R S T 1 Lima tabung uji dilabel P, Q, R, S dan T. 2 Kelima-lima paku besi bersama pita magnesium, kepingan kuprum, zink dan stanum dibersihkan dengan kertas pasir. 3 Empat paku besi masing-masing dililitkan dengan pita magnesium, kepingan kuprum, zink dan stanum. 4 Larutan agar-agar panas yang mengandungi kalium heksasianoferat(III) dan fenolftalein dituangkan ke dalam tabung uji untuk menutup seluruh paku. 5 Tabung uji tersebut disimpan di dalam rak tabung uji dan dibiarkan semalaman. 6 Sebarang perubahan diperhatikan dan direkodkan.

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 62 Keputusan: Tabung uji Pasangan logam Keamatan warna biru Keamatan warna merah jambu P Q R S T Pencegahan Pengaratan SP 1.6.2 Nyatakan kaedah mencegah pengaratan. Kaedah biasa untuk mencegah pengaratan besi: (i) Menggunakan lapisan pelindung (ii) Perlindungan korban (iii) Pengaloian Mengapakah perlu mencegah pengaratan? Apabila besi berkarat, ferum(III) oksida terbentuk. Ferum(III) oksida rapuh dan tidak melekat pada permukaan besi dengan kuat dan mudah serpih. Serpihan karat yang berterusan akan mengakibatkan kelemahan struktur. Menggunakan lapisan pelindung TP3 Nyatakan prinsip kaedah tersebut. Ia menghalang besi daripada bersentuhan dengan oksigen dari udara dan air. Beri contoh lapisan pelindung. – Cat untuk pagar, kereta dan jambatan. – Minyak atau gris untuk bahagian enjin yang bergerak. – Lapisan plastik untuk barang yang ringan seperti penyangkut pakaian dan pagar dawai. – Penyaduran logam atau penyaduran elektrik. Catatan: Penyaduran dipelajari dalam elektrolisis Apakah logam yang digunakan untuk menyadur objek yang diperbuat daripada besi atau keluli? Stanum, argentum, nikel, kromium, zink dan emas Apakah penggalvanian? Berikan contoh. Penggalvanian ialah penyaduran logam menggunakan zink melibatkan penyaduran besi atau kepingan keluli dengan lapisan zink. Ia digunakan untuk membuat bumbung besi dan tangki air. Catatan: Penggalvanian dilakukan dengan mencelupkan besi di dalam leburan zink. Terangkan bagaimana zink mencegah pengaratan besi. – Zink membentuk lapisan oksida yang melindungi besi. (zink oksida tidak poros dan menyaduri permukaan dengan kukuh seperti aluminium oksida). – Apabila besi tergalvani tercalar, zink terkakis dan bukannya besi kerana zink lebih elektropositif. Apakah logam yang digunakan untuk menyadur bekas makanan? Terangkan bagaimana logam tersebut mencegah besi daripada berkarat. Stanum – Stanum membentuk lapisan pelindung saduran oksida. (Stanum oksida tidak poros dan menyaduri permukaan dengan kukuh seperti aluminium oksida). Terangkan mengapa besi berkarat lebih cepat apabila saduran logam menggunakan stanum tercalar atau kemek. – Apabila saduran stanum tercalar atau kemik, besi terdedah kepada oksigen dan air . Besi lebih elektropositif daripada stanum, pengaratan akan berlaku lebih cepat .

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 63 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Perlindungan korban Nyatakan prinsip perlindungan korban. Apabila besi bersentuhan dengan logam yang lebih elektropositif , pengaratan dapat dicegah. Atom logam yang lebih elektropositif membebaskan elektron dan mengalami pengoksidaan atau terkakis bukan besi. Bagaimanakah besi boleh dilindungi dengan perlindungan korban? Besi dihubungkan dengan logam yang lebih elektropositif seperti zink atau magnesium yang bertindak sebagai logam korban. Berikan contoh aplikasi perlindungan korban. TP3 (i) Blok zink dilekatkan kepada bahagian kapal yang tenggelam dalam air. (ii) Paip di bawah tanah dihubungkan dengan blok magnesium atau beg-beg yang diletakkan kepingan-kepingan magnesium. (iii) Blok magnesium dihubungkan pada kaki keluli pelantar minyak. Catatan: Oleh kerana logam yang lebih elektropositif teroksida lebih cepat, ia membentuk ion dan menjadi lebih nipis. Oleh itu, logam tersebut perlu diganti dari masa ke masa sebelum ia larut sepenuhnya. Paip besi (katod) Mg (anod korban) Mg Kaki keluli Dasar laut Blok magnesium dihubungkan kepada pelantar dengan kabel keluli Blok zink dilekatkan di bahagian bawah badan kapal Air laut Pengaloian TP3 Nyatakan maksud aloi. Aloi ialah campuran dua atau lebih unsur dengan komposisi tertentu yang tetap atau spesifik. Apakah aloi yang tahan karat? Keluli tahan karat Apakah yang ditambah kepada besi untuk menghasilkan keluli tahan karat? Karbon, kromium dan nikel Berikan contoh kegunaan keluli tahan karat. Set sudu garpu dan barang hiasan Terangkan bagaimana nikel dan kromium menghalang pengaratan besi. Kromium dan nikel membentuk saduran perlindungan oksida yang kuat terikat dengan besi. Simulasi

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 64 Peralatan pembedahan seperti pisau dan forsep diperbuat daripada keluli tahan karat. Ia mengandungi 74% ferum, 18% kromium dan 8% nikel. Apabila terdedah kepada udara, lapisan keras kromium(III) oksida terbentuk di atas permukaan ferum dan menghalang ferum daripada berkarat. Pengaratan ialah pengoksidaan ferum kepada ferum(III) oksida. Ion Fe2+ boleh ditukarkan kepada ion Fe3+ dengan bertindak balas dengan agen pengoksidaan manakala ion Fe3+ boleh ditukarkan kepada ion Fe2+ dengan bertindak balas dengan agen penurunan. Anda dikehendaki menjalankan satu eksperimen untuk mengkaji penukaran ion Fe2+ kepada ion Fe3+ dan sebaliknya. Anda dibekalkan dengan radas dan bahan berikut: Tabung uji, rak tabung uji, penunu Bunsen, larutan ferum(II) sulfat, FeSO4 0.5 mol dm–3, larutan ferum(III) sulfat, Fe2(SO4)3 0.5 mol dm–3, air bromin, serbuk magnesium, Mg, larutan natrium hidroksida, NaOH Jalankan dua eksperimen dengan mengikuti langkah-langkah berikut: Eksperimen I: 1 Sukat dan tambahkan 3 cm3 larutan ferum(II) sulfat 0.5 mol, dm–3 FeSO4 ke dalam tabung uji. 2 Masukkan 3 cm3 air bromin ke dalam tabung uji yang sama. 3 Goncang tabung uji. 4 Sukat dan tambahkan 2 cm3 larutan natrium hidroksida, NaOH ke dalam tabung uji yang sama. 5 Goncang tabung uji dan tambahkan lagi 10 cm3 larutan natrium hidroksida, NaOH. 6 Catatkan pemerhatian anda dalam Jadual 1. Eksperimen II: 1 Sukat dan tambahkan 3 cm3 larutan ferum(III) sulfat, Fe2(SO4)3 0.5 mol dm–3 ke dalam tabung uji. 2 Masukkan satu spatula serbuk magnesium, Mg ke dalam tabung uji yang sama. 3 Panaskan adunan. 4 Sukat dan tambahkan 2 cm3 larutan natrium hidroksida, NaOH ke dalam tabung uji yang sama. 5 Putar tabung uji dan tambahkan lagi 10 cm3 larutan natrium hidroksida, NaOH. 6 Catatkan pemerhatian anda dalam Jadual 1. Eksperimen Pemerhatian Eksperimen I Mendakan perang terbentuk Eksperimen I Mendakan hijau terbentuk Jadual 1 [2 markah] 8 (a) Dalam Eksperimen I, berdasarkan pemerhatian; (i) Apakah yang berlaku kepada ion Fe2+ apabila air bromin ditambahkan? Ion Fe2+ dioksidakan kepada ion Fe3+ [1 markah] (ii) Nyatakan peranan air bromin. Sebagai agen pengoksidaan [1 markah] (iii) Tulis persamaan ion bagi tindak balas itu. 2Fe2+ + Br2 → 2Fe3+ + 2Br– [2 markah] (iv) Nyatakan satu inferens apabila larutan natrium hidroksida ditambah sehingga berlebihan. Ion Fe3+ hadir [1 markah] Eksperimen: Tindak Balas Redoks dalam Perubahan Fe2+ → Fe3+ dan Fe3+ → Fe2+ SPM K3 S P O T S P M K 3

MODUL • Kimia TINGKATAN 5 UNIT 1 65 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 1 Rajah di bawah menunjukkan tiga batang paku besi yang masing-masing dililit dengan timah, logam Y dan logam Z dan diletakkan ke dalam tiga buah bikar yang berbeza. Bikar Pemerhatian selepas beberapa hari Agar-agar + fenolftalein + larutan kalium heksasianoferat(III) Paku besi + timah A Keamatan tompok biru yang rendah di sekeliling paku besi. Agar-agar + fenolftalein + larutan Paku besi + Y kalium heksasianoferat(III) B Keamatan tompok merah jambu yang rendah di sekeliling paku besi. Agar-agar + fenolftalein + larutan Paku besi + Z kalium heksasianoferat(III) C Keamatan tompok biru yang tinggi di sekeliling paku besi. Latihan TAHAP PENGUASAAN (TP) Menguasai Belum menguasai TP6 Mereka cipta menggunakan pengetahuan mengenai tindak balas redoks dalam konteks penyelesaian masalah dan membuat keputusan atau dalam melaksanakan aktiviti/tugasan dalam situasi baharu secara kreatif dan inovatif dengan mengambil kira nilai sosial/ekonomi/budaya masyarakat. (b) Dalam Eksperimen II, berdasarkan pemerhatian; (i) Apakah yang berlaku kepada ion Fe3+ apabila serbuk magnesium ditambahkan? Ion Fe3+ diturunkan kepada ion Fe2+ [1 markah] (ii) Nyatakan peranan serbuk magnesium. Sebagai agen penurunan [1 markah] (iii) Tulis persamaan ion bagi tindak balas itu. 2Fe3+ + Mg → 2Fe2+ + Mg2+ [2 markah] (iv) Nyatakan satu inferens apabila larutan natrium hidroksida ditambah sehingga berlebihan. Ion Fe2+ hadir [1 markah] (c) Anda juga dibekalkan dengan larutan kalium manganat(VII) berasid dan larutan hidrogen sulfida. Bina satu jadual untuk mengelaskan kedua-dua larutan kepada agen pengoksidaan dan agen penurunan. Agen pengoksidaan Agen penurunan Larutan kalium manganat(VII) berasid Larutan hidrogen sulfida [3 markah]

UNIT 1 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 66 (a) (i) Nyatakan nama ion yang memberi warna biru tompok dalam bikar A dan C. Ion ferum(II) (ii) Tulis setengah persamaan untuk menunjukkan pembentukan ion dalam (a)(i). Fe(p) Fe2+(ak) + 2e– (b) (i) Namakan ion yang memberi tompok merah jambu dalam bikar B. Ion hidroksida (ii) Tuliskan setengah persamaan yang mewakili pembentukan ion di (b)(i). 2H2O + O2 + 4e– → 4OH– (c) Cadangkan satu logam yang mungkin untuk Y: Magnesium // Zink Z: Kuprum // Argentum (d) Bagi perubahan kimia yang berlaku dalam bikar B, tuliskan setengah persamaan pengoksidaan. Mg → Mg2+ + 2e– // Zn → Zn2+ + 2e– (e) Berdasarkan pemerhatian, susunkan logam timah, ferum, Y dan Z secara meningkat mengikut keelektropositifannya. Z, Sn, Fe, Y (f) Dalam bikar manakah paku besi tidak berkarat? Terangkan jawapan anda. Bikar B. Tompokan merah jambu menunjukkan kehadiran ion hidroksida. Atom Y melepaskan elektron membentuk ion Y2+ kerana Y lebih elektropositif daripada besi. Elektron mengalir ke permukaan ferum dan diterima oleh molekul oksigen dan air untuk membentuk ion hidroksida, OH– . (g) Dalam bikar manakah paku besi berkarat? Terangkan jawapan anda. Bikar A dan C. Tompokan biru menunjukkan kehadiran ion ferum(II), Fe2+. Atom ferum melepaskan elektron dan dioksidakan kepada ion Fe2+ kerana ferum lebih elektropositif dari logam Z dan timah. (h) Keluli bersalut timah adalah kepingan keluli yang disalut dengan timah yang sangat nipis. Rajah di bawah menunjukkan keluli bersalut timah yang digunakan untuk membuat tin untuk makanan. (i) Jelaskan bagaimana timah boleh menghalang keluli daripada berkarat. Timah menghasilkan lapisan pelindung oksida yang kuat. Oksida itu akan melindungi besi di bawahnya daripada berkarat. (ii) Makanan dalam tin yang tinnya telah kemik atau tercalar tidak boleh dimakan. Terangkan mengapa. Sebaik sahaja tin itu telah kemik atau tercalar, besi di bawahya terdedah kepada udara dan air, pengaratan besi akan berlaku kerana besi adalah lebih elektropositif daripada timah. TP2 TP2 TP2 TP3 TP3 TP4 TP4 TP6 KBAT KUIZ Soalan Tambahan

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 67 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Peta Konsep Asid karboksilik C Hn 2n + 2 n = 1, 2, 3… Ikatan ganda tiga antara atom karbon: –C C– Ikatan tunggal antara atom karbon: –C–C– C Hn 2n n = 2, 3, 4… Ikatan ganda dua antara atom karbon: –C=C– Hidrokarbon tepu Alkuna Alkana Alkena Pengesteran C Hn 2nCOOCmH2m + 1 n = 0, 1, 2.… m = 1, 2 … C Hn 2n + 1COOH n = 0, 1, 2, 3, 4… Karboksilat, –COOC– O –C–O– Karboksil, –COOH O –C–OH Formula am Formula am Formula am Kumpulan berfungsi Kumpulan berfungsi Kumpulan berfungsi Formula am Kumpulan berfungsi Formula am Peretakan Penghidrogenan Pengoksidaan Penghidratan Pendehidratan Kumpulan berfungsi Kumpulan berfungsi Siri homolog Siri homolog Siri homolog Formula am Jenis hidrokarbon Siri homolog Jenis sebatian karbon organik Hidrokarbon SEBATIAN KARBON TAK ORGANIK SEBATIAN KARBON ORGANIK SEBATIAN KARBON Bukan hidrokarbon C Hn 2n + 1OH n = 1, 2, 3… Hidroksil, –OH Fokus pembelajaran bagi siri homolog adalah: 1 Persamaan am, formula molekul, formula struktur, penamaan IUPAC bagi Alkana, Alkena, Alkuna, Alkohol, Asid Karboksilik dan Ester 2 Keisomeran bagi Alkana, Alkena, Alkuna dan Alkohol 3 Sifat fizik dan sifat kimia untuk Alkana, Alkena, Alkuna, Alkohol dan Asid Karboksilik 4 Sifat fizik ester 5 Kegunaan siri homolog dalam kehidupan seharian Ester Alkohol Hidrokarbon tak tepu C Hn 2n – 2 n = 2, 3, 4… SEBATIAN KARBON UNIT 2

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 68 Apakah hidrokarbon? Berikan contoh. Hidrokarbon adalah sebatian organik yang hanya mengandungi karbon, C dan hidrogen, H sahaja. Contoh: Sebatian organik Komposisi Petrol Karbon, hidrogen Gas asli Karbon, hidrogen Apakah bukan hidrokarbon? Bukan hidrokarbon adalah sebatian organik yang mengandungi karbon dan hidrogen serta unsur-unsur lain seperti oksigen, nitrogen, fosforus dan halogen. Contoh: Sebatian organik Komposisi Protein Karbon, hidrogen dan nitrogen Kanji Karbon, hidrogen dan oksigen Alkohol Karbon, hidrogen dan oksigen Berapa kumpulankah hidrokarbon dapat dkelaskan? Hidrokarbon boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: (a) Hidrokarbon tepu (b) Hidrokarbon tak tepu Apakah sebatian karbon? Sebatian karbon adalah sebatian yang mengandungi unsur karbon . Berapa kumpulankah sebatian karbon dapat dikelaskan? Sebatian ini boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: (a) Sebatian organik (b) Sebatian tak organik Apakah sebatian organik? Berikan contoh. Sebatian organik adalah sebatian yang berasal daripada benda hidup yang mengandungi atom karbon terikat secara kovalen dengan atom lain seperti atom hidrogen, oksigen, nitrogen, fosforus dan halogen. Contoh-contoh sebatian organik adalah gula, kanji, protein, vitamin, enzim dan lain-lain. Apakah sebatian tak organik? Berikan contoh. Sebatian tak organik adalah sebatian karbon yang biasanya tidak mengandungi ikatan karbon-karbon seperti karbon dioksida (CO2), karbon monoksida (CO), kalsium karbonat (CaCO3) dan lain-lain. Berapa kumpulankah sebatian karbon organik dapat dikelaskan? Sebatian organik boleh dikelaskan kepada dua kumpulan: (a) Hikdrokarbon (b) Bukan hidrokarbon JENIS-JENIS SEBATIAN KARBON 2.1 SK 2.1 Sebatian Karbon SP 2.1.1 Hidrokarbon dan Bukan Hidrokarbon SP 2.1.1

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 69 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Apakah hidrokarbon tepu? Berikan contoh formula struktur bagi hidrokarbon tepu. Hidrokarbon yang mengandungi ikatan kovalen tunggal sahaja di antara atom karbon. Contoh: H H H H H H H C C C H Ikatan kovalen tunggal di antara atom karbon. Catatan: Formula struktur menunjukkan bagaimana atom dalam molekul terikat. Ini akan dipelajari dalam Siri Homolog pada muka surat 74. Apakah hidrokarbon tak tepu? Berikan contoh formula struktur bagi hidrokarbon tak tepu. Hidrokarbon yang mengandungi sekurang-kurangnya satu ikatan kovalen ganda dua atau ganda tiga di antara atom karbon. Contoh: H H H H H H H H H C C C C C H Ikatan kovalen ganda dua di antara atom karbon Ikatan kovalen ganda tiga di antara atom karbon H H H H H C C C H Apakah sumber utama hidrokarbon? SP 2.1.1 Sumber utama hidrokarbon ialah petroleum . Bagaimanakah petroleum terbentuk? Ia terbentuk daripada penguraian tumbuhan dan binatang yang telah mati sejak berjuta-juta tahun dahulu. Apakah petroleum? Petroleum ialah campuran molekul hidrokarbon yang berlainan saiz. Mengapa petroleum mesti ditapis sebelum digunakan? Petroleum tidak boleh digunakan sebelum diproses. Ia mestilah diasingkan kepada pecahan sebelum ia boleh digunakan melalui proses penapisan. Apakah peringkat yang terlibat dalam proses penapisan minyak? Terdapat dua peringkat di dalam proses penapisan minyak: (a) Penyulingan berperingkat (b) Peretakan Bagaimanakah campuran yang berbeza saiz molekul hidrokarbon dalam petroleum diasingkan? Hidrokarbon ini boleh diasingkan melalui penyulingan berperingkat petroleum pada suhu yang berlainan. Proses ini mengasingkan petroleum kepada pecahan yang berbeza di dalam menara penyulingan. Apakah yang dimaksudkan dengan pecahan? Pecahan adalah campuran hidrokarbon dalam julat takat didih tertentu. Dalam setiap pecahan, hidrokarbon mempunyai bilangan atom karbon per molekul dan sifat fizik yang serupa. Nyatakan sifat fizik yang membolehkan pengasingan tersebut. Terangkan. Saiz molekul hidrokarbon yang berbeza mempunyai takat didih yang berbeza. – Hidrokarbon dengan takat didih yang lebih rendah mengewap ke bahagian atas menara sebelum terkondensasi dan kemudian dipisahkan. – Hidrokarbon dengan takat didih yang lebih tinggi terkumpul di bahagian bawah menara dan akan terkondensasi sebagai cecair. Apakah dua kegunaan utama bagi sebatian hidrokarbon daripada penyulingan berperingkat? (a) Sebagai bahan api (b) Sebagai bahan mentah untuk industri petrokimia

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 70 Rajah menunjukkan proses penyulingan berperingkat petroleum dan bagaimana produk ini digunakan dalam kehidupan seharian. LPG Petrol Nafta Minyak tanah Minyak diesel Minyak pelincir Wap minyak mentah Pemanas Bitumen 400ºC Minyak mentah Minyak bahan api Huraikan proses penapisan minyak mentah di menara penyulingan. – Minyak mentah dipanaskan sehingga berubah menjadi wap . – Wap kemudian dimasukkan ke bahagian bawah menara penyulingan. – Semasa wap naik ke menara penyulingan, suhu menurun. – Wap terkondensasi semula menjadi cecair dan dipisahkan ke sisi menara. – Pecahan dengan takat didih yang lebih rendah naik ke bahagian atas menara di mana pecahan tersebut terkondensasi dan dipisahkan . – Pecahan dengan takat didih tinggi terkondensasi dan dipisahkan di bahagian bawah menara. Huraikan pecahan berbeza dan kegunaannya. Pecahan Bilangan atom karbon Takat didih (ºC) Kegunaan Gas petroleum cecair (LPG) 1 – 4 < 40 Bahan api untuk memasak Petrol 4 – 10 40 – 75 Bahan api untuk enjin kereta Nafta 7 – 14 75 – 150 Bahan mentah untuk industri petrokimia Minyak tanah 11 – 16 160 – 250 Bahan api untuk enjin jet, memasak dan pemanasan Diesel 16 – 20 125 – 300 Bahan api untuk enjin diesel dalam bas atau trak Minyak pelincir 20 – 50 300 – 350 Pelincir, lilin Minyak bahan api 20 – 70 350 – 500 Bahan api untuk stesen janakuasa, kapal dan pemanasan rumah Bitumen > 70 > 350 Untuk membina permukaan jalan raya Apakah kesan peningkatan saiz molekul hidrokarbon? Apabila saiz molekul hidrokarbon meningkat: – Takat didih meningkat – Tidak mudah meruap – Menjadi kurang mudah terbakar – Kelikatan yang tinggi Mengapa hidrokarbon yang lebih kecil mempunyai permintaan yang lebih besar? Hidrokarbon yang lebih kecil lebih mudah terbakar daripada hidrokarbon yang lebih besar, jadi ia lebih berguna sebagai bahan api .

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 71 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Bagaimana untuk memenuhi permintaan tinggi untuk hidrokarbon yang lebih kecil dan berguna? Hidrokarbon yang lebih besar dipecah menjadi hidrokarbon berguna yang lebih kecil dengan proses peretakan. Apakah itu proses peretakan? Terangkan. – Peretakan adalah proses memecahkan molekul hidrokarbon besar menjadi molekul kecil yang lebih berguna. – Dalam proses peretakan, sebatian molekul hidrokarbon besar dialirkan ke atas mangkin pada suhu tinggi. – Apabila suhu meningkat, molekul bergerak lebih cepat dan bergetar dengan lebih kuat. Pergerakan ini menyebabkan ikatan C-C terputus untuk menghasilkan molekul hidrokarbon yang lebih kecil . Nyatakan dua keadaan peretakan pemangkin. 1 Suhu yang tinggi pada 600ºC 2 Mangkin seperti campuran aluminium oksida dan silikon(IV) oksida . Apakah hasil bagi proses peretakan? Peretakan menghasilkan alkana, alkena dan hidrogen. Catatan: Alkana dan alkena akan dipelajari dalam Siri Homolog pada muka surat 74. Namakan sumber molekul yang besar untuk peretakan. Pecahan hidrokarbon rantai panjang dari petroleum . Berikan tiga sebab untuk menerangkan mengapa peretakan adalah proses yang penting. Proses peretakan menghasilkan: 1 Lebih banyak petrol supaya bekalan petrol dapat memenuhi permintaan bahan api untuk kenderaan. 2 Molekul alkena kecil yang merupakan bahan mentah penting dalam industri kimia untuk membuat pelbagai produk berguna seperti dalam pembuatan plastik dan alkohol. 3 Hidrogen yang merupakan bahan mentah dalam proses Haber dan dalam pengeluaran marjerin. Hidrogen juga digunakan sebagai bahan api dalam roket. Contoh proses peretakan: Contoh 1: Dekana, C10H22 boleh diretakkan kepada heksana, C6H14 dan butena, C4H8. H H H H H H H H H H H H H C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C C C C C H H H H H H H H C C C C H Peretakan Persaman kimia: C10H22 → C6H14 + C4H8 Dekana Heksana Butena Contoh 2: Heksana, C6H14 boleh diretakkan untuk membentuk butana, C4H10 dan etena, C2H4. H H H H H H H H H C C C C H H H H H H H H H H H H H H C C C C C C H Peretakan H H H H C C Persaman kimia: C6H14 → C4H10 + C2H4 Heksana Butana Etena Contoh 3: C10H22 → 2C5H10 + H2 Dekana Pentena Hidrogen

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 72 Bincangkan masalah yang disebabkan oleh penggunaan petroleum semasa. – Petroleum adalah sumber yang tidak boleh diperbaharui . Oleh kerana permintaan untuk bekalan minyak dari seluruh dunia meningkat, simpanan minyak akan habis dalam waktu terdekat. – Petroleum digunakan untuk membuat produk berguna seperti ubat farmasi, produk kecantikan, getah sintetik dan pelbagai jenis polimer. – Sejumlah besar petroleum yang digunakan sebagai bahan api dalam pengangkutan dan industri telah menyumbang kepada pencemaran dan pemanasan global yang mengancam kelangsungan hidup makhluk hidup dalam masa akan datang. Cadangkan penyelesaian untuk mengurangkan penggunaan petroleum. – Mengurangkan permintaan bahan mentah kimia dengan sentiasa memberi kesedaran untuk mengurangkan, menggunakan semula dan mengitar semula kepada orang ramai. – Menghasilkan bahan api alternatif seperti biodiesel , biogas dan bioetanol . PENYULINGAN BERPERINGKAT PETROLEUM Tujuan: Untuk mengkaji penyulingan berperingkat petroleum Bahan: Petroleum, air, ais, wul kaca dan kapas Radas: Kertas turas, kaki retort, termometer (0°C – 360°C), tabung didih berlengan sisi, kasa dawai, mangkuk penyejat, penunu Bunsen dan kayu uji menyala. Prosedur: (i) Letakkan wul kaca ke dalam tabung didih berlengan sisi diapit dan tuangkan 10 cm3 petroleum ke dalamnya. (ii) Sediakan radas seperti dalam rajah. (iii) Panaskan petroleum dengan perlahan dan kumpulkan empat pecahan petroleum dalam empat tabung uji berasingan pada julat suhu 30°C – 80°C, 80°C – 120°C, 120°C – 160°C dan 160°C – 200°C. (iv) Untuk setiap pecahan petroleum yang dikumpulkan pada suhu yang berbeza, catat warna dan kelikatannya. (v) Masukkan sedikit kapas ke dalam mangkuk penyejat. (vi) Masukkan beberapa titis pecahan 1 pada kapas ke dalam mangkuk penyejat. (vii) Nyalakan kapas dan perhatikan warna api dan kuantiti jelaga dengan meletakkan kertas turas di atas api. (viii) Ulangi langkah 5 hingga 7 menggunakan pecahan 2, 3 dan 4. (ix) Catatkan pemerhatian anda dalam jadual. Keputusan: Pecahan Takat didih (°C) Warna Kelikatan Kejelagaan 1 30 – 80 2 80 – 120 3 120 – 160 4 160 – 200 Termometer Air sejuk Petroleum Tabung didih berlengan sisi Wul kaca + Petroleum Panaskan

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 73 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 1 Petroleum adalah sumber hidrokarbon utama. Petroleum tidak boleh digunakan sebelum proses penyulingan. Penyulingan berperingkat adalah proses memisahkan petroleum menjadi pecahan yang berguna. (a) Apakah dua kegunaan utama bagi pecahan dari penyulingan berperingkat? (i) Bahan api (ii) Bahan mentah untuk industri petrokimia (b) Terangkan mengapa pecahan dalam petroleum boleh diasingkan dengan penyulingan berperingkat. Pecahan dalam petroleum dapat dipisahkan kerana setiap pecahan hidrokarbon mempunyai takat didihnya sendiri. (c) Padankan setiap pecahan petroleum di sebelah kiri dengan kegunaannya di sebelah kanan. Nafta Bitumen Diesel Minyak tanah Bahan api untuk bas dan trak Bahan api untuk enjin jet dan pemanasan Membuat permukaan jalan raya Bahan mentah industri petrokimia (d) Mengapa perlu menghasilkan sumber hidrokarbon alternatif? Petroleum adalah sumber bahan api yang tidak boleh diperbaharui dan pembakaran bahan ini boleh menyumbang kepada pencemaran alam sekitar. (e) Hidrokarbon rantai panjang dipecah menjadi hidrokarbon bersaiz kecil melalui proses peretakan. Apakah syarat yang diperlukan untuk proses peretakan? Hidrokarbon molekul besar dipanaskan pada suhu dan tekanan tinggi. Mangkin seperti campuran aluminium oksida dan silikon(IV) oksida biasanya digunakan untuk meningkatkan kadar tindak balas. (f) Bincangkan tujuan memecahkan hidrokarbon rantai panjang kepada hidrokarbon bersaiz kecil. • Permintaan untuk hidrokarbon bersaiz kecil lebih tinggi kerana mudah terbakar dan digunakan sebagai bahan api. • Hidrokarbon bersaiz kecil juga digunakan sebagai bahan mentah untuk industri petrokimia. 2 Lengkapkan persamaan berikut: (a) C10H22 → C6H14 + C4H8 (b) C14H30 → 2C4H8 + 2C3H6 + H2 (c) C11H24 → C4H8 + C3H6 + C4H10 Latihan TAHAP PENGUASAAN (TP) Menguasai Belum menguasai TP1 Mengingat kembali pengetahuan dan kemahiran asas mengenai sebatian karbon. TP2 Memahami sebatian karbon serta dapat menjelaskan kefahaman tersebut dengan contoh. TP1 TP1 TP2 TP2 TP2 TP3 TP2

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 74 Apakah kumpulan berfungsi? Kumpulan berfungsi atau satu kumpulan atom yang bertindak balas dalam tindak balas kimia (kumpulan yang mengambil bahagian dalam suatu tindak balas). Apakah siri homolog? Siri homolog ialah kumpulan sebatian karbon yang mempunyai sifat-sifat umum berikut: (i) Ahli-ahli mempunyai sifat-sifat kimia yang sama kerana ahli-ahli tersebut mempunyai kumpulan berfungsi (kumpulan yang mengambil bahagian dalam tindak balas) yang sama. (ii) Ahli-ahli siri boleh diwakili oleh satu formula am . (iii) Ahli-ahli siri boleh disediakan dengan kaedah yang sama . (iv) Dua ahli yang berturutan dalam siri homolog mempunyai perbezaan jisim atom relatif sebanyak 14 / perbezaan CH2 . (v) Ahli-ahli siri mempunyai sifat fizik yang berubah beransur-ansur apabila bilangan atom karbon dalam molekul meningkat . Senaraikan contoh siri homolog dan kumpulan berfungsi untuk setiap siri homolog. Nyatakan jenis sebatian karbon bagi setiap siri homolog. Siri homolog Kumpulan berfungsi Formula am Jenis sebatian Struktur Nama karbon Alkana C C Ikatan tunggal atom karbonkarbon CnH2n+2 n = 1, 2, 3, ... Hidrokarbon tepu Alkena C C Ikatan ganda dua karbonkarbon CnH2n n = 2, 3, … Hidrokarbon tak tepu Alkuna C C Ikatan ganda tiga karbonkarbon CnH2n–2 n = 2, 3, … Hidrokarbon tak tepu Alkohol O H Hidroksil CnH2n+1OH n = 1, 2, 3, … Bukan hidrokarbon Asid karboksilik C O H O Karboksil CnH2n+1COOH n = 0, 1, 2, 3, … Bukan hidrokarbon Ester C O O Karboksilat CnH2n+1COOCmH2m+1 n = 0,1, 2, 3, … m = 1, 2, 3, … Bukan hidrokarbon Bagaimana menamakan sebatian organik? Berikan contoh. Nama sebatian organik terdiri daripada imbuhan dan akhiran: Imbuhan adalah bilangan atom karbon di dalam molekul Akhiran adalah siri homolog Contoh: Sebatian organik bernama metana Imbuhan: Menunjukkan bilangan atom karbon Akhiran: Menunjukkan siri homolog Metana SIRI HOMOLOG 2.2 SK 2.2 Menerangkan Siri Homolog SP 2.2.1 Formula Molekul dan Formula Struktur dan Menamakan Ahli Siri Homolog SP 2.2.2

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 75 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Contoh: Bilangan atom karbon 2 2 2 2 2 Siri homolog Alkana Alkena Alkuna Alkohol Asid karboksilik Imbuhan Et Et Et Et Et Akhiran “ana” “ena” “una” “ol” Asid “oik” Nama sebatian karbon Et + ana Etana Et + ena Etena Et + una Etuna Etana Gantikan ‘a’ dengan ‘ol’ Etanol Etana Gantikan ‘a’ dengan ‘oik’ Asid etanoik Catatan: – Alkohol dinamakan dengan menggantikan "–a" pada alkana yang sesuai dengan "–ol" – Asid karboksilik dinamakan dengan menggantikan "–a" pada alkana yang sesuai dengan asid "–oik" Nama sebatian karbon berdasarkan bilangan atom karbon dan siri homolog. Apakah imbuhan untuk menunjukkan 1 hingga 10 atom karbon? Bilangan atom karbon 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Imbuhan Met Et Prop But Pent Heks Hept Okt Non Dek Apakah akhiran untuk menunjukkan siri homolog? Siri homolog Alkana Alkena Alkuna Alkohol Asid karboksilik Ester Akhiran “ana” “ena” “una” “ol” Asid “oik” “oat” Latihan Alkana Huraikan siri homolog alkana. Ia adalah siri yang mengandungi hidrokarbon tepu dengan: – Formula am adalah CnH2n+2 , di mana, n = 1, 2, 3, … – Ikatan tunggal atom karbon-karbon – Sifat kimia yang serupa – Ahli berturut-turut berbeza dengan satu atom karbon dan dua atom hidrogen (CH2) – Perubahan secara beransur-ansur dalam sifat fizik mereka Soalan Tambahan Bilangan atom karbon 4 3 5 4 3 Siri homolog Alkana Alkuna Alkena Alkohol Asid karboksilik Imbuhan But Prop Pent But But Prop Akhiran “ana” “una” “ena” “ol” Asid “oik” Nama sebatian karbon But + ana Butana Prop + una Propuna Pent + ena Pentena Butana Butanol Etana Asid propanoik

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 76 Apakah formula molekul, formula struktur dan nama bagi sepuluh rantaian lurus pertama alkana? Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n + 2 Formula struktur Nama alkana 1 (met) CH4 H C H H H Metana 2 (et) C2H6 H C C H H H H H Etana 3 (prop) C3H8 H C C C H H H H H H H Propana Mengapakah alkana adalah hidrokarbon? Alkana terdiri daripada karbon dan hidrogen sahaja. Terangkan mengapa alkana diklasifikasikan sebagai hidrokarbon tepu. Setiap atom karbon terikat kepada empat atom lain oleh ikatan kovalen tunggal iaitu C – C atau C – H. Ia dikelaskan sebagai hidrokarbon tepu . (Hidrokarbon tepu mengandungi ikatan kovalen tunggal sahaja di antara atom karbon). Contoh: Metana, CH4 H H C H H Mewakili ‘•×’ (sepasang elektron dikongsi untuk membentuk ikatan kovalen tunggal) Susunan elektron dalam molekul metana, CH4 Formula struktur metana, CH4 H H H H C Catatan: • Setiap atom karbon dalam formula struktur mesti mempunyai empat pasang elektron yang dikongsi dengan atom karbon dan hidrogen yang lain untuk mencapai susunan elektron oktet. (Setiap atom karbon mesti mempunyai empat ‘–’ dalam formula strukturnya). • Setiap atom hidrogen dalam formula struktur mesti mempunyai satu pasang elektron yang dikongsi dengan karbon untuk mencapai susunan atom duplet (Setiap hidrogen mesti mempunyai satu ‘–’ dalam formula strukturnya). Apakah formula struktur? Formula struktur ialah formula yang menunjukkan bagaimana atom terikat antara satu sama lain secara kovalen dalam satu molekul. Apakah formula molekul? Formula molekul ialah formula kimia yang menunjukkan bilangan sebenar atom bagi setiap unsur dalam satu molekul. Tentukan formula molekul bagi alkana dengan 12 atom karbon. Formula am bagi siri homolog alkana adalah CnH2n + 2 , Bilangan atom karbon, n = 12 Formula molekul: C12H2(12) + 2 = C12H26

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 77 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n + 2 Formula struktur Nama alkana 4 (but) C4H10 H C C C C H H H H H H H H H Butana 5 (pent) C5H12 H C C C C C H H H H H H H H H H H Pentana 6 (heks) C6H14 H C C C C C C H H H H H H H H H H H H H Heksana 7 (hept) C7H16 H C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H Heptana 8 (okt) C8H18 H H H H H C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H Oktana 9 (non) C9H20 H H H H H C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H Nonana 10 (dek) C10H22 H H H H H C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H Dekana Catatan: Pastikan setiap atom karbon hanya mempunyai maksimum 4 ikatan tunggal dengan 4 atom lain. Alkena Huraikan siri homolog alkena. Ia adalah siri yang mengandungi hidrokarbon tak tepu dengan: – Formula am adalah CnH2n , di mana, n = 2, 3, ... – Ikatan ganda dua karbon-karbon – Sifat kimia yang serupa – Ahli berturut-turut berbeza dengan satu atom karbon dan dua atom hidrogen (CH2) – Perubahan secara beransur-ansur dalam sifat fizik mereka Jelaskan mengapa alkena adalah hidrokarbon tak tepu. Setiap alkena mempunyai satu ikatan ganda dua karbon-karbon, C = C dalam molekulnya. Ia boleh dikelaskan sebagai hidrokarbon tidak tepu . (Hidrokarbon tidak tepu mengandungi sekurang-kurangnya satu ikatan kovalen ganda dua di antara atom-atom karbon).

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 78 Apakah formula molekul, formula struktur dan nama bagi sembilan rantaian lurus pertama alkena? Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n Formula struktur Nama 2 C2H4 C C H H H H Etena 3 C3H6 H C C C H H H H H Propena 4 C4H8 H C C C C H H H H H H H But-1-ena 5 C5H10 H C C C C C H H H H H H H H H Pent-1-ena 6 C6H12 H C C C C C C H H H H H H H H H H H Heks-1-ena 7 C7H14 H C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H Hept-1-ena Contoh: (a) Etena, C2H4 H H C C H H H H H C C H Susunan elektron dalam molekul etena, C2H4 Formula struktur bagi etena, C2H4 Jelaskan mengapa ahli pertama alkena mempunyai dua atom karbon dalam satu molekul. Kerana ikatan kovalen ganda dua terbentuk di antara dua atom karbon. Tentukan formula molekul bagi alkena dengan 10 atom karbon. Formula am bagi siri homolog alkena adalah CnH2n, Bilangan atom karbon, n = 10 Formula molekul: C10H2(10) = C10H20 AR

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 79 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n Formula struktur Nama 8 C8H16 H C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H Okt-1-ena 9 C9H18 H H H C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H Non-1-ena 10 C10H20 H H H C C C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H H Dek-1-ena Catatan: – Pastikan setiap atom karbon mempunyai maksimum 4 garis. – Penamaan IUPAC bagi 10 ahli pertama alkena akan dipelajari dalam Isomer dan Penamaan Mengikut IUPAC pada muka surat 110. Alkuna Apakah alkuna? Alkuna adalah hidrokarbon dengan formula am CnH2n – 2 , di mana n = 2, 3, ... Terangkan mengapa alkuna adalah hidrokarbon tak tepu. Setiap alkuna mempunyai ikatan ganda tiga karbon-karbon, C C di dalam molekul. Ia diklasifikasikan sebagai hidrokarbon tak tepu . Contoh: (a) Etuna, C2H2 H C C H H C C H Susunan elektron dalam molekul etuna, C2H2 Formula struktur bagi etuna, C2H2 Terangkan mengapa ahli pertama bagi alkuna mempunyai dua atom karbon dalam molekul. Kerana ikatan ganda tiga terbentuk antara dua atom karbon. Apakah formula molekul, formula struktur dan nama bagi enam ahli pertama rantaian lurus alkuna? Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n – 2 Formula struktur Nama 2 (et) C2H2 H C C H Etuna 3 (prop) C3H4 H H H C C C H Propuna

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 80 Alkohol Huraikan siri homolog alkohol. Ia adalah siri yang mengandungi bukan hidrokarbon dengan: – Formula am adalah CnH2n + 1OH , di mana, n = 1, 2, 3, ... – Kumpulan berfungsi yang sama dipanggil hidroksil (–OH) – Sifat kimia yang serupa – Ahli berturut-turut berbeza dengan satu atom karbon dan dua atom hidrogen (CH2 atau jisim molekul relatif = 14) – Perubahan secara beransur-ansur dalam sifat fizik mereka Terangkan mengapa alkohol adalah bukan hidrokarbon. Alkohol adalah sebatian organik yang mengandungi atom karbon , hidrogen dan oksigen . Terangkan bagaimana kumpulan hidroksil terikat kepada atom karbon dalam molekul alkohol. Setiap ahli siri alkohol mengandungi kumpulan berfungsi hidroksil (–O–H) di mana ia terikat secara kovalen dengan atom karbon. C OH Atom karbon terikat secara kovalen dengan atom oksigen dalam kumpulan berfungsi hidroksil Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n – 2 Formula struktur Nama 4 (but) C4H6 H H H H H C C C C H But-1-una 5 (pent) C5H8 H H H H H H H C C C C C H Pent-1-una 6 (heks) C6H10 H H H H H H H C C C C C C H H H Heks-1-una 7 (hept) C7H12 H H H H H H H C C C C C C C H H H H H Hept-1-una Catatan: – Pastikan setiap atom karbon mempunyai maksimum 4 garis. – Penamaan IUPAC bagi 6 ahli pertama alkuna akan dipelajari dalam Isomer dan Penamaan Mengikut IUPAC pada muka surat 110.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 81 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Apakah formula molekul, formula struktur dan nama bagi enam ahli pertama rantaian lurus alkohol? Bilangan atom karbon Formula molekul CnH2n + 1OH Formula struktur Nama 1 CH3OH H C OH H H Metanol 2 C2H5OH H H H H H C C OH Etanol 3 C3H7OH H H H H H H H C C C OH Propan-1-ol 4 C4H9OH H C C C C OH H H H H H H H H Butan-1-ol 5 C5H11OH H C C C C C OH H H H H H H H H H H Pentan-1-ol 6 C6H13OH H C C C C C C OH H H H H H H H H H H H H Heksan-1-ol Catatan: Penamaan IUPAC bagi 6 ahli pertama alkohol akan dipelajari dalam Isomer dan Penamaan Mengikut IUPAC pada muka surat 110. Susunan elektron dan formula struktur bagi ahli pertama alkohol. H H H C O H H C O H H H Susunan elektron dalam metanol, CH3OH Formula struktur bagi metanol, CH3OH Tentukan formula molekul bagi alkohol dengan 5 atom karbon. Formula am bagi siri homolog alkohol adalah CnH2n + 1OH, Bilangan atom karbon, n = 5 Formula molekul: C5H2(5) + 1OH = C5H11OH

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 82 Asid karboksilik Huraikan siri homolog asid karboksilik. Ia adalah siri yang mengandungi bukan hidrokarbon dengan: – Formula am adalah CnH2n + 1COOH , di mana, n = 0, 1, 2, 3, ... – Kumpulan berfungsi yang sama dipanggil kumpulan karboksil (–COOH): C OH O – Sifat kimia yang serupa – Ahli berturut-turut berbeza dengan satu atom karbon dan dua atom hidrogen (CH2) – Perubahan secara beransur-ansur dalam sifat fizik mereka Terangkan mengapa alkohol bukan hidrokarbon? Asid karboksilik adalah sebatian organik yang mengandungi atom karbon , hidrogen dan oksigen . Susunan elektron dan formula struktur bagi ahli pertama asid karboksilik. H O H O C H C O H O Susunan elektron dalam asid metanoik, HCOOH Formula struktur bagi asid metanoik, HCOOH Apakah formula molekul, formula struktur dan nama bagi enam ahli pertama rantaian lurus asid karboksilik? n Formula molekul, CnH2n + 1COOH Bilangan atom karbon Formula struktur Nama 0 HCOOH 1 O H C OH Asid metanoik 1 CH3COOH 2 H C C OH H H O Asid etanoik 2 C2H5COOH 3 O H C C C OH H H H H Asid propanoik 3 C3H7COOH 4 H H H H H H H C C C C OH O Asid butanoik AR

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 83 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Lengkapkan jadual berikut. TP2 TP3 Nama siri homolog Formula am siri Nama ahli kedua Formula struktur bagi ahli kedua Formula struktur bagi ahli kedua Alkana CnH2n + 2 Etana C2H6 H C C H H H H H Alkohol CnH2n + 1OH Etanol C2H5OH H H H H H C C OH Asid karboksilik CnH2n + 1COOH Asid etanoik CH3COOH H H O H C C OH Alkena CnH2n Etena C2H4 H H H C C H Sifat Fizik bagi Alkana, Alkena dan Alkuna Nyatakan jenis ikatan dan daya dalam molekul alkana, alkena dan alkuna. Alkana, alkena dan alkuna adalah sebatian kovalen yang terdiri daripada molekul , atom-atom terikat bersama oleh ikatan kovalen yang kuat . Molekul-molekul ini ditarik bersama oleh daya van der Waals yang lemah (daya antara molekul). Nyatakan sifat-sifat fizik bagi alkana, alkena dan alkuna. Alkana, alkena dan alkuna mempunyai sifat-sifat fizik yang sama dengan sebatian kovalen . Alkana tak larut di dalam air tetapi larut dalam pelarut organik, tidak boleh mengalirkan arus elektrik, takat lebur/didih yang rendah dan kurang tumpat daripada air. Latihan Sifat Fizik untuk Sebatian dalam Sesuatu Siri Homolog SP 2.2.3 TAHAP PENGUASAAN (TP) Menguasai Belum menguasai TP3 Mengaplikasikan pengetahuan mengenai sebatian karbon untuk menerangkan kejadian atau fenomena alam dan dapat melaksanakan tugasan mudah. 4 C4H9COOH 5 O H C C C C C OH H H H H H H H H Asid pentanoik 5 C5H11COOH 6 H C C C C C C OH H H H H H H H H H H O Asid heksanoik

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 84 Tuliskan formula molekul dan tentukan keadaan fizik bagi sepuluh rantaian lurus pertama alkana. Catatan: – Sifat fizik alkana ditentukan oleh takat lebur dan didihnya. – Alkana adalah dalam bentuk gas jika takat lebur dan didihnya di bawah suhu bilik. – Alkana adalah dalam bentuk cecair jika takat leburnya di bawah suhu bilik dan takat didihnya lebih tinggi dari suhu bilik. Alkana Formula molekul Jisim molar (g mol–1) Takat lebur (°C) Takat didih (°C) Keadaan fizikal pada suhu bilik Metana CH4 16 –182 –162 Gas Etana C2H6 30 –183 –89 Gas Propana C3H8 44 –188 –42 Gas Butana C4H10 58 –138 –0.5 Gas Pentana C5H12 72 –130 36 Cecair Heksana C6H14 86 –95 69 Cecair Heptana C7H16 100 –91 98 Cecair Oktana C8H18 114 –57 126 Cecair Nonana C9H20 128 –54 153 Cecair Dekana C10H22 142 –30 174 Cecair Tuliskan formula molekul dan nyatakan keadaan fizik bagi sembilan rantaian alkena yang pertama. Catatan: – Sifat fizik alkena ditentukan oleh takat lebur dan didihnya. – Alkena adalah dalam bentuk gas jika takat lebur dan didihnya di bawah suhu bilik. – Alkena adalah dalam bentuk cecair jika takat leburnya di bawah suhu bilik dan takat didihnya lebih tinggi dari suhu bilik. Nama ahli Formula molekul Jisim molar (g mol–1) Takat lebur (°C) Takat didih (°C) Sifat fizikal pada suhu bilik Etena C2H4 28 –169 –104 Gas Propena C3H6 42 –185 –47 Gas Butena C4H8 56 –185 –6 Gas Pentena C5H10 70 –165 30 Cecair Heksena C6H12 84 –140 63 Cecair Heptena C7H14 98 –119 93 Cecair Oktena C8H16 112 –104 122 Cecair Nonena C9H18 126 –94 146 Cecair Dekena C10H20 140 –87 171 Cecair Nyatakan perubahan dalam keadaan fizik bagi alkana, alkena dan alkuna apabila bilangan atom dalam molekul meningkat. – Empat ahli pertama alkana wujud sebagai gas pada suhu bilik. Pentana hingga dekana adalah cecair . – Etena, propena dan butena adalah gas . Pentena hingga dekena adalah cecair . – Etuna, propuna dan butuna adalah gas . Pentuna hingga dekuna adalah cecair .

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 85 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Terangkan perubahan sifat-sifat fizik secara beransur-ansur apabila bilangan atom karbon bertambah dalam alkana, alkena dan alkuna. Apabila bilangan atom karbon dalam suatu molekul alkana, alkena dan alkuna meningkat: (a) Takat lebur dan takat didih meningkat apabila saiz molekul alkana, alkena dan alkuna meningkat , daya van der Waals (daya antara molekul) meningkat , lebih banyak tenaga haba diperlukan untuk mengatasi daya ini. (b) Kelikatan dan ketumpatan alkana, alkena dan alkuna meningkat . Apabila saiz molekul alkana, alkena dan alkuna meningkat, panjang rantai karbon juga meningkat dan menjadi lebih berpintal daripada rantai karbon yang lebih pendek. Hasilnya, ia menjadi lebih likat dan sukar mengalir. (c) Alkana, alkena dan alkuna menjadi sukar mudah terbakar . Alkana, alkena dan alkuna yang kecil boleh terbakar dengan mudah berbanding dengan yang besar. Ia disebabkan oleh pertambahan dalam peratusan jisim karbon per molekul. Berikan sifat-sifat fizik yang sama bagi alkena, alkena dan alkuna. – Alkana, alkena dan alkuna tidak larut dalam air tetapi larut dalam pelarut organik seperti benzena dan tetraklorometana. – Alkana, alkena dan alkuna tidak boleh mengalirkan arus elektrik dalam semua keadaan. – Alkana, alkena dan alkuna adalah kurang tumpat berbanding air. Sifat-sifat Fizik bagi Alkohol dan Asid Karboksilik Bandingkan takat didih alkohol dan asid karboksilik dengan alkana yang sepadan. Terangkan. – Takat didih alkohol dan asid karboksilik adalah lebih tinggi daripada alkana yang sesuai. – Alkohol dan asid karboksilik adalah bukan hidrokarbon yang mengandungi karbon , hidrogen dan oksigen . Molekul kecil alkohol dan asid karboksilik adalah molekul polar . Ikatan hidrogen antara molekul polar ini menghasilkan takat didih alkohol dan asid karboksilik yang lebih tinggi daripada alkana yang sepadan. Contoh: Sebatian organik Takat didih (°C) Metanol, CH3OH 65 Asid metanoik, HCOOH 100 Metana, CH4 –162 Huraikan perubahan dalam sifat fizik apabila bilangan atom karbon dalam alkohol meningkat. (a) Alkohol dengan satu hingga sebelas atom karbon per molekul wujud sebagai cecair . (b) Metanol, etanol dan propanol terlarut campur dengan air dalam semua kadar. Kelarutan dalam air berkurang dengan peningkatan saiz molekul. (c) Alkohol mempunyai takat didih yang rendah . Takat didih alkohol meningkat dengan peningkatan bilangan atom karbon dalam molekul. Catatan: Etanol adalah cecair tidak berwarna, terlarut campur dengan air dalam semua kadar, kurang tumpat daripada air dan takat didihnya adalah 78°C atau 1 atm.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 86 Huraikan perubahan dalam sifat fizik apabila bilangan atom karbon dalam asid karboksilik meningkat. (a) Asid karboksilik dengan satu hingga sembilan atom karbon per molekul wujud sebagai cecair . (b) Molekul kecil asid karboksilik adalah larut dalam air dan mengion separa dalam air untuk membentuk asid lemah . Apabila bilangan atom karbon per molekul meningkat, kelarutan asid karboksilik berkurang: Asid metanoik, asid etanoik, asid propanoik dan asid butanoik larut di dalam air dalam semua kadar. Kelarutan dalam air berkurang dengan peningkatan saiz molekul. (c) Apabila bilangan atom karbon per molekul meningkat, takat didih dan ketumpatan asid karboksilik meningkat . Sifat Kimia Alkana Terangkan mengapa alkana tidak reaktif. Alkana adalah hidrokarbon tepu yang hanya mempunyai ikatan kovalen tunggal, C – C dan C – H. Ia tidak reaktif kerana ikatan C – C dan C – H yang kuat dalam molekul memerlukan tenaga yang banyak untuk diputuskan. Oleh itu, tiada atom baru yang boleh terikat lagi dengan setiap atom karbon. Senaraikan dua tindak balas kimia alkana. Dua tindak balas kimia bagi alkana adalah: (a) Pembakaran. (b) Tindak balas penukargantian. Pembakaran alkana Persamaan perkataan am bagi pembakaran lengkap alkana. Alkana mengalami pembakaran lengkap dengan kehadiran oksigen yang secukupnya untuk membentuk karbon dioksida dan air sahaja. Alkana + Oksigen ➝ Karbon dioksida + Air Apakah pembakaran lengkap? Terbakar dalam oksigen berlebihan atau dengan jumlah oksigen yang mencukupi. Tulis persamaan seimbang untuk pembakaran lengkap alkana. CH4 + 2 O2 ➝ CO2 + 2 H2O C2H6 + 7 2 O2 ➝ 2 CO2 + 3 H2O C3H8 + 5 O2 ➝ 3 CO2 + 4 H2O C4H10 + 13 2 O2 ➝ 4 CO2 + 5 H2O Mengimbangkan persamaan: Langkah 1: Seimbangkan C Langkah 2: Seimbangkan H Langkah 3: Seimbangkan O, boleh gunakan pecahan Nyatakan jenis nyalaan daripada pembakaran lengkap alkana. Nyalaan biru dan hampir tiada jelaga. SIFAT KIMIA DAN SALING PERTUKARAN ANTARA SIRI HOMOLOG SK 2.3 2.3 Sifat Kimia setiap Siri Homolog SP 2.3.1

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 87 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Tindak balas penukargantian Nyatakan maksud tindak balas penukargantian. Ia adalah penggantian satu atau lebih atom hidrogen dalam sebatian organik oleh atom halogen. Catatan: Tindak balas penukargantian oleh halogen juga dipanggil penghalogenan. Berikan satu contoh gas yang bertindak balas dengan alkana. Gas klorin Catatan: Tindak balas dengan bromin adalah lebih perlahan daripada klorin. Tiada tindak balas dengan iodin. Penerangannya berkaitan dengan kereaktifan yang berkurang menuruni Kumpulan 17. Nyatakan keadaan bagi tindak balas ini berlaku. Berlaku apabila suatu alkana dicampurkan dengan halogen dengan kehadiran cahaya matahari (sinaran ultraungu). Mengapakah cahaya UV diperlukan dalam tindak balas ini? Dalam tindak balas ini, setiap atom hidrogen dalam molekul alkana digantikan satu demi satu oleh atom yang lain, biasanya atom halogen. Cahaya matahari atau sinaran UV diperlukan untuk memutuskan ikatan kovalen dalam molekul halogen untuk menghasilkan atom halogen. Huraikan mekanisme tindak balas penukargantian metana dengan klorin. H H C H H H H C H Cl + Cl – Cl UV Atom Cl menggantikan H dalam CH4 Atom H menggantikan Cl dalam Cl2 + H – Cl CH4 + Cl2 UV CH3Cl + HCl (klorometana) Penukargantian yang seterusnya bagi atom klorin dalam molekul klorometana menghasilkan diklorometana, triklorometana dan tetraklorometana. Lengkapkan tindak balas penukargantian berikut: CH3Cl + Cl2 UV CH2Cl2 (diklorometana) + HCl CH2Cl2 + Cl2 UV CHCl3 (triklorometana) + HCl CHCl3 + Cl2 UV CCl4 (tetraklorometana) + HCl Apakah pembakaran tidak lengkap alkana? Alkana melalui pembakaran yang tak lengkap apabila tiada oksigen yang tidak mencukupi untuk membentuk karbon dioksida, karbon monoksida, karbon (dalam bentuk jelaga) dan air. Contoh: 2CH4(g) + 3O2(g) ➝ C(p) + CO2(g) + 4H2O(g) atau 6CH4(g) + 9O2(g) ➝ 2C(p) + 2CO(g) + 2CO2(g) + 12H2O(g) Nyatakan jenis nyalaan daripada pembakaran tidak lengkap alkana. Nyalaan kuning berjelaga . Mengapakah alkana sesuai digunakan sebagai bahan api? Apabila alkana dibakar, kuantiti haba yang banyak dibebaskan.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 88 Sifat Kimia Alkena Mengapa alkena lebih reaktif daripada alkana? Alkena adalah secara kimia lebih reaktif berbanding alkana kerana kewujudan ikatan kovalen ganda dua di antara dua atom karbon. Hampir semua tindak balas kimia alkena berlaku pada ikatan ganda dua. Apakah tiga tindak balas utama alkena? Tindak balas kimia alkena adalah: (a) pembakaran (b) tindak balas penambahan (c) pempolimeran penambahan Apakah sumber bagi metana? (i) Metana adalah komponen utama dalam gas asli (gas yang dijumpai bersama petroleum). (ii) Gas metana terhasil apabila bahan buangan organik terurai tanpa kehadiran oksigen. Nyatakan kesan metana dalam kehidupan seharian. Oleh kerana metana boleh terbakar, ia boleh menyebabkan kebakaran di tempat pembuangan sampah dan paya gambut. Pembakaran alkena Persamaan perkataan am bagi pembakaran lengkap alkena. Alkena terbakar dengan lengkap dalam keadaan oksigen berlebihan untuk menghasilkan karbon dioksida dan air: Alkena + Oksigen ➝ Karbon dioksida + Air Tuliskan persamaan seimbang bagi pembakaran lengkap alkena. (i) C2H4 + 3 O2 ➝ 2 CO2 + 2 H2O (ii) C3H6 + 7 2 O2 ➝ 3 CO2 + 3 H2O (iii) C4H8 + 6 O2 ➝ 4 CO2 + 4 H2O Mengimbangkan persamaan: Langkah 1: Seimbangkan C Langkah 2: Seimbangkan H Langkah 3: Seimbangkan O, boleh gunakan pecahan Apakah pembakaran tidak lengkap alkena? Alkena terbakar dengan tidak lengkap dalam keadaan bekalan oksigen yang terhad untuk membentuk karbon monoksida, karbon (dalam bentuk jelaga) dan air. Contoh: C2H4(g) + O2(g) ➝ 2C(p) + 2H2O(g) atau C2H4(g) + 2O2(g) ➝ 2CO(g) + 2H2O (g) Terangkan mengapa pembakaran alkena akan menghasilkan nyalaan yang lebih berjelaga berbanding alkana yang setara. Ini kerana peratus jisim karbon per molekul yang lebih tinggi dalam alkena berbanding alkana (Peratusan karbon bagi alkena dan alkana dengan bilangan atom karbon per molekul yang sama adalah lebih tinggi dalam alkena). Contoh: Hidrokarbon yang setara Pentana, C5H12 Pentena, C5H10 Peratusan jisim karbon per molekul Peratusan karbon = 5 × 12 (5 × 12) + (12 × 1) × 100% = 83.33% Peratusan karbon = 5 × 12 (5 × 12) + (10 × 1) × 100% = 85.71%

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 89 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Tindak balas penambahan Nyatakan maksud tindak balas penambahan. Oleh sebab alkena adalah hidrokarbon tak tepu, ia mengalami tindak balas penambahan. Tindak balas penambahan ialah tindak balas di mana atom lain ditambah kepada setiap atom karbon pada ikatan ganda dua , –C=C– untuk membentuk hasil ikatan kovalen tunggal –C–C–. Terangkan tindak balas penambahan. H H C C Y X H H C C + X Y * * * * Tak tepu Tepu Catatan: • *C adalah atom karbon dengan ikatan ganda dua. • Selepas tindak balas penambahan, alkena tidak tepu menjadi tepu. Nyatakan lima tindak balas penambahan alkena. Lima tindak balas penambahan yang akan dipelajari dalam topik ini ialah: (i) Penambahan hidrogen (penghidrogenan) (ii) Penambahan halogen (penghalogenan) (iii) Penambahan hidrogen halida (iv) Penambahan air (penghidratan) (v) Pengoksidaan menggunakan larutan kalium manganat(VII) berasid, KMnO4 (i) Penambahan Hidrogen (Penghidrogenan) Apakah tindak balas penambahan hidrogen? Nyatakan keadaan bagi tindak balas. Alkena bertindak balas dengan hidrogen untuk membentuk alkana. Alkena + Hidrogen Alkana Ni 180°C Keadaan: Mangkin: Nikel / Platinum Suhu: 180°C Namakan aplikasi industri bagi tindak balas ini. Dalam penghasilan marjerin daripada minyak tumbuhan. Penghidrogenan digunakan untuk menyediakan alkana (sebatian tepu) daripada alkena (sebatian tak tepu) dalam industri. Catatan: Penghidrogenan lemak tak tepu kepada lemak tepu akan dipelajari dalam Minyak dan Lemak pada muka surat 176. Berdasarkan contoh yang diberi, tuliskan persamaan kimia penghidrogenan propena dan butena. H H H H Ni 180°C H C C H + H2 H C C H H H C2H4 + H2 Ni 180°C C2H6 Lengkapkan yang berikut: C3H6 Propena C3H8 Propana Ni 180°C + H2 C4H8 Butena C4H10 Butana Ni 180°C + H2

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 90 (ii) Penambahan Halogen (Penghalogenan) Apakah penghalogenan? Alkena bertindak balas dengan halogen seperti klorin dan bromin pada keadaan bilik (tanpa memerlukan mangkin atau sinaran ultraungu) Contoh: Lukiskan formula struktur dan berikan nama apabila etena bertindak balas dengan bromin. H H H H H C C H + Br2 H C C H Br Br Etena Air bromin 1, 2-dibromoetana Catatan: 1 dan 2 menunjukkan kedudukan atom bromin dalam rantai karbon. Tuliskan persamaan apabila etena bertindak balas dengan bromin. C2H4 + Br2 C2H4 Br2 Nyatakan warna air bromin. Perang Nyatakan pemerhatian apabila gas alkena dilalukan pada air bromin. Apabila gas etena dilalukan pada air bromin, warna perang air bromin menjadi luntur . Catatan: Apabila alkena bertindak balas dengan bromin melalui tindak balas penambahan, satu hasil baharu tidak berwarna terbentuk. Ini menerangkan mengapa warna perang air bromin dilunturkan. Namakan satu kegunaan penambahan bromin kepada alkena. Tindak balas ini digunakan untuk membezakan hidrokarbon tepu dan hidrokarbon tak tepu. (iii) Penambahan Hidrogen Halida Apakah penambahan hidrogen halida? Alkena bertindak balas dengan hidrogen halida seperti hidrogen klorida atau hidrogen bromida pada suhu bilik untuk membentuk haloalkana. Contoh: C2H4(g) + HCl(g) C2H5Cl (g) Etena Hidrogen klorida Kloroetana Contoh H H H H H C C H + HCl H C C H H Cl Kesimpulan CnH2n Alkena CnH2n+2 Alkana Ni 180°C + H2 Penghidrogenan alkena dengan kehadiran nikel sebagai mangkin akan menghasilkan alkana.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 91 © Nilam Publication Sdn. Bhd. (v) Penambahan Air (Penghidratan) Apakah penambahan air kepada alkena? Alkena bertindak balas dengan stim untuk membentuk alkohol. Contoh: H H H H H3PO4 300ºC, 60 atm H C C H + H2O(g) H C C H H OH Etena Stim Etanol Catatan: 1 H2O terpisah kepada ‘-H’ dan ‘-OH’. ‘-OH’ dipanggil hidroksil dan merupakan kumpulan berfungsi bagi alkohol. Alkohol akan dipelajari dalam bahagian seterusnya. 2 Setiap satunya diikat kepada satu atom karbon pada ikatan ganda dua. 3 Karbon terikat secara kovalen kepada atom oksigen dalam kumpulan hidroksil. H H H C C H H OH 3 H H H C C H H OH 7 Tuliskan persamaan kimia apabila etena bertindak balas dengan stim. H3PO4 300ºC, 60 atm C2H4(g) + H2O(g) C2H5OH (ce) Apakah persamaan perkataan umum bagi tindak balas ini? Alkena + stim ➝ Alkohol (iv) Penambahan Pengoksidaan Alkena oleh Penambahan Larutan Kalium Manganat(VII) Berasid, KMnO4 Apakah penambahan kalium manganat(VII), KMnO4 berasid? Dalam tindak balas ini, dua kumpulan hidroksil, –OH ditambah kepada ikatan ganda dua karbon-karbon dalam molekul alkena. Example: H H H H H C C H + H2O + [O] H C C H OH OH Etena Etana-1, 2-diol Tulis persamaan kimia apabila etena bertindak balas dengan kalium manganat(VII) berasid. C2H4(g) + H2O(ce) + [O] C2H4(OH)2(ce) Nyatakan pemerhatian apabila alkena dilalukan melalui kalium manganat(VII), KMnO4 berasid. Apabila gas alkena dilalukan pada kalium manganat(VII) berasid, warna ungu kalium manganat(VII) berasid dilunturkan. Remark: Apabila alkena bertindak balas dengan kalium manganat(VII) berasid, melalui tindak balas penambahan, hasil baharu tidak berwarna terbentuk. Ini menjelaskan mengapa warna ungu kalium manganat(VII) berasid dilunturkan. Namakan satu kegunaan penambahan kalium manganat(VII), KMnO4 berasid kepada alkena. Tindak balas ini digunakan untuk membezakan suatu hidrokarbon tepu dan hidrokarbon tak tepu.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 92 Namakan aplikasi industri bagi tindak balas ini. Penambahan stim kepada alkena adalah satu cara untuk menghasilkan alkohol dalam industri. Nyatakan nama mangkin yang diperlukan. Asid fosforik Nyatakan keadaan lain untuk tindak balas itu. Pada suhu 300°C dan tekanan 60 atm . Huraikan bagaimana penghidratan berlaku. Satu campuran alkena dan air (dalam bentuk stim) dilalukan kepada asid fosforik (mangkin) pada suhu tinggi, 300°C . Lukiskan formula apabila propena bertindak balas dengan stim. H H H H H H H H H H3PO4 300ºC 60 atm H C C C H + H2O(g) H C C C H atau H C C C H H H H OH H OH H Propena Propan-1-ol Propan-2-ol Tuliskan persamaan kimia bagi penghidratan propena dan butena. C3H6(g) H2O(g) H3PO4 300ºC, 60 atm + C3H7OH C4H8(g) H2O(g) H3PO4 300ºC, 60 atm + C4H9OH Kesimpulan CnH2n H2O(g) H3PO4 300ºC, 60 atm + CnH2n + 1OH Alkena Alkohol Penghidratan alkena dengan kehadiran asid fosforik sebagai mangkin akan menghasilkan alkohol . Pempolimeran Penambahan Apakah pempolimeran penambahan? Ial adalah tindak balas di mana banyak molekul kecil alkena bertindak balas antara satu sama lain untuk membentuk rantaian molekul panjang dipanggil polimer . Nyatakan keadaankeadaan bagi pempolimeran. Dalam tindak balas ini, molekul alkena yang kecil melalui tindak balas penambahan pada tekanan yang tinggi iaitu 1 000 atm dan suhu 200°C . Nyatakan maksud monomer. Unit kecil molekul-molekul yang berulang bergabung untuk membentuk polimer dipanggil monomer . Nyatakan maksud polimer. Beribu-ribu molekul alkena bergabung untuk membentuk rantai panjang molekul besar yang dipanggil polimer .

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 93 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Dengan menggunakan polietena sebagai contoh, tunjukkan bagaimana monomer-monomer bergabung membentuk polimer. 1 Kenal pasti monomer dan lukis atom pada setiap atom karbon secara ‘menegak’. C C H H H H 2 Susun beberapa monomer bersama: C C C C C C C C n C C H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H n molekul monomer “etena” 3 Gabungkan monomer bersama membentuk ikatan tunggal atom karbon-karbon. C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H n C C H H H H n molekul etena bergabung bersama untuk membentuk polimer “polietena” Catatan: 1 n mewakili monomer yang banyak. 2 Kedua-dua hujung struktur polimer perlu mempunyai satu ikatan tunggal untuk menunjukkan polimer terdiri daripada beribu-ribu monomer yang bergabung bersama. 3 7 C C C C C C C C H H H H H H H H H H H H H H H H Tuliskan persamaan bagi pempolimeran etena. n n C C H H H H Etena Polietena C C H H H H Tuliskan persamaan bagi pempolimeran propena. n C C H H CH3 H Propena Polipropena n C C H H CH3 H Eksperimen Pemerhatian, Inferens & Penerangan Membanding Sifat-sifat Alkana dengan Alkena (Menggunakan heksana dan heksena di dalam makmal) TP4 I Kejelagaan nyalaan 1 Tujuan: Untuk membandingkan heksana dan heksena dari segi kejelagaan nyalaan semasa pembakaran 2 Pemboleh ubah yang dimanipulasikan: Heksana dan heksena 3 Pemboleh ubah yang bergerak balas: Kejelagaan nyalaan 4 Pemboleh ubah yang dimalarkan: Isi padu heksana dan heksena Pemerhatian: 1 Heksena terbakar dengan nyalaan kuning dan nyalaan sangat berjelaga . Banyak jelaga terkumpul di atas kertas turas. 2 Heksana terbakar dengan nyalaan kuning berjelaga . Kurang jelaga terkumpul di atas kertas turas.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 94 5 Hipotesis: Heksena menghasilkan lebih jelaga daripada heksana apabila terbakar dalam udara 6 Bahan: Heksana, heksena, kayu uji, mancis, kertas turas 7 Radas: Mangkuk penyejat Mangkuk penyejat Heksana Heksena Kertas turas 8 Prosedur: (a) Sebanyak 2 cm3 heksana dan heksena dituangkan dalam dua mangkuk penyejat yang berasingan. (b) Kayu uji menyala digunakan untuk menyalakan kedua-dua cecair tersebut. (c) Apabila nyalaan berlaku, sekeping kertas turas diletakkan di atas setiap nyalaan seperti yang ditunjukkan dalam rajah di atas. (d) Nyalaan diperhatikan dari segi kejelagaan dan kuantiti jelaga terkumpul di atas kertas turas dicatatkan. Inferens: 1 Heksana dan heksena mengalami pembakaran tidak lengkap dalam udara menghasilkan jelaga . 2 Heksena terbakar dengan lebih jelaga berbanding heksana. 3 Heksana adalah hidrokabon tepu . 4 Heksena adalah hidrokabon tak tepu . Penerangan: 1 Peratus jisim karbon dalam heksana, C6H14 = 6(12) 6(12) + 14(1) × 100% = 83.72% 2 Peratus jisim karbon dalam heksena, C6H12 = 6(12) 6(12) + 12(1) × 100% = 85.71% 3 Heksena mengandungi peratus jisim karbon lebih tinggi daripada heksana. 4 Heksena terbakar dengan lebih jelaga berbanding heksana. Eksperimen Pemerhatian, Inferens & Penerangan II Tindak balas dengan air bromin 1 Tujuan: Untuk membandingkan heksana dan heksena menggunakan air bromin 2 Pemboleh ubah yang dimanipulasikan: Heksana dan heksena 3 Pemboleh ubah yang bergerak balas: Perubahan warna air bromin 4 Pemboleh ubah yang dimalarkan: Isi padu heksana dan heksena 5 Hipotesis: Heksena melunturkan warna perang air bromin manakala heksana tidak melunturkan warna perang air bromin 6 Bahan: Heksana, heksena, air bromin Pemerhatian: 1 Heksana tidak menukarkan warna perang air bromin. 2 Heksena menukarkan warna perang air bromin kepada tanpa warna . Inferens: 1 Heksana tidak bertindak balas dengan air bromin. 2 Heksana adalah hidrokarbon tepu . 3 Heksena bertindak balas dengan air bromin. 4 Heksena adalah hidrokarbon tak tepu . Penerangan: 1 Heksana adalah hidrokarbon tepu yang mengandungi ikatan kovalen tunggal antara karbon atom. Tindak balas penambahan tidak berlaku apabila ditambah air bromin.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 95 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 7 Radas: Tabung uji, penitis Air bromin Heksana 8 Prosedur: (a) Sebanyak 2 cm3 heksana dituangkan ke dalam tabung uji. (b) 2 – 3 titik air bromin ditambahkan kepada heksana. (c) Campuran itu digoncang . (d) Semua perubahan direkodkan. (e) Langkah (a) hingga (d) diulangi menggunakan heksena untuk menggantikan heksana. 2 Heksena adalah hidrokarbon tidak tepu yang mengandungi ikatan kovalen ganda dua antara karbon atom, –C=C–. Tindak balas penambahan berlaku apabila ditambah air bromin menghasilkan dibromoheksana. Persamaan seimbang: C6H12 + Br2 C6H12Br2 Heksena 1, 2-dibromoheksana Eksperimen Pemerhatian, Inferens & Penerangan III Tindak balas dengan larutan kalium manganat(VII) berasid 1 Tujuan: Untuk membandingkan heksana dan heksena menggunakan larutan kalium manganat(VII) berasid 2 Pemboleh ubah yang dimanipulasikan: Heksana dan heksena 3 Pemboleh ubah yang bergerak balas: Perubahan warna larutan kalium manganat(VII) berasid 4 Pemboleh ubah yang dimalarkan: Isi padu heksana dan heksena 5 Hipotesis: Heksena melunturkan warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid manakala heksana tidak. 6 Bahan: Heksana, heksena, larutan kalium manganat(VII) berasid 7 Radas: Tabung uji, penitis Pemerhatian: 1 Heksana tidak menukarkan warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid. 2 Heksena menukarkan warna ungu larutan kalium manganat(VII) berasid kepada tanpa warna . Inferens: 1 Heksana tidak bertindak balas dengan larutan kalium manganat(VII) berasid. 2 Heksana adalah hidrokarbon tepu . 3 Heksena bertindak balas dengan larutan kalium manganat(VII) berasid. 4 Heksena adalah hidrokarbon tidak tepu . Penerangan: 1 Heksana adalah hidrokarbon tepu yang mengandungi ikatan kovalen tunggal antara atom karbon. Tindak balas penambahan tidak berlaku apabila ditambah larutan kalium manganat(VII) berasid.

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 96 Heksana Larutan kalium manganat(VII) berasid 8 Prosedur: (a) Sebanyak 2 cm3 heksana dituangkan ke dalam tabung uji . (b) 2 – 3 titik larutan kalium manganat(VII) berasid ditambahkan kepada heksana. (c) Campuran itu digoncang . (d) Semua perubahan direkodkan. (e) Langkah (a) hingga (d) diulangi menggunakan heksena untuk menggantikan heksana. 2 Heksena adalah hidrokarbon tidak tepu yang mengandungi ikatan kovalen ganda dua antara atom karbon, –C=C–. Tindak balas penambahan berlaku apabila ditambah larutan kalium manganat(VII) berasid menghasilkan heksanadiol. Persamaan seimbang: C6H12 + H2O + [O] C6H12(OH)2 Heksena Heksana-1, 2-diol Kesimpulan Tindak Balas Penambahan Alkena Alkena CnH2n Alkana CnH2n+2 Alkohol CnH2n+1OH CnH2nX2 CnH2nHX CnH2n(OH)2 CnH2n Penambahan hidrogen, H2 Ni/Pt, 180°C Penambahan halogen, X2 Penambahan hidrogen halida HX Penambahan air, H2O H3PO4, 300°C, 60 atm Penambahan KMnO4 berasid Pempolimeran penambahan n Penghasilan dalam industri (penghidratan etena) Bagaimanakah etanol disediakan dalam industri? Alkena bertindak balas dengan stim (H2O) pada 300°C dan tekanan 60 atm dalam kehadiran asid fosforik sebagai mangkin. (Rujuk sifat-sifat kimia alkena di muka surat 88): C2H4(g) + H2O(g) H3PO4 300ºC, 60 atm C2H5OH(ce) Etanol Etena Stim Penyediaan etanol, C2H5OH dalam industri (Penapaian glukosa) Apakah penapaian? Penapaian ialah suatu proses di mana mikroorganisma seperti yis bertindak ke atas karbohidrat (gula atau kanji) untuk menghasilkan etanol dan karbon dioksida . Nyatakan keadaan untuk penapaian. Terangkan. Yis ditambah ke dalam larutan glukosa (atau jus buah) dan dibiarkan dalam tempat yang hangat untuk tiga hari tanpa kehadiran oksigen. Yis mengandungi enzim zimase yang memecahkan gula atau kanji kepada glukosa dan kemudiannya kepada etanol dan karbon dioksida . Penyediaan Alkohol

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 97 © Nilam Publication Sdn. Bhd. Tuliskan persamaan kimia penapaian. Persamaan penapaian: C6H12O6 Enzim zimase 2C2H5OH(ak) + 2CO2(g) Glukosa Etanol Etanol ditulenkan melalui penyulingan berperingkat. Catatan: Penapaian akan sentiasa menghasilkan etanol sahaja. Alkohol lain boleh dihasilkan menggunakan penghidratan alkena. Terangkan bagaimana etanol disediakan melalui proses penapaian. TP6 Bahan: Glukosa, yis, air kapur, air suling, kertas turas Radas: Kelalang kon, tabung didih, silinder penyukat, kelalang penyulingan, penyumbat dengan salur penghantar, termometer 0°C – 100°C, kondenser Liebig, turus pengulingan, kaki retort dengan pengapit, tungku kaki tiga, kasa dawai, penunu Bunsen, corong turas Kelalang kon Tabung didih Campuran glukosa dan yis Air kapur Rajah A Rajah B Termometer Kondenser Liebig Hasil Air penapaian Panaskan Air keluar Air masuk Etanol, C2H5OH Prosedur: (i) Dengan menggunakan silinder penyukat, sukat 100 cm3 air suling ke dalam sebuah kelalang kon. (ii) Timbang 20 g glukosa dan masukkannya ke dalam kelalang kon yang berisi air suling tadi. Kacau campuran untuk melarutkan glukosa. (iii) Timbang 10 g yis dan tambahkannya ke dalam kelalang kon tadi. Kacau campuran sehingga sekata. (iv) Tutup kelalang dengan penyumbat yang dipasang dengan salur penghantar seperti yang ditunjukkan pada Rajah A. Pastikan hujung salur penghantar berada di bawah paras air kapur. (v) Letakkan radas yang disediakan di tempat yang hangat (suhu dalam lingkungan 30°C) selama tiga hari. (vi) Dari semasa ke semasa, perhatikan dan rekodkan perubahan yang berlaku kepada air kapur. (vii) Selepas itu, turaskan kandungan dalam kelalang. Tuangkan hasil turasan ke dalam sebuah kelalang penyulingan. Sediakan radas seperti yang ditunjukkan dalam Rajah B. (viii) Panaskan hasil turasan dengan menggunakan kukus air panas dan kumpulkan hasil sulingan pada 78°C. (ix) Rekodkan warna dan bau hasil sulingan. Ketika penapaian, suhu ditetapkan pada 30°C. Terangkan. Suhu optimum untuk penapaian yis antara 28°C - 32°C. Yis boleh dibunuh apabila suhu terlalu tinggi. Apakah fungsi air kapur? Terangkan. Air kapur digunakan untuk mengesan kehadiran gas karbon dioksida . Penapaian gula menghasilkan karbon dioksida sebagai produk sampingan. Oleh itu, kehadiran karbon dioksida dapat diuji dengan menggunakan air kapur jika penapaian gula telah berlaku. Nyatakan permerhatian apabila penapaian berlaku. Air kapur bertukar keruh. Bagaimanakah ethanol dipisahkan dari campurannya? Penyulingan berperingkat

UNIT 2 MODUL • Kimia TINGKATAN 5 © Nilam Publication Sdn. Bhd. 98 Sifat-sifat Kimia Alkohol Nyatakan sifat kimia alkohol. Semua alkohol mempunyai sifat kimia yang serupa disebabkan kehadiran kumpulan hidroksil, –OH sebagai kumpulan berfungsi. Tindak balas kimia bagi alkohol adalah: (a) Pembakaran alkohol (b) Pengoksidaan alkohol (c) Pendehidratan alkohol Pembakaran alkohol Persamaan umum bagi pembakaran lengkap alkohol. Alkohol + oksigen ➝ karbon dioksida + air Contoh: Pembakaran etanol C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O Nyatakan pemerhatian apabila alkohol terbakar dalam udara. Alkohol terbakar dengan mudah dengan nyalaan biru tanpa menghasilkan jelaga . Catatan: Pembakaran etanol membebaskan kuantiti haba yang banyak (etanol sesuai digunakan sebagai bahan api) Nyatakan kelebihan menggunakan etanol sebagai bahan api berbanding petrol. Etanol terbakar tanpa menghasilkan sebarang jelaga . Tuliskan persamaan seimbang bagi pembakaran propanol, butanol, pentanol dan heksanol. C3H7OH + 9 2 O2 → 3 CO2 + 4 H2O C4H9OH + 6 O2 → 4 CO2 + 5 H2O C5H11OH+ 15 2 O2 → 5 CO2 + 6 H2O C6H13OH+ 9 O2 → 6 CO2 + 7 H2O Mengimbangkan persamaan: Langkah 1: Seimbangkan C Langkah 2: Seimbangkan H Langkah 3: Seimbangkan O, boleh gunakan pecahan Pengoksidaan Alkohol Apakah pengoksidaan alkohol? Alkohol mengalami pengoksidaan untuk membentuk asid karboksilik dengan kehadiran agen pengoksidaan yang sesuai. Apakah agen pengoksidaan yang biasa digunakan dalam pengoksidaan alkohol? (a) Larutan kalium manganat(VII) berasid (b) Larutan kalium dikromat(VI) berasid Terangkan bagaimana pengoksidaan alkohol berlaku. (a) Kedua-dua agen ini diwakili sebagai 2[O] dalam persamaan kimia. (b) Satu atom oksigen bergabung dengan molekul alkohol untuk membentuk C=O dan atom oksigen yang lain bergabung dengan dua atom hidrogen yang terkeluar daripada alkohol untuk membentuk H2O. (c) Pengoksidaan alkohol ialah proses di mana satu molekul alkohol hilang dua atom H dan menerima satu atom O. Contoh: Pengoksidaan etanol, C2H5OH: Dua atom hidrogen dibuang dan digantikan H H dengan satu atom oksigen H C C H H OH H O H C C H OH + H2O Air + 2[O] CH3CH2OH + 2[O] CH3COOH + H2O Air atau C2H5OH Etanol + 2[O] CH3COOH Asid etanoik + H2O Air