Etana adalah hidrokarbon sederhana dari rumus C2H6 dengan sifat gas yang tidak berwarna dan tidak berbau yang memiliki penggunaan yang sangat bernilai dan beragam dalam sintesis etilena. Selain itu, etana adalah salah satu gas terestrial yang juga telah terdeteksi di planet lain dan benda-benda bintang di sekitar Tata Surya. Ditemukan oleh ilmuwan Michael Faraday pada tahun 1834.
Di antara sejumlah besar senyawa organik yang terdiri dari atom karbon dan hidrogen (dikenal sebagai hidrokarbon), ada senyawa organik dalam kondisi gas pada suhu dan tekanan sekitar, yang banyak digunakan di berbagai industri.
Ini biasanya berasal dari campuran gas yang disebut “gas alam”, produk yang bernilai tinggi bagi manusia, dan terdiri dari alkana jenis metana, etana, propana dan butana, antara lain; diklasifikasikan berdasarkan jumlah atom karbon dalam rantai.
Struktur kimia Etana
Etana adalah molekul dengan rumus C2H6, biasanya dipandang sebagai hubungan dua kelompok metil (-CH3) untuk membentuk hidrokarbon dari ikatan tunggal karbon-karbon. Etana juga merupakan senyawa organik paling sederhana setelah metana, direpresentasikan sebagai berikut:
H3C-CH3
Atom karbon dalam molekul etana ini memiliki hibridisasi tipe sp3, sehingga ikatan molekul memiliki rotasi bebas.
Demikian juga, ada fenomena intrinsik etana, yang didasarkan pada rotasi struktur molekulnya dan energi minimum yang diperlukan untuk menghasilkan rotasi ikatan 360 derajat, yang oleh para ilmuwan disebut “penghalang etana”.
Untuk alasan ini, etana dapat muncul dalam konfigurasi yang berbeda sesuai dengan rotasinya, bahkan ketika konformasi yang paling stabil ada di mana hidrogen saling berlawanan (seperti yang terlihat pada gambar).
Sintesis etana
Etana dapat dengan mudah disintesis dari elektrolisis Kolbe, suatu reaksi organik di mana dua langkah terjadi: dekarboksilasi elektrokimia (penghilangan gugus karboksil dan pelepasan karbon dioksida) dari dua asam karboksilat, dan kombinasi produk perantara untuk membentuk ikatan kovalen.
Demikian pula, hasil elektrolisis asam asetat dalam pembentukan etana dan karbon dioksida, dan reaksi ini digunakan untuk mensintesis yang sebelumnya.
Oksidasi anhidrida asetat oleh aksi peroksida, sebuah konsep yang mirip dengan elektrolisis Kolbe, juga menghasilkan pembentukan etana.
Demikian pula, dapat secara efisien dipisahkan dari gas alam dan metana dengan proses pencairan, memanfaatkan sistem kriogenik untuk menangkap gas ini dan memisahkannya dari campuran dengan gas lain.
Proses ekspansi turbo lebih disukai untuk peran ini: campuran gas dilewatkan melalui turbin, menghasilkan ekspansi darinya, hingga suhunya turun di bawah -100 ºC.
Sudah pada titik ini, komponen-komponen campuran dapat dibedakan, dimana etana cair akan dipisahkan dari gas metana dan spesies lain yang terlibat dengan penggunaan distilasi.
Sifat etana
Etana terjadi di alam sebagai gas yang tidak berwarna dan tidak berbau pada tekanan dan suhu standar (1 atm dan 25 ° C). Etana memiliki titik didih -88,5 ºC, dan titik lebur -182,8 ºC. Selain itu, tidak terpengaruh oleh paparan asam atau basa kuat.
Kelarutan etana
Molekul etana simetris dalam konfigurasi dan memiliki gaya tarik lemah yang menyatukannya, yang disebut gaya dispersal.
Ketika etana mencoba larut dalam air, gaya tarik yang terbentuk antara gas dan cairan sangat lemah, sehingga sangat sulit bagi etana untuk berikatan dengan molekul air.
Untuk alasan ini, kelarutan etana sangat rendah, sedikit meningkat ketika tekanan sistem naik.
Kristalisasi dari etana
Etana dapat dipadatkan, menyebabkan kristal etana yang tidak stabil dengan struktur kristal kubik terbentuk.
Dengan penurunan suhu di luar -183,2 ºC, struktur ini menjadi monoklinik, meningkatkan stabilitas molekulnya.
Pembakaran etana
Hidrokarbon Etana ini, bahkan ketika tidak banyak digunakan sebagai bahan bakar, dapat digunakan dalam proses pembakaran untuk menghasilkan karbon dioksida, air dan panas, yang direpresentasikan sebagai berikut:
2C2H6 + 7O2 → 4CO2 + 6H2O + 3120 kJ
Ada juga kemungkinan membakar molekul ini tanpa kelebihan oksigen, yang dikenal sebagai “pembakaran tidak sempurna”, dan yang menghasilkan pembentukan karbon amorf dan karbon monoksida dalam reaksi yang tidak diinginkan, tergantung pada jumlah oksigen yang diterapkan :
- 2C2H6 + 3O2 → 4C + 6H2O + kalor
- 2C2H6 + 4O2 → 2C + 2CO + 6H2O + kalor
- 2C2H6 + 5O2 → 4CO + 6H2O + kalor
Di area ini, pembakaran terjadi melalui serangkaian reaksi radikal bebas, yang diberi nomor ratusan reaksi berbeda. Misalnya, dalam reaksi pembakaran yang tidak lengkap, senyawa seperti formaldehida, asetaldehida, metana, metanol dan etanol dapat dibentuk.
Ini akan tergantung pada kondisi di mana reaksi terjadi dan reaksi radikal bebas yang terlibat. Etilena juga dapat dibentuk pada suhu tinggi (600-900 ºC), yang merupakan produk yang sangat diinginkan oleh industri.
Etana di atmosfer dan di benda angkasa
Etana hadir di atmosfer planet Bumi dalam jejak, dan diduga bahwa manusia telah berhasil menggandakan konsentrasi ini sejak ia mulai mempraktikkan kegiatan industri.
Para ilmuwan berpikir bahwa sebagian besar keberadaan etana saat ini di atmosfer disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil, meskipun emisi global etana telah berkurang hampir setengahnya sejak teknologi produksi gas shale (sumber gas alam).
Spesi ini juga diproduksi secara alami oleh efek sinar matahari pada metana atmosfer, yang menggabungkan kembali dan membentuk molekul etana.
Etana cair ada di permukaan Titan, salah satu bulan Saturnus. Ini terjadi dalam jumlah yang lebih besar di sungai Vid Flumina, yang mengalir lebih dari 400 kilometer ke arah salah satu lautnya. Senyawa ini juga telah dibuktikan pada komet, dan pada permukaan Pluto.
Kegunaan Etana
Produksi etilena
Penggunaan etana terutama didasarkan pada produksi etilena, produk organik yang paling banyak digunakan dalam produksi dunia, melalui proses yang dikenal sebagai steam cracking.
Proses ini melibatkan melewatkan umpan etana yang diencerkan dengan uap ke dalam oven, memanaskannya dengan cepat tanpa oksigen.
Reaksi terjadi pada suhu yang sangat tinggi (antara 850 dan 900 ºC), tetapi waktu tinggal (waktu yang dihabiskan etana dalam oven) harus singkat agar reaksi menjadi efektif. Pada suhu yang lebih tinggi, lebih banyak etilen dihasilkan.
Pelatihan kimia dasar
Etana juga telah dipelajari sebagai komponen utama dalam pembentukan bahan kimia dasar. Klorinasi oksidatif adalah salah satu proses yang diusulkan untuk memperoleh vinil klorida (komponen PVC), menggantikan yang kurang ekonomis dan lebih rumit.
Pendingin
Akhirnya, etana digunakan sebagai pendingin dalam sistem Kriogenik umum, juga menunjukkan kemampuan untuk membekukan sampel kecil di laboratorium untuk analisis.
Ini adalah pengganti yang sangat baik untuk air, yang membutuhkan waktu lebih lama untuk mendinginkan sampel halus, dan juga dapat menyebabkan kristal es yang berbahaya terbentuk.
Bahaya etana
- Etana memiliki kemampuan untuk menembak, terutama ketika ia terikat dengan udara. Pada persentase 3,0 hingga 12,5% volume etana di udara, suatu campuran eksplosif dapat terbentuk.
- Ini dapat membatasi oksigen di udara di mana ia ditemukan, dan untuk alasan ini ia menghadirkan faktor risiko tersedak bagi manusia dan hewan yang ada dan terpapar.
- Etana dalam bentuk cair beku dapat secara serius membakar kulit jika kontak langsung dilakukan dengannya, dan juga bertindak sebagai media kriogenik untuk benda apa pun yang disentuhnya, membekukannya dalam beberapa saat.
- Uap etana cair lebih berat daripada udara dan terkonsentrasi di tanah, ini dapat menimbulkan risiko penyalaan yang dapat menghasilkan reaksi pembakaran rantai.
- Konsumsi etana dapat menyebabkan mual, muntah, dan pendarahan internal. Menghirup, selain mati lemas, menyebabkan sakit kepala, kebingungan, dan perubahan suasana hati. Kematian akibat henti jantung mungkin terjadi pada paparan tinggi.
- Ini mewakili gas rumah kaca yang, bersama dengan metana dan karbon dioksida, berkontribusi terhadap pemanasan global dan perubahan iklim yang dihasilkan oleh polusi manusia. Untungnya, ia kurang berlimpah dan tahan lama dibandingkan metana, dan menyerap lebih sedikit radiasi daripada metana.
