Peranan Atom Karbon dalam Mengakibatkan Banyak Ragam Senyawa Organik Karbon

Karbon merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Karbon merupakan unsur non-logam, bervalensi 4, dan memiliki beberapa alotrop, termasuk grafit dan intan.
Karbon terdapat di dalam semua makhluk hidup dan merupakan dasar kimia organik. Unsur ini juga memiliki keunikan dalam kemampuannya untuk membentuk ikatan kimia dengan sesama karbon maupun banyak jenis unsur lain, membentuk hampir 10 juta jenis senyawa yang diketahui.

Tabel periodik unsur kimia



Sifat unik atom karbon artinya, sifat yang memungkinkan keberadaan jutaan senyawa organik ialah kemampuannya untuk berbagi elektron tidak saja dengan unsur yang berbeda tetapi juga dengan atom karbon lain. Misalnya, dua atom karbon dapat berikatan satu dengan lainnya, dan setiap atom karbon ini dapat berikatan dengan atom lain. Pada etana dan heksakloroetana, setiap karbon terhubung dengan karbon lain dan dengan tiga atom hidrogen atau tiga atom klorin. Meskipun senyawa ini mempunyai dua atom karbon, bukan satu, kedua senyawa ini memiliki sifat-sifat metana dan tetraklorometana.
Ikatan karbon-karbon pada etana , seperti halnya ikatan hidrogen-hidrogen pada molekul hidrogen, ialah ikatan kovalen murni, dengan elektron yang digunakan bersama secara adil di antara dua atom karbon yang identik. Sama halnya dengan molekul hidrogen, kalor diperlukan untuk memutus ikatan karbon-karbon etana untuk menghasilkan dua fragmen CH3 (disebut radikal metil). Suatu radikal ialah fragmen molekul dengan elektron tak berpasangan yang jumlahnya gasal.

Jumlah atom karbon yang dapat diikat hampir tidak terbatas dan beberapa molekul bahkan mengandung 100 atau lebih ikatan karbon-karbon. Kemampuan suatu unsur untuk membentuk rantai sebagai akibat pengikatan di antara sesama atom dinamakan katenasi (catenation).
Untuk memahami kehidupan seperti yang kita tahu, kita harus terlebih dahulu memahami sedikit kimia organik. Molekul organik mengandung karbon dan hidrogen. Meskipun banyak bahan kimia organik juga mengandung unsur-unsur lain, itu adalah ikatan karbon- hidrogen yang mendefinisikan mereka sebagai organik. Kimia organik mendefinisikan kehidupan. Seperti halnya ada jutaan jenis makhluk hidup di planet ini, ada jutaan molekul organik yang berbeda, masing-masing dengan berbagai sifat kimia dan fisik. Ada bahan kimia organik yang membentuk rambut , kulit, kuku , dan seterusnya. Keragaman bahan kimia organik disebabkan oleh fleksibilitas dari atom karbon. Mengapa karbon seperti elemen khusus? Mari kita lihat lebih detail.

Karbon (C) muncul di baris kedua dari tabel periodik dan memiliki empat ikatan valensi elektron di kulit (lihat Tabel Periodik ). Serupa dengan non-logam, karbon perlu delapan elektron untuk kestabilan oktet.. Oleh karena itu karbon membentuk empat ikatan dengan atom lain (masing-masing ikatan terdiri dari salah satu elektron karbon dan salah satu atom elektron ikatan). Setiap valensi elektron berpartisipasi dalam ikatan, sehingga atom karbon ikatan akan didistribusikan secara merata di atas permukaan atom. Obligasi ini membentuk tetrahedron (piramida ), seperti yang digambarkan di bawah ini:

Karbon membentuk 4 ikatan

Bahan kimia organik mendapatkan keragaman dari banyak cara yang berbeda dapat ikatan karbon atom lain. Bahan kimia organik yang paling sederhana, yang disebut hidrokarbon, hanya mengandung atom karbon dan hidrogen; hidrokarbon yang paling sederhana (disebut metana) berisi satu atom karbon terikat kepada empat atom hidrogen:

Metana - sebuah atom karbon berikatan dengan 4 atom hidrogen

Tapi karbon dapat ikatan atom karbon lain selain hidrogen, seperti digambarkan dalam molekul etana di bawah ini:


Etana - karbon-karbon
Bahkan, keunikan karbon berasal dari fakta bahwa ia dapat berikatan dengan dirinya sendiri dalam berbagai cara. Atom karbon dapat membentuk rantai panjang:


Heksana - sebuah 6-rantai karbon





Isohexane - sebuah cabang rantai karbon
rantai bercabang:

:


Sikloheksana - sebuah cincin hidrokarbon
cincin



Tampaknya ada hampir tidak ada batasan jumlah struktur yang berbeda dapat membentuk karbon. Untuk menambah kompleksitas kimia organik, tetangga atom karbon dapat membentuk ikatan ganda dan tiga selain tunggal karbon-karbon ikatan:


Ikatan tunggal

Double bonding

Triple bonding

Perlu diketahui bahwa setiap atom karbon membentuk empat ikatan. Ketika jumlah ikatan antara dua atom karbon meningkat, jumlah atom hidrogen dalam molekul berkurang (seperti dapat dilihat dalam angka-angka di atas).




Hidrokarbon Sederhana

Hidrokarbon paling sederhana adalah mereka yang hanya mengandung karbon dan hidrogen. Hidrokarbon sederhana ini datang dalam tiga varietas tergantung pada jenis ikatan karbon-karbon yang terjadi dalam molekul. Alkana adalah kelas pertama hidrokarbon sederhana dan hanya berisi karbon-karbon ikatan tunggal. Alkana diberi nama dengan menggabungkan sebuah awalan yang menggambarkan jumlah atom karbon dalam molekul dengan akar berakhir "ana". Nama dan awalan untuk pertama sepuluh alkana diberikan dalam tabel berikut.


Rumus kimia untuk setiap alkana diberikan oleh ekspresi CnH2n 2. Rumus struktural, ditunjukkan untuk pertama lima alkana dalam tabel, menunjukkan masing-masing atom karbon dan unsur-unsur yang melekat padanya. Rumus struktur ini sangat penting ketika kita mulai membahas hidrokarbon yang lebih kompleks. Alkana yang sederhana memiliki banyak sifat yang sama. Semua masuk ke dalam reaksi pembakaran dengan oksigen untuk menghasilkan karbon dioksida dan uap air. Dengan kata lain, banyak alkana yang mudah terbakar. Hal ini membuat mereka bahan bakar yang baik. Sebagai contoh, metana adalah komponen prinsip gas alam, dan butana adalah cairan ringan umum.
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
Pembakaran metana

Kelas kedua hidrokarbon sederhana, yaitu alkena, terdiri dari molekul yang mengandung setidaknya satu ikatan ganda karbon pasangan. Alkena mengikuti konvensi penamaan yang sama digunakan untuk alkana. A awalan (untuk menggambarkan jumlah atom karbon) yang dikombinasikan dengan berakhirnya "ena" untuk menunjukkan sebuah alkena. Etena, misalnya adalah dua-karbon molekul yang mengandung satu ikatan rangkap. Rumus kimia untuk alkena sederhana mengikuti ekspresi CnH2n. Karena salah satu dari pasangan adalah ganda karbon terikat, alkena sederhana memiliki dua atom hidrogen lebih sedikit dari alkana.

Etena

Alkuna adalah kelas ketiga hidrokarbon sederhana dan molekul yang mengandung setidaknya satu ikatan karbon tiga pasangan. Seperti alkana dan alkena, alkuna diberi nama dengan menggabungkan sebuah prefiks dengan berakhirnya "una" untuk menunjukkan tiga ikatan. Rumus kimia untuk alkuna sederhana berikut ekspresi CnH2n-2.


Etuna





Isomer
Karena ikatan karbon dapat dalam banyak cara yang berbeda, satu molekul dapat memiliki konfigurasi ikatan yang berbeda. Pertimbangkan dua molekul diilustrasikan di sini:
C6H14

CH3CH2CH2CH2CH2CH3

C6H14

CH3 CH2 CH CH2 CH3

Kedua molekul identik rumus kimia (ditampilkan di kolom kiri), akan tetapi rumus struktural mereka (dan dengan demikian beberapa sifat kimia) yang berbeda. Kedua molekul ini disebut isomer. Isomer adalah molekul yang memiliki rumus kimia yang sama tetapi berbeda rumus struktural.