Langkau ke kandungan
Kimia · Tingkatan 6 (STPM Chemistry) · Hydrocarbons

15.1 Alkanes

Unit ini membincangkan alkana (alkanes), iaitu hidrokarbon tepu: formula, penamaan IUPAC, isomerisme, takat didih, penukargantian radikal bebas, peretakan serta kesan pembakarannya terhadap alam sekitar.

  • STPM
  • 10 SP
  • 31 latihan
  • Percuma
Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

SP 15.1.1Write the general and structural formulae for alkanes C1 to C10;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Write (Menulis)

Calon perlu menulis formula am CₙH₂ₙ₊₂ dan formula struktur alkana C1 hingga C10, serta mengenal alkana sebagai hidrokarbon alifatik tepu (saturated aliphatic hydrocarbon).

  1. IsiFormula am dan istilah
    Huraian

    Alkana ialah hidrokarbon alifatik tepu: hanya ikatan tunggal C−C dan C−H, formula am CₙH₂ₙ₊₂.

    Contoh

    n = 8: C₈H₁₈ (oktana); n = 10: C₁₀H₂₂ (dekana).

  2. IsiFormula struktur
    Huraian

    Formula struktur menunjukkan susunan semua atom; formula struktur ringkas menulis setiap karbon dengan H yang terikat padanya.

    Contoh

    Pentana: CH₃CH₂CH₂CH₂CH₃ atau CH₃(CH₂)₃CH₃.

JadualFormula am dan formula struktur alkana C1 hingga C10

NamaFormula molekulFormula struktur ringkas
Metana (methane)CH₄CH₄
Etana (ethane)C₂H₆CH₃CH₃
Propana (propane)C₃H₈CH₃CH₂CH₃
Butana (butane)C₄H₁₀CH₃(CH₂)₂CH₃
Pentana (pentane)C₅H₁₂CH₃(CH₂)₃CH₃
Heksana (hexane)C₆H₁₄CH₃(CH₂)₄CH₃
Heptana (heptane)C₇H₁₆CH₃(CH₂)₅CH₃
Oktana (octane)C₈H₁₈CH₃(CH₂)₆CH₃
Nonana (nonane)C₉H₂₀CH₃(CH₂)₇CH₃
Dekana (decane)C₁₀H₂₂CH₃(CH₂)₈CH₃
SP 15.1.1

NotaFormula am alkana

Formula am alkana (general formula) ialah CₙH₂ₙ₊₂ (n ≥ 1). Sikloalkana (cycloalkanes) mempunyai formula am CₙH₂ₙ (n ≥ 3). Setiap atom karbon alkana berhibrid sp³ dengan geometri tetrahedron dan sudut ikatan kira-kira 109.5°.

SP 15.1.1

SP 15.1.2Name alkanes according to IUPAC nomenclature;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Name (Menamakan)

Calon perlu menamakan alkana rantai lurus dan bercabang mengikut tatanama IUPAC.

  1. IsiPeraturan IUPAC
    Huraian

    Pilih rantai terpanjang, nomborkan supaya cabang mendapat nombor terkecil, susun cabang ikut abjad dengan awalan di-/tri-.

    Contoh

    CH₃CH(CH₃)CH(CH₃)CH₂CH₃ → 2,3-dimetilpentana; (CH₃)₃CCH₂CH₃ → 2,2-dimetilbutana.

  2. IsiKesilapan lazim: rantai terpanjang
    Huraian

    Rantai utama ialah rantai karbon terpanjang, walaupun ia membengkok melalui cabang. Kumpulan etil pada karbon 2 bermakna rantai sebenarnya lebih panjang, jadi nama itu salah.

    Contoh

    CH₃CH(C₂H₅)CH₂CH₃ bukan 2-etilbutana; rantai terpanjang ada 5 karbon, maka namanya 3-metilpentana.

Peta alirLangkah menamakan alkana mengikut IUPAC

  1. Kenal pasti rantai karbon terpanjang (rantai induk, parent chain) dan beri nama asasnya (cth heksana).
  2. Nomborkan rantai dari hujung yang memberikan nombor terkecil kepada kumpulan alkil (alkyl group) pertama.
  3. Namakan kumpulan alkil: metil (methyl) −CH₃, etil (ethyl) −C₂H₅, propil (propyl) −CH₂CH₂CH₃, isopropil (1-metiletil) −CH(CH₃)₂, butil −C₄H₉, tert-butil −C(CH₃)₃.
  4. Kumpulan sama digabung dengan awalan di-, tri-, tetra- (cth 2,3-dimetil).
  5. Susun nama kumpulan mengikut abjad (etil sebelum metil) dan pisahkan nombor dengan koma, nombor dengan huruf dengan sengkang.
  6. Contoh: CH₃CH(CH₃)CH₂CH(C₂H₅)CH₂CH₃ → rantai terpanjang 6 C → 4-etil-2-metilheksana (4-ethyl-2-methylhexane).
SP 15.1.2SP 15.1.3

SP 15.1.3Name alkyl groups;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Name (Menamakan)

Calon perlu menamakan kumpulan alkil (alkyl group) yang terbentuk apabila alkana kehilangan satu atom H.

  1. IsiKumpulan alkil
    Huraian

    Formula am CₙH₂ₙ₊₁−, akhiran -ana ditukar kepada -il.

    Contoh

    Metil −CH₃, etil −C₂H₅, propil −CH₂CH₂CH₃, isopropil −CH(CH₃)₂, tert-butil −C(CH₃)₃.

  2. IsiKumpulan alkil bercabang
    Huraian

    Kumpulan alkil bercabang dinamakan ikut atom karbon yang menyambung kepada rantai utama. Karbon itu boleh terikat pada satu, dua atau tiga karbon lain.

    Contoh

    Isobutil −CH₂CH(CH₃)₂, sek-butil −CH(CH₃)CH₂CH₃ dan tert-butil −C(CH₃)₃ semuanya C₄H₉ tetapi berbeza titik sambungan.

IstilahKumpulan alkil

Kumpulan alkil (alkyl group)
Alkana yang kehilangan satu atom H, formula am CₙH₂ₙ₊₁−, diberi akhiran -il (-yl).
Metil (methyl)
−CH₃, daripada metana.
Etil (ethyl)
−CH₂CH₃, daripada etana.
Isopropil (isopropyl)
−CH(CH₃)₂, terikat melalui karbon tengah propana.
tert-Butil (tert-butyl)
−C(CH₃)₃, terikat melalui karbon tertier.
SP 15.1.3

SP 15.1.4Explain the structural isomerism and stereoisomerism in aliphatic alkanes and cycloalkanes;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan isomerisme struktur (juga dipanggil isomerisme konstitusi, constitutional isomerism) dan stereoisomerisme dalam alkana alifatik dan sikloalkana, termasuk istilah pusat kiral (chiral centre).

  1. IsiIsomerisme struktur
    Huraian

    Formula molekul sama tetapi susunan rantai berbeza.

    Contoh

    C₅H₁₂: pentana, 2-metilbutana dan 2,2-dimetilpropana.

  2. IsiIsomer optik dan pusat kiral
    Huraian

    Karbon yang terikat pada empat kumpulan berbeza ialah pusat kiral; molekul wujud sebagai dua enantiomer.

    Contoh

    3-metilheksana: C3 terikat pada H, CH₃, C₂H₅ dan C₃H₇.

  3. IsiIsomer cis-trans sikloalkana
    Huraian

    Gelang menghalang putaran ikatan C−C, jadi substituen boleh berada pada sisi sama (cis) atau bertentangan (trans).

    Contoh

    cis- dan trans-1,2-dimetilsiklopropana.

Peta pokokIsomerisme dalam alkana dan sikloalkana

Isomerisme (isomerism): formula molekul sama, susunan berbeza
Isomerisme struktur / konstitusi (structural / constitutional isomerism)
  • Isomer rantai (chain isomers): C₄H₁₀ wujud sebagai butana dan 2-metilpropana
  • C₅H₁₂ ada 3 isomer: pentana, 2-metilbutana, 2,2-dimetilpropana
Stereoisomerisme (stereoisomerism)
  • Isomer optik (optical isomers): alkana dengan karbon kiral (4 kumpulan berbeza), cth 3-metilheksana wujud sebagai sepasang enantiomer
  • Isomer geometri cis-trans dalam sikloalkana bertukar ganti: putaran ikatan C−C gelang terhalang, cth cis- dan trans-1,2-dimetilsiklopropana
  • Alkana rantai terbuka tidak menunjukkan isomer cis-trans kerana putaran bebas sekitar ikatan C−C
SP 15.1.4

SP 15.1.5Explain boiling points of alkanes;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan perubahan takat didih alkana berdasarkan saiz molekul dan pencabangan.

  1. IsiSaiz molekul
    Huraian

    Bilangan karbon bertambah, bilangan elektron dan luas permukaan bertambah, daya van der Waals lebih kuat.

    Contoh

    Metana −162 °C, heksana 69 °C.

  2. IsiPencabangan
    Huraian

    Molekul bercabang lebih sfera, luas sentuhan berkurang, takat didih lebih rendah.

    Contoh

    Pentana 36 °C > 2-metilbutana 28 °C > 2,2-dimetilpropana 10 °C.

Poin utamaTakat didih alkana

  • Alkana bukan kutub; daya antara molekul ialah daya van der Waals (daya serakan London).
  • Takat didih meningkat apabila bilangan atom karbon (jisim molekul relatif) meningkat kerana bilangan elektron dan luas permukaan bertambah, maka daya van der Waals lebih kuat.
  • Bagi isomer, rantai lurus mempunyai takat didih lebih tinggi daripada rantai bercabang: pentana (36 °C) > 2-metilbutana (28 °C) > 2,2-dimetilpropana (10 °C).
  • Cabang menjadikan molekul lebih sfera, luas sentuhan antara molekul berkurang, daya van der Waals lebih lemah.
  • C1 hingga C4 ialah gas, C5 hingga C17 cecair, C18 ke atas pepejal pada suhu bilik.
SP 15.1.5

SP 15.1.6Explain free radical substitution reaction of alkanes;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan tindak balas penukargantian radikal bebas alkana dengan klorin dan bromin (terhad kepada pengklorinan dan pembrominan) serta syaratnya.

  1. IsiPengklorinan
    Huraian

    Alkana + Cl₂ di bawah cahaya UV atau suhu tinggi; satu H diganti Cl; Cl₂ berlebihan memberi hasil berbilang.

    Contoh

    CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl; berlebihan hingga CCl₄.

  2. IsiPembrominan
    Huraian

    Berlaku dengan cara sama tetapi lebih perlahan dan lebih memilih H pada karbon sekunder/tertier.

    Contoh

    CH₃CH₃ + Br₂ → CH₃CH₂Br + HBr (UV); warna perang Br₂ hilang perlahan.

Peta alirMekanisme penukargantian radikal bebas: CH₄ + Cl₂ (cahaya UV)

  1. Tindak balas keseluruhan: CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl (dengan cahaya UV atau suhu tinggi); Cl₂ berlebihan memberi CH₂Cl₂, CHCl₃ dan CCl₄.
  2. Pemulaan (initiation): Cl−Cl → 2Cl• (belahan homolitik, homolytic fission, oleh cahaya UV).
  3. Perambatan 1 (propagation): Cl• + CH₄ → CH₃• + HCl.
  4. Perambatan 2: CH₃• + Cl₂ → CH₃Cl + Cl• (Cl• dijana semula, maka tindak balas berantai, chain reaction).
  5. Penamatan (termination): Cl• + Cl• → Cl₂; CH₃• + Cl• → CH₃Cl; CH₃• + CH₃• → C₂H₆ (kehadiran etana membuktikan mekanisme radikal).
SP 15.1.6SP 15.1.7

Tahukah andaKereaktifan relatif atom H

Dalam pengklorinan propana, atom H pada karbon sekunder lebih mudah diganti berbanding H primer kerana radikal sekunder lebih stabil. Bromin lebih memilih (selective) daripada klorin. Alkana tidak bertindak balas dengan asid, alkali atau agen pengoksidaan biasa kerana ikatan C−C dan C−H kuat dan bukan kutub.

SP 15.1.6

SP 15.1.7Explain the mechanism of free radical substitution;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan mekanisme penukargantian radikal bebas melalui peringkat pemulaan, perambatan dan penamatan.

  1. IsiPemulaan dan perambatan
    Huraian

    UV membelah Cl₂ secara homolitik; Cl• mengambil H daripada alkana, radikal alkil bertindak balas dengan Cl₂ dan menjana semula Cl•.

    Contoh

    Cl• + CH₄ → CH₃• + HCl; CH₃• + Cl₂ → CH₃Cl + Cl•.

  2. IsiPenamatan
    Huraian

    Dua radikal bergabung tanpa menghasilkan radikal baharu.

    Contoh

    CH₃• + CH₃• → C₂H₆; kehadiran etana menyokong mekanisme.

SP 15.1.8Explain the thermal and catalytic crackings processes for the formation of smaller alkanes and alkenes;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan peretakan terma (thermal cracking) dan peretakan bermangkin (catalytic cracking) bagi menghasilkan alkana dan alkena lebih kecil.

  1. IsiPeretakan terma
    Huraian

    Suhu tinggi 700–900 °C tanpa mangkin; melalui radikal bebas; banyak alkena.

    Contoh

    C₁₀H₂₂ → C₈H₁₈ + C₂H₄.

  2. IsiPeretakan bermangkin
    Huraian

    Kira-kira 450–500 °C dengan mangkin zeolit atau Al₂O₃/SiO₂; melalui karbokation; hasil bercabang bernombor oktana tinggi.

    Contoh

    C₁₂H₂₆ → C₈H₁₈ + 2C₂H₄.

Peta buih bergandaPeretakan terma lawan peretakan bermangkin

Peretakan terma (thermal cracking)Suhu tinggi 700–900 °C, tekanan tinggi, tanpa mangkinMelalui mekanisme radikal bebas (belahan homolitik)Menghasilkan lebih banyak alkena rantai lurus
PersamaanMemecahkan alkana rantai panjang kepada alkana lebih kecil dan alkenaMemenuhi permintaan petrol dan bahan mentah alkena (cth etena)Cth: C₁₀H₂₂ → C₈H₁₈ + C₂H₄
Peretakan bermangkin (catalytic cracking)Suhu lebih rendah kira-kira 450–500 °C, mangkin zeolit atau Al₂O₃/SiO₂Melalui perantaraan karbokation (belahan heterolitik)Menghasilkan alkana bercabang dan sebatian aromatik bernombor oktana tinggi
SP 15.1.8

SP 15.1.9Describe the usage of alkanes as fuel and the role of catalytic converters in minimising air pollution;

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Describe (Memerihalkan)

Calon perlu memerihalkan penggunaan alkana sebagai bahan api dan peranan penukar bermangkin (catalytic converter) dalam mengurangkan pencemaran udara.

  1. IsiAlkana sebagai bahan api
    Huraian

    Pembakaran lengkap membebaskan banyak haba; pembakaran tidak lengkap menghasilkan CO dan jelaga.

    Contoh

    CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, ΔH = −890 kJ mol⁻¹; LPG (propana, butana).

  2. IsiPenukar bermangkin
    Huraian

    Logam Pt, Pd, Rh menukar CO, NO dan hidrokarbon tidak terbakar kepada CO₂, N₂ dan H₂O.

    Contoh

    2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂.

NotaAlkana sebagai bahan api dan penukar bermangkin

Alkana terbakar lengkap dalam oksigen berlebihan membebaskan banyak haba: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, ΔH = −890 kJ mol⁻¹; C₈H₁₈ + 25/2 O₂ → 8CO₂ + 9H₂O. Contoh bahan api: gas asli (metana), LPG (propana, butana), petrol (C5–C10). Pembakaran tidak lengkap menghasilkan CO dan jelaga (C). Penukar bermangkin (catalytic converter) dalam ekzos kenderaan menggunakan logam Pt, Pd dan Rh: 2CO + 2NO → 2CO₂ + N₂; 2CO + O₂ → 2CO₂; hidrokarbon tidak terbakar + O₂ → CO₂ + H₂O. Petrol tanpa plumbum wajib kerana plumbum meracuni mangkin.

SP 15.1.9

SP 15.1.10Explain the effects of chemical pollutants from the combustion of hydrocarbon on air quality and rainwater.

Huraian SPApa yang perlu dikuasai

Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)

Calon perlu menerangkan kesan pencemar daripada pembakaran hidrokarbon terhadap kualiti udara dan air hujan, terhad kepada kesan rumah hijau dan hujan asid.

  1. IsiKesan rumah hijau
    Huraian

    CO₂ (dan hidrokarbon tidak terbakar seperti CH₄) memerangkap sinaran inframerah, meningkatkan suhu purata bumi.

    Contoh

    Pembakaran petrol dan gas asli menambah CO₂ atmosfera, membawa pemanasan global.

  2. IsiHujan asid
    Huraian

    SO₂ (daripada sulfur dalam bahan api) dan NO₂ (N₂ + O₂ dalam enjin panas) larut dalam air hujan membentuk H₂SO₄ dan HNO₃; pH hujan kurang daripada 5.6.

    Contoh

    Hujan asid menghakis bangunan batu kapur dan merendahkan pH tasik.

Peta pelbagai alirKesan pencemar daripada pembakaran hidrokarbon

SebabPembakaran hidrokarbon membebaskan CO₂ dan sedikit hidrokarbon tidak terbakar (cth CH₄)Suhu tinggi enjin: N₂ + O₂ → 2NO, kemudian 2NO + O₂ → 2NO₂Bahan api mengandungi sulfur: S + O₂ → SO₂
Pembakaran hidrokarbon dalam enjin dan loji kuasa
AkibatCO₂ dan CH₄ memerangkap sinaran inframerah: kesan rumah hijau bertambah dan suhu purata bumi meningkat (pemanasan global)SO₂ dan NO₂ larut dalam air hujan membentuk H₂SO₄ dan HNO₃: hujan asid (pH < 5.6)Hujan asid menghakis bangunan batu kapur dan logam, merendahkan pH tanah serta tasik dan menjejaskan hidupan akuatik
SP 15.1.10

Ingat: mnemonik & kad imbas

Mnemonik

MEPBPHHOND
Metana, Etana, Propana, Butana, Pentana, Heksana, Heptana, Oktana, Nonana, Dekana (C1–C10).
PPP
Pemulaan, Perambatan, Penamatan: tiga peringkat mekanisme radikal bebas.

Kad imbas

Formula am alkana?
CₙH₂ₙ₊₂
Nama IUPAC (CH₃)₂CHCH₂CH₃?
2-metilbutana
Kumpulan −CH(CH₃)₂?
Isopropil (1-metiletil)
Mengapa rantai bercabang bertakat didih lebih rendah?
Luas sentuhan kecil, daya van der Waals lemah
Langkah pemulaan pengklorinan metana?
Cl₂ → 2Cl• (belahan homolitik oleh UV)
Logam dalam penukar bermangkin?
Platinum, paladium, rodium
Mangkin peretakan bermangkin?
Zeolit atau Al₂O₃/SiO₂, kira-kira 450–500 °C
Punca hujan asid daripada kenderaan?
SO₂ dan NO₂ larut dalam air hujan

Semak kefahaman

  1. Tulis formula molekul heptana. (SP 15.1.1)

    Lihat jawapan

    C₇H₁₆.

  2. Namakan (CH₃)₂CHCH₂CH₃ mengikut IUPAC. (SP 15.1.2)

    Lihat jawapan

    2-metilbutana.

  3. Tulis formula kumpulan etil. (SP 15.1.3)

    Lihat jawapan

    −C₂H₅ atau −CH₂CH₃.

  4. Apakah yang dimaksudkan dengan isomer struktur? (SP 15.1.4)

    Lihat jawapan

    Sebatian yang mempunyai formula molekul yang sama tetapi formula struktur atau susunan atom yang berbeza.

  5. Mengapakah takat didih heksana lebih tinggi daripada metana? (SP 15.1.5)

    Lihat jawapan

    Heksana mempunyai lebih banyak elektron dan luas permukaan lebih besar, maka daya van der Waals lebih kuat.

  6. Tulis persamaan bagi tindak balas metana dengan klorin di bawah cahaya UV (penukargantian pertama). (SP 15.1.6)

    Lihat jawapan

    CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl.

  7. Tulis persamaan langkah pemulaan dalam pengklorinan metana. (SP 15.1.7)

    Lihat jawapan

    Cl₂ → 2Cl• di bawah cahaya UV.

  8. Nyatakan suhu dan mangkin bagi peretakan bermangkin. (SP 15.1.8)

    Lihat jawapan

    Kira-kira 450–500 °C dengan mangkin zeolit atau Al₂O₃/SiO₂.

  9. Namakan dua logam yang digunakan sebagai mangkin dalam penukar bermangkin. (SP 15.1.9)

    Lihat jawapan

    Platinum, paladium atau rodium.

  10. Namakan dua gas pencemar daripada pembakaran hidrokarbon yang menyebabkan hujan asid. (SP 15.1.10)

    Lihat jawapan

    Sulfur dioksida, SO₂, dan nitrogen dioksida, NO₂.

31 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.

Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
  1. Mengingat

    Aktiviti: Murid menulis formula am dan formula struktur alkana C1 hingga C10 serta menamakan lima alkana mengikut IUPAC pada lembaran kerja.

    Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang alkana.

    SP disasar: 15.1.1, 15.1.2, 15.1.3 · Latihan sepadan: aras Mengingat
  2. Memahami

    Aktiviti: Berpasangan, murid melukis isomer struktur C5H12 dan sikloalkana serta menerangkan isomer stereo dalam sikloalkana.

    Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang alkana; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.

    SP disasar: 15.1.4 · Latihan sepadan: aras Memahami
  3. Mengaplikasi

    Aktiviti: Murid menulis mekanisme penukargantian radikal bebas metana dengan klorin (pemula, perambatan, penamatan) langkah demi langkah dengan persamaan.

    Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang alkana; semak kaedah dan ketepatan jawapan.

    SP disasar: 15.1.6, 15.1.7 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi
  4. Menganalisis

    Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis kesan hasil pembakaran hidrokarbon dan pemangkin penukar katalitik pada kualiti udara, dan menilai kegunaan alkana sebagai bahan api.

    Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis alkana; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.

    SP disasar: 15.1.8, 15.1.9, 15.1.10 · Latihan sepadan: aras Menganalisis

Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan

Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 65 unit Kimia STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.

Belajar & latih secara interaktifSemua unit Kimia STPM

Unit lain dalam Hydrocarbons

  1. 15.1 Alkanes
  2. 15.2 Alkenes
  3. 15.3 Arenes