Minyak Bumi

robertinus filustra siregar

KIMIA

Minyak Bumi

X-3

SMA NEGRI 4 Pematangsiantar

MINYAK BUMI

1.     Pengertian Minyak Bumi

Minyak bumi  atau dalam bahasa Inggrisnya disebut  Petroleum, menurut bahasa Latin terdiri dari dua penggalan kata yaitu Petrus yang artinya karang dan Oleum yang artinya minyak.  Oleh karena itu kimia minyak bumi (petroleum) merupakan  ilmu yang mempelajari tentang kelanjutan dari tumbuhan setelah dipendam atau dikubur selama jutaan tahun.  Senyawa yang terkandung dalam petroleum mempunyai variasi yang besar dari senyawa dengan kerapatan rendah (gas) sampai senyawa dengan kerapatan tinggi (padatan). 

2.    Asal-Usul Minyak Bumi

Minyak bumi atau petroleum dijuluki juga sebagai emas hitam, yaitu  cairan yang kental, coklat gelap, atau kehijauan yang mudah terbakar, dan  berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi.  Minyak bumi terdiri dari campuran kompleks dari berbagai hidrokarbon, dimana sebagian besar terdiri dari seri alkana tetapi bervariasi dalam penampilan, komposisi, dan kemurniannya.

        Asal minyak bumi adalah mahluk hidup (tumbuhan, hewan) yang terkubur selama jutaan tahun dengan melalui proses penguburan, proses diagenesis kemudian proses lebih lanjut pada masa katagenesis dan tidak dapat dimanfaatkan lagi pada masa metagenesis.

Tahapan penguburan bahan alam mengalami tiga masa perubahan kimiawi yaitu:

a.     Diagenesis

Masa ini merupakan zona tak matang dan terjadi perengkahan tak mencolok (10%), yang dibagi dalam tiga bagian yaitu :

1)     Diagenesis dini, yaitu peralihan dari senyawa yang stabil saat di permukaan bumi, menjadi senyawa yang stabil pada kedalaman ribuan meter dengan suhu sekitar 40-42^oC. Pada masa ini terjadi pembentukan kerogen (fase dari petroleum yang tidak dapat larut dalam pelarut organik dan anorganik).

2)     Diagenesis pertengahan, terjadi proses aromatisasi (senyawa rantai panjang membentuk senyawa aromatik, lingkar dan mempunyai ikatan rangkap dengan elektron terdelokalisasi).

3)     Diagenesis akhir,  adalah proses yang terjadi pengkhelatan logam oleh senyawa organik yang terbentuk pada masa sebelumnya.

Pembentukan minyak bumi terjadi pada diagenesis akhir dan dapat dikenal berdasar hasil eksplorasi.

b.  Katagenesis

Katagenesis adalah zona minyak dan gas basah.  Pada masa ini terjadi perengkahan mencolok, dimana terjadi perubahan senyawa kimia yang diakibatkan oleh suhu dan kedalaman pendaman (penguburan) sehingga menyebabkan penguraian termal kerogen.

c.   Metagenesis

Pada tahap ini  terjadi masa perusakan termal dari karakter senyawa (cairan) menjadi residu (padatan), sehingga mengakibatkan senyawa organik menjadi senyawa yang kekurangan hidrogen, dan material tak bernilai atau menjadi material bernilai dari senyawa karbon (grafit, intan).

Adapun  proses pengendapan bahan organik dalam proses pembentukan minyak bumi ditunjukkan pada  gambar 1.  Berikut:

               

                     Gambar 1:  Diagram Pembentukan Minyak Bumi

KOMPONEN MINYAK BUMI

Minyak bumi atau “crude oil” adalah senyawaan hidrokarbon dan non-hidrokarbon yang terdapat di dalam bumi. Minyak bumi berwarna coklat kehitaman sampai hitam, dalam bentuk cair dan terdapat gas–gas yang melarut di dalamnya, dengan berat jenis berkisar antara 0,8000 – 1,0000.

Unsur kimia penyusun minyak bumi adalah :

– unsur mayor adalah karbon dan hidrogen (disebut unsur hidrokarbon), dan

– unsur minor adalah sulfur, nitrogen, oksigen, halogen dan logam (disebut unsur non-hidrokarbon)

Besarnya kandungan (konsentrasi) unsur tersebut dalam berbagai macam minyak bumi, seperti ditunjukkan pada Tabel dibawah ini :

Sifat minyak bumi antara satu dengan ainnya berbeda–beda, dari yang ringan (encer) sampai pada yang berat (kental). Hal ini sangat bergantung pada jenis dan besarnya kandungan komponen (unsur) di dalam minyak bumi.

Tabel : Kisaran kandungan unsur – unsur dalam Minyak Bumi

Unsur		Konsentrasi (% wt)
Karbon (C)		83 - 87
Hidorgen (H)		10 - 14
Sulfur (S)		0.05 - 6,0
Oksigen (O)		0.05 - 1,5
Nitrogen (N)		0,1 - 2,0
Logam		10-5 -  10-2

Diharapkan bahwa minyak bumi mengandung unsur non-hidrokarbon dalam jumlah sekecil mungkin. Makin kecil kandungannya mempunyai nilai ekonomi makin tinggi, karena dengan kandungan yang kecil tidak memerlukan biaya yang tinggi dalam proses pengolahannya ataupun dalam pemenuhan spesifikasi produk yang dihasilkan.

Komponen Minyak bumi terdiri dari :

                – Komponen Hidrokarbon (HC, hydrocarbon)

– Komponen non-Hidrokarbon

 Komponen Hidrokarbon

Minyak bumi merupakan campuran dari beratus–ratus senyawaan hidrokarbon, yang dikelompokan atas hidrokarbon parafin, naften dan aromat.

Jumlah atom karbon dalam minyak bumi mulai dari metana (satu atom karbon dalam molekulnya) sampai 60 atau lebih, dengan berat molekul 16 sampai 850 atau lebih.

1.     Hidrokarbon parafin, mulai dari metana yaitu senyawaan hidrokarbon yang paling kecil dengan 1 atom karbon sampai senyawaan hidrokarbon besar dengan 42 atom karbon (berat molekul 590) atau lebih. Hidrokarbon parafin terdiri dari normal parafin dan isoparafin

2.     Hidrokarbon naften, mulai dari mono naften sampai poli naften

3.     Hidrokarbon aromat, mulai dari mono inti benzena sampai poli inti benzena.

Hidrokarbon Parafin adalah hidrokarbon jenuh dengan ikatan C – C dan C – H dengan struktur rantai atom C terbuka.  HC parafin mempunyai titik didih paling rendah diantara hidrokarbon naften dan aromatik. Oleh karena itu banyak terdapat pada fraksi ringan.

Sifat – sifat :

– nilai kalor tinggi (btu/lb),

– SG rendah,

– API gravity tinggi

– tahan terhadap oksidasi,

– mudah untuk dipecah (cracking) dalam proses perengkahan panas ( thermal cracking ) maupun proses perengkahan katalis (catalytic cracking) artinya proses cracking itu berjalan pada suhu yang relative rendah dibanding dengan senyawaan hidrokarbon naften dan aromat.

Rumus CnH2n+2

Hidrokarbon parafin, baik normal parafin maupun parafin cabang (iso parafin)  rumusnya adalah CnH2n+2 .

Hidrokarbon Naften, terdiri dari mononaften dan polinaften.

Hidrokarbon naften adalah hidrokarbon jenuh dengan ikatan C – C dan C – H dengan struktur rantai atom C tertutup. Struktur molekulnya terdiri mononaften dan polinaften.

Sifat – sifat :

Hidrokarbon naften mempunyai sifat– sifat diantara hidrokarbon parafin dan hidrokarbon aromat. Hidrokarbon naften disebut pula sikloparafin atau siklo alkana. Dibandingkan dengan hidrokarbon parafin, hidrokarbon ini lebih stabil karena mempunyai rantai atom C tertutup sedang hidrokarbon parafin rantai atom C nya terbuka.

Rumus : CnH2n + 2 – 2RN

Hidrokarbon naften, rumusnya adalah CnH2n + 2 – 2RN , dimana RN adalah cincin naften dalam molekul.

Contoh  pada gambar di bawah ini :

Hidrokarbon Aromatik, terdiri dari monoaromat dan poliaromat

Hidrokarbon aromatik adalah hidrokarbon jenuh dengan ikatan C – C, C = C dan C – H. Dikatakan hidrokarbon jenuh karena senyawa aromatik :

– tidak dapat bereaksi dengan larutan brom, dan atau

– tidak dapat bereaksi dengan larutan KMnO4 alkalis.

Hidrokarbon aromat ini mempunyai struktur rantai atom C tertutup berikatan rangkap dua dan tunggal yang saling bergantian (selang–seling–selang atau seling–selang–seling) diantara kedua atom C yang berdekatan.

Sifat – sifat :

– Dibandingkan dengan hidrokarbon parafin dan hidrokarbon naften, bahwa hidrokarbon aromat kurang stabil dan dapat bereaksi terutama dengan gas H2 menghasilkan naften.

– Mempunyai titik didih lebih tinggi dibandingkan dengan hidrokarbon parafin dan naften. Oleh karena itu banyak terdapat pada fraksi berat.

– Nilai kalor rendah (btu/lb),

– SG tinggi

– API gravity rendah dan namun tahan terhadap oksidasi.

– Memerlukan panas tinggi untuk proses thermal cracking ataupun catalytic cracking, menghasilkan naften dan parafin.dengan jumlah atom lebih kecil.

Rumus CnH2n +2 – 6RA – 2RAS

Hidrokarbon aromat rumusnya adalah CnH2n +2 – 6RA – 2RAS , dimana RA = jumlah cincin aromatik dan RAS = jumlah cincin aromatik substansial. Sedang hidrokarbon campuran naften aromatik mempunyai rumus CnH2n +2RN – 6RA – 2RAS.

Contoh pada gambar dibawah ini :

Benzene -- Monoaromat

Napthalene --  Poliaromat

Atas dasar pembagian senyawaan hidrokarbon tersebut atas parafin, naften dan aromatik, dan campuran naften–aromatik, dapat digunakan untuk menentukan klasifikasi minyak bumi, yaitu minyak bumi parafinik, naftenik, aromatik dan campuran. Sedang senyawaan hidrokarbon olefin tidak terdapat dalam minyak bumi, hal ini disebabkan oleh proses penjenuhan olefin dalam minyak bumi itu sendiri oleh gas H2 yang melarut di dalamnya.

2.2 Komponen non-Hidrokarbon

Komponen nonhidrokarbon adalah senyawaan yang di dalam molekulnya disamping unsur karbon dan hidrogen terdapat unsur sulfur, oksigen, nitrogen, halogen atau logam. Senyawaan yang demikian disebut senyawaan hidrokarbon heteroatom. Sebagai senyawa organik, keberadaannya melarut dalam minyak bumi, sedang sebagai senyawa anorganik tidak melarut dalam minyak bumi melainkan larut dalam air sebagai emulsi.

Dampak Negatif Pembakaran Minyak Bumi

Dampak Negatif Pembakaran / Penggunaan Minyak Bumi terhadap Lingkungan, Tanah dan Perairan, Manusia, Hidrokarbon - Pernahkah Anda pergi berwisata ke daerah pegunungan? Dapatkah Anda merasakan kesegaran alamnya? Samakah dengan yang Anda rasakan sewaktu berada di daerah perkotaan, terutama di jalan raya? Dapatkah di jalan raya Anda menghirup udara dengan nyaman dan terasa segar? Di jalan raya sering kita merasakan udara yang panas ditambah lagi dengan asap kendaraan bermotor yang terpaksa harus kita hisap. Tahukah Anda bahwa asap kendaraan yang kita hisap itu sangat berbahaya bagi kesehatan kita? Tahukah Anda bahwa udara panas di daerah perkotaan itu juga disebabkan karena pembakaran bahan bakar kendaraan bermotor, di samping asap dari pabrik? Berikut ini akan kita bahas bersama tentang Dampak Minyak Bumi khusunya mengenai gas-gas hasil pembakaran minyak bumi yang sangat membahayakan kesehatan manusia.

Polusi udara di New York tahun 1998. [1]

Di balik manfaatnya untuk membuat kehidupan manusia menjadi lebih baik dan mudah, minyak bumi ternyata menyimpan dampak yang merugikan lingkungan. Dampak tersebut ditimbulkan oleh penggunaan minyak bumi sebagai bahan bakar. Ada dua jenis pembakaran minyak bumi, yakni pembakaran sempurna dan pembakaran tidak sempurna. Pada pembakaran sempurna, hidrokarbon akan bereaksi dengan oksigen membentuk gas karbon dioksida dan air. Jika dalam bahan bakar tersebut mengandung nitrogen, sulfur, atau besi, pembakaran sempurna akan menghasilkan nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan besi(III) oksida. Adapun pada pembakaran tidak sempurna, hidrokarbon yang bereaksi dengan oksigen menghasilkan gas karbon dioksida, gas karbon monoksida, air, dan beberapa senyawa lain seperti nitrogen oksida.

Gas-gas seperti karbon dioksida, karbon monoksida, nitrogen dioksida, sulfur dioksida, dan besi(III) oksida mencemari lingkungan. Selain akibat pembakaran sempurna ataupun tidak sempurna, pencemaran lingkungan akibat penggunaan bahan bakar disebabkan juga oleh penambahan zat aditif (tetra ethyl lead/TEL) pada bensin untuk meningkatkan bilangan oktan.

a. Penggunaan TEL pada bensin

TEL mengandung logam berat timbal (Pb) yang terbakar dan akan keluar bersama asap kendaraan bermotor melalui knalpot. Hal ini menyebabkan pencemaran udara. Senyawa timbal merupakan racun dengan ambang batas kecil, artinya pada konsentrasi kecil pun dapat berakibat fatal. Gejala yang diakibatkannya, antara lain: tidak aktifnya pertumbuhan beberapa enzim dalam tubuh, berat badan anak-anak berkurang, perkembangan sistem syaraf lambat, selera makan hilang, cepat lelah, dan iritasi saluran pernapasan.

b. Pembakaran tidak sempurna hidrokarbon

Pembakaran tidak sempurna dengan reaksi sebagai berikut:

C_xH_y + O₂(g) → C(s) + CO(g) + CO₂(g) + H₂O(g)

1. Karbon Monoksida (CO)

Gas karbon monoksida adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau, tidak berasa, dan tidak merangsang. Hal ini menyebabkan keberadaannya sulit dideteksi. Padahal gas ini sangat berbahaya bagi kesehatan karena pada kadar rendah dapat menimbulkan sesak napas dan pucat. Pada kadar yang lebih tinggi dapat menyebabkan pingsan dan pada kadar lebih dari 1.000 ppm dapat menimbulkan kematian. Gas CO ini berbahaya karena dapat membentuk senyawa dengan hemoglobin membentuk HbCO, dan ini merupakan racun bagi darah. Oleh karena yang diedarkan ke seluruh tubuh termasuk ke otak bukannya HbO, tetapi justru HbCO.

Keberadaan HbCO ini disebabkan karena persenyawaan HbCO memang lebih kuat ikatannya dibandingkan dengan HbO. Hal ini disebabkan karena afinitas HbCO lebih kuat 250 kali dibandingkan dengan HbO. Akibatnya Hb sulit melepas CO, sehingga tubuh bahkan otak akan mengalami kekurangan oksigen. Kekurangan oksigen dalam darah inilah yang akan menyebabkan terjadinya sesak napas, pingsan, atau bahkan kematian. Sumber keberadaan gas CO ini adalah pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar minyak bumi. Salah satunya adalah pembakaran bensin, di mana pada pembakaran yang terjadi di mesin motor, dapat menghasilkan pembakaran tidak sempurna dengan reaksi sebagai berikut.

2 C₈H₁₈(g) + 17 O₂(g) → 16 CO(g) + 18 H₂O(g)

Sumber lain yang menyebabkan terjadinya gas CO, selain pembakaran tidak sempurna bensin adalah pembakaran tidak sempurna yang terjadi pada proses industri, pembakaran sampah, pembakaran hutan, kapal terbang, dan lain-lain. Namun demikian, penyebab utama banyaknya gas CO di udara adalah pembakaran tidak sempurna dari bensin, yang mencapai 59%. Sekarang ini para ahli mencoba mengembangkan alat yang berfungsi untuk mengurangi banyaknya gas CO, dengan merancang alat yang disebut catalytic converter, yang berfungsi mengubah gas pencemar udara seperti CO dan NO menjadi gas-gas yang tidak berbahaya, dengan reaksi:

			Katalis (Ni)
2 CO(g)	+	O2(g)	→	2 CO2(g)
	Katalis (Ni)
2 NO2(g)	→	N2(g)	+	2 O2(g)

2. Karbondioksida (CO₂)

Sebagaimana gas CO, maka gas karbon dioksida juga mempunyai sifat tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak merangsang. Gas CO₂ merupakan hasil pembakaran sempurna bahan bakar minyak bumi maupun batu bara. Dengan semakin banyaknya jumlah kendaraan bermotor dan semakin banyaknya jumlah pabrik, berarti meningkat pula jumlah atau kadar CO₂ di udara kita.

Keberadaan CO₂ yang berlebihan di udara memang tidak berakibat langsung pada manusia, sebagaimana gas CO. Akan tetapi berlebihnya kandungan CO₂ menyebabkan sinar inframerah dari matahari diserap oleh bumi dan benda-benda di sekitarnya. Kelebihan sinar inframerah ini tidak dapat kembali ke atmosfer karena terhalang oleh lapisan CO₂ yang ada di atmosfer. Akibatnya suhu di bumi menjadi semakin panas. Hal ini menyebabkan suhu di bumi, baik siang maupun malam hari tidak menunjukkan perbedaan yang berarti atau bahkan dapat dikatakan sama. Akibat yang ditimbulkan oleh berlebihnya kadar CO₂ di udara ini dikenal sebagai efek rumah kaca atau green house effect.

Untuk mengurangi jumlah CO₂ di udara maka perlu dilakukan upaya-upaya, yaitu dengan penghijauan, menanam pohon, memperbanyak taman kota, serta pengelolaan hutan dengan baik.

c. Oksida Belerang (SO₂ dan SO₃)

Gas belerang dioksida (SO₂) mempunyai sifat tidak berwarna, tetapi berbau sangat menyengat dan dapat menyesakkan napas meskipun dalam kadar rendah. Gas ini dihasilkan dari oksidasi atau pembakaran belerang yang terlarut dalam bahan bakar miyak bumi serta dari pembakaran belerang yang terkandung dalam bijih logam yang diproses pada industri pertambangan. Penyebab terbesar berlebihnya kadar oksida belerang di udara adalah pada pembakaran batu bara.

Akibat yang ditimbulkan oleh berlebihnya oksida belerang memang tidak secara langsung dirasakan oleh manusia, akan tetapi menyebabkan terjadinya hujan asam. Proses terjadinya hujan asam dapat dijelaskan dengan reaksi berikut.

a. Pembentukan asam sulfit di udara lembap

SO₂(g) + H₂O((l) ←→ H₂SO₃(aq)

b. Gas SO₂ dapat bereaksi dengan oksigen di udara

2 SO₂(g) + O₂(g) ←→ 2 SO₃(g)

c. Gas SO₃ mudah larut dalam air, di udara lembap membentuk asam sulfat yang lebih berbahaya daripada SO₂ dan H₂SO₃

2 SO₃(g) + H₂O(l) ←→ H₂SO₄(aq)

Hujan yang banyak mengandung asam sulfat ini memiliki pH < 5, sehingga menyebabkan sangat korosif terhadap logam dan berbahaya bagi kesehatan. Di samping menyebabkan hujan asam, oksida belerang baik SO₂ maupun SO₃ yang terserap ke dalam alat pernapasan masuk ke paru-paru juga akan membentuk asam sulfit dan asam sulfat yang sangat berbahaya bagi kesehatan pernapasan, khususnya paru-paru.

d. Oksida Nitrogen (NO dan NO₂)

Gas nitrogen monoksida memiliki sifat tidak berwarna, yang pada konsentrasi tinggi juga dapat menimbulkan keracunan. Di samping itu, gas oksida nitrogen juga dapat menjadi penyebab hujan asam. Keberadaan gas nitrogen monoksida di udara disebabkan karena gas nitrogen ikut terbakar bersama dengan oksigen, yang terjadi pada suhu tinggi.

Reaksinya adalah :

N₂(g) + O₂(g) → 2 NO(g)

Pada saat kontak dengan udara, maka gas NO akan membentuk gas NO₂ dengan reaksi sebagai berikut.

2 NO(g) + O₂(g) ←→ 2 NO₂(g)

Gas NO₂ merupakan gas beracun, berwarna merah cokelat, dan berbau seperti asam nitrat yang sangat menyengat dan merangsang. Keberadaan gas NO₂ lebih dari 1 ppm dapat menyebabkan terbentuknya zat yang bersifat karsinogen atau penyebab terjadinya kanker. Jika menghirup gas NO₂ dalam kadar 20 ppm akan dapat menyebabkan kematian.

Sebagai pencegahan maka di pabrik atau motor, bagian pembuangan asap ditambahkan katalis logam nikel yang berfungsi sebagai konverter.Prinsip kerjanya adalah mengubah gas buang yang mencemari menjadi gas yang tidak berbahaya bagi lingkungan maupun kesehatan manusia. Proses pengubahan tersebut dapat dilihat pada reaksi berikut.

	Katalis (Ni)
2 NO2(g)	→	N2(g)	+	2 O2(g)