Hari /tanggal : Senin / 24 Agustus 2020
Kelas. : XI IPA 5
Materi :MINYAK BUMI
KD. : 3.2 - 4.2
A. Kompetensi Dasar dan Indikator Pencapaian Kompetensi (IPK)
KD3
|
KD4
|
3.2 Menjelaskan proses pembentukan fraksi-fraksi minyak bumi, teknik pemisahan serta kegunaannya
|
4.2 Menyajikan karya tentang proses pembentukan dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi beserta kegunaannya
|
IPK
|
IPK
|
3.2.1 Mendeskripsikan proses pembentukan minyak bumi
3.2.2 Mendeskripsikan proses distilasi minyak bumi
3.2.3 Mendeskripsikan proses pengolahan minyak bumi dengan cara distilasi bertingkat
3.2.4 Menyebutkan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya
3.2.5 Menjelaskan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didih
3.2.6 Menyebutkan kegunaan fraksi-fraksi minyak bumi dalam kehidupan sehari-hari
|
4.2.1 Mengamati video proses pembentukan minyak bumi.
4.2.2 Mengidentifikasi proses pembentukan minyak bumi
4.2.3 Mengamati video pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi dengan teknik distilasi bertingkat (berdasarkan prinsip perbedaan titik didih)
4.2.4 Mengidentifikasi zat-zat yang dihasilkan pada itik didih tertentu pada teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi
4.2.5 Menyimpulkan hasil-hasil pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi berdasarkan perbedaan titik didihnya
4.2.6 Membuat maket untuk menjelaskan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi
4.2.7 Mengidentifikasi kegunaan fraksi-fraksi minyak bumi
4.2.8 Menyimpulkan kegunaan fraksi-fraksi minyak bumi
|
B. Tujuan Pembelajaran
Melalui pendekatan scientific , peserta didik kelas XI SMA Negeri 10 Bandar lampung dapat : (1) Menjelaskan proses pembentukan minyak bumi; (2) Menjelaskan teknik pengolahan dan pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi ; (3) Mengklasifikasikan hasil fraksi-fraksi minyak bumi; (4) Menyebutkan kegunaan fraksi-fraksi minyak bumi; (5) Mengkomunikasikan hasil karya tentang proses pembentukan dan teknik pemisahan fraksi-fraksi minyak bumi beserta kegunaannya melalui kegiatan mengamati, berdiskusi, membaca, dan menafsirkan data perbedaan titik didih fraksi-fraksi minyak bumi dengan tepat.
C. Petunjuk Penggunan Bahan Ajar
Petunjuk penggunaan bahan ajar ini adalah sebagai berikut :
1. Bahan ajar ini digunakan untuk mencari informasi singkat tentang materi dan urutan materi
2. Bahan ajar ini dilengkapi dengan media pembelajaran berupa video dan Power Point
3. Bahan ajar ini dapat digunakan untuk menjawab soal-soal pada LKPD yang berkaitan
4. Setelah membaca dan memahaminya, kerjakanlah latihan soal yang ada dalam bahan ajar ini.
5. Setelah mengerjakan latihan soal, setiap siswa menyerahkan tugas latihan soalnya berupa lembar jawaban pertanyaan.
A. PENDAHULUAN
Sumber energi yang banyak digunakan untuk memasak, kendaraan bermotor dan industri berasal dari minyak bumi, gas alam dan batu bara. Ketiga jenis bahan bakar tersebut berasal dari pelapukan sisa-sisa organisme, sehingga disebut dengan bahan bakar fosil. Minyak bumi (bahasa Inggris: petroleum, dari bahasa Latin: petrus– karang dan oleum– minyak) dijuluki juga sebagai emas hitam, adalah suatu cairan kental yang berwarna coklat sampai hitam atau kehijauan, yang mudah terbakar dan berbau kurang sedap, yang berada di lapisan atas dari beberapa area di kerak bumi.
B. KOMPOSISI MINYAK BUMI
Minyak bumi merupakan komoditi hasil tambang yang sangat besar peranannya dalam perekonomian Indonesia. Minyak bumi merupakan campuran dari berbagai senyawa. Penyusun utama minyak bumi adalah hidrokarbon, terutama alkana, sikloalkana, dan senyawa aromatis.
1. Alkana
Senyawa alkana yang terdapat dalam minyak bumi ada yang memiliki rantai karbon lurus seperti n-butana dan n-heptana ada juga yang memiliki rantai karbon bercabang seperti 2,2,4-trimetilpentana (isooktana).
Rumus struktur senyawa alkana tersebut, yaitu sebagai berikut.
H3C – CH2 – CH2 – CH3 H3C – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – CH3
n-butana n-heptana
CH3
H3C – C – CH2– CH – CH3
CH3 CH3 2,2,4-trimetilpentana (isooktana)
Dalam minyak bumi senyawa yang paling banyak ditemukan adalah senyawa hidrokarbon dengan rantai lurus.
2. Sikloalkana
Sikloalkana yang ditemukan dalam minyak bumi contohnya metilsiklopentana dan etilsikloheksana
3. Hidrokarbon Aromatik
Senyawa hidrokarbon aromatik paling sederhana yang terdapat pada minyak bumi adalah benzena (C6H6) dan metilbenzena
4. Senyawa Lain
Komposisi senyawa-senyawa yang terkandung dalam minyak bumi berbeda antara satu daerah dengan daerah lainnya. Selain hidrokarbon jenuh terdapat pula senyawa hidrokarbon tak jenuh. Komponen penyusun minyak bumi selengkapnya dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Komposisi minyak bumi
Jenis senyawa
|
Jumlah (Presentase)
|
Contoh
|
Hidrokarbon
|
90-99%
|
Alkana, sikloalkana, dan senyawa aromatis
|
Senyawa belerang
|
0,1-7%
|
Tioalkana (R-S-R)
Alkanatiol (R-S-H)
|
Senyawa nitrogen
|
0,01-0,9%
|
Pirol (C4H5N)
|
Senyawa oksigen
|
0,01-0,4%
|
Asam karboksilaat (RCOOH)
|
Organo logam
|
Sangat kecil
|
Senyawa logam nikel
|
C. PROSES TERBENTUKNYA MINYAK BUMI
Salah satu teori terjadinya minyak bumi adalah teori “dupleks”. Menurut teori ini, minyak bumi terbentuk dari jasad renik yang berasal dari hewan atau tumbuhan yang telah mati. Jasad renik tersebut terbawa air sungai bersama lumpur dan mengendap di dasar laut. Akibat pengaruh waktu yang mencapai ribuan bahkan jutaan tahun, temperatur tinggi, dan tekanan oleh lapisan diatasnya, jasad renik berubah menjadi bintik-bintik dan gelembung minyak atau gas.
Lumpur yang bercampur dengan jasad renik tersebut kemudian berubah menjadi batuan sedimen yang berpori, sedangkan bintik minyak dan gas bergerak ke tempat yang tekanannya rendah dan terakumulasi pada daerah perangkap (trap) yang merupakan batuan kedap.
Pada daerah perangkap tersebut, gas alam, minyak, dan air terakumulasi sebagai deposit minyak bumi. Rongga bagian atas merupakan gas alam, sedangkan cairan minyak mengembang di atas deposit air.
Minyak bumi terbentuk melalui proses yang sangat lama. Oleh karena itu, minyak bumi dikelompokkan sebagai sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui sehingga harus digunakan secara tepat dan hemat.
Gambar 1. Proses Terbentuknya Minyak Bumi
D. PENGOLAHAN MINYAK BUMI
Minyak mentah (crude oil) berwujud cairan kental berwarna hitam yang belum dapat dimanfaatkan. Agar dapat dimanfaatkan, minyak bumi harus mengalami proses pengolahan lebih dulu.
Pengolahan minyak bumi dilakukan pada kilang minyak melalui dua tahap. Pengolahan pertama (primary processing) dilakukan dengan cara destilasi bertingkat dan pengolahan tahap kedua (secondary processing) dilakukan dengan berbagai cara.
a. Pengolahan tahap pertama
Pengolahan tahap pertama dilakukan dengan destilasi bertingkat, yaitu proses destilasi berulang-ulang sehingga didapatkan berbagai macam hasil berdasarkan perbedaan titik didihnya. Hasil pada proses destilasi bertingkat ini meliputi :
1) Fraksi pertama menghasilkan gas yang pada akhirnya dicairkan kembali dan dikenal dengan nama LPG (Liquefied Petroleum Gas). LPG digunakan untuk bahan bakar kompor gas dan mobil BBG, atau diolah lebih lanjut menjadi bahan kimia lainnya.
2) Fraksi ke dua disebut nafta (gas bumi). Nafta tidak dapat langsung digunakan tetapi diolah lebih lanjut pada tahap ke dua menjadi bensin (premium) atau bahan petrokimia lainnya. Nafta sering disebut juga bensin berat.
3) Fraksi ke tiga atau fraksi tengah, selanjutnya dibuat menjadi kerosin (minyak tanah) dan avtur (bahan bakar pesawat jet).
4) Fraksi ke empat sering disebut solar yang digunakan sebagai bahan bakar mesin diesel.
5) Fraksi ke lima disebut juga residu yang berisi hidrokarbon rantai panjang dan dapat diolah lebih lanjut pada tahap kedua menjadi berbagai senyawa karbon lainnya, dan sisanya sebagai aspal dan lilin.
b. Pengolahan tahap kedua
Pada pengolahan tahap kedua, dilakukan berbagai proses lanjutan dari hasil penyulingan pada tahap pertama. Proses-proses tersebut meliputi:
1) Proses perengkahan (cracking): Pada proses perengkahan, dilakukan perubahan struktur kimia senyawa-senyawa hidrokarbon yang meliputi : pemecahan rantai, alkilasi (pembentukan alkil), polimerisasi (penggabungan rantai karbon), reformasi (perubahan struktur), dan isomerasi (perubahan isomer).
2) Proses ekstraksi: Pembersihan produk dengan menggunakan pelarut sehingga didapatkan hasil lebih banyak dengan mutu yang lebih baik.
3) Proses kristalisasi: Proses pemisahan produk-produk melalui perbedaan titik cairnya. Misalnya, dari pemurnian solar melalui proses pendinginan, penekanan, dan penyaringan akan diperoleh produk sampingan lilin.
4) Pembersihan dari kontaminasi (treating) : Pada proses pengolahan tahap pertama dan tahap ke dua sering terjadi kontaminasi (pengotoran). Kotoran-kotoran ini harus dibersihkan dengan cara menambahkan soda kaustik (NaOH), tanah liat atau proses hidrogenasi.
Hasil proses tahap ke dua ini dapat dikelompokkan berdasarkan titik didih dan jumlah atom karbon pembentuk rantai karbonnya.
Gambar 2. Proses Pengolahan Minyak Bumi
E. KEGUNAAN FRAKSI-FRAKSI MINYAK BUMI
Tabel 2. Beberapa fraksi hasil pengolahan minyak bumi dan kegunaannya
Titik Didih
|
Jumlah atom karbon
|
Kegunaan
|
<20°C
|
C1-C4
|
Bahan bakar gas, dikenal sebagai LPG (elpiji).
Bahan baku pembuatan berbagai produk petrokimia
|
20-60°C
|
C5-C6
|
Dikenal sebagai petroleum eter, merupakan pelarut non-polar, digunakan sebagai cairan pembersih
|
60-100°C
|
C6-C7
|
Ligrolin atau nafta, pelarut non-polar, dan cairan pembersih
|
40-200°C
|
C5-C10
|
Bensin sebagai bahan bakar minyak
|
175-325°C
|
C12-C18
|
Kerosin (minyak tanah), bahan bakar jet
|
250-400°C
|
C12 ke atas
|
Solar, minyak diesel
|
Zat Cair
|
C20 ke atas
|
Oli, pelumas
|
Zat Padat
|
C20 ke atas
|
Lilin parafin, aspal ter
|
F. BENSIN
Hasil pengolahan minyak bumi umumnya dimanfaatkan sebagai bahan bakar. Selain itu, juga digunakan sebagai bahan baku industri petrokimia, misalnya plastik dan serat. Bensin merupakan salah satu bahan bakar hasil pengolahan minyak bumi yang penting.
Saat ini, ada beberapa jenis bensin yang beredar di pasaran, seperti premium, pertamax, dan pertamax plus. Harga masing-masing jenis bensin tersebut tidak sama karena mutunya berbeda.
Mutu bensin ditentukan oleh efektifitas pembakarannya di dalam mesin. Bensin yang baik tidak menimbulkan ketukan (knocking) pada mesin. Ketukan pada mesin terjadi bila bensin terbakar tidak pada saat yang tepat sehingga akan mengganggu gerakan piston pada mesin.
Berdasarkan penelitian, bensin merupakan campuran dari berbagai macam senyawa hidrokarbon. Oleh karena itu, dilakukan penelitian untuk menentukan senyawa manakah yang paling efektif digunakan sebagai standar dalam menentukan mutu bensin. Penelitian umumnya dilakukan dengan membuat suatu bensin standar, yaitu bensin dibuat dari senyawa n-heptana dan isooktana (2,2,4-trimerilpentana). Angka yang digunakan untuk menunjukkan mutu bensin disebut angka oktan atau bilangan oktan. Semakin tinggi angka oktan bensin, semakin baik mutu bensin tersebut.
Bensin standar mengandung 100% isooktana diberi angka oktan 100, sedangkan yang mengandung 100% n-heptana diberi angka oktan 0. Jadi, bensin standar yang mengandung 60% isooktana dan 40% n-heptana diberi angka oktan 60.
Penentuan angka oktan suatu bahan bakar dilakukan dengan pengujian di laboratorium, yaitu dengan membandingkan efisiensi pembakarannya dengan bensin standar. Alkohol yang mempunyai angka oktan 112, bukan berarti bahwa alkohol tersebut mengandung isooktana 112%. Tetapi, alkohol tersebut mempunyai efisiensi pembakaran 12% di atas bensin standar yang beredar dengan isooktana 100%. Jadi, jika suatu bahan bakar mempunyai angka oktan 80, aka mutu (kualitas) pembakarannya setara dengan bensin standar yang mengandung 80% isooktana dan 20% n-heptana. Tabel berikut memuat angka oktan dari beberapa bahan bakar.
Tabel 3. Angka oktan beberapa bahan bakar
Senyawa
|
Angka oktan
|
Senyawa
|
Angka oktan
|
n-heptana
|
0
|
Metilsikloheksana
|
104
|
2-metilheksana
|
41
|
Benzena
|
108
|
3-metilheksana
|
56
|
Metilbenzena
|
124
|
2,2-dimetilpentana
|
89
|
1-heptena
|
68
|
2,3-dimetilpentana
|
87
|
5-metil-1-heksena
|
96
|
2,4-dimetilpentana
|
77
|
2-metil-2-heksena
|
129
|
3,3-dimetilpentana
|
95
|
2,4-dimetil-1-pentena
|
142
|
3-etilpentana
|
64
|
4,4-dimetil-1-pentena
|
144
|
2,2,3-trimetilbutana
|
113
|
2,3-dimetil-2-pentena
|
165
|
n-heksana
|
26
|
2,4-dimetil-2-pentena
|
135
|
Sikloheksana
|
77
|
2,2,3-trimetil-1-butena
|
145
|
Pada umumnya, bensin yang dihasilkan dari proses penyulingan tahap pertama mempunyai angka oktan antara 70-80. Untuk itu, perlu dinaikkan angka oktannya agar tidak menyebabkan mesin mudah panas. Peningkatan angka oktan dapat dilakukan dengan berbagai cara, misalnya dengan menambahkan TEL (Tetra Ethyl Lead) dengan rumus kimia Pb(C2H5)4. Cara ini efektif, tetapi timbal sisa pembakarannya dapat mengendap di mesin. Oleh karena itu, perlu ditambahkan senyawa 1,2-dibromoetana (C2H4Br2), yang akan mengikat timbal menjadi PbBr2 yang mudah menguap.
Adanya PbBr2 yang berasal dari bensin menimbulkan masalah baru, yaitu dapat menimbulkan pencemaran. Selain itu, saat ini penggunaan timbal untuk meningkatkan angka oktan sudah ditinggalkan. Sebagai gantinya, digunakan bahan lain seperti MTBE (Methyl Tertiary Butyl Ether).
RANGKUMAN
1. Minyak bumi berasal dari pelapukan sisa-sisa organisme, sehingga disebut bahan bakar fosil.
2. Komponen utama dari minyak bumi adalah alkana.
3. Minyak bumi dimurnikan dengan destilasi bertingkat.
4. Fraksi-fraksi utama minyak bumi, sesuai dengan meningkatnya titik didih adalah gas, nafta, bensin, kerosin, solar dan diesel, pelumas, paraffin, dan residu.
5. Sebagian minyak dan gas bumi digunakan sebagai bahan bakar sebagian lain untuk industri petrokimia.
6. Mutu bensin dikaitkan dengan banyaknya ketukan yang ditimbulkan yang dinyatakan dengan nilai oktan.
7. Nilai oktan dapat ditingkatkan melalui reforming, blending, dan menambahkan zat anti ketukan.
8. Zat anti ketukan yang banyak digunakan adalah TEL; kini diganti dengan MTBE
setelah membaca materi di atas, silahkan kalian kerjakan soal di bawah ini .
Pilihlah salah satu jawaban yang paling tepat dan kerjakanlah pada buku latihan Anda!
1. Fraksi minyak bumi berikut yang tersusun menurut bertambahnya titik didih adalah ....
A. parafin, bensin, nafta
B. bensin, kerosene, solar
C. solar, minyak tanah, pelumas
D. bahan bakar jet, nafta, oli
E. Oli, bahan bakar jet, nafta
2. Fraksi minyak bumi yang digunakan sebagai bahan bakar dengan angka oktan tinggi adalah....
A. Kerosin
B. Residu
C. Solar
D. Bensin
E. Bitumen
3. Fraksi minyak bumi yang dihasilkan pada suhu 300-350 °C adalah ....
A. pelumas
B. bensin
C. metana
D. minyaktanah
E. nafta
4. Berikut ini bukan termasuk fraksi minyak bumi adalah ....
A. solar
B. bensin
C. miyak tanah
D. minyak atsiri
E. nafta
5. Di alam ini, hasil degradasi tumbuhan dan hewan merupakan campuran berbagai senyawa karbon, baik alifatik maupun aromatik yang dapat membentuk ....
A. gas alam
B. minyak bumi
C. batubara
D. etana
E. metana
6. Bensin merupakan salah satu fraksi dari minyak bumi dengan kandungan senyawa ....
A. pentana dan metana
B. oktana dan heptana
C. butana dan propona
D. metana dan butana
E. propana dan butane
7. Untuk menaikkan bilangan oktan sebagai peningkatan kualitas bensin, biasanya bensin diberi zat aditif. Berikut ini yang bukan zat aditif peningkat bilangan oktan adalah ....
A. benzena
B. t-butil metil eter
C. tetra etil timbal
D. heptana
E. MTBE
8. Melalui proses pemecahan dan petrokimia dari minyak diesel dapat dibuat bahan-bahan yang dapat digunakan sehari-hari. Berikut ini yang bukan produk petrokimia adalah ....
A. pelarut cat, glikol, plastik
B. gliserin, detergen, karet sintetis
C. plastik, serat sintetis, gliserin
D. detergen, glikol, karet alam
E. pelarut cat, plastik, gliserin
9. Pembakaran bensin yang mengandung zat aditif TEL akan menghasilkan bahan berbahaya, yaitu logam…..
A. Co D. Mn
B. Cu E. Pb
C. Fe
10. Komponen penyusun minyak bumi dengan persentase tertinggi adalah…..
A. Hidrokarbon jenuh
B. Hidrokarbon tidak jenuh
C. Senyawa belerang
D. Hidrokarbon aromatis
E. Senyawa Nitrogen
