Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12

14Pembakaran: Bahan Bakar, Produk, dan Gas Rumah Kaca

Sebuah keluarga tidur di apartemen yang cerobong pemanas airnya tersumbat. Nyala gasnya, yang kekurangan udara, menyala buruk, dan sejenis gas yang tidak terlihat dan tidak berbau perlahan memenuhi ruangan. Pukul dua pagi, sebuah kotak kecil di dinding mulai menjerit: alarm karbon monoksida. Semua orang keluar tepat pada waktunya. Bahan bakar yang sama, bila menyala dengan baik, hanya menghasilkan karbon dioksida dan air — dan karbon dioksida itu punya kisahnya sendiri, yang tertulis di udara seluruh planet.

Yang sudah kamu ketahui

Pembakaran memerlukan bahan bakar, oksigen, dan panas, dan menghasilkan zat-zat baru (Bab 5). Udara terdiri atas sekitar seperlima oksigen (Bab 4). Sebuah persamaan setara jika setiap jenis atom muncul sama banyak di kedua ruas (Bab 13).

14.1 Pembakaran karbon dan metana

Contoh 14.1 (Dua pembakaran)

Karbon (arang, batu bara) terbakar menghasilkan karbon dioksida:

\ce{C(s) + O2(g) -> CO2(g)}.

Metana, bagian utama gas alam, terbakar menghasilkan karbon dioksida dan air:

\ce{CH4(g) + 2O2(g) -> CO2(g) + 2H2O(l)}.

Dalam kedua kasus, air kapur menjadi keruh oleh gas yang terbentuk; dengan metana, gelas dingin juga berembun.

Metode 14.2 (Menuliskan pembakaran bahan bakar yang terdiri atas karbon dan hidrogen)

Untuk bahan bakar yang molekulnya hanya mengandung karbon dan hidrogen:

produknya adalah karbon dioksida dan air;
setarakan karbon dengan $\ce{CO2}$ , lalu hidrogen dengan $\ce{H2O}$ ;
hitung atom oksigen di kanan dan setarakan dengan $\ce{O2}$ ; gandakan semuanya jika muncul bilangan setengah.

Untuk butana: $\ce{2C4H10 + 13O2 -> 8CO2 + 10H2O}$ .

14.2 Pembakaran sempurna dan tidak sempurna

Definisi 14.3 (Pembakaran sempurna dan tidak sempurna)

Sebuah pembakaran sempurna berlangsung dengan oksigen yang cukup: semua karbon dalam bahan bakar menjadi karbon dioksida. Sebuah pembakaran tidak sempurna berlangsung dengan oksigen yang terlalu sedikit: sebagian karbonnya menjadi karbon monoksida, $\ce{CO}$ , atau jelaga, yaitu karbon, $\ce{C}$ .

Contoh 14.4 (Metana yang kekurangan oksigen)

Dengan udara yang terlalu sedikit, metana dapat terbakar menjadi karbon monoksida atau jelaga:

\ce{2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O}, \qquad \ce{CH4 + O2 -> C + 2H2O}.

Proposisi 14.5 (Membaca nyala api)

Pembakar Bunsen dengan lubang udara terbuka mencampurkan udara ke dalam gas sebelum gas itu terbakar: nyalanya biru dan hampir tidak terlihat, pembakarannya sempurna. Dengan lubang udara tertutup, gas itu hanya mendapat sedikit oksigen: nyalanya kuning, berasap, dan menghitamkan benda dingin yang dipegang di dalamnya dengan jelaga — pembakarannya tidak sempurna.

Pembakar Bunsen. Udara yang masuk dari bawah menghasilkan nyala biru dan pembakaran sempurna; tanpa udara itu nyalanya kuning dan berasap.

Sendok dingin yang dipegang di dalam nyala lilin yang kuning menjadi hitam oleh jelaga: pembakarannya tidak sempurna.

14.3 Karbon monoksida, bahaya yang senyap

Proposisi 14.6 (Mengapa karbon monoksida mematikan)

Karbon monoksida tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa. Jika terhirup, gas itu menggantikan tempat oksigen di dalam darah (buku biologi menjelaskan caranya), menyebabkan sakit kepala, kantuk, dan di ruangan tertutup pingsan dan kematian. Gas ini dihasilkan oleh bahan bakar apa pun yang terbakar dengan udara yang kurang: pemanas air gas yang kurang terawat atau cerobongnya tersumbat, kompor di dalam tenda tertutup, pemanggang atau genset yang dipakai di dalam ruangan.

Keselamatan

Karbon monoksida: gas yang sangat mudah menyala (GHS02), disediakan di bawah tekanan (GHS04); beracun jika terhirup (GHS06); merusak organ melalui paparan berulang dan dapat membahayakan janin (GHS08).

Catatan 14.7 (Mencegah keracunan)

Peralatan gas dirawat secara berkala oleh tenaga ahli, cerobong dan lubang ventilasi tidak pernah ditutup, pemanggang dan genset hanya dipakai di luar ruangan, dan alarm karbon monoksida dipasang di dekat setiap pembakar.

Pemanas air gas dan, di sampingnya, alarm karbon monoksida.

14.4 Karbon dioksida dan efek rumah kaca

Definisi 14.8 (Gas rumah kaca)

Yang disebut gas rumah kaca adalah gas di udara yang meneruskan cahaya matahari tetapi menahan sebagian panas yang dipancarkan kembali oleh permukaan Bumi ke arah antariksa, sehingga menghangatkan atmosfer bagian bawah. Uap air, karbon dioksida, dan metana adalah gas rumah kaca; nitrogen dan oksigen bukan. (Cara terjadinya dijelaskan di buku fisika.)

Proposisi 14.9 (Karbon dioksida di udara terus naik)

Jumlah karbon dioksida di udara telah diukur tanpa terputus sejak 1959 di sebuah observatorium di puncak gunung di tengah Samudra Pasifik. Jumlahnya 316 bagian per juta (ppm) udara pada tahun 1959 dan 427 ppm pada tahun 2025: naik sekitar $35\,\%$ dalam rentang satu umur manusia, sebagian besar akibat pembakaran batu bara, minyak bumi, dan gas alam. Karbon dioksida tambahan itu memperkuat efek rumah kaca dan menghangatkan iklim.

Rata-rata tahunan karbon dioksida di udara, diukur sejak 1959 (data NOAA Global Monitoring Laboratory; sebelum 1974, Scripps Institution of Oceanography).

14.5 Bahan bakar fosil dan terbarukan

Definisi 14.10 (Bahan bakar fosil dan terbarukan)

Sebuah bahan bakar fosil — batu bara, minyak bumi, gas alam — terbentuk di bawah tanah selama jutaan tahun dari sisa-sisa tumbuhan dan makhluk laut purba. Sebuah bahan bakar terbarukan dibuat dari tumbuhan yang tumbuh sekarang, atau dari sampah: kayu, biogas dari kotoran ternak dan sisa makanan, etanol yang dibuat dari bit gula atau tebu.

Proposisi 14.11 (Dari mana karbonnya berasal)

Tumbuhan mengambil karbon dioksida dari udara untuk tumbuh. Membakar bahan bakar terbarukan mengembalikan karbon dioksida yang diambil tumbuhannya dari udara beberapa tahun sebelumnya. Membakar bahan bakar fosil melepaskan karbon yang tersimpan di bawah tanah selama jutaan tahun: karbon dioksida di udara bertambah.

Bahan bakar terbarukan mengembalikan ke udara karbon yang diambil tumbuhannya dari udara; bahan bakar fosil menambahkan karbon yang selama ini tersimpan di bawah tanah.

14.6 Latihan

Latihan 14.1 ★

Tuliskan persamaan setara pembakaran sempurna karbon.

Solusi

Solusi Latihan 14.1.

$\ce{C + O2 -> CO2}$ .

Latihan 14.2 ★

Apa perbedaan antara pembakaran sempurna dan pembakaran tidak sempurna?

Solusi

Solusi Latihan 14.2.

Dengan oksigen yang cukup, semua karbon menjadi karbon dioksida (sempurna). Dengan oksigen yang terlalu sedikit, sebagian menjadi karbon monoksida atau jelaga (tidak sempurna).

Latihan 14.3 ★

Mengapa karbon monoksida disebut bahaya yang senyap?

Solusi

Solusi Latihan 14.3.

Gas itu tidak berwarna, tidak berbau, dan tidak berasa: tidak ada yang menyadarinya, padahal gas itu beracun.

Latihan 14.4 ★

Fosil atau terbarukan: batu bara, kayu, gas alam, biogas, bensin, etanol dari bit gula?

Solusi

Solusi Latihan 14.4.

Fosil: batu bara, gas alam, bensin. Terbarukan: kayu, biogas, etanol dari bit gula.

Latihan 14.5 ★★

Tuliskan persamaan setara pembakaran sempurna propana, $\ce{C3H8}$ .

Solusi

Solusi Latihan 14.5.

$\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$ .

Latihan 14.6 ★★

Etanol, $\ce{C2H6O}$ , terbakar sempurna dalam oksigen. Setarakan $\ce{C2H6O + O2 -> CO2 + H2O}$ .

Solusi

Solusi Latihan 14.6.

Karbon: 2 $\ce{CO2}$ ; hidrogen: 3 $\ce{H2O}$ ; oksigen di kanan $4 + 3 = 7$ , yang 1 di antaranya berasal dari etanol, jadi 3 $\ce{O2}$ : $\ce{C2H6O + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}$ .

Latihan 14.7 ★★

Panci yang dipegang di atas nyala kuning menjadi hitam di bagian bawahnya. Zat hitam apakah itu? Apa yang ditunjukkannya tentang pembakaran itu?

Solusi

Solusi Latihan 14.7.

Jelaga, yaitu karbon. Pembakarannya tidak sempurna: nyalanya kekurangan oksigen.

Latihan 14.8 ★★

Bacalah kurva karbon dioksida: kira-kira berapa banyak karbon dioksida di udara pada tahun 1980 dan pada tahun 2000? Berapa ppm kenaikannya dalam dua puluh tahun itu?

Solusi

Solusi Latihan 14.8.

Sekitar 339 ppm pada tahun 1980 dan sekitar 370 ppm pada tahun 2000: naik sekitar 30 ppm.

Latihan 14.9 ★★

Mengapa membakar kayu, dari tahun ke tahun, menambah lebih sedikit karbon dioksida ke udara daripada membakar batu bara, padahal keduanya menghasilkan karbon dioksida?

Solusi

Solusi Latihan 14.9.

Karbon dalam kayu diambil dari udara oleh pohon beberapa tahun atau dasawarsa sebelumnya: membakarnya mengembalikan karbon dioksida itu. Karbon dalam batu bara tersimpan di bawah tanah selama jutaan tahun: membakarnya menambah karbon dioksida baru ke udara.

Latihan 14.10 ★★

Setarakan pembakaran tidak sempurna karbon menjadi karbon monoksida, $\ce{C + O2 -> CO}$ .

Solusi

Solusi Latihan 14.10.

$\ce{2C + O2 -> 2CO}$ .

Latihan 14.11 ★★★

Dari tahun 1959 (316 ppm) sampai 2025 (427 ppm), berapa persen kenaikan karbon dioksida di udara? Bulatkan ke bilangan bulat terdekat.

Solusi

Solusi Latihan 14.11.

$(427 - 316)/316 = 111/316 \approx 0.35$ : sekitar $35\,\%$ .

Latihan 14.12 ★★★

Sebuah pemanas gas dipakai di ruangan kecil dengan jendela tertutup. Jelaskan, dengan dua persamaan dari bab ini, bagaimana pembakaran itu dapat berubah dari sempurna menjadi tidak sempurna seiring berjalannya waktu, dan mengapa hal itu berbahaya.

Solusi

Solusi Latihan 14.12.

Mula-mula oksigennya cukup: $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$ . Ketika oksigen di ruangan tertutup itu terpakai, nyalanya kekurangan udara: $\ce{2CH4 + 3O2 -> 2CO + 4H2O}$ . Karbon monoksida, yang tidak berbau dan beracun, menumpuk di dalam ruangan.

14.7 Soal: Kompor di Dalam Tenda

Soal 14.1

Soal akhir pekan — kompor kemah, gas yang dibakarnya, apa yang dihasilkannya, dan mengapa kompor itu tidak pernah boleh masuk tenda

Sebuah kompor kemah membakar propana, $\ce{C3H8}$ , dari tabung kecil yang berisi $450\,\mathrm{g}$ propana. Di udara terbuka nyalanya biru. Pakailah perbandingan massa berikut, yang dihitung dari persamaan setara: $44\,\mathrm{g}$ propana yang terbakar sempurna menghasilkan $132\,\mathrm{g}$ karbon dioksida.

Bagian I — Persamaan-persamaannya.

Tuliskan persamaan setara pembakaran sempurna propana.
Periksalah dengan menghitung atom setiap jenis di setiap ruas.
Setarakan pembakaran tidak sempurna $\ce{C3H8 + O2 -> CO + H2O}$ .
Manakah di antara keduanya yang memerlukan lebih banyak oksigen per molekul propana?

Bagian II — Di dalam tenda.

Kompor yang dinyalakan di dalam tenda tertutup segera menyala dengan nyala kuning. Jelaskan mengapa.
Gas berbahaya apa yang kemudian terbentuk? Sebutkan dua sifatnya yang membuatnya sulit disadari.
Tabung propana memuat dua piktogram. Sebutkan keduanya dan jelaskan arti masing-masing.
Berikan dua aturan untuk memakai kompor kemah dengan aman.

Bagian III — Karbon dioksida dari satu tabung.

Berapa kali lebih berat karbon dioksida yang terbentuk dibandingkan propana yang terbakar?
Dari mana gram-gram tambahan itu berasal?
Apakah propana bahan bakar fosil atau bahan bakar terbarukan? Apakah membakarnya menambah karbon dioksida di udara?
Hitung massa karbon dioksida yang dilepaskan ketika satu tabung $450\,\mathrm{g}$ terbakar sempurna seluruhnya.

Solusi

Solusi Soal 14.1.

1. $\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$ .

2. Kiri: 3 C, 8 H, 10 O. Kanan: 3 C, $4 \times 2 = 8$ H, $3 \times 2 + 4 = 10$ O. Setara.

3. $\ce{2C3H8 + 7O2 -> 6CO + 8H2O}$ .

4. Pembakaran sempurna: 5 molekul oksigen per molekul propana, dibandingkan $7/2 = 3.5$ untuk pembakaran tidak sempurna.

5. Udara di dalam tenda tertutup segera kekurangan oksigen; nyalanya tidak lagi mendapat cukup oksigen dan terbakar tidak sempurna, berwarna kuning.

6. Karbon monoksida: tidak berwarna, tidak berbau (dan tidak berasa).

7. GHS02, nyala api: sangat mudah menyala. GHS04, tabung gas: gas yang disimpan di bawah tekanan.

8. Misalnya: pakailah hanya di udara terbuka, jangan pernah di dalam tenda atau ruangan tertutup; jauhkan dari apa pun yang dapat terbakar; ganti tabungnya jauh dari nyala api apa pun.

9. $132 \div 44 = 3$ kali lebih berat.

10. Dari oksigen udara, yang berakhir di dalam karbon dioksida (dan air).

11. Bahan bakar fosil (berasal dari gas alam atau minyak bumi): membakarnya menambah karbon dioksida di udara.

12. $450 \times 3 = 1350\,\mathrm{g} = 1.35\,\mathrm{kg}$ karbon dioksida.

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 852 istilah di glosarium