2 Hakekat Minyak dan Gas Bumi Telah disebutkan sebelumnya,bahwa minyak dan gas bumi merupakan senyawa hidrokarbon. Senyawa ini terdiri dari unsur kimia sebagaimana tertera pada tabel 2-1. Di sini kelihatan bahwa pada umumnya minyak bumi terdiri dari 80 sampai 85% unsur C atau karbon, 20 sampai 15% unsur H atau Hidrogen. Unsur lain seperti oksigen,nitrogen,belerang terdapat kurang dari 5% malah kadang-kadang kurang dari 1%. Tabel 2.1 susunan unsur kimia minyak – dan gas bumi,dalam persen berat unsur Gas bumi Aspal Minyak mentah (levorsen) (Levorsen) (Levorsen) (Levorsen) Karbon 65 - 80 80-85 82,2 – 87,1 83 - 87 Hidrogen(H) 1-25 8,5-11 11,7 – 14,7 11 – 25 Belerang (S) Jejak-0,2 2 – 8 0,1 – 5,5 0 - 6 Nitrogen(N) 1-15 0 – 2 0,1 – 1,5 0 – 0,7 Oksigen(O) - - 0,1 - 4,5 0 – 0,5 logam - - - 0 – 0,1 Zat hidrokarbon merupakan senyawa yang beranekaragam. Abraham (1945) mengklasifikasikan zat hidrokarbon seperti tertera pada gambar 2.1, dan membaginya menjadi dua golongan, yaitu bitumina dan non bitumina. zat bitumina sering juga disebut sebagai petroleum. Jadi ada kesamaan pengertian antara petroleum dan zat bitumina,akan tetapi tidak dengan zat hidrokarbon padat, piro-bitumina dan lain-lain. Gambar 2.1 diagram klasifikasi hidrokarbon alam (menurut H. Abraham,1945)
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
2
Hakekat Minyak dan Gas Bumi
Telah disebutkan sebelumnya,bahwa minyak dan gas bumi merupakan senyawa hidrokarbon.
Senyawa ini terdiri dari unsur kimia sebagaimana tertera pada tabel 2-1. Di sini kelihatan bahwa pada
umumnya minyak bumi terdiri dari 80 sampai 85% unsur C atau karbon, 20 sampai 15% unsur H atau
Hidrogen. Unsur lain seperti oksigen,nitrogen,belerang terdapat kurang dari 5% malah kadang-kadang
kurang dari 1%.
Tabel 2.1 susunan unsur kimia minyak – dan gas bumi,dalam persen berat
unsur Gas bumi Aspal Minyak mentah
(levorsen) (Levorsen) (Levorsen) (Levorsen)
Karbon 65 - 80 80-85 82,2 – 87,1 83 - 87
Hidrogen(H) 1-25 8,5-11 11,7 – 14,7 11 – 25
Belerang (S) Jejak-0,2 2 – 8 0,1 – 5,5 0 - 6
Nitrogen(N) 1-15 0 – 2 0,1 – 1,5 0 – 0,7
Oksigen(O) - - 0,1 - 4,5 0 – 0,5
logam - - - 0 – 0,1
Zat hidrokarbon merupakan senyawa yang beranekaragam. Abraham (1945)
mengklasifikasikan zat hidrokarbon seperti tertera pada gambar 2.1, dan membaginya menjadi dua
golongan, yaitu bitumina dan non bitumina. zat bitumina sering juga disebut sebagai petroleum. Jadi
ada kesamaan pengertian antara petroleum dan zat bitumina,akan tetapi tidak dengan zat hidrokarbon
padat, piro-bitumina dan lain-lain.
Gambar 2.1 diagram klasifikasi hidrokarbon alam (menurut H. Abraham,1945)
Pembagian tersebut diatas sama sekali didasarkan atas kelarutan zat hidrokarbon dalam CS2.
Dalam hal petroleum, Hedberg (1964) mendefinisikan sebagai suatu campuran kompleks yang
terutama terdiri dari zat hidrokarbon yang terdapat secara alam dan dapat berupa cairan, gas atau
padat, yaitu minyak mentah dan gas alam serta aspal alam yang komersiil di dalam industri minyak.
Dapat dicatat disini bahwa dalam pemakaian istilah petroleum secara populer, dalam bahsa inggris
menunjukkan suatu cairan yang biasanya sinonim dengan minyak bumi. Tetapi menurut levorsen
(1956), istrilah petroleum juga dipakai secara bersamaan dengan istilah bitumina yang terdiri dari zat
padatatau setengah padat yang biasanya tediri dari hidrokarbon berat. Mereka disebut
aspal,ter,albertit,gilsonit dan lain-lain,tergantung dari penggunaan istiah itu secara lokal.dalam
diagram abraham (1945) hidrokarbon yang larut dalam karbondisulfida dinamakan
bitumina,sedangkan yang tak larut disebut non bitumina.bitumina bisa dibagi menjadi yang bersifat
cair dan padat. Yang bersifat cair disebut petroleum atau minyak bumi , yang terdiri dari semua
minyak mentah yang didapatkan dari sumur pemboran ataupun yang keluar sendiri pada permukaan
sebagai rembasan;sedangkan yang padat dibagi lagi antara yang mudah melumer dan yang sulit
melumer. Yang mudah melumer dibagi lagi menjadi lilin mineral dan aspal, sedangkan yang sukar
melumer terdiri dari apa yang dinamakan aspaltit.
Golongan nonbitumina juga dibagi menjadi yang dapat lumer dan yang tak lumer, yang tak
lumer dikatakan piro-bitumina.piro-bitumina dibagi juga atas yang bersifat aspal dan bersifat non-
aspal.yang non-aspal misalnya,batubara muda dan batubara. Termaksuk juga dalam piro-bitumina
dalah kerogen,yang sebetulnya tidak lain daripada zat organik yang tidak larut dan terdapat dalam
batuan sedimen,yang secara pirolisis dengan temperatur yang sangat tinggi menghasilkan
hidrokarbon. Diagram abraham juga memperlihatkan, bahwa di sebelah kiri kadar hidrogen dalam
hidrokarbon paling tinggi,sedangkan makin ke kanan makin berkurang dan kadar oksigen bertambah.
Selain itu, juga index bias dari kiri ke kanan makin meningkat,sedangkan titik-lebur dan keatsiran
(volatility) serta kesmpatan untuk membakar secara cepat makin ke kanan makin kurang.dari diagram
tersebut jelaslah,bahwa minyak bumi hanya merupakan sebgaian saja dari berbagai jenis hidrokarbon
yang terdapat dalam alam.namum demikian minyak bumi adalah hidrokarbon yang paling penting
karena jumlahnya yang paling banyak diantara hidrokarbon lainnya.
2.1 Hidrokarbon Padat
2.1.1 Jenis Hidrokarbon Padat
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, hidrokarbon padat terdiri dari golongan bitumina.
Golongan bitumina terdiri dari lilin mineral, yaitu antara lain ozokerit,lilin montan,hatcherit,dan
scheererit;dan golongan aspal,yaitu bermudez pitch,tabbyit,gilsonit cair dan argulit;kemudian
golongan aspltit terdiri antara lain dari glisonit,grahamit,dan glance-pitch.
Golongan nonbitumina antara lain ialah piro-bitumina, yang dibagi atas dua golongan lagi
yaitu:piro-bitumina aspal dan piro-bitumina non-aspal. Golongan piro-bitumina antara lain ialah
wurtzelit,elaterit,albertit,impsonit,dan ingramit, sedangkan piro-bitumina non-aspal antara lain ialah
batubara muda, gambut, lignit dan batubara. Hidrokarbon yang bersifat padat biasanya terdapat
bersamaan satu dengan yang lain.misalnya lilin mineral banyak terdapat di uinta basin dan didapatkan
sebagai urat-urat didalam green river formation yang sangat terkenal karena terdiri dari apa yang
dinamakan oil-shale yang mengandung zat kerogen.lilin mineral biasanya terdapat dalam bentuk urat-
urat,begitupun aspaltit dan gilsonit dan juga piro-bitu-mina non-aspal,misalnya wurtzelit.semua zat ini
seolah-olah kelihatan sebagai zat kimia yang merupakan hasil pemerasan serpih minyak dan
kemudian didesakkan secara paksa ke dalam rekahan sehingga membentuk urat-urat.namun sampai
kini masih sangat diragukan mengenai cara terbentuknya yang sebenarnya daripada hidrokarbon padat
tersebut. Termaksuk dalam bitumina padat ini ialah pasir-ter(tarsand)dan serpih minyak(oil shale).
2.1.2 Pasir-Ter
Di beberapa tempat di dunia,misalnya di kanada sebelah barat dan di venzuela,terdapat
berbagai lapisan pasir yang telah dijenuhi dengan hidrokarbon yang sudah kental dan setengan-aspal.
Lapisan pasr ini meliputi luas ribuan kilometer persegi serta puluhan meter ketebalan dan merupakan
cadangan miyak terbersar didunia . namun hidrokarbon ini sukar sekali dipisahkan dari pasir untuk di
tampung. Misalnya di kanada sebelah barat, didapatkan lapisan pasir yang disebut athabasca tarsand
(McMurray Sand). Cadangan minyak atau hidrokarbon yang terkandung di dalam pasir-ter ini
meliputi milyaran barrel.dewasa ini karena keadaan krisis minyak,kesulitan memprosesnya sudah
dapat diatasi dengan cara menguntungkan.dengan pemanasan atau dengan distilasi destruktif, minyak
bumi dapat dihasilkan dari pasir-ter.juga pernah dipikirkan untuk menggunakan suatu ledakan nuklir
untuk membebaskan minyak dari tarsand yang padat ini.cara terbentuknya pasir-ter atau athabasca
tarsand ini tidaklah begitu jelas,tetapi mungkin berasal dari minyak bumi yang dihasilkan dari
rembasan dan terjadi bersama-sama pengendapan pasir tersebut.
2.1.3 Serpih Minyak
Serpih minyak atau oil-shale adalah suatu sepih yang mengandung zat organik yang jika
dipanaskan pada temperatur tinggi (diatas 4000 c) akan mengurai dan menghasilkan hidrokarbon cair
yang serupa dengan minyak bumi. Zat organik yang dapat menghasilkan minyak pada suatu
pemanasan atau distilasi yang sifatnya destruktif disebut juga suatu piro-bitumina,sebagaimana telah
dikatakan di atas dan nama lainnya adalah kerogen. Suatu endapan serpih minyak yang terkenal
adalah formasi green river yang terdapat di uinta-basin,di negara bagian colorado, utah dan
wyoming.serpih yang mengandung kerogen ini cukup tebal dan penyebarannya sangat luas, sehingga
memberikan cadangan minyak bukan saja milyaran barrel tetapi sampai triliunan barrel.kadar serpih
minyak ini hampir dapat mencapai 150 galon per ton,tetapi kebanyakan adalah antara 25 dan 50 galon
per ton.kerogennya sendiri bukanlah minyak bumi dan juga bukan batubara,tetapi merupakan suatu
zat yang mempunyai sifat di antara kedua hidrokarbon tersebut. Kerogen pernah dikira sebagai zat
induk minyakbumi,tetapi pernah pula diperkirakan sebagai salah satu jenis hidrokarbon lain yang
tidak mempunyai hubungan atau mempunyai sedikit hubungan dengan minyak bumi. Serpih-minyak
juga menghasilkan minyak bumi bebas dan dapat dilarutkan oleh pelarut minyak seperti klorofom dan
karbontetraklorida. susunan kimia daripada kerogen adalah kira-kira, karbon:69-80%, hidrogen:7-
11%,nitrogen: 1,25-2,5%,belerang: 1-8%, dan oksigen: 9-17%.dapat dicatat bahwa perbedaan khas
dengan minyak bumi adalah kadar oksigen dan nitrogennya. Di bawah mikroskop,kerogen dapat
terlihat terdiri dari suatu masa zat organik yang telah dihancur-luluhkan,terutama sebagai bekas
tumbuhan, ganggang, spora, pollen, arpus, lilin dan lain-lain.suatu serpih yang mengandung kerogen
dapat secara berangsur-angsur berubah tanpa kelihatan menjadi batubara. Beberapa tempat lain
dimana minyak serpih didapatkan antara lain di jerman utara. Didaerah itu minyak serpih dikenal
dengan sebutan kuchersicher.
Gambar2.2 grafik hubungan antara berat
jenis minyak bumi dan kadar belerang
beberapa minyak bumi di dunia (todd
dan pulunggono,1971)
Serpih minyak ini erat sekali hubungannya dengan urat-urat hidrokarbon pada seperti
gilsonit,wurtzelit, dan ozokerit. Disana ternyata urat-urat ini kebawahmenghilang atau menipis waktu
masuk ke dalam formasi serpih minyak. Menurut Hunt (1954) mungkin sekalai serpih-minyak ini
mengeluarkan atau memeras keluar berbagai zat padat seperti lilin dan aspal sehingga membentuk
urat-urat hidrokarbon padat melalui retakan.
2.2 Hidrokarbon Cair – Minyak Bumi
2.2.1 Hakekat Kimia
2.2.1.1 Susunan Kimia
Minyak bumi merupakan zat paling penting diantara
semua zat hidrokarbon ataupun diantara smua
bitumina.sususnan unsur kimia minyak bumi tertera pada tabel
2-1. Jelas kelihatan disini,bahwa minyak bumi terdiri dari 80-
85% hidrogen.kadar belerang dapat meningkat sampai 2%,
misalnya pada minyak bumi dari timur tengah, tetapi
khususnya di indonesia kadar belerang rendah sekali dan
minyak bumi indonesia terkenal karena kadar belerang rendah
(lihat gambar 2.2). kadar zat oksigen dan nitrogennya sangat
rendah,dan hanya merupakan jejeak saja. Walaupun minyak
bumi hanya terdiri dari dua unsur yaitu hidrogen dan karbon
namun kedua unsur ini dapat membentuk berbagai macam
senyawa molekuler dengan rantai panjang,dan struktur
lingkaran. Malah rantai yang terdiri daripada C dan H tersebut
dapat bercabang-cabang ke berbagai arah dan dapat
membentuk berbagai macam struktur tiga dimensi.
Dengan demikian C dan H ini dapat membentuk
molekul yang sangat besar dan jumlah karbon C dalam setiap
molekul dapat berjumlah sampai puluhan, bahkan secara teoritis bisa sampai ratusan ataupun
ribuan. Sifat daripada hidrokarbon untuk membentuk molekul yang berlainan dengan susunan ata
dengan rumus kimia yang sama diseut bentuk isomer.sebagai contoh bentuk isomer terdapat pada
gambar 2.3
Gambar 2.3 contoh beberapa isomer;rumus kimia sama tetapi struktur molekul lain
Walaupun hidrokarbon dapat membentuk isomer secaratidak terhingga, namun ada aturan
tertentu dalam cara pembuatan rantai panjang. Selalu dapat membuat rantai panjang dan struktur
isomer, hidrokarbon dapat membetuk sifat isomer jenuh tak-jenuh. Yang dimakadu jenuh adalah
jika salah satu valensinya tidak diikat oleh atom hidrogen tetapi terdapat ikatan rangkap antara dua
atau tiga atom karbon. Contoh suatu hidrokarbon yang tidak jenuh adalah alken,yang merupakan
suatu ikatan valensi alkan (gambar 2.4). misalnya,etan dengan rumus C2H6sedangkan eten
C2H4,karena dua valensi atom karbon diikat rangkap.berbagai macam karbon yang tidak jenuh
serta sifat valensinya yang jenuh terlihat pada gambar 2.4
Gambar 2.4 contoh hidrokarbon jenuh dan tak jenuh
Ada beberapa aturan tertentu dalam susunan mimyak bumi yang memudahkan kita
mempelajarinya antara lain:
1. Pada umumnya minyak bumi hanya memperlihatkan susunan hidrokarbon yang bersifat jenuh
2. Hidokarbon yang terdapat didalam bumi merupakan berbagai macam seri homolog adalah
suatu seri susunan hidrokarbon berdasarkan penambahan atom C membentuk suatu susunan
yang hampir sama, akan tetapi rantainya menjadi lebih panjang ataupun lingkarannya menjadi
ruwet ( Gambar 2.5)
3. Dalam seri homolog biasanya terdapat beberapa keluarga homolog yang bisa disebut
golongan isomer. Golongan ini biasanya terdiri dari rantai yang menerus daripada senyawa
berbagai macam jenis minyak bumi.anggota pertama dari seri homolog selalu terdapat secara
lebih banyak terkonsentrasikan didalam minyak bumi daripada anggota yang lebih besar berat
molekulnya. Malah pada beberapa minyak bumi anggota yang lebih besar ini bisa hilang atau
tidak ada sama sekali.
Beberapa contoh seri homolog beserta rumus umum dan struktur molekulnya adalah
sebagai berikut.
Seri homolog alkan:
Seri homolog alkan
Seri homolog alken:
Seri homolog naften:
Gambar 2.5 seri homolog hidrokarbon utama ,dalam
minyak bumi (di adaptasikan dari welte ,1965,hal
2247)
Gambar 2.6 struktur molekul jenis
hidrokarbon isoprenoid : pristan dan
phytan
4. Pada umumnya seri homolog dalam minyak bumi dapat dibagi menjadi dua golongan besar
(lihat gambar 2.5):
I. Golongan ASIKLIS atau ALIFAT,juga disebut ALKAN atau PARAFIN
II. Golongan SIKLIS
Seri PARAFIN atau ALKAN. Seri ini dapat dibagi menjadi dua kelompok,yaitu seri
parafin normal dan seri iso-parafin.
1) Seri parafin normal (n-parafin)
Anggota n-parafin dapat merupakan 25% dari suatu jenis minyak bumi, tidak
termaksud gas-gasnya, sedangkan dalam fraksi bensin dapat merupakan 80 % dan
dalamminyak pelumas 0 sampai 25%.minyak bumi yang bersifat ringan dan parafin bisanya
mengan C5 sampai C20 sebagai penyusun utamanya. Sedangkan dalam minyak bumi yang
lebih berat bisa menurun menjadi 0,7 sampai 0,1% (bestougeff, 1967).
2) Seri iso-parafin atau parafin bercabang
Golongan hidrokarbon ini biasanya terdapat dalam fraksi ringan atau pertengahan
titik didih (C17 sampai C20).setelah C20 ke atas konsentrasi iso-parafin . isomer biasanya
terdapat dalam C4,C5,C6, 7 isomer dalam C7, 16 isomer dalam C8, 9 isomer dalam C9 dan
akhirnya ismoer dalam C10. Dengan demikian parafin yang bercabang tidaklah membentuk zat
padat, misalnya C25 keatas. Salah satu hal yang menarik perhatian pada iso-parafin,ialah
adanya struktur iso-prenoid untuk seri di atas C14.
Contoh senyawa berstruktur iso-prenoid adalah : Pristan (C19)dan phytan (C20),( Gambar 2.6).
Struktur iso-prenoid merupakan suatu rantai
panjang dengan suatu cabang metil pada setiap
nomor atom tertentu. Terdapatnya iso-prenoid
didalam minyak bumi adalah suatu bukti bahwa
minyak-bumi terbentuk daripada zat organik.
Hal ini disebabkan karena seri isoprenoid secara
genetis berhubungan dengan beberapa macam
pigmen,yaitu golongan vital daripada kompleks
porifin atau klorofil (Gambar 6.1).
Diantara semua isomer,senyawa parafin dengan
2 atau 3 cabang metil adalah yang paling
umum;substitusi dengan 4 atau lebih cabang
metil sangat jarang. Limapuluh persen daripada parafin yang bercabang terdapat dalam fraksi
bensinn yang ringan.
GOLONGAN SIKLIS. Golongan ini dibagi menjadi 3 kelompok,yaitu seri naften atau siklo-
parafin,seri aromat dan seri aromat-sikloparafin-polisiklis (termaksusk kompleks aspal).
1)seri siklo parifin atau naften
Seri siklo-parafin atau naften merupakan salah satu golongan hidrokarbon siklis. Contoh
struktur siklo-parafin terdapat pada gambar 2.5. biasanya beberapa seri siklo-parafin terdiri dari 5
sampai 6 anggota lingkaran atau kombinasinya dalam struktur polisiklis.kadar siklo-parafin
didalam minyak bumi di seluruh dunia bervariasi antara 30 sampai 60 persen sehingga siklo
parafin merupakan penyusun utma minyakbumi.
Dasar utama dalam variasi struktur naften ialah jumlah lingkaran yang dapat bergabung
menjadi suatu jaringan.misalnya, mono-naften dan naften bisiklis merupakan bagian utama dalam
minyak bum.dalam fraksi titik didih yang lebih tinggi lagi struktur ini dapat terdiri dari sepuluh
lingkaran atau sepuluh cicin dalam satu molekul.beberapa contoh naften monosiklis dalam minyak
bumi ialah homolog siklo-pentan dan siklo-heksan yang juga membentuk cabang bersifat rantai
lurus (gambar 2.7).
Diantara susunan naften yang monosiklis, terutama kisaran c7 Sampai C11 paling banyak
didaptkan.anggota yang lebih tinggi dari naften monosiklis biasanya terdiri dari seri yang di
subtitusikan secara banyak 2 sampai dengan 4 cabang rantai tambahan atau suatu rantai panjang
dengan sedikit
cabang. Biasanya rantai pendek adalah golongan metil dan etil. Homolog siklo-pentan biasanya
terdapat lebih banyak daripada golongan siklo-heksan, berkisar antara 20 sampai 40%. Naften
monosiklis yang berantai panjang dalam kisaran C20 samapai C30 bersifat kristalin yang dapat
dipisahkan. Zat tersebut merupakan lilin parafin berderajat teknis pada kristalisasi dan
merupakan.konstitusi utama serisin dan lilin parafin titik-didih tinggi.
Sampai C11 paling banyak didaptkan.anggota yang lebih tinggi dari naften monosiklis
biasanya terdiri dari seri yang di subtitusikan secara banyak 2 sampai dengan 4 cabang rantai
tambahan atau suatu rantai panjang dengan sedikit cabang. Biasanya rantai pendek adalah
golongan metil dan etil. Homolog siklo-pentan biasanya
terdapat lebih banyak daripada golongan siklo-heksan,
berkisar antara 20 sampai 40%. Naften monosiklis yang
berantai panjang dalam kisaran C20 samapai C30 bersifat
kristalin yang dapat dipisahkan. Zat tersebut merupakan lilin
parafin berderajat teknis pada kristalisasi dan
merupakan.konstitusi utama serisin dan lilin parafin titik-
didih tinggi.
Di antara struktur polisiklis terdpat golongan tetra-
siklo-alkan yang terdpat di dalam sedimen juga didalam
minyak bumi.zat ini mungkin diturunkan dari senyawa
induknya yaitu sterol. Sterol paling banyak diapatkan, dengan Gambar 2.7 contoh beberapa homolog
siklopentan dan siklohexan
Gambar 2.8 Kerangka struktur molekul
beberapa senyawa nafteno aromat
atom karbon C27 sampai C29,mempunyai nomor atom karbon yang sama dengan sterol alam.
Naften-tetra-siklis C30 dalam minyak bumi mempunyai berat molekul yang sama dengan asam di
dalam hormon sex dan menurut data spektrometri sesuai dngan susunan struktur steran (C30)
2) Seri Aromat
Aromat adalah suatu hidrokarbon siklis berstruktur khas cincin aromat (gambar 2.8),
terdiri dari 6 atom karbon berbentuk cincin yang sebagian daripada valensinya tidak jenuh,tetapi
membentuk suatu struktur kekule. Dalam hal ini salah satu elektron daripada suatu atom karbon
dimiliki pula oleh atom karbon lainnya (electron-sharing), jadi tidak seluruhnya merupakan tangan
valensi rangkap.
Selain struktur kekule ini,aromat dapat juga membentuk suatu senyawa kompleks dengan
rangkaian lainnya,cincin naften, ataupun cabang yang banyak. Contoh ntuk struktur ini dapat
dilihat pada gambar 2.8. aromat yang bersifat monosiklis dengan homolog benzen yang sangat
khas bagi minyak bumi yang ringan.benzen merupakan salah satu anggota yang khas untuk suatu
aromat dan mempunyai isomer dalam C7,C8,C9.salah satu penyusun minyak bumi adalah toluen n-
xylene 1,2,4 sampai trimeril benzen . kadarnya dapat mencapai 1,6 sampai 1,8% untuk toluen dan
1% untuk benzen dan xylen. Konsentrasi ini menurun sangat cepat untuk mono-aromat C9 dan C10
dengan aromat bisiklis (gambar 2.8).seprti naftalen dan bifenil dan juga homolognya dalam
C11,C12,dan C14 telah dapat diidentifikasikan dalam beberapa jenis minyak bumi. Anggota seri poli-
aromat yang lebih tinggi dengan lebih dari 2 atau cabang panjang tidak didapatkan dalam alam.
3) Seri Nafeto-Aromat Yang Polisiklis :
Golongan nafteno-aromat merupakan golongan tersendiri dalam minyak bumi dan
didapatkan pada fraksi titik-didih yang lebih tinggi. Golongan ini seetulnya merupakan molekul
besar, yang strukturnya terdiri daripada beberapa cincin aromat yang bergabung dengan cincin
naften (siklo-parafin). Conroh struktur molekul zat ini terlihat pada gambar 2.8.
Kompleks Aspal
Anggota yang tinggi daripada hisrokarbon golongan siklis, aromat ataupun naften,
biasanya membentuk suatu kompleks hidrokarbon siklis yang mengandung pula berbagai macam
komponen bukan hidrokarbon. Kompleks aspal terdiri dari resin dan aspalten. Resin biasanya
terdiri dari senyawa polisklis yang mengandung oksigen,termaksuk juga hetrosiklis dengan atom
belerang dan nitrogen, dengan berat molekul antara 500 sampai 1000 zat ini dapat dimasukkan
sebagai suatu hasil sekunder daripada hidrokarbon nafteno-aromat yang bersifat polisiklis aspalten
merupakan zat hetero-siklis yang mengandung oksigen,belerang,nitrogen, dan lgam lainnya dan
Gambar 2.10 Struktur molekul dua jenis porofifin
dengan kompleks vanadium dan nikel di dalamnya
mempunyai berat molekul antara 900 sampai 3000. Struktur molekul aspalten sangat kompleks
dan terdapat berbagai macam jenis. Contoh struktur kompleks daripada jaringan cincin itu terlihar
pada gambar 2.9. zat ini juga terdiri dari cincin aromat dan naften dengan beberapa cabang
rangkaian alifat yang pendek.
Gambar 2.9 berbagai contoh jaringan molekul aspalten dalam minyak bumi
dari beberapa lapangan di dunia(diambil dari dott dan reynolds,1969)
Cincinnya terdiri sebagian dari suatu ranglaian hetero-siklis yang mempunyai 5 sampai 6
atom. Harus ditekankan bahwa aspalten dari setiap minyak mentah terdiri dari berbagai macam zat,
Misalnya aspaltrn dari minyak berasal formasi tua lebih bersifat grafit dan mengandung lebih
sedikit unsur logam dan belerang dibanding dengan aspalten yang lebih muda. Dari segi genesis
aspalten merupakan zat yang menarik perhatian karena mengandung banyak sekali unsur perunut(
trace elements) dalam minyak bumi, terutama vanadium dan nickel.
Porifin
Porifin ditemukan dalam minyak bumi oleh trebs pada tahun 1934-1935. Zat ini telah
menarik perhatian dan banyak dipelajari dalam waktu-waktu yang lalu. Semua porofin juga
berasosiasi dengan zat yang terberat molekul tinggi dan dapat ditentukan dengan distilasi
molekuler. Terdapatnya porifin dianggap sebagai bikti mengenai biogenesis minyak bumi. Kadar
porifin dalam minyak bumi kadar porifin dalam minyak bumi bervariasi dan dapat mencapai
0,04%. Menurut dunning (1954) porifin biasanya paling banyak terdapat dalam minyak bumi yang
bersifat aspal dan berumur muda.
Jadi jelas, dalam minyak bumi hubungannya
adalah dengan zat aspal. Struktur porifin
diperlihatkan pada gambar 2.10. yang seperti
aspal terdiri daripada struktur siklis tetapi lebih
ruwet. Porifin erat sekai hubungannya dengan
klorofil dan hemoglobin yang terurai menjadi
porifirin dan paraffin yang bersifat iso-prenoid
seperti phytan. Porifin dapat berkondensasi
dengan aromat polisiklis dan molekul naften
aromat untuk membentuk aspalten. Porifin
dapat juga mengandung nitrogen dan selain itu
juga mengandung inri vanadium ataupun nikel.
Gambar 2.11 beberapa struktur molekul senyawa non-
hidrokarbon
ZAT HETERO-ATOM ATAU NON-HIDROKARBON (GAMBAR 2.11)
Zat hetero-atom adalah hidrokarbon yang juga mengandung berbagai macam atom lainnya
seperti N,O dan S.
Unsur oksigen. Minyak bumi dapat juga mempunyai senyawa oksida sampai 2% dalam bentuk
asam fenol. Ini biasanya terdapat dalam residu atau derivate tinggi. Beberapa jumlah kecil fenol
didapatkan dalam kerosin dan minyak solar. Minyak bumu dari formasi paling muda biasanya
mengandung asam paling tinggi. Asal asam ini tidak begitu banyak diketahui ada yang
mengatakan zat ini merupakan hasil oksidasi hidrokarbon, ada yang mengatakan bahwa zat
tersebut merupaka sebagian dari gugusam asam yang ada sebelumnya, sebelum berdegenerasi
menjadi minyak.
Senyawa belerang. Senyawa belerang juga sangat penting dalam minyak bumi, biasanya terdapat
dalam jumlah lebih anyak di dalam fraksi molekuler yang lebih tinggi. Kadarnya dapat mencapai
5% dan oleh karenanya ada minyak bumi yang mengandung 30 sampai 40% senyawa belerang,
disamping yang terdapat dalam resin dan aspalten.
Beberapa senyawa belerang adalah:
Tiol; Sulfide alifatik, monosiklik dan polisiklik; Disulfide; Monotiofen yang monosiklik , bisiklik ,
trisiklik.
Senyawa belerang tersebut
kebanyakan berasal dari minyak bumi
yang kaya akan belerang dan pada
umunya merupakan asal sekunder,
misalnya dari penguraian gypsum(lihat
grafik belerang, gambar 2.2)
Nitrogen. Senyawa nitrogen juga
didapatkan dalam minyak bumi terutama
dalam residu atau molekul berat dan
sebagian terdapat dalam benene dan
aspalten. Kadar nitrogen bervariasi antara
0,01 sampai 0,02% dan kadang-kadang
bisa mencapai 0.65%, misalnya dari
lapangan minyak
willmington,california,yang senyawa
nitrogennya bisa melebii 10%. Senyawa
nitrogen yang terdapat dalam proses
distilasi terutama ialah homolog piridin dalam jangkauan C6,C10, guinolin dalam jangkauan C10-C17
dan turunan yang berhidrogen, dan juga senyawa carbozol,indol dan phyrol (gambar 2.11). Asal
nitrogen ini adalah biogenic, misalya dari protein dan pigmen. Fermentasi (paragian) protein
menghasilkan asam dan juga senyawa nitrogen yang mengandung cincin pyrol. Nitrogen yang
terdapat dalam semua senyawa ni biasanya dapat dibedakan antara nitrogen bersifat basa dan
netral. Yang sangat menarik perhatian menurut ritcher (1952) ialah bahwa perbandingan nitrogen
basa terhadap nitrogen netral adalah sama. Ini menunjukkan mekanisme yang sama untuk
pembentukan semua minyak bumi.
SUSUNAN MOLEKUL MINYAK BUMI
Walaupun diatas telah diuraikan mengenai jenis hidrokarbon yang terdapat dalam minyak
bumi, namun sebetulnya susunan molekul atau senyawa minyak bumi secara kuantitatif tidaklah
dapat diketahui dengan teliti.hal ini disebabkan karena teknik penentuan isomer dengan berbagai
struktur dan variasinya sangat sulit. Semula diperkirakan bahwa minyak bumi terdiri dari jutaan
isomer hidrokarbon terutama paraffin, aromat dan naften
Menurut data terakhir (colombo,1967) ternyata susunan minyak bumi tidaklah terlalu
ruwet dan merupakan hasil proses yang normal dan beraturan. Jumlah total senyawa penyusun
dengan berbagai isomernya walaupun cukup tinggi, tetapi hanya merupakan sebagian kecil saja
dari semua jenis struktur. Penentian susunan senyawa kimia minyak bumi telah sangat mengalami
kemajuan selama masa 25 tahun terkahir, yaitu dengan metoda fraksinasi dan identifikasi serta
pekertjaan bersistem dari team research. Dalam metoda itu termksuk distilasi azeotrofi, defuse
normal, pembentukan kompleks daengan urea,metoda spektometri ultra-violet dan infra merah,
spektometri masa dan juga kromatografi gas atauoun cairan dan juga spektgrafi nuklir magnetic
elektronik. Hasil pekerjaan ini menunjukkan bahwa susunan minyak bumi adalah sebagaimana
ternyata pada gambar 2.12 dalam fraksi ringan misalkan titik didih sangat rendah seperti pada
bensin, banyak sekali mengandung naften dan khususnyan-
parafin beserta iso-parafin. Fraksi lebih berat (C26 sampai
C33,C36 sampai C60) terutama mengandung senyawa golongan
aromat danaromat naften. Secara mendetail susunan molekul
hidrokarbon terlihat dalam tabel 2-2a,-2b. Penentuan molekul
minyak mentah belum dikalikan secara routine, tetapi masih
dalam taraf penelitian.
2.2.1.2 Analisa dan Klasifikasi Minyak Bumi
Secara routine minyak bumi dianalisa secara distilasi berfraksi
1)DISTILASI BERFRAKSI. Distilah berfraksi adalahpenyulinagn serta pengembuan kembali
berbagai macam cairan yang memounyai titik-didih yang berbeda-beda. Secara kasar cairan
dengan titik-didih yang berlainan itu kita bagi atas gas,bensin,kerosin,minyak gas atau
seolar,pelumas ringan,pelumas tinggi dan residu. Gas biasanya bernomorkan atom karbon dari C1
sampai C4, bensin dari C5 sampai C10, kerosin atau mnyak tanah dari C11 sampai C13,minyak gas
atau diesel C14 sampai C17, pelumas ringan C18 sampai dengan C25,pelumas berat C26 sampai
C35,sedangkan di atas C36 sampai C60 dianggap residu. Hal ini bisa dilihat pada tabel 2-3
Pada tabel tersebut kelihatan bahwa titik-didih bensin ialah 2000C,sedangkan kerosin atau
minyaaak tanah 2500C,solar 3000C, sedangkan pelumas dan residu 4000C. Pada umumnya di
dalam fraksi bensin didapatkan parafin normal dan juga parafin bercabang, sedangkan aromat
terdapat hanya sedikit sekali. Makin ke arah pelumas dan residu, persentasi aromat jauh lebih besar
Gambar 2.12 diagram memperlihatkan
susunan seri homolog hidrokarbondalam
minyak bumi(menurut bestougeff,1967)
daripada persentasi paraffin normal, iso-paraffin biasanya sudah hilag,sedangkan sikloparafn boleh
dikatakan konstan.
Tabel 2-2a . Jenis hidrokarbon yang telah diisolasikan atau diidentifikasikan dalam berbagai jenis
minyakbumi (Menurut Bestougeff,1967)
Jenis hidrokarbon Seri Homolog Jumlah atom
karbon per
molekul
Jumlah zat penyusun yang
hanya dapat
diidentifikasikan , tetapi
tidak dipisahkan dalam
keadaan murni .(dalam
tanda kurung dapat di
isilasikan secara murni)
Parafin normal
Parafin bercabang
Parafin bercabang
Parafin bercabang
Parafin bercabang
Sikloparafin (monosiklis)
Sikloparafin (siklopentan)
Sikloparafin (siklohexan)
Sikloparafin (sikloheptan)
Sikloparafin (bisiklis)
Sikloparafin (trisiklis)
Aromat monosiklis
Aromat bisiklis (naftalen)
Aromat bisiklis (difenil)
Aromat trisiklis
Aromat tetrasiklis
Nafteno-Aromat
Golongan Indan
Golongan Tetralin
Cn H2n+2
Cn H2n+2
Cn H2n+2
Cn H2n+2
Cn H2n+2
Cn H2n
Cn H2n
Cn H2n
Cn H2n
Cn H2n-2
Cn H2n-4
Cn H2n-6
Cn H2n-12
Cn H2n-14
Cn H2n-18
Cn H2n-20
Cn H2n-24
Cn H2n-8
Cn H2n-8
C1-C35
C11-C10
C11-C15
C16-C20
C21-C23
C5-C10
C6-C10
C7
C8-C11
C10-C12
C6-C12
C10-C16
C12-C14
C14-C18
C16-C18
C9-C13
C10-C14
35 (5)
50 (24)
2 (9)
2 (5)
-(3)
35 (5)
25 (18)
2
8 (6)
1 (1)
45 (5)
12 (9)
2 (2)
8 (3)
7 (4)
4 (1)
8 (2)
No. Seri dan hidrokarbon Nomor atom karbon Persen dalam minyakbumi
min Max
1
2
3
4
5
6
Normal – paraffin
Pentan
Hexan
Heptan
Oktan-Dekan
Undekan-Pentadekan
Hexadekan dan yang lebih tinggi
C5
C6
C7
C8-C10
C16 dan le-
Bih tinggi
0,2
0,04
0,03
0
0
0
3,2
2,6
2,5
1,8-2,0
1,8-1,5
1,0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Isoparafin
2-Metilpentan
3-Metilpentan
2-Metilhexan
3-Metilhexan
2-Metilheptan
3-Metilheptan
2-Metiloktan
3-Metiloktan
2-Metilnonan
3-Metilnonan
C6
C6
C7
C7
C8
C8
C9
C9
C10
C10
0,2
0,06
0,03
0,02
0,03
0,02
0,02
0,02
-
-
1,16
0,9
1,1
0,9
1,0
0,4
0,4
0,2
0,3
0,1
Tabel 2-3 Susunan senyawa hidrokarbon utama dalam berbagai fraksi distilasi minyakbumi
Fraksi distilasi Titik didih Kisaran
No atom
CN
% Volum
Parafin Iso-
parafin
Siklo
paraf
in
aromat Residu
Gas
Bensin
Kerosin
Solar
Distilasi minyak
ringan
Distilasi minyak
pelumas residu
t.d.-200⁰C
200-250⁰C
250-300⁰C
300-400⁰C
500⁰C
C1-C4
C5-C10
C11-C13
C14-C17
C18-C26
C26-C36
C36-C60
38
23
22
16
13
20
15
9
6
1
43
43
48
52
51
9
19
21
24
27
2)ANALISA HEMPLE. Berdasarkan kenyataan di atas, diperkirakan bahwa makin tinggi titik-
didih daripasa fraksi distilasi makin banyak terdapat homolog aromat-sikloparafin, sedangkan
didalam fraksi titik-didih yang rendah, lebih banyak didapatkan homolog paraffin. Karena
penentuan susunan molekuler minyak mentah sulit dilakukan, maka secara routine dilaksanakan
analisa distilasi berfraksi yang sedikit banyak mencerminkan susunan berbagai macam homolog
hidrokarbon.Analisa secar teliti daripada distilasi ini disebut analisa hemple, yang sifatnya sama
juga dengan distilasi berfaksi akan tetapi pengembunan berbagai macam fraksi dilakukan dengan
11
12
4-Metilnonan
Pristan(isoprenoid)
C10
C10
-
-
0,1
1,12
1
2
3
4
5
6
7
8
Sikloparafin
Metilsyklopentan
Siklohexan
Metilsyklohexan
1,trans 2-dimetilsiklopentan
1,cis 3-dimetilsiklopentan
1,cis 3-dimetilsiklohexan
1,cis 2-dimetilsiklohexan
1,1,3-trimetilsiklohexan
C6
C6
C7
C7
C7
C8
C8
C9
0,11
0,08
0,25
0,05
0,04
-
-
-
2,35
1,4
2,8
1,2
1,0
0,9
0,6
0,7
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Aromat
Benzen
Toluen
Etilbenzen
n-Xylen
1-Metil-3-etilbenzen
1,2,4-Trimetilbenzen
1,2,3-Trimetilbenzen
1,2,3,4-Tetrametilbenzen
2-Metilnaftalen
2,6-Dimetilnaftalen
Trimetilnaftalen
C6
C7
C5
C8
C9
C9
C9
C10
C11
C12
C13
0,01
0,03
0,01
0,02
-
-
-
-
-
-
-
1,0
1,8
1,6
1,0
0,3
0,6
0,4
0,3
0,3
0,4
0,3
perbedaan suhu 250C.misalkan saja fraksi nomor satu pengembunan pada 500C, fraksi nomor 2
pada 750C, fraksi nomor 4 pada 1000C dan seterusnya,sehingga fraksi nomor itu 2700C.
Distilasi dilakukan pada tekanan atmosfer, yaitu 559 mm Hg. Distilasi fraksi nomor 11,
dilakukan pada tekanan 40 mm Hg, sehingga penggembunannya dilakukan pada 2000C, fraksi
nomor 13 pada 2500C dan fraksi nomor 15 pada 3000C, dan sisanya disebut residu dan tidak
dilakukan fraksinasi seterussnya (lihat tabel 2-4)
Pada analisa hemple tersebut juga diukur volum tiap-tiap fraksi dan kemudian juga
persentasi setiap fraksi. Selain itu juga di tentukan berat jenis setiap fraksi yang dinyatakan dalam
berat jenis pada keadaan standar (baku), atau dalam derajat API yang akan dijelaskan lebih lanjut.
Jadi, jelas analisa hemple ini sudah cukup memberikan pendekatan mengenai susunan molekul
minyak bumi walaupun tidak tepat.
3)INDEKS KOLERASI DAN KLASIFIKASI DASAR MINYAK BUMI. Smith (1940)
mempelopori penggunaan siatu system yang dinamakan system indeks kolerasi.sistem ini
didasarkan pada suatu pengeplotan berat jenis fraksi distilasi terhadap titik-didihnya dan pada
kenyataan bahwa jika berat jenis siatu senyawa hidrokarbon secara individual diplot terhadap titik
didihnya maka hidrokarbon tersebut akan mengatur dirinya sesuai dengan struktur dasarnya.
Dengan demikian dapat diketahui perbandingan atom karbon di dalam molekulnya pengeplotan
dilakukan dengan kebalikan titik-didih dalam kelvin x 1000 sebagai koordinat sedangkan berat
jenis diplot pada sisa. Dari peneplotan ini ternyata n-pentan (nilai kebalikan titik-didih kira-kira
3,2) , n- hexian ( nilai kebalikan titik-didihnya).