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). 

 

 

      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

 

     

Komposisi kimia dari minyak bumi dipisahkan dengan cara destilasi yang didasari oleh perbedaan titik didih, kemudian setelah diolah lagi lebih lanjut akan diperoleh minyak tanah, bensin, lilin dan lain-lain.  Meskipun demikian pemisahan tidak dapat memberikan senyawa tunggal, melainkan kumpulan senyawa dengan isomernya.

Minyak bumi terdiri dari hidrokarbon, senyawa hydrogen dan karbon.  Empat alkana teringan, yaitu � CH₄ (metana), C₂H₆ (etana), C₃H₈ (propane), dan C₄H₁₀ (butana) semuanya adalah gas yang mendidih pada suhu -161.6�C, -88.6�C, -42�C, dan -0.5�C, berturut-turut (-258.9�, 127.5�, -43.6�, dan +31.1� F).

Rantai karbon dengan C_5-7 semuanya ringan, dan mudah menguap, nafta jernih. Senyawaan tersebut digunakan sebagai pelarut, cairan pencuci kering (dry clean), dan produk cepat-kering lainnya. Rantai dari C₆H₁₄ sampai C₁₂H₂₆ dicampur bersama dan digunakan untuk bensin. Minyak tanah terbuat dari rantai C₁₀ sampai C₁₅, diikuti oleh minyak diesel (C₁₀ hingga C₂₀) dan bahan bakar minyak yang digunakan dalam mesin kapal. Senyawaan dari minyak bumi ini semuanya dalam bentuk cair dalam suhu ruangan. Minyak pelumas dan gemuk setengah-padat (termasuk Vaselin) berada di antara C₁₆ sampai ke C₂₀.  Sedangkan rantai di atas C₂₀ berwujud padat, dimulai dari "lilin, kemudian tar, dan bitumen aspal.

Titik pendidihan dalam tekanan atmosfer dari fraksi distilasi minyak bumi (^oC) adalah sebagai berikut.

	-	Minyak eter: 40 - 70 oC (digunakan sebagai pelarut)
	-	Minyak ringan: 60 - 100 oC (bahan bakar mobil)
	-	Minyak berat: 100 - 150 oC (bahan bakar mobil)
	-	Minyak tanah ringan: 120 - 150 oC (pelarut dan bahan bakar untuk rumah tangga)
	-	Kerosene: 150 - 300 oC (bahan bakar mesin jet)
	-	Minyak gas: 250 - 350 oC minyak diesel/pemanas)
	-	Minyak pelumas > 300 oC (minyak mesin)
	-	Sisanya: ter, aspal, bahan bakar residu

Sekarang yang menjadi pertanyaan adalah �Apakah  ada perbedaan antara gas yang di dalam tabung dan gas di dalam pipa�. Jawaban pertanyaan ini adalah gas LPG (LPG singkatan dari gas dan bertekanan  atau liquid pressure gas) lebih murni dari pada gas dalam pipa. Harga gas LPG lebih mahal, hal ini menunjukkan bahwa proses gas LPG yang melibatkan pembuatan gas-gas metana, etana, dan propana dari hasil perengkahan (cracking) tidak mudah yaitu dengan cara memasukkan gas dalam tabung yang harus dikontrol tekanannya sehingga mencair dan volume cairan lebih kecil dari volume gas. Tekanan tabung harus dijaga dan dipertahankan. 

 

 

Proses perengkahan, pengubahan, alkilasi, atau polimerisasi merupakan tahap awal dari pemanfaatan senyawa (zat kimia) yang berasal dari minyak bumi. Minyak bumi mengandung banyak senyawa kimia dan hasil isolasi senyawa ini dapat dimanfaatkan oleh industri. Bahan kimia ini disebut sebagai bahan petrokimia. Pemanfaatan industri umumnya didasari oleh reaksi-reaksi polimerisasi (perpanjangan rantai), reaksi perengkahan (perpendekan rantai), reaksi pengubahan (paduan dengan senyawa lain), maupun pembentukan senyawa pendek dari senyawa panjang minyak bumi (pembentukan gas, alkilasi, perpendekan rantai atom karbon). Perpendekan rantai minyak bumi menghasilkan senyawa yang ekonomis dan bermanfaat.

Senyawa kimia lain dari tumbuhan atau hewan pembentuk minyak bumi adalah alkaloid, terpena, steroid, asam amino, dan lipid.  Senyawa-senyawa ini terkubur bersama tumbuhan dan hewan. Senyawa kimia yang terkubur dan pada saat pengeboran minyak masih dapat dikenali dari strukturnya, maka senyawa ini dianggap dapat menjadi pengungkap sejarah pembentukan minyak bumi yang dikenal sebagai biomarker atau penanda hayati (contoh: porfirin dari klorofil, sekobikadinana dari isoprena atau terpena, skualena, sterana, bahkan steroid, dan kolesterol).

           Minyak bumi dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar industri. Bahan dasar ini dipisahkan berdasar beberapa proses sebagai berikut.

a.      Reaksi Perengkahan (cracking)

Cracking adalah pemecahan senyawa organik rantai panjang menjadi dua atau lebih senyawa organik rantai  lebih pendek, terjadi secara alami maupun dari pemanasan langsung.

Contoh pemanasan

Proses alami:

 

Proses cracking atau alkilasi penting untuk minyak bumi dalam mencari senyawa yang lebih dibutuhkan oleh konsumen, yaitu untuk mendapatkan bensin lebih banyak dari minyak pelumas.   Contoh cracking adalah minyak diesel (C₁₆-C₂₄) dan minyak pelumas (C₂₀-C₃₀) yang dipecah menjadi bensin (C₄-C₁₀) dan senyawa lain yang lebih banyak digunakan.

 

 b.     Reaksi pengubahan (reforming)

Reaksi pengubahan adalah reaksi dari bahan petroleum menjadi bahan dasar industri dengan pemanfaatan bahan yang murah menjadi material yang dibutuhkan sehingga bernilai ekonomis (murah). Proses ini diperoleh pada polimerisasi (pembentukan plastik).

 

c.      Reaksi alkilasi

Proses alkilasi dibagi  dua yaitu proses perpanjangan atom karbon rantai lurus dan proses pemutusan ikatan rantai karbon (dealkilasi). Proses ini dapat dikelompokkan dalam polimerisasi, bila perpanjangannya memiliki gugus fungsi yang sama. Dealkilasi dapat dimasukkan ke dalam kelompok perengkahan.

 

d.      Polimerisasi

Polimerisasi adalah proses pembentukan polimer. Polimer terdiri dari polimer alami dan polimer sintetik. Polimer adalah molekul besar yang terdiri atas pengulangan satuan kecil (monomer). Monomer adalah senyawa organik yang memiliki ikatan rangkap dua dan ikatan rangkap ini terbuka membentuk ikatan dengan monomer lain sampai jumlah yang diinginkan (polimer sintetik). Polimer alam membentuk senyawa secara alami, contoh polimer alam yaitu lateks (dari pohon karet), karbohidrat (singkong jagung), protein, selulosa, resin. Sedangkan Contoh polimer sintetik adalah nilon, dakron, teflon.

Proses pembentukan polimer terdiri dari tiga tahap yaitu pembentukan radikal bebas (inisiasi), perpanjangan monomer (propagasi), dan terminasi (pemotongan atau penyetopan reaksi).  Pembentukan cabang dalam proses polimerisasi menyebabkan tiga bentuk struktur yaitu struktur beraturan (isotaktik), struktur tak beraturan (ataktik), campuran (sindiotaktik). Struktur polimer sangat berpengaruh terhadap sifat polimernya.