Nota Kimia Tingkatan 5 Bab 5: Kimia Konsumer Dan Industri
RINGKASAN
Ringkasan Bab
Kimia konsumer adalah cabang kimia yang penting dalam penghasilan barangan keperluan harian. Bab ini meneroka enam bidang utama:
1. Minyak dan Lemak: Menerangkan perbezaan antara minyak (biasanya dari tumbuhan, cecair pada suhu bilik) dan lemak (biasanya dari haiwan, pepejal pada suhu bilik). Ia juga membincangkan lemak tepu (ikatan tunggal) dan lemak tak tepu (ikatan ganda dua), serta proses penghidrogenan untuk menukar lemak tak tepu kepada lemak tepu.
2. Bahan Pencuci: Memperkenalkan sabun (garam natrium/kalium asid lemak) dan detergen (garam natrium asid sulfonik). Ia menghuraikan proses penyediaan kedua-duanya (saponifikasi untuk sabun; pensulfonan dan peneutralan untuk detergen) dan membandingkan tindakan pencucian mereka, terutamanya dalam air liat di mana detergen lebih berkesan.
3. Bahan Tambah Makanan: Menjelaskan peranan bahan tambah makanan untuk memperbaik rupa, rasa, tekstur, dan ketahanan makanan. Jenis-jenis yang dibincangkan termasuk pengawet, pengantioksida, perisa, penstabil, pengemulsi, pemekat, dan pewarna, beserta contoh dan fungsinya.
4. Ubat-ubatan dan Bahan Kosmetik: Membezakan antara ubat tradisional (berasaskan herba/haiwan) dan ubat moden (cth., analgesik, antimikrob). Ia juga meliputi bahan kosmetik, bahan asasnya, jenis-jenisnya (rias, perawatan, pewangi), dan isu keselamatan berkaitan bahan kimia terlarang.
5. Nanoteknologi: Mentakrifkan nanosains dan nanoteknologi sebagai kajian dan pembangunan bahan pada skala nano (1–100 nm). Aplikasi dalam pelbagai industri dibincangkan, dengan fokus khusus pada grafen—sejenis alotrop karbon dengan sifat unggul seperti kekuatan tinggi dan kekonduksian elektrik yang baik.
6. Teknologi Hijau: Mentakrifkan Teknologi Hijau sebagai aplikasi yang dibangunkan untuk mengurangkan impak aktiviti manusia terhadap alam sekitar. Fokus diberikan pada aplikasinya dalam pengurusan sisa pepejal dan air sisa industri, seperti kaedah elektro-penggumpalan untuk merawat air sisa.
Ulasan Terperinci Mengikut Topik
5.1 Minyak dan Lemak
Minyak dan lemak adalah ester yang terbentuk melalui tindak balas pengesteran antara asid lemak dan gliserol (propan-1,2,3-triol). Satu molekul gliserol bertindak balas dengan tiga molekul asid lemak untuk membentuk satu molekul lemak dan tiga molekul air.
Perbezaan Antara Minyak dan Lemak
| Aspek | Minyak | Lemak |
| Sumber | Tumbuhan (cth., minyak sawit, minyak soya) | Haiwan (cth., daging, mentega) |
| Sifat Fizik (Suhu Bilik) | Cecair | Pepejal |
| Takat Lebur | Rendah | Tinggi |
| Kandungan Asid Lemak | Peratus asid lemak tak tepu yang tinggi | Peratus asid lemak tepu yang tinggi |
| Contoh | Minyak sawit | Mentega |
Lemak Tepu dan Lemak Tak Tepu
• Asid Lemak Tepu: Hanya mempunyai ikatan tunggal dalam rantai karbon. Contoh: asid palmitik, asid stearik.
• Asid Lemak Tak Tepu: Mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua dalam rantai karbon. Kehadiran ikatan ini menyebabkan takat lebur yang lebih rendah. Contoh: asid oleik, asid linoleik.
Penukaran Lemak Tak Tepu kepada Lemak Tepu
• Proses ini dinamakan penghidrogenan.
• Kaedah: Gas hidrogen (H₂) disalurkan ke dalam minyak panas dengan kehadiran nikel (Ni) sebagai mangkin.
• Tindak Balas: Ikatan ganda dua pada rantai karbon “terbuka” dan atom hidrogen ditambah. Ini meningkatkan jisim molekul, takat lebur, dan takat didih, menukar minyak (cecair) kepada lemak (pepejal) seperti dalam penghasilan marjerin.
Kegunaan Minyak dan Lemak
• Sumber Nutrisi: Membekalkan tenaga dan membantu penyerapan vitamin A, D, E, dan K.
• Bahan Api Bio: Menghasilkan biodiesel.
• Sabun dan Penjagaan Diri: Bahan utama dalam penghasilan sabun dan pelembap kulit.
• Makanan Haiwan: Melengkapkan keperluan nutrisi ternakan.
5.2 Bahan Pencuci
Bahan pencuci secara amnya merujuk kepada sabun dan detergen.
Sabun
• Definisi: Garam natrium atau kalium bagi asid lemak (asid karboksilik berantai panjang).
• Formula Am: RCOO⁻Na⁺ atau RCOO⁻K⁺.
• Sumber: Ester semula jadi dalam lemak haiwan atau minyak sayuran.
• Penyediaan (Saponifikasi): Proses hidrolisis minyak atau lemak oleh alkali pekat (cth., natrium hidroksida, NaOH) untuk menghasilkan sabun dan gliserol.
◦ Persamaan Am: Minyak/Lemak + Alkali Pekat → Sabun + Gliserol
Detergen
• Definisi: Bahan pencuci bukan sabun; garam natrium bagi asid sulfonik (asid alkil sulfonik atau asid alkilbenzena sulfonik).
• Sumber: Bahan sintetik seperti pecahan petroleum.
• Penyediaan:
1. Pensulfonan: Alkohol rantai panjang atau alkilbenzena ditindakbalaskan dengan asid sulfurik pekat (H₂SO₄).
2. Peneutralan: Hasil pensulfonan dineutralkan dengan natrium hidroksida (NaOH) untuk menghasilkan detergen.
Tindakan Pencucian
Molekul sabun dan detergen mempunyai dua bahagian:
• Bahagian Kepala (Hidrofilik): Larut dalam air.
• Bahagian Ekor (Hidrofobik): Larut dalam minyak atau gris.
Apabila dilarutkan dalam air, bahagian hidrofobik akan melarut dalam kotoran bergris pada kain, manakala bahagian hidrofilik akan mengelilingi gris tersebut dan larut dalam air. Pergerakan air semasa mengocok menanggalkan gris daripada kain dalam bentuk titisan kecil yang terampai di dalam air (membentuk emulsi).
Perbandingan Keberkesanan Sabun dan Detergen
| Aspek | Sabun | Detergen |
| Dalam Air Lembut | Berkesan | Berkesan |
| Dalam Air Liat | Kurang berkesan. Membentuk kekat (garam tak larut) dengan ion Ca²⁺ dan Mg²⁺. | Lebih berkesan. Membentuk garam yang larut di dalam air. |
| Dalam Air Berasid | Tidak berkesan. Membentuk asid organik yang tidak larut. | Berkesan. Membentuk asid organik yang larut. |
Bahan Tambah dalam Detergen
| Bahan Tambah | Fungsi | Contoh |
| Enzim Biologi | Menanggalkan kotoran berprotein. | Amilase, protease |
| Agen Pemutih | Menukar kotoran kepada bahan tanpa warna. | Natrium perborat |
| Pemutih Optik | Menjadikan kain lebih putih dan cerah. | Pewarna pendafluor |
| Pelembut Air/Pembina | Meningkatkan keberkesanan dengan melembutkan air. | Natrium tripolifosfat |
| Agen Pengawal Buih | Mengawal pembuihan. | Alkil monoetanolamida |
| Agen Antienapan | Menghalang kotoran melekat semula. | Natrium karboksilmetilselulosa |
| Bahan Pewangi | Menambahkan kewangian. | Melur, lavender |
| Agen Pengering | Memastikan serbuk detergen sentiasa kering. | Natrium sulfat |
5.3 Bahan Tambah Makanan
Bahan tambah makanan ialah bahan semula jadi atau sintetik yang ditambah pada makanan untuk menghalang kerosakan atau memperbaik rupa bentuk, rasa, atau tekstur.
| Jenis | Fungsi Utama | Contoh |
| Pengawet | Melambatkan pertumbuhan mikroorganisma. | Asid benzoik, natrium benzoat, sulfur dioksida, garam, gula. |
| Pengantioksida | Melambatkan pengoksidaan lemak. | Asid askorbik (Vitamin C), asid sitrik. |
| Perisa | Menambah atau menggantikan rasa dan bau. | Mononatrium glutamat (MSG), aspartam, ester. |
| Penstabil | Memberikan tekstur yang seragam dan licin. | Pektin, agar-agar. |
| Pengemulsi | Membaurkan dua cecair yang tidak bercampur. | Lesitin, monogliserida. |
| Pemekat | Memekatkan cecair. | Kanji, gelatin, gam xanthan. |
| Pewarna | Menambah atau mengembalikan warna. | Sebatian azo, karamel. |
Kewajaran Penggunaan
• Kebaikan: Makanan kekal segar lebih lama, kelihatan lebih menarik, rasa lebih sedap, dan buah-buahan bermusim dapat dinikmati sepanjang tahun.
• Kesan Buruk (Berlebihan): Boleh menyebabkan alahan, asma, hiperaktif, gangguan saraf, dan kanser.
5.4 Ubat-ubatan dan Bahan Kosmetik
Ubat-ubatan
• Ubat Tradisional: Diperoleh daripada tumbuhan herba atau haiwan tanpa pemprosesan kimia.
◦ Halia: Menyingkirkan angin, mencegah selesema.
◦ Ginseng: Membina pertahanan badan, merendahkan tekanan darah.
◦ Lidah Buaya: Merawat penyakit kulit, melegakan luka.
◦ Asam Jawa: Melegakan batuk, mencerahkan kulit.
• Ubat Moden: Dihasilkan melalui teknologi baharu, berasal daripada tumbuhan, mikroorganisma, atau sintetik.
| Jenis Ubat Moden | Fungsi | Contoh | Kesan Sampingan (jika berlebihan/salah guna) |
| Analgesik | Melegakan kesakitan. | Aspirin, Parasetamol, Kodeina | Aspirin: Ulser perut. Parasetamol: Kerosakan hati. Kodeina: Mengantuk. |
| Antimikrob | Membunuh atau merencatkan mikroorganisma. | Antibiotik (Penisilin), Antiseptik (Iodin), Disinfektan (Alkohol) | Alahan, rintangan antibiotik jika tidak dihabiskan. |
| Ubat Psikotik | Merawat gejala penyakit mental (psikosis). | Haloperidol, Klorpromazin | Pergerakan badan tidak normal, kejang. |
| Antialergi | Melegakan hidung berair dan kegatalan. | Antihistamin | Mengantuk, mulut kering. |
| Kortikosteroid | Memberi kelegaan bagi kawasan radang. | Prednisolone | Muka sembap, tekanan darah tinggi, kandungan gula darah meningkat. |
Bahan Kosmetik
• Definisi: Bahan atau produk yang digunakan secara luaran untuk membersih, melindungi, atau mencantikkan penampilan.
• Jenis-jenis Kosmetik:
1. Kosmetik Rias: Mencantikkan wajah (cth., gincu, bedak, maskara).
2. Kosmetik Perawatan: Rawatan tubuh (cth., krim, pelembap).
3. Pewangi: Memberikan haruman (cth., deodoran, minyak wangi).
• Bahan Kimia Terlarang:
◦ Merkuri: Boleh menyebabkan kulit merengsa, kerosakan buah pinggang dan sistem saraf.
◦ Hidrokuinon: Menjadikan kulit hipersensitif dan terdedah kepada sinar UV.
◦ Tretinoin: Menyebabkan kulit kemerahanan dan mengelupas.
5.5 Aplikasi Nanoteknologi dalam Industri
• Nanosains: Kajian pengolahan bahan pada skala nano (1 nm hingga 100 nm).
• Nanoteknologi: Pembangunan bahan atau peranti dengan memanfaatkan ciri-ciri zarah nano.
Aplikasi Nanoteknologi
| Bidang | Aplikasi |
| Semikonduktor & Elektronik | Semikonduktor yang lebih kecil dan efisien. |
| Tenaga & Elektrik | Sel solar dan bateri yang lebih efisien dan tahan lama. |
| Perubatan | Sistem penyampaian ubat yang lebih berkesan. |
| Pertanian | Racun perosak dan pembajaan yang lebih efektif. |
| Tekstil | Fabrik kalis air, api, kotoran, dan pelindung sinar UV. |
| Makanan | Pembungkus makanan antimikrob. |
Grafen
• Definisi: Salah satu alotrop karbon, terdiri daripada helaian atom karbon setebal satu atom.
• Sifat Fizik: Sangat kuat dan keras, lutsinar, pengalir haba dan elektrik yang baik, kenyal, tidak telap.
• Sifat Kimia: Alotrop karbon yang paling reaktif.
• Kegunaan: Sensor, kejuruteraan tisu, bateri, membran penurasan air, bahan komposit polimer.
5.6 Aplikasi Teknologi Hijau
• Definisi: Teknologi atau aplikasi yang dibangunkan untuk mengurangkan impak aktiviti manusia terhadap alam sekitar.
Aplikasi dalam Pengurusan Sisa dan Air Sisa
• Pengurusan Sisa Pepejal: Merangkumi peringkat pengumpulan, pengasingan, kitar semula, pengkomposan, penunuan, dan pelupusan sisa.
• Pengurusan Air Sisa:
◦ Air sisa industri mungkin mengandungi bahan kimia berbahaya seperti toluena dan logam berat (merkuri, plumbum) yang sukar terurai.
◦ Kaedah Olahan Larutlesapan (Proses Elektro-penggumpalan):
1. Air sisa bertindak sebagai elektrolit. Elektrod karbon atau kuprum digunakan.
2. Bahan pencemar membentuk gumpalan (flok).
3. Gumpalan ini diasingkan sebagai enapcemar.
4. Enapcemar yang dirawat boleh digunakan sebagai baja.
5. Air yang telah diolah (efluen) boleh diguna semula untuk pengairan atau disingkirkan dengan selamat.
Kepentingan Teknologi Hijau
• Memperlahan pemanasan global.
• Menghasilkan sumber tenaga yang lebih bersih.
• Meningkatkan kualiti hidup.
• Memacu inovasi baharu.
• Pengurusan sisa buangan yang lebih berkesan.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Air Liat | Air yang mengandungi ion kalsium, Ca²⁺ dan ion magnesium, Mg²⁺. |
| Air Sisa | Bahan buangan berbentuk cecair yang boleh terdiri dari sisa manusia, sisa makanan, minyak dan bahan kimia. |
| Analgesik | Ubat yang berfungsi untuk melegakan sakit dalam keadaan sedar (cth., aspirin, parasetamol). |
| Detergen | Garam natrium bagi asid sulfonik yang merupakan bahan pencuci bukan sabun. |
| Efluen | Bahan buangan dalam bentuk cecair yang dialirkan ke dalam sistem perparitan atau sumber air. |
| Enapcemar | Bahan pepejal yang terhasil dan terkumpul daripada proses rawatan air sisa. |
| Grafen | Salah satu alotrop karbon yang terdiri daripada helaian atom karbon tunggal yang tersusun dalam corak heksagon. |
| Kekat | Garam tak larut yang terbentuk apabila anion sabun bergabung dengan ion kalsium atau magnesium dalam air liat. |
| Larutlesapan | Cecair tercemar yang terhasil daripada penelusan air melalui bahan buangan pepejal. |
| Lemak Tepu | Lemak yang mengandungi asid lemak tepu, yang hanya mempunyai ikatan tunggal dalam rantai karbon. |
| Lemak Tak Tepu | Lemak yang mengandungi asid lemak tak tepu, yang mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua dalam rantai karbon. |
| Nanoteknologi | Pembangunan bahan atau peranti dengan memanfaatkan ciri-ciri zarah nano (bersaiz antara 1 hingga 100 nanometer). |
| Pengawet | Bahan tambah makanan yang menghalang atau melambatkan pertumbuhan bakteria atau kulat. |
| Pengemulsi | Bahan tambah makanan yang membaurkan dua cecair yang tidak bercampur untuk membentuk emulsi. |
| Penghidrogenan | Proses penambahan atom hidrogen kepada ikatan ganda dua dalam lemak tak tepu untuk menukarkannya kepada lemak tepu. |
| Pensulfonan | Peringkat pertama dalam penyediaan detergen, di mana sebatian organik (alkohol atau alkilbenzena) bertindak balas dengan asid sulfurik. |
| Sabun | Garam natrium atau kalium bagi asid lemak. |
| Saponifikasi | Proses hidrolisis minyak atau lemak oleh alkali untuk menghasilkan sabun dan gliserol. |
| Teknologi Hijau | Teknologi atau aplikasi yang dibangunkan untuk mengurangkan impak aktiviti manusia terhadap alam sekitar. |
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 |