NOTA SAINS BAB 5 TINGKATAN 5

Ringkasan (Nota Sains Bab 5 Tingkatan 5: SEBATIAN KARBON)

Dokumen ini meneroka dunia sebatian karbon, bermula dengan pengelasan asasnya kepada sebatian organik, yang berasal daripada benda hidup (contohnya, petroleum, sutera), dan sebatian bukan organik daripada benda bukan hidup (contohnya, batu kapur, karbon dioksida). Tumpuan utama diberikan kepada Kitar Karbon, satu proses penting yang mengitar semula unsur karbon melalui proses seperti respirasi, pembakaran, penguraian, dan fotosintesis, yang penting untuk mengekalkan keseimbangan ekosistem.

Hidrokarbon, sebatian organik yang hanya terdiri daripada karbon dan hidrogen, dibincangkan secara terperinci. Ia terbentuk daripada sisa hidupan purba melalui proses geologi selama berjuta-juta tahun, menghasilkan bahan api fosil seperti petroleum, gas asli, dan arang batu. Hidrokarbon dikelaskan kepada dua jenis utama:

1. Hidrokarbon Tepu (Alkana): Mempunyai ikatan kovalen tunggal antara atom karbon (C-C) dan diwakili oleh formula am CnH2n+2.

2. Hidrokarbon Tak Tepu (Alkena): Mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan kovalen ganda dua antara atom karbon (C=C) dan diwakili oleh formula am CnH2n.

Memandangkan bahan api fosil adalah sumber tenaga tidak boleh baharu, kepentingan sumber tenaga alternatif dan boleh baharu seperti tenaga solar, angin, hidro, dan biojisim turut ditekankan.

Sebatian karbon penting lain termasuk alkohol dan lemak. Alkohol, yang mengandungi karbon, hidrogen, dan oksigen, dihasilkan melalui proses penapaian glukosa atau kanji oleh yis. Ia mempunyai pelbagai kegunaan dalam bidang perubatan (antiseptik), industri (pelarut), kosmetik, dan sebagai bahan api. Walau bagaimanapun, pengambilan alkohol secara berlebihan membawa kesan buruk yang serius terhadap kesihatan, seperti kerosakan hati (sirosis), kerosakan otak, dan sindrom fetal alkohol pada bayi.

Lemak juga merupakan sebatian organik yang terdiri daripada karbon, hidrogen, dan oksigen. Ia dibahagikan kepada lemak tepu (lazimnya daripada haiwan, pepejal pada suhu bilik) dan lemak tak tepu (lazimnya daripada tumbuhan, cecair pada suhu bilik). Pengambilan lemak tepu yang berlebihan boleh meningkatkan aras kolesterol, yang membawa kepada masalah kesihatan seperti aterosklerosis (penyempitan arteri), batu karang hempedu, dan penyakit jantung.

Fokus khas diberikan kepada minyak sawit, komoditi penting bagi Malaysia. Proses pengekstrakan minyak sawit (PO) dan minyak isirung sawit (PKO) dihuraikan. Minyak sawit kaya dengan nutrien seperti Vitamin E dan A serta mempunyai kandungan lemak tepu dan tak tepu yang seimbang. Ia digunakan secara meluas dalam makanan dan produk bukan makanan seperti sabun dan kosmetik. Industri kelapa sawit moden menekankan pengurusan lestari dan konsep sifar sisa (zero waste), di mana setiap bahagian sisa kelapa sawit seperti tandan kosong, sabut, dan POME ditukar menjadi produk berguna seperti baja, biogas, dan kompos.

Akhir sekali, struktur dan tindakan pencucian sabun dijelaskan. Molekul sabun mempunyai ‘kepala’ hidrofilik (larut dalam air) dan ‘ekor’ hidrofobik (larut dalam gris). Ciri dwi ini membolehkan sabun mengemulsikan kotoran bergris, menanggalkannya daripada permukaan kain dan membersihkannya.

Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)

1. Soalan: Kitar karbon adalah penting untuk mengekalkan kehidupan di Bumi. Jelaskan bagaimana dua proses yang berbeza, iaitu fotosintesis dan pembakaran bahan api fosil, memberikan kesan yang bertentangan terhadap kandungan karbon dioksida dalam atmosfera.

Jawapan: Fotosintesis dan pembakaran bahan api fosil mempunyai kesan yang bertentangan terhadap kepekatan karbon dioksida di atmosfera.

• Fotosintesis adalah proses di mana tumbuhan hijau menyerap karbon dioksida daripada udara untuk menghasilkan makanan. Proses ini secara efektif menyingkirkan karbon dioksida berlebihan daripada atmosfera, membantu mengekalkan kandungannya pada tahap yang stabil dan membekalkan oksigen.

• Pembakaran bahan api fosil seperti petroleum dan arang batu pula membebaskan sejumlah besar karbon dioksida yang telah tersimpan selama berjuta-juta tahun ke dalam atmosfera. Aktiviti ini meningkatkan kandungan karbon dioksida, yang boleh mengganggu keseimbangan kitar karbon semula jadi. Secara kesimpulannya, fotosintesis bertindak sebagai “penyerap” karbon dioksida manakala pembakaran bahan api fosil bertindak sebagai “pembebas” karbon dioksida, dan gangguan pada keseimbangan kedua-dua proses ini boleh memberi impak besar kepada persekitaran.

2. Soalan: Industri kelapa sawit sering dikritik kerana dikatakan menyumbang kepada penebangan hutan. Berdasarkan konsep “sifar sisa” yang diterangkan dalam teks, bina hujah untuk menunjukkan bagaimana amalan lestari dalam industri ini boleh mengurangkan impak negatif terhadap alam sekitar.

Jawapan: Walaupun penanaman kelapa sawit boleh dikaitkan dengan penebangan hutan, industri moden telah menerapkan amalan lestari, terutamanya konsep “sifar sisa”, untuk mengurangkan impak alam sekitar. Hujahannya adalah seperti berikut: Konsep “sifar sisa” memastikan tiada sisa daripada pemprosesan kelapa sawit dibuang begitu sahaja. Setiap sisa diubah menjadi produk yang bernilai. Contohnya:

• Tandan kosong dijadikan kompos atau baja organik, mengembalikan nutrien ke dalam tanah dan mengurangkan keperluan baja kimia.

• Sabut dan tempurung yang merupakan sisa pepejal dibakar sebagai bahan api biojisim untuk menjana stim dan elektrik bagi kilang, mengurangkan pergantungan kepada bahan api fosil.

• Sisa cecair (POME) dirawat untuk menghasilkan biogas (sumber tenaga boleh baharu) dan dijadikan baja.

• Batang pokok yang tua semasa penanaman semula digunakan sebagai bahan gantian kayu. Dengan mengitar semula semua sisa menjadi produk berguna dan sumber tenaga, industri kelapa sawit yang lestari dapat meminimumkan pencemaran, mengurangkan pelepasan gas rumah hijau, dan beroperasi dengan lebih cekap, sekali gus menunjukkan komitmennya terhadap kelestarian alam sekitar.

3. Soalan: Alkohol dan lemak kedua-duanya adalah sebatian karbon organik. Bandingkan dan bezakan kedua-dua sebatian ini dari segi unsur-unsur pembentuknya, sumber semula jadi, dan satu kesan buruk terhadap kesihatan manusia jika diambil secara berlebihan.

Jawapan: Persamaan:

• Kedua-dua alkohol dan lemak adalah sebatian karbon organik yang mengandungi unsur karbon, hidrogen, dan oksigen.

Perbezaan:

4. Soalan: Molekul sabun mempunyai sifat unik yang membolehkannya membersihkan kotoran bergris. Dengan menggunakan pengetahuan tentang struktur molekul sabun, terangkan mengapa air sahaja tidak berkesan untuk menanggalkan kotoran minyak pada pakaian.

Jawapan: Air sahaja tidak berkesan untuk menanggalkan kotoran minyak kerana molekul air dan molekul minyak tidak boleh bercampur. Molekul minyak bersifat hidrofobik (tidak larut dalam air). Apabila air digunakan untuk mencuci, ia hanya mengalir di atas permukaan minyak tanpa dapat menanggalkannya. Di sinilah peranan sabun penting. Molekul sabun mempunyai dua bahagian:

• Bahagian ‘ekor’ yang hidrofobik: Bahagian ini tidak larut dalam air tetapi boleh melarut dan melekat pada kotoran minyak atau gris.

• Bahagian ‘kepala’ yang hidrofilik: Bahagian ini larut dalam air. Apabila sabun digunakan, bahagian ‘ekor’ akan “mencengkam” kotoran minyak, manakala bahagian ‘kepala’ akan menghala ke arah air. Tindakan menggosok memecahkan minyak kepada titisan kecil yang dikelilingi oleh moleul sabun, membolehkan titisan minyak ini terampai di dalam air dan disingkirkan semasa membilas. Tanpa sabun, tiada “jambatan” antara minyak dan air, menyebabkan kotoran minyak kekal pada pakaian.

5. Soalan: Alkana dan Alkena kedua-duanya tergolong dalam sebatian hidrokarbon. Jika anda diberikan dua sampel hidrokarbon tanpa label, satu alkana dan satu alkena, cadangkan satu ciri kimia yang membezakan kedua-duanya berdasarkan struktur ikatan molekul mereka.

Jawapan: Perbezaan utama antara alkana dan alkena terletak pada jenis ikatan kovalen antara atom karbonnya. Alkana ialah hidrokarbon tepu yang hanya mempunyai ikatan kovalen tunggal (C-C), manakala alkena ialah hidrokarbon tak tepu yang mempunyai sekurang-kurangnya satu ikatan kovalen ganda dua (C=C). Ikatan ganda dua dalam alkena adalah lebih reaktif berbanding ikatan tunggal dalam alkana. Oleh itu, alkena boleh menjalani tindak balas penambahan, manakala alkana tidak boleh. Ciri kimia ini boleh digunakan untuk membezakan kedua-duanya. Walaupun teks tidak menghuraikan tindak balas kimia secara spesifik, perbezaan dalam jenis ikatan (tunggal vs ganda dua) adalah perbezaan asas yang menentukan kereaktifan kimia mereka.