berat molekul primer
Post on 05-Jul-2015
948 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
Latar Belakang
Saat ini telah banyak penggunaan berbagai macam bahan untuk keperluan kesehatan.
Bahan-bahan tersebut dapat berupa bahan yang mudah dicari, digunakan, maupun yang sulit
penggunaannya. Salah satu bahan yang kuat dan cukup elastis adalah polimer, yang bermanfaat
untuk keperluan dalam bidang kesehatan. Salah satu kegunaan polimer dalam kesehatan adalah
pada bidang kedokteran gigi.
Polimer sendiri memiliki ciri-ciri khusus dan sifat-sifat yang dimilikinya yang
membedakannya dengan bahan yang lain.
Namun, tidak mudah dan tidak boleh sembarangan dalam penggunaan polimer. Ada
syarat-syarat dan ketentuan yang harus diperhatikan, diantaranya proses pembentukan polimer
tersebut dan berat molekul polimer yang dapat digunakan.
Untuk itu harus ada perhitungan yang lebih baik untuk mengetahui berat molekul polimer
yang dapat digunakan, yang akan dijelaskan pada makalah ini.
Rumusan Masalah
1. Bagaimanakah proses terbentuknya polimer (polimerisasi)?
2. Bagaimanakah menghitung berat molekul rata-rata polimer?
Tujuan
Dapat mengetahui proses polimerisasi dan menghitung nilai berat molekul polimer serta
pengaruhnya terhadap kualitas bahan.
Manfaat
1. Mengetahui proses polimerisasi suatu polimer
Page 1
2. Mengetahui berat molekul polimer
3. Sebagai indikator proses pembuatan polimer
Batasan Masalah
Kami membatasi makalah kami hanya pada penghitungan nilai berat molekul polimer sebagai
indikator proses pembuatan polimer.
Pembahasan
Page 2
Polimer
Material yang terdapat di alam dapat terbagi menjadi beberapa jenis bergantung pada
molekul pembentuknya. Salah satu diantaranya yaitu molekul makro (makromolekul) yang
terbagi menjadi dua jenis, yaitu :
1. Material biologis (makromolekul alam)
Contoh : karet alam, wool, selulosa, sutera dan asbes
2. Material non biologis (makromolekul sintetik)
Contoh : plastik, serat sintetik, elastomer sintetik
Polimer termasuk dalam kelompok material non biologis (makromolekul sintetik).
Polimer sudah menjadi material yang bermanfaat bagi manusia untuk memenuhi kebutuhan
sehari-hari misalnya pemakaian teflon dan pembuatan plastik. Selain itu polimer juga bermanfaat
dalam bidang medis.
Polimer sendiri tersusun atas satu atau beberapa unit struktural sederhana yang terbentuk
atas beberapa struktur monomer. Unit monomer tersebut berhubungan satu dengan lainnya
sepanjang rantai polimer oleh ikatan kovalen. Molekul polimer disebut dengan molekul makro
karena memiliki berat molekul lebih dari 5000. Dalam beberapa contoh, berat molekul polimer
dapat mencapai 50 juta.
Polimerisasi
Untuk membuat polimer diperlukan sebuah proses yang harus dilakukan. Secara singkat
proses terbentuknya polimer yaitu :
Monomer polimerisasi polimer
Page 3
Proses polimerisasi terbagi menjadi dua, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.
1. Polimerisasi adisi : polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap
diikuti oleh adisi monomer sehingga produk polimer mengandung
semua atom yang ada pada monomer awal.
Contoh polimerisasi adisi adalah sebagai berikut :
Etilena Polietilena
2. Polimerisasi kondensasi : polimerisasi yang disertai dengan pembentukan molekul kecil
(H2O, NH3).
Contoh polimerisasi kondensasi adalah sebagai berikut :
Derajat Polimerisasi
Derajat polimerisasi adalah nomor unit dari suatu monomer yang bergabung dengan
rantai polimer selama masa rantai tersebut masih ada. Pada polimerisasi terdapat transfer reaksi
yang berpengaruh terhadap temperatur (derajat polimerisasi) polimer dan berat molekulnya. Jika
transfer reaksi terkontrol dengan baik maka akan ditemukan pemotongan berat molekul suatu
polimer dan adanya peningkatan temperatur.
Page 4
Faktor yang mempengaruhi transfer reaksi polimer salah satunya karena lebih tingginya
aktivitas energy pada transfer reaksi menyebabkan lamanya penggabungan rata-rata transfer
yang akan digunakan dalam penambahan monomer, sehingga mempengaruhi berat molekul.
Berat Molekul Polimer
Polimer sebagai salah satu bahan yang dapat digunakan pada aplikasi medis memiliki
sifat khas tertentu, salah satunya yaitu memiliki berat molekul (BM). Berat Molekul polimer
nantinya digunakan untuk indikator pembuatan polimer agar terbentuk polimer yang sempurna.
Selain itu berat molekul polimer juga berguna untuk mengetahui ketahanan produk polimer yang
dibuat, sehingga tidak asal dalam pembuatannya.
Polimer memiliki distribusi panjang rantai (ribuan) yang masing-masing memiliki berat
molekul dalam rentang nilai tertentu. Rentang nilai tersebut biasanya bervariasi yang
menunjukkan adanya distribusi berat molekul polimer.
Berat molekul merupakan variabel yang penting sebab berhubungan langsung dengan
sifat kimia polimer. Umumnya polimer dengan berat molekul tinggi mempunyai sifat yang lebih
kuat. Berat molekul polimer ditentukan dari jumlah monomer pembentuknya dan merupakan
hasil kali derajat polimerisasi dengan berat molekul monomer.
Polimer sendiri biasa disebut juga polidispersi. Polidispersi adalah banyaknya hamburan
yang artinya satu molekul yang dibentuk dari molekul yang sama tetapi berat molekul tidak
sama. Nilai berat molekul suatu polimer bergantung pada besarnya ukuran yang digunakan
dalam metode pengukurannya.
Metode Pengukuran
Page 5
Ada beberapa metode pengukuran yang digunakan untuk menentukan berat molekul
suatu polimer, dalam hal ini adalah berat molekul rata-rata jumlah dan berat molekul rata-rata
berat.
Sebelum mencari nilai rata-ratanya, terlebih dahulu mencari berat total dari suatu polimer
yang dirumuskan sebagai berikut :
W : Jumlah berat dari setiap bagian molekul polimer
N : Jumlah mol
M : Berat molekul
Dari rumus diatas dapat dicari berat molekul rata-rata suatu polimer.
Berat Molekul Rata-rata Jumlah
Berat molekul rata – rata jumlah ( Mn), adalah bilangan atau ukuran jumlah molekul
dari setiap berat polimer yang diperoleh dari perhitungan bilangan atau jumlah molekul dari
setiap berat dalam polimer yang bersangkutan. Berat total suatu contoh polimer adalah jumlah
berat dari setiap jenis molekul yang ada.
Dalam pengukuran berat molekul rata –rata jumlah semua molekul yang terdispersi
dianggap memiliki berat yang sama pada suatu rantai polimer, namun antara rantai polimer yang
satu dengan rantai polimer yang lain memiliki jumlah molekul yang berbeda sesuai dengan
derajat polimerisasi dari suatu proses polimer.
Secara matematis dapat ditulis:
Page 6
Dimana Mn = berat polimer per mol
Berat Molekul Rata-rata Berat
Berat molekul rata – rata berat (Mw) adalah suatu parameter penentuan berat molekul
polimer dimana nilainya dihitung berdasarkan pada massa dan polarisibilitas jenis polimer yang
ada. Polimer dengan massa yang lebih besar maka kontribusinya ke pengukuran menjadi lebih
besar.
Pada perhitungan Mw tiap molekul memiliki kontribusi masing-masing karena
diperoleh dari akar nilai massa. Metode ini menjumlahkan fraksi berat masing – masing jenis
dikalikan jumlah molekulnya. Nilai ini dikenal dengan berat molekul rata-rata berat (Mw) yang
secara matematis dirumuskan sebagai berikut :
Polimer terdiri dari berbagai macam jenis, dan masing-masing jenis polimer tersebut tentunya
memiliki berat molekul yang berbeda-beda.
Page 7
Contoh soal :
1. Suatu sampel polimer yang terdiri dari 3 mol dengan berat molekul 20.000 dan 2 mol
dengan berat molekul 70.000, hitunglah nilai dari:
a. Berat molekul rata - rata jumlah dan
b. Berat molekul rata - rata berat
2. Suatu sampel polimer yang terdiri atas 9 mol dengan berat molekul 30.000 dan 5 mol
dengan berat molekul 50.000. Hitunglah :
a. Berat molekul rata – rata jumlah
b. Berat molekul rata-rata berat
Page 8
Berdasarkan dua contoh soal diatas, nilai Mw selalu lebih besar dari Mn. Hal ini karena
setiap molekul mempunyai kontribusi yang sama berapapun beratnya sedangkan pada metode
hamburan cahaya., molekul besar mempunyai kontribusi yang besar pula karena
menghamburkan cahaya lebih efektif.
Jika molekul – molekul polimer terdispersi dalam ruang luas, maka masing – masing
molekul dalam satu rantai polimer memiliki bobot yang berbeda semakin banyak, namun
jumlahnya sama sehingga menyebabkan Mw dalam suatu sampel lebih besar dari Mn . Atau
dengan kata lain sistem yang memiliki suatu daerah berat molekul dikatakan sebagai
polidispersi (Mw> Mn ).
Jika berat masing – masing berat molekul yang terdispersi dalam suatu sistem adalah
sama, maka Mw = Mn , disebut sistim monodispersi.
Untuk menghitung nilai Mn dan Mw dapat dilakukan dengan berbagai metode
pengukuran, dimana masing-masing memiliki metode yang berbeda-beda. Metode-metode
tersebut yaitu:
1. Berat Molekul Rata-rata Jumlah (Mn)
a. Osmometri
b. Analisis Gugus Ujung
2. Berat Molekul Rata-rata Berat (Mw)
a. Hamburan Cahaya
b. Ultrasentrifugasi
c. Viskositas
Page 9
Berat Molekul Rata-rata Jumlah
Osmometri
Metode ini didasarkan pada prinsip osmosis. Osmosis dapat dikatakan sebagai pelewatan
pelarut melalui selaput aldatiris atau membrane semipermiabel dan pelarut murni ke dalam
larutan atau larutan encer ke larutan yang lebih pekat. Caranya, pelarut akan dipisahkan dari
larutan polimer dengan menggunakan suatu penghalang, sehingga hanya pelarut saja yang dapat
lewat sedangkan zat terlarut tertahan didalam penghalang yang dilengkapi dengan membran
semipermiabel.
Prinsip Kerja Osmometer
Tekanan osmotik merupakan sifat koligatif yang bergantung kepada jumlah partikel
terlarut yang ada, maka osmometri menghasilkan harga rata-rata berat molekul. Tekanan osmotik
(P) suatu larutan adalah tekanan luar yang harus digunakan untuk mencegah lewatnya pelarut
berlebih melalui selaput ardatiris ke dalam larutan.
Page 10
Selaput ardatiris hanya dapat melewatkan pelarut sedangkan zat terlarut tidak dapat
tembus. Berikut adalah gambar dari sebuah osmometri :
Osmometri
Mula-mula tinggi larutan pelarut sama, setelah dibiarkan beberapa saat osmosis terjadi
ketika pelarut pindah ke larutan melalui membrane semipermiabel, sehingga tinggi larutan naik,
tetapi pada suatu saat kenaikan berhenti karena sistem mengalami keseimbangan.
Pada keadaan ini selisih ketinggian pelarut dan larutan ialah massa molekul relatif
polimer yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :
: Tekanan Osmosis
C’ : Konsentrasi Larutan
Page 11
R : Tetapan gas ideal 0,082 L atm mol-1K-1 = 8,314 Jmol-1K-1
T : Suhu (°Kelvin)
B : Koefisien Visial
M : Massa Molekul relative polimer
Kelemahan metode osmometri ialah ada beberapa jenis polimer yang tidak ikut terukur,
yakni jenis yang memiliki berat molekul yang rendah, dikarenakan polimer dengan berat
molekul rendah tersebut akan terdifusi melewati membran. Akibatnya, jumlah berat molekul rata
- rata jumlah yang terukur bukan menyatakan harga keseluruhan dari berat molekul polimer
sampel. Kelemahan lain dari metode ini adalah sulit untuk memilih selaput yang cocok, dan
harga osmometer yang mahal.
Analisis Gugus Ujung
Jika suatu polimer diketahui mengandung jumlah tertentu gugus ujung per molekulnya.
Maka jumlah gugus itu dapat ditentukan dalam sejumlah massa polimer dengan metode analisis.
Dari informasi ini massa satu mol polimer dapat ditentukan dan berat molekul rata-rata polimer
juga dapat ditentukan.
Prinsip analisis gugus ujung ialah memanfaatkan gugus - gugus ujung dari polimer, yang
umumnya berupa gugus - gugus fungsi. Analisis gugus ujung merupakan teknik analisis polimer
untuk mengetahui massa molekul satu sampel atau sistem dengan menghitung jumlah rantainya.
Jumlah rantai tersebut adalah hal yang penting, karena itu terdapat beberapa kekurangan
dari metode ini, diantaranya : tidak baik digunakan untuk polimer yang tidak linier dan cabang
yang jumlah cabangnya harus diketahui jumlahnya; harus diketahui dengan pasti mekanisme
polimerisasi yang terjadi; tidak efektif digunakan untuk yang memiliki dua gugus ujung atau
lebih untuk satu polimer, karena yang terukur hanya satu gugus ujung saja dan untuk beberapa
gugus ujung yang berbeda dalam satu rantai polimer, hanya terhitung satu gugus ujung saja,
Page 12
sedangkan gugus ujung yang lain tidak terhitung serta hanya efektif untuk mengukur polimer -
polimer yang memiliki berat molekul 5000 - 10000.
Rumus yang digunakan untuk menentukan berat molekul dari analisis gugus ujung ini adalah :
Berat molekul = 1 / mol polimer per gram
Contoh soal :
Andaikan 1 gram poliester yang diambil mengandung 1 gugus –COOH per molekul
polimer. Jika CM2 larutan baku natrium hidroksida 0,01 mol dm3 diperlukan untuk
menetralkan sampel tersebut. Berapa massa molekul relatif poliester tersebut?
Mol NaOH yang dipakai
Maka jumlah mol gugus –COOH = 10-4, karena tiap molekul polimer mengandung 1
gugus –COOH, jumlah mol polimer yang ada = 10-4 mol. Berat 10-4 mol polimer tersebut
adalah 1 gram. Maka 1 mol polimer beratnya 1/10-4 gram = 104 gram. Dengan demikian
massa molekul polimer = 10.000.
Berat Molekul Rata-rata Berat
Page 13
Hamburan Cahaya
Hamburan cahaya (light scatering) adalah metode analisis polimer untuk menentukan
berat molekul satu contoh dengan melihat jumlah cahaya yang dihamburkan oleh partikel –
partikel dalam larutan. Prinsip kerjanya didasarkan pada fakta bahwa cahaya, ketika melewati
suatu pelarut atau larutan melepaskan energi yang diakibatkan oleh absorbsi, konversi ke panas
dan hamburan.
Jika seberkas sinar ditembuskan kedalam cairan yang tak menyerap sinar, maka sebagian
sinar dihamburkan. Jika cairan pelarut dibuat tak homogen oleh penambahan molekul nisbi maka
hamburan tambahan akan terjadi. Peningkatan hamburan dapat dihubungkan dengan konsentrasi
larutan dan massa molekul nisbi zat terlarut, dibuat dalam persamaan
Debye:
Skema alat yang digunakan pada metode ini dapat dilihat pada gambar di bawah :
Page 14
Sinar lampu uap raksa A ditembuskan melalui filter pemonokromatis B, lalu memasuki
sel kaca C yang berisi larutan polimer. Sinar yang dilewatkan diserap dalam penangkap sinar D,
intensitas sinar hamburan diukur dengan membiarkan jatuh pada photo – multiplier E yang
dipasang pada lengan yang dapat bergerak sehingga sinar hamburan dapat dibuat pada berbagai
berkas datang. Multiplier lalu diukur dengan galvanometer. Hamburan sinar dapat dipakai untuk
menentukan massa molekul polimer > 1.000.000.
Kelemahan dari metode ini adalah mahalnya alat dan kerumitan metode secara
keseluruhan. Kelebihannya yaitu metode ini adalah cara yang berguna dan luwes serta dapat
digunakan untuk rentang berat molekul yang cukup lebar (bahkan sampai lebih dari satu juta).
Untuk lebih jelasnya mengenai metode ini dalam mencari nilai Mw, dapat digunakan plot
Zimm yang terlihat pada gambar berikut :
Page 15
Ultrasentrifugasi
Ultrasentrifugasi merupakan metode penentuan bobot molekul dengan cara melibatkan
pemutaran larutan polimer pada kecepatan tertentu. Metode ini lebih banyak dipakai untuk
menentukan berat molekul polimer alam seperti protein.
Tekniknya didasarkan pada prinsip bahwa molekul – molekul di bawah pengaruh medan
sentrifugal yang kuat, mendistribusi diri menurut besarnya secara tegak lurus terhadap sumbu
putar, suatu proses yang disebut sedimentasi dan lajunya proposional dengan massa molekul.
Proses sedimentasi sendiri terbagi menjadi dua untuk dapat menentukan nilai Mw, yaitu :
Page 16
1. Kesetimbangan sedimentasi
Kesetimbangan sedimentasi dilakukan dengan pemutaran terhadap larutan polimer
dengan kecepatan rendah dalam waktu tertentu sampai tercapai kesetimbangan antara
sedimentasi dan difusi. Berat molekul rata - rata berat dirumuskan sebagai berikut:
C1 dan C2 : konsentrasi
r1 dan r2 : jarak dari pusat rotasi ke titik pengamatan didalam sel
v : volume spesifik polimer
massa jenis larutan
: kecepatan sudut rotasi
2. Kecepatan Sedimentasi
Metode ini dilakukan dengan menggunakan kecepatan tinggi (70000 rpm) untuk
menghasilkan sedimentasi. Besarnya sedimentasi diukur dengan menggunakan laju sedimentasi.
Laju sedimentasi (s) adalah tetapan sedimentasi yang dihubungkan dengan massa partikel.
Besarnya laju sedimentasi (s) dirumuskan:
Nilai Mw dapat dihitung, yaitu :
Page 17
Dimana D adalah besarnya koefisien difusi yang didapat dari :
Sentrifugasi dilakukan dalam suatu lubang terbuka dalam satu rangkaian sel dalam rotor,
kedudukannya diberi jendela – jendela sedemikian dan bisa dipakai untuk mengamati perubahan
konsentrasi dalam larutan polimer. Komponen – komponen dasar ultrasentrifugal sebagai
berikut:
Viskositas
Page 18
Untuk mendapatkan nilai rata-rata molekul polimer dengan metode ini yaitu dengan
membandingkan antara viskositas larutan polimer terhadap viskositas pelarut murni. Viskositas
sendiri menyatakan kekentalan dari suatu larutan polimer. Alat yang digunakan adalah
viscometer Ostwald.
Prinsip kerjanya adalah pengukuran waktu yang diperlukan pelarut atau larutan polimer
untuk mengalir diantara 2 tanda x dan y. Volume cair harus tetap karena ketika cairan mengalir
kebawah melalui pipa kapiler A, cairan harus mendorong cairan naik ke B. Akibatnya volume
cairan berbeda masuk percobaan, maka cairan yang didorong menaiki tabung B akan berubah
pula.
Dasar teori Viskositas yang digunakan untuk massa molekul polimer ialah jika viskositas
larutan polimer adalah dan viskositas pelarut murni ialah o maka viskositas jenis SP.
Persamaannya :
Persamaan ini menggambarkan peningkatan viskositas yang disebabkan oleh polimer. C
adalah konsentrasi larutan polimer. Harga SP disebut viskositas tereduksi dan diberi lambang
[ ] untuk pelarutan terbatas. Rumusnya :
Page 19
Karena massa jenis berbagai larutan yang dipakai hampir sama dengan massa jenis
pelarut maka dapat diandaikan viskositas tiap larutan hasil pengenceran berbanding lurus dengan
waktu alirnya dan pesamaannya adalah:
Jika dihitung harga h SP dan h SP/c kemudian diekstrapolasi ke konsentrasi awal (Co)
akan menghasilkan harga [h ].
Dengan demikian dapat dihitung massa molekul polimer dengan persamaan :
M = Massa molekul rata-rata polimer
K dan a untuk beberapa pelarut dan polimer tertentu yang nilainya diketahui
Kelebihan metode viskometri daripada metode lain adalah lebih cepat dan mudah, alatnya
murah dan perhitungannya lebih sederhana dan kekurangan dari metode viskometri adalah bukan
metode mutlak.
Kesimpulan
Page 20
Jadi proses polimerisasi dan menghitung nilai berat molekul polimer dapat
mempengaruhi terhadap kualitas bahan.
Berat molekul merupakan variabel yang penting sebab berhubungan langsung dengan
sifat kimia polimer
Untuk mengukur berat molekul dapat digunakan dengan beberapa metode pengukuran
yaitu sebagai berikut :
I. Osmometri II. Analisis gugus ujung
III. Hamburan cahayaIV. Ultrasentrifugasi V. Viskositas
Page 21
top related