berat molekul polimer

Penentuan berat molekul Polimer September 19, 2014

M.1. PENENTUAN BERAT MOLEKUL (Mn) POLIMERDENGAN METODE VISKOSITAS

Vina Puji Lestari1, Arintya Wahyuningtyas1, Illiyin Faradhisa1, Yulia Puspa Dewi1,Debbie Lusiana1, Inganatul Islamiyah1, Dewi Puji Lestari1

1Laboratorium Fisika Material , Departement Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga Jalan Mulyorejo,

Surabayaemail: [email protected]

AbstrakBerat molekul merupakan variabel yang penting dalam dunia material karena berhubungan langsung dengan sifat kimia dari polimer. Sehubungan dengan hal ini,maka tujuan dari eksperimen ini adalah untuk menentukan berat molekul (Mn) pada suatu polimer dan pada umumnya,polimer dengan berat molekul tinggi memiliki sifat yang lebih kuat dengan viskositas yang tinggi.Pada eksperimen ini,metode yang dilakukan adalah metode viskositas dengan menggunakan viskosimeter Ostwald,yang dimana viskositas merupakan ukuran untuk menyatakan kekentalan suatu larutan polimer. Polimer yang dimaksud pada uji coba kali ini adalah polistiren (Ps) yang kemudian dilarutkan dalam pelarut toluene bervolume 7 ml untuk setiap variasi konsentrasi dengan massa polimer yang berbeda.Dari hasil analisis kegiatan,dapat disimpulkan bahwa berat molekul polimer yang terukur pada eksperimen ini adalah sebesar 2,3×104 Gr/mol.

Keyword: molekul polimer,polistiren,toluene,viskositas.

1. Pendahuluan

Polimer merupakan molekul besar yang terbentuk dari unit berulang sederhana. Polimer sebenarnya sudah dikenal sejak abad ke-18 dan diperkenalkan pertama kali oleh seorang kimiawan dari Swedia,Barzelius (1833). Selanjutnya perkembangan industri polimer mulai dilanjutkan oleh seseorang yang berasal dari Amerika Serikat bernama Charles Goodyear, beliau berhasil menemukan vulkanisasi pada tahun 1839 dan semenjak itu perkembangan akan polimer semakin meningkat hingga lambat laun sejumlah pengetahuan dan penciptaan sistem polimer semakin berkembang. Polimer berasal dari bahasa Yunani yakni “Poly” yang berarti banyak dan “mer” yang berarti bagian. Sehingga dapat diartikan bahwa polimer adalah makromolekul yang tersusun dari monomer (molekul kecil yang sederhana). Seiring dengan perkembangannya,

diketahui bahwa polimer memiliki sifat karakteristiknya. Dan sifat karakteristik tersebut adalah:

1. Polimer memiliki volume yang kecil2. Tahan terhadap pengaruh korosi maupun

faktor lingkungan.3. Memiliki sifat yang elastis dan plastis4. Memiliki kestabilan yang tinggi karena

berat molekulnya besar5. Tahan terhadap gangguan korosi ataupun

dampak lingkungan6. Mudah divariasi menjadi suatu produk

dengan suhu yang rendah dan biaya yang ekonomis.

7. Derajat kekeristalan rendah dan berdaya renggang besar

Dari sifat diatas,terdapat pula faktor yang mempengaruhi sifat makroskopik dari polimer yakni sifat termal,fisis,mekanik dan sifat optis. Dan dari beberapa metode yang dikembangkan,

1

mailto:[email protected]


perlakuan uji coba pada eksperimen kali ini menggunakan metode viskositas yang berarti menguji larutan polimer melalui kekentalannya setelah dilarutkan dalam pelarut.

2. Dasar Teori

Polimer merupakan makromolekul/molekul raksasa dengan massa molar mencapai ribuan bahkan hingga jutaan. Berdasarkan sumbernya, polimer dapat dibedakan menjadi 3,yakni polimer alam, polimer sintesis,dan polimer semi sintesis.

Polimer alam merupakan polimer yang terbentuk karena adanya reaksi kondensasi yang terjadi dialam. Contohnya polisakarida, protein, pati, lignin dan selulosa.

Polimer sintesis yakni polimer yang diperoleh melalui polimerasi dan monomer polimer. Contohnya polietilen,polimetil metakrilat,polivinil klorida,polistiren.

Polimer semi sintesis adalah polimer yang diproleh dari hasil modifikasi polimer alam dan buatan.

Berdasarkan sifat termalnya,polimer memiliki 2 tipe yakni polimer termoplastik dan termoseting. Termoplastik memiiki sifat melunak pada pemanasan,misalnya nylon, polipropilen, polistiren dan polyester. Sedangkan termoseting bersifat tidak melunak pada pemanasan, misalnya melamin dan bakelit. Dari tipe polimer tersebut,bahan yang digunakan pada eksperimen ini merupakan tipe termoplastik yakni dengan menggunakan bahan polistiren. Mengacu dari beberapa sifat yang dimiliki polimer,pada umumnya polimer dengan berat molekul yang tinggi lebih kuat dan memiliki viskositas yang lebih besar. Namun,dalam suatu proses polimerasi tidak seluruh reaksi memiliki molekul dengan panjang rantai yang sama dan karena

penentuan berat molekul ini termasuk kompleks maka berat molekul polimer disebut juga berat molekul rata-rata,yang terbagi menjadi 2 yakni:

1. Berat molekul rata-rata jumlah (Mn)2. Berat molekul rata-rata berat (Mw)

Dan pada eksperimen ini,dilakukan penentuan berat molekul polimer (Mn) dengan metode viskositas menggunakan tabung ostwald. Dalam hal ini,viskositas merupakan kekentalan yang diukur dan memiliki cairan polimer yang berbeda dengan cairan lainnya (isotrop). Viskositas adalah ukuran kekentalan fluida terhadap gaya gravitasi dan gaya geser yang diberikan.

Pada analisisnya,koefisien viskositas [ η ]Dapat ditentukan dengan menentukan laju aliran dalam tabung. Sedangkan perbandingan antara viskositas larutan polimer terhadap viskositas pelarut murni dapat digunakan untuk menentukan berat molekul polimer (Mn). Dalam percobaan ini,massa jenis berbagai larutan yang digunakan adalah sama maka dapat diabaikan dan karena viskositas setiap larutan hasil pengenceran berbanding lurus dengan waktu alir maka secara matematis dapat dinyatakan dengan:

η= tt ¿ [η¿ ]

Dengan t adalah waktu alir larutan dan t ¿ adalah waktu alir untuk pelarut serta viskositas murni toluene yang menjadi pelarut pada percobaan ini η=5,58× 104 kg m−1 s−1. Secara percobaan, waktu alir untuk berbagai pengenceran larutan polimer dan pelarut dapat diperoleh melalui pengukuran dengan viskositas. Selanjutnya, jika viskositas larutan adalah η dan viskositas dari pelarut murni adalah η¿ maka viskositas spesifik larutan memberikan persamaan :

ηsp=η−η¿

η¿

2


Persamaan tersebut merupakan peningkatan viskositas disebabkan oleh polimer. Sedangkan perbandingan ηsp /c pada pengenceran tak hingga disebut sebagai viskositas intrinsik/viskositas reduksi ηred. Maka secara matematis dapat dituliskan:

ηred=ηsp

c

Dari persamaan viskositas reduksi diatas,selanjutnya dapat dibuat suatu grafik yang menunjukkan hubungan antara viskositas reduksi ηredterhadap konsentrasi. Viskositas reduksi yang merupakan viskositas intrinsik,dapat dikaitkan dengan berat molekul melalui persamaan yang dikemukakan oleh Mark-Houwink,yakni:

[ η ]=K . M a

Dimana K dan a adlah tetapan untuk sistem polimer-pelarut pada temperatur tertentu.Yakni dengan nilai tetapan K=12×103ml /g dan a=0,71.

Adapun manfaat dari polimer antara lain sebagai berikut:

1. Dalam bidang kedokteran: banyak diciptakan alat-alat kesehatan seperti termometer, botol infus, selang infus, jantung buatan dan alat transfusi darah.

2. Dalam bidang pertanian: dengan adanyamekanisasi pertanian.

3. Dalam bidang teknik: diciptakan alat-alat ringan seperti peralatan pesawat.

4. Dalam bidang otomotif: dibuat alat-alat pelengkap mobil.

3. Metode Eksperimen

Pada percobaan ini bahan polimer yang digunakan adalah Polistiren dan sebagai pelarutnya

adalah toluene.Mula-mula polimer yang telah diukur massanya dilarutkan kedalam toluene dan dibuat dengan menvariasikan konsentrasi yakni dari konsentrasi 1% hingga 7%. Selanjutnya,pelarut murni toluene dialirkan pada tabung Oswald dan mencatat waktu perubahannya. Setelah itu,mengganti larutan dengan larutan polimer yang telah diukur konsentrasinya dan kemudian mencatat perubahan waktu dari masing-masing konsentrasi.

4. Hasil dan Pembahasan

Hasil Pengamatan

Cη

(10^-4) ηsp ηred waktut1 t2 t3

0% 5.58 0 0 1 1.2 1.81% 8.92 0.59 59 1.6 1.6 1.62% 13.39 1.39 69.5 2.4 2.4 2.43% 21.92 2.92 97.3 4 4 3.84% 29.57 4.29 107.3 5.2 5.4 5.45% 44.24 6.92 138.4 8 7.8 86% 61.38 10 166.6 11 11.2 117% 84.03 14.05 200 15 15.2 15

Polimer merupakan suatu makromolekul yang terdiri dari pengulangan ikatan kimia sederhana yang kecil dan terstruktur menyerupai rantai. Berat molekul (Mn) merupakan salah satu faktor dalam menentukan sifat dari suatu polimer.

Begitu pula dengan susunan rantai maupun derajat kekristalannya,kedua hal ini juga dapat menjadi faktor penentu sifat polimer,dimana jika kekristalan yang dimiliki suatu polimer rendah,maka akan memiliki kerenggangan molekul yang besar dan bersifat lebih kenyal. Polimer yang akan diukur berat molekulnya pada eksperimen ini adalah polistiren dengan pelarut toluene. Polistiren bersifat fleksibel dan dapat berupa padatan moldable atau cairan kental.

Pengukuran berat molekul polimer dengan metode viskositas melalui viskosimeter merupakan suatu faktor penentu sifat molekul. Polimer dengan

3


viskositas yang tinggi umumnya bersifat lebih kuat. Dengan metode viskositas ini,berat molekul dapat diukur melalui perbandingan antara viskositas larutan polimer terhadap viskositas pelarut murni tanpa adanya suatu larutan yang tercampur didalamnya,sehingga dari sini dapat ditentukan viskositas spesifik (ηsp ) dengan mengukur terlebih dahulu waktu alir larutan murni dan waktu alir larutan polimer.Karena waktu alir dan viskositas setiap pengenceran berbanding lurus, sehingga viskositas spesifik dapat diartikan sebagai kenaikan fraksi yakni saat konsentrasi bertambah maka viskositas pun akan bertambah.

Selanjutnya,viskositas spesifik dapat menentukan viskositas reduksi (ηred ) melalui perbandingan antar viskositas spesifik terhadap konsentrasi setiap pengenceran dan setelah diperoleh viskositas reduksi,dibuatlah suatu grafik hubungana antaviskositas reduksi dengan konsentrasi dan diperoleh suatu regresi linear (y=mx+n) yang dalam grafik percobaan ini diperoleh nilai sebesar y = 25.65x + 14.97 yang kemudian untuk memperoleh nilai viskositas intrinsiknya diperlukan ekstrapolasi hingga pada konsentrasi nol. Viskositas intrinsik tersebut dikaitkan oleh persamaan Mark-Houwink,yakni:

[ η ]=K . M a

Dengan K dan a adalah konstanta sistem polimer-pelarut. Sehingga diperoleh viskositas intrinsiknya adalah 14.97 dan dari persamaan diatas diperoleh berat molekul sebesar 2,3×104 gram/mol. Polistirene merupakan polimer atau banyaknya ikatan kimia dari jumlah molekul Stirene (C6H6) sebesar Mr = 104. Sehingga dapat dinyatakan bahwa rantai kimia molekul polimer pada Polistirene sebanyak:

jumlah molekul polistrine= jumlahmolekul styreneberat molekul polistrine

¿104

2,3× 104

¿221,15 molekul

Dari hasil tersebut dapat kita simpulkan bahwa ikatan molekul polistirene sebanyak 221,15 molekul dari ikatan kimia Stirene. Polimer dengan derajat polimerisasi besar (bobot molekul > 104) disebut polimer tinggi, sedang polimer dengan bobot molekul rendah (< 104) disebut oligomer.Sebagian besar polimer tinggi yang termasuk dalam jenis plastik, karet dan serat mempunyai bobot molekul antara 104 – 106

Dan berat molekul yang diperoleh sebesar 2,3 ×104 gram/mol,menandakan bahwa polistirene merupakan polimer yang baik dengan kualitas tinggi karena memiliki nilai berat molekul yang lebih dari 104gram/mol.

5. Kesimpulan

Dari eksperimen ini dapat disimpilkan bahwa berat molekul polimer dari stirene adalah sebesar 2,3 ×104 gram/mol. Dengan jumlah molekul stirene sebanyak 221,15 molekulyang terdapat pada polistirene. Polistrine adalah polimer yang baik karena memiliki berat molekul yang lebih dari 104gram/mol.

6. Daftar Pustaka Anonim:http://purnayudha23.blogspot.com

PolimerNormal_bab1.pdf Anonim: http://www.wordpress.com.

penentuan-berat-molekul-polimer-dengan-metoda-viskositas-intrinsik.html

Ilmi ,M. 2010. Penentuan berat molekul, Surabaya.

Aprilia,Sri.2009.Berat molekul polimer, Surabaya.

4

http://www.wordpress.com/

http://purnayudha23.blogspot.com/

berat molekul polimer

Documents