TUGAS KIMIA TERAPAN

MATERIAL

Disusun oleh :

IRFAN ADITYA NURAHA (08201068)KELAS 1 MC

Jurusan Teknik Mesin

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG

2008/2009

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

Apabila kita akan membuat sebuah rumah, kita harus melakukan persiapan

terlebih dahulu. Entah itu uang, tempat, pekerja, sampai bahan-bahan yang

dibutuhkan dalam pembuatan rumah tersebut.

Bahan/material perlu sekali untuk diketahui dan dimengerti sebelmu

membangun rumah. Hal ini bertujuan agarrumah yang nanti akan dihuni tidak

menjadi rumah yang asal-asalan.

Dalam bidang teknik banyak sekali material-material yang harus diketahui.

Sama halnya dengan ilustrasi tentang rumah, ini bertujuan agar nanti benda produksi

tidak asal-asaln.

Material-material teknik tersebut memiliki beragam jenis, sifat-sifat yang

bermacam-macam, bentuk dan wujud yang berbeda-beda pula, cara untuk

mendapatkannya pun tidak semuanya sama. Selain itu, material-material itu memiliki

fungsi dan kegunaan yang sangatbervariasi yang sangat membantu kehidupan

manusia.

1.2 TUJUAN PENYUSUNAN KERTAS KERJA

Penyusunan kertas kerja ini tidak lain ialah untuk memenuhi salah satu

tugas mata kuliah umum Kimia Terapan I di semester I Jurusan dan Program Studi

Teknik Mesin yang dibimbing oleh Rusli Ahmad, S.Si.

1.3 MANFAAT PENYUSUNAN KERTAS KERJA

Kertas kerja ini sangat bermanfaat sekali agar bias menambah pengetahuan

tentang material. Gambaran umun sifat-sifat dan kegunaan material itu sendiri. Selain

itu, kertas kerja ini bias dijadikan sebagai referensi mahasiswa-mahasisa yang

berurusan dengan material.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 2

1.4 RUMUSAN MASALAH

Pengertian material secara umum dan material polimer.

Jenis-jenis material secara umum dan material polimer.

Sifat-sifat material secara umum dan material polimer.

Kegunaan material secara umum dan material polimer.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 3

BAB II

ISI

2.1 MATERIAL

I. PENGERTIAN MATERIAL

Material atau bahan adalah zat yang dimana sesuatu dapat dibuat darinya,

atau barang yang dibutuhkan untuk membuat sesuatu. Bahan biasanya lebih banyak

digunakan untuk menuju ke pakaian atau bahan.

Material adalah sebuah bahan mentah dalam produksi, dan biasanya adalah

bahan mentah yang belum diproses, tetapi ada juga yang diproses sebelum

digunakan untuk proses produksi lebih lanjut. Umumnya, dalam masyarakat

teknologi maju, material adalah bahan konsumen yang belum selesai, sebagai

contohnya adalah kertas dan sutra.

II. JENIS-JENIS MATERIAL

Jenis-jenis material diantaranya adalah :

1. Logam :

Struktur logam

Susunan atom-atom

Logam merupakan struktur raksasa dari atom-atom yang berikatan satu sama lain melalui ikatan logam. "Raksasa" menunjukkan jumlah yang sangat banyak tetapi jumlah atom yang terlibat sangat bervariasi - tergantung pada ukuran potongan logam.

Koordinasi 12

Kebanyakan logan adalah terjejal (close packed) - yakni, struktur tersebut memuat atom sebanyak mungkin pada volum yang tersedia. Setiap atom pada struktur mengalami 12 sentuhan dari atom tetangganya. Keadaan logam yang seperti ini digambarkan sebagai terkoordinasi 12.

Tiap atom memiliki 6 sentuhan dari atom yang lain pada tiap lapisan.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 4

Dan juga tiga atom yang menyentuhnya pada lapisan diatasnya dan tiga atom yang lain pada lapisan dibawahnya.

Diagram yang kedua tersebut menunjukkan lapisan yang terletak di atas lapisan yang pertama. Lapisan tersebut akan saling berhubungan dengan lapisan dibagian bawahnya. (Keduanya tersusun dengan cara penempatan yang berbeda dengan lapisan yang ketiga pada struktur terjejal, tetapi hal ini dipelajari pada pembahasan tingkat dasar)

Koordinasi 8

Beberapa logam (khususnya yang terletak pada golongan 1 pada tabel periodik) terjejal kurang efektif, atom-atom logam tersebut hanya memiliki 8 sentuhan atom tetangganya. Inilah yang disebut dengan terkoordinasi 8.

Diagram sebelah kiri menunjukkan bahwa tidak ada atom yang saling bersentuhan satu sama lain pada satu lapisan yang sama. Atom-atom tersebut hanya tersentuh oleh atom pada lapisan di atas dan dibawahnya. Diagram sebelah kanan menunjukkan 8 atom (4 di atas dan 4 di bawah) yang menyentuh atom yang berwarna gelap).

Butiran kristal

Adalah sesuatu hal yang dapat menyesatkan jika mengira bahwa semua atom pada sepotong logam tersusun pada cara yang teratur. Tiap potong logam terdiri dari jumlah "butiran kristal", yang sangat banyak, yang mana tiap butiran memiliki daerah yang seragam. Pada atom yang terletak pada batas butiran dapat memiliki struktur yang tidak lurus.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 5

Sifat fisik logam

Titik leleh dan titik didih

Logam-logam cenderung memiliki titik leleh dan titik didih yang tinggi karena kekuatan ikatan logam. Kekuatan ikatan berbeda antara logam yang satu dengan logam yang lain tergantung pada jumlah elektron yang terdelokalisasi pada lautan elektron, dan pada susunan atom-atomnya.

Logam-logam golongan 1 seperti natrium dan kalium memiliki titik leleh dan titik didih yang relatif rendah karena tiap atomnya hanya memiliki satu elektron untuk dikontribusikan pada ikatan - tetapi ada hal lain yang menyababkan hal ini terjadi:

Unsur-unsur golongan 1 juga tersusun dengan tidak efektif (terkoordinasi 8), karena itu tidak terbentuk ikatan yang banyak seperti kebanyakan logam.

Unsur-unsur golongan 1 memiliki ukuran atom yang rekatif besar (berarti bahwa inti jauh dari elektron yang terdelokalisasi) yang juga menyebabkan lemahnya ikatan.

Daya hantar listrik

Logam menghantarkan listrik. Elektron yang terdelokalisasi bebas bergerak di seluruh bagian struktur tiga dimensi. Elektron-elektron tersebut dapat melintasi batas butiran kristal. Meskipun susunan logam dapat terganggu pada batas butiran kristal, selama atom saling bersentuhan satu sama lain, ikatan logam masih tetap ada.

Cairan logam juga menghantarkan arus listrik, hal ini menunjukkan bahwa meskipun atom logam bebas bergerak, elektron yang terdelokalisasi masih memiliki daya yang tersisa sampai logam mendidih.

Daya hantar panas

Logam adalah konduktor panas yang baik. Energi panas diteruskan oleh elektron sebagai akibat dari penambahan energi kinetik (hal ini memnyebabkan elektron bergerak lebih cepat). Energi panas ditransferkan melintasi logam yang diam melalui elektron yang bergerak.

Kekuatan dan kemampuan kerja

Sifat dapat ditempa dan sifat dapat diregang

Logam digambarkan sebagai sesuatu yang dapat ditempa (dapat dipipihkan menjadi bentuk lembaran) dan dapat diregang (dapat ditarik menjadi kawat). Hal ini karena kemampuan atom-atom logam untuk menggelimpang antara atom yang satu dengan atom yang lain menjadi posisi yang baru tanpa memutuskan ikatan logam.

Jika tekanan yang kecil dikenakan pada logam, lapisan atom akan mulai menggelimpang satu sama lain. Jika tekanan tersebut dilepaskan lagi, atom-atom

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 6

tersebut akan kembali pada posisi asalnya. Pada kondisi seperti itu, logam dikatakan menjadi elastis.

Jika tekanan yang lebih besar dikenakan pada logam, atom-atom akan menggelimpang satu sama lain sampai pada posisi yang baru, dan logam berubah secara permanen.

Kekerasan logam

Penggelimpangan lapisan atom antara yang satu dengan yang lain ini dihalangi oleh batas butiran karena baris atom tidak tersusun sebagai mana mestinya. Hal ini mengakibatkan semakin banyak batas butiran (butiran-butiran kristal lebih kecil), menyebabkan logam lebih keras.

Untuk mengimbangi hal ini, karena batas butiran merupakan suatu daerah dimana atom-atom tidak berkaitan dengan baik satu sama lain, logam cenderung retak pada batas butiran. Kenaikan jumlah batas butiran tidak hanya membuat logam menjadi semakin kuat, tetapi juga membuat logam menjadi rapuh.

Pengontrolan ukuran butiran kristal

Jika kamu memiliki bagian logam yang murni, kamu dapat mengontrol ukuran butiran kristal melalui perlakuan panas atau melalui pengerjaan logam.

Pemanasan logam cenderung untuk mengocok atom-atom logam menjadi susunan yang lebih rapi - penurunan jumlah batas butiran, dan juga membuat logam lebih lunak. Pembantingan logam ketika logam tersebut mendingin cenderung untuk memhasilkan butirn yang kecil. Pendinginan membuat logam menjadi keras. Untuk memperbaiki kinerja ini, kamu dapat memanaskannya lagi.

Kamu juga dapat memutuskan susunan yang atom teratur melalui penyisipan atom yang memiliki ukuran sedikit berbeda pada struktur logam. Alloy seperti kuningan (campuran tembaga dan seng) lebih keras dibandingkan logam asalnya karena ketidakteraturan struktur membantu pencegahan barisan atom tergelincir satu sama lain.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 7

Beberapa contoh logam

Baja

Alumunium

Tembaga

Kuningan

Timah

Perunggu

Perak

2. Polimer

Karet

Plastik

PVC (Polivynil Cloride)

PVA (polyvinil Acetat)

Polimer akan dijelaskan lebih lanjut pada bagian selanjutnya.

3. Keramik

Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang

artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran.

Kamus dan ensiklopedi tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai

suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang

dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini

tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik

terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk

padat. (Yusuf, 1998:2).

Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan

kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai

adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat

ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh

karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana

bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit

elektron-elektron bebas.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 8

Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar

bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga

menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat

rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan

lebih baik dibanding kekuatan tariknya.

Klasifikasi keramik

Pada prinsipnya keramik terbagi atas:

Keramik tradisional

Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan

bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah:

barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks),

dan untuk industri (refractory).

Keramik halus

Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik,

advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik

yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam,

seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dll). Penggunaannya: elemen

pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis.

(Joelianingsih, 2004)

Sifat Keramik

sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis

keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis

tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya,

coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari

logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis

keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran

sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi,

sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar

tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik engineering seperti keramik

oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. kekuatan tekan tinggi, sifat

ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik

terus berkembang.

4. Komposit

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 9

Material komposit adalah material yang terbuat dari dua bahan atau lebih

yang tetap terpisah dan berbeda dalam level makroskopik selagi membentuk

komponen tunggal. Bahan komposit (atau komposit) adalah suatu jenis bahan

baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-

masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya

dan tetap terpisah dalam hasil akir bahan tersebut (bahan komposit).

Contoh komposit:

Fiberglass

Concrete

Biomaterial

Kulit

Tulang

Kertas

Kayu

Batu

Textile

Cotton

Wool

Silk

Nilon

Yarn

III. SIFAT-SIFAT MATERIAL

Sifat-sifat khas bahan industri perlu dikenal secara baik karena bahan

tersebut dipergunakan untuk berbagai macam keperluandalam berbagai keadaan.

Sifat-sifat bahan yang diinginkan sangat banyak, diantaranya ialah:

1. Sifat mekanik, mencakup kekuatan, kekerasan, kekakuan, keliatan,

keuletan, kepekaan takikan atau kekuatan impak, dsb.

2. Sifat listrik, mencakup hantaran listrik dielektrisitas, dsb.

3. Sifat magnet, permeabilitas, koersivitas, histrisis, dsb.

4. Sifat termal, panas jenis, pemuaian, konduktivitas, dsb.

5. Sifat kimia, reaksi kimia, kombinasi, segregasi, ketahanan korosi, dsb.

6. Sifat fisik, ukuran, massa jenis, struktur, dsb.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 10

7. Sifat teknologi, mampu mesin, mampu keras, dsb.

Kebanyakan sifat-sifat tersebut ditentukanoleh jenis dan perbandingan

atom yang membentuk bahan, yaitu unsure dan komposisinya. Sebagai contoh,

kadar suatu unsure yang sangat rendah terabaikan dalam suatu ketakmurnian bahan

memberikan pengaruh terhadap sifat-sifatnya, sifat-sifat mekanik yaitu kekuatannya

demikian juga sifat ketahanan korosi termasuk reaksi kimianya, dipengaruhi oleh

adanya sedikit ketakmurnian, inklusi atau cacat mikro. Sifat tersebut dinamakan

sifat struktur.

Beberapa sifat-sifat dari material adalah sebagai berikut :

Tahan terhadap korosi

Elastis

Tahan panas

Mudah dibentuk

Poli(etena) berkepadatan rendah memiliki banyak cabang di sepanjang

rantai hidrokarbon, dan ini mencegah rantai tersebut berdekatan satu sama lain

dalam susunan yang rapi. Daerah-daerah pada poli(etena) yang ditempati oleh

rantai-rantai yang saling berdekatan satu sama lain dan terkemas secara beraturan

dikatakan berhablur (kristalin). Apabila rantai-rantai bercampur baur, maka daerah

tersebut dikatakan amorf. Poli(etena) berkepadatan rendah memiliki banyak daerah

amorf.

Sebuah rantai terikat dengan rantai lain di dekatnya melalui gaya dispersi

Van der Waals. Gaya tarik tersebut akan semakin besar jika rantai-rantai tersebut

saling berdekatan satu sama lain. Daerah-daerah amorf dimana rantai-rantai tidak

terkemas secara beraturan dapat mengurangi efektifitas gaya tarik Van der Waals

sehingga juga mengurangi titik lebur dan kekuatan polimer. Daerah amorf ini juga

akan mengurangi kepadatan polimer (sehingga disebut "poli(etena) berkepadatan

rendah").

Poli(etena) berkepadatan rendah biasa digunakan untuk barang-barang

umum seperti tas plastik dan material-material serupa lainnya yang fleksibel dan

berkekuatan rendah.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 11

Poli(etena) berkepadatan tinggi memiliki cabang yang sangat sedikit di

sepanjang rantai-rantai hidrokarbon - kristalinisasinya sebesar 95% atau lebih.

Pengemasan cabang yang lebih baik ini berarti bahwa gaya tarik Van der Waals

antara rantai-rantai lebih besar sehingga plastik lebih kuat dan memiliki titik lebur

yang lebih tinggi. Kepadatannya juga lebih tinggi karena pengemasan yang lebih

baik dan jumlah ruang yang tidak terpakai dalam struktur lebih kecil.

Biasanya, polimer-polimer amorf lebih fleksibel dibanding polimer-

polimer kristalin karena gaya tarik antara ranta-rantainya cenderung lebih lemah.

Akan tetapi, poli(kloroetena) murni cenderung agak keras dan kaku.

Ini disebabkan oleh adanya interaksi dipol-dipol tambahan akibat polaritas

ikatan karbon-klorin. Klorin jauh lebih elektronegatif dibanding karbon, sehingga

menarik elektron-elektron dalam ikatan ke arahnya. Ini menjadikan atom-atom

klorin sedikit engatif dan karbon sedikit positif.

Dipol-dipol permanen ini menambah gaya tarik akibat dipol-dipol

sementara yang menghasilkan gaya-gaya dispersi.

Plasticiser biasa ditambahkan ke dalam poli(kloroetena) untuk mengurangi

keefektifan gaya tarik ini dan membuat plastik lebih fleksibel. Semakin banyak

plasticizer yang ditambahkan, semalin fleksibel plastik tersebut.

IV. CARA SINTESIS BAHAN

Sintesis bahan bisa dibagi menjadi dua macam, yaitu sintesis bahan

organik dan sintesis bahan anorganik.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 12

Sintesis organik

Dibandingkan dengan sintesis senyawa anorganik, sintesis senyawa organik jauh

lebih sukar. Kelahiran kimia organik dinisbahkan pada sintesis urea CO(NH2)2

(suatu senyawa organik umum) dengan memanaskan amonium sianat (senyawa

anorganik), pertama dilakukan oleh kimiawan Friedrich Wöhler (1800-1882). Hanya

akhir-akhir ini saja desain dan sintesis senyawa yang diinginkan mungkin dilakukan.

Reaksi yang digunakan dalam sintesis organik dapat digolongkan menjadi dua

golongan;

1. pembentukan ikatan karbon-karbon

2. pengubahan gugus fungsi

Sebagian besar reaksi yang Anda pelajari di sekolah menengah adalah

konversi gugus fungsi, seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Bagi bidang sintesis organik pembentukan ikatan C-C dan pengubahan gugus fungsi

seperti roda kendaraan. Tidak pantas menanyakan mana yang lebih penting.

Berbagai reaksi pembentukan ikatan C-C telah dilaporkan. Berdasarkan gaya dorong

reaksinya, reaksi ini dapat digolongkan atas tiga jenis, kondensasi aldol, reaksi

Grignard dan reaksi Diels-Alder. Di sini dua yang terakhir yang akan dibahas.

a. Reaksi Grignard

Reaksi Grignard ditemukan oleh kimiawan Perancis Auguste Victor Grignard

(1871-1935) di tahun 1901. Tahap awal reaksi adalah reaksi pembentukan

metilmagnesium iodida, reagen Grignard, dari reaksi antara alkil halida (metil iodida

dalam contoh di bawah ini) dan magnesium dalam dietil eter kering.

CH3I + Mg --> CH3MgI

Anda pasti melihat bahwa magnisium terikat langsung dengan karbon. Senyawa

semacam ini yang sering disebut sebagai reagen Grignard dengan ikatan C-logam

dimasukkan dalam golongan senyawa organologam. Ikatan C-logam sangat labil

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 13

dan mudah menghasilkan kabanion seperti CH3- setelah putusnya ikatan logam-

karbon. Ion karbanion cenderung menyerang atom karbom bermuatan positif. Telah

dikenal luas bahwa atom karbon gugus aldehida atau gugus keton bermuatan positif

karena berikatan dengan atom oksigen yang elektronegatif. Atom karbon ini akan

diserang oleh karbanion menghasilkan adduct yang akan menghasilkan alkohol

sekunder dari aldehida atau alkohol terseir dari keton setelah hidrolisis.

C6H5CHO + CH3MgI --> C6H5CH(CH3)OMgI

benzaldehida

C6H5CH(CH3)OMgI + HCl --> C6H5CH(CH3)OH + MgClI

1-fenilletanol

C6H5COC2H5 + CH3MgI --> C6H5CH(CH3)(C2H5) OMgI

propiofenon

C6H5CH(CH3)(C2H5)OMgI + HCl --> C6H5CH(CH3)(C2H5)OH + MgClI

2-fenil-2-butanol

Reaksi Grignard adalah contoh reaksi senyawa oragnologam. Karena berbagai jenis

aldehida dan keton mudah didapat, berbagai senyawa organik dapat disintesis

dengan bantuan reaksi Grignard.

b. Reaksi Diels-Alder

Gaya dorong reaksi Grignard adalah tarik-menarik antara dua muatan listrik yang

berbeda antara dua atom karbon. Reaksi semacam ini disebut dengan reaksi ionik

atau reaksi polar. Ada pula jenis lain reaksi organik. Salah satunyaa adalah reaksi

radikal, yang gaya dorongnya adalah radikal reaktif yang dihasilkan dalam reaksi.

Bila dihasilkan radikal fenil, radikal ini akan menyerang molekul benzene akan

menghasilkan bifenil.

C6H5 + C6H6 --> C6H5- C6H5 + H

Sebagian besar reaksi organik diklasifikasikan dalam reaksi ionik dan reaksi radikal.

Di pertengahan pertama abad 20, kemudian muncul, golongan lain reaksi yang tidak

dapat dimasukkan dalam dua golongan tadi. Salah satu yang khas adalah reaksi

Diels-Alder yang ditemukan di tahun 1928 oleh dua kimiawan Jerman Paul

Hermann Diels (1876-1954) dan Kurt Alder (1902-1958).

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 14

Dalam reaksi ini butadiena yang secara muatan netral bereaksi dengan anhidrida

maleat yang juga netral menghasilkan produk siklik.

Menariknya, ternyata kemudaian banyak contoh reaksi semacam ini: diena (senyawa

dengan ikatan rangkap) dan alkena diaktivasi oleh gugus karbonil dan bereaksi

menghasilkan produk siklik. Harus ditambahkan bahwa tidak ada reaksi antara dua

molekul butadiena atau dua anhidrida maleat.

Di tahun 1965, dua kimiawan Amerika, Woodward dan Roald Hoffmann (1935-)

menjelaskan bahwa jenis reaksi ini bukan reaksi ionik maupun reaksi radikal, tetapi

reaksi yang dihasilkan oleh tumpang tindih orbital molekul dua reaktan. Interpretas

ini memungkinakan elusidasi mekanisme reaksi yang sebelumnya belum dikenal.

Menurut mereka, interaksi yang disukai akan ada bila salah satu reaktan (misalnya

butadiena) memiliki empat elektron π dan reaktan lain (misalnya anhidrida maleat)

memiliki elektron πmenghasilkan produk siklik. Dapat ditunjukkan bahwa orbital

molekul yang terisi dengan energi tertinggi [highest occupied molecular orbitals

(HOMO)] dan orbital molekul tak terisi terendah [lowest unoccupied molecular

orbitals (LUMO)] yang mngatur jalannya reaksi. Pada waktu yang sama Kenichi

Fukui (1918-1999) menamakan orbital-orbital ini orbital frontir (frontier orbital).

Pentingnya reaksi yang dibahas ini jelas dengan diberikannya hadiah Nobel untuk

Grignard, Diels, Adler, Woodward, Hoffmann dan Fukui.

c. Sintesis asimetrik

Sebagaimana telah dibahas di Bab 4, banyak senyawa organik alami, semacam asam

amino, gula dan steroid, memiliki atom karbon asimetrik. Kuinin, yang dikenalkan

di bab ini juga mengandung atom karbon asimetrik. Atom karbon asimetrik

memainkan peran dalam aktivitas fisiologis semua senyawa ini. Harus ditambahkan

bahwa dalam banyak kasus hanya satu dari pasangan enansiomer ini bermanfaat

bagi manusia. Dengan demikian, apakah kita dapat mencapai sintesis asimetrik, seni

sintesis selektif satu dari pasangan enansiomer, adalah isu yang sangat penting.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 15

Dalam contoh-contoh sintesis asimetrik yang berhasil, senyawa dengan atom karbon

asimetrik, seperti terpen, asam amino dan gula, dipilih sebagai salah satu reaktan.

Atom karbon asimetrik mungkin akan lebih menyukai pembentukan salah satu

enansiomer. Pembentukan selektif salah satu isomer mungkin dipengaruhi oleh efek

sterik. Dalam kasus tertentu, laju reaksi mungkin berbeda antara kedua stereoisomer.

Dalam kasus lain, kesetimbangan antara dua produk isomer akan bergeser ke salah

satu sisi kesetimbangan. Sintesis selektif isomer yang penting akan sangat penting

dan topik yang paling banyak dilakukan di kimia organik abad 21.

Terdapat pula pendekatan yang lebih sukar yakni tidak digunakannya

senyawa dengan atom karbon asimetrik. Bila sintesis asimetrik ini dapat

direalisasikan, kita dapat mengatakan bahwa kimia telah dapat meniru alam!

Sintesis anorganik

Karena struktur senyawa anorganik biasanya lebih sederhana daripada senyawa

organik, sintesis senyawa anorganik telah berkembang dengan cukup pesat dari awal

kimia modern. Banyak pengusaha dan inventor secara ekstensif mengeksplorasi

sintesis berbagai senyawa yang berguna. Dengan kata lain sintesis senyawa

anorganik bermanfaat besar secara aktif dilakukan sebelum strukturnya atau

mekanisme reaksinya diklarifikasi. Beberapa contoh khas diberikan di bawah ini.

a. Natrium karbonat Na2CO3

Sepanjang sejarah industri kimia, persediaan natrium karbonat Na2CO3, soda,

merupakan isu penting. Soda adalah bahan dasar penting bukan hanya untuk

keperluan sehari-hari (seperti sabun) tetapi juga untuk produk industri yang lebih

canggih (seperti gelas).

Di waktu lampau soda didapatkan dari sumber alami, dan kalium karbonat K2CO3,

yang juga digunakan dalam sabun, didapatkan dalam bentuk abu kayu. Setelah

revolusi industri, kebutuhan sabun meningkat dan akibatnya metoda sintesis baru

dengan bersemangat dicari. Waktu itu telah dikenali bahwa soda dan garam (NaCl)

mengandung unsur yang sama, natrium, dan penemuan ini mengakibatkan banyak

orang berusaha membuat soda dari garam. Di awal abad 19, suatu proses baru

dikembangkan: natrium sulfat yang merupakan produk samping produksi asam

khlorida (yang digunakan untuk serbuk pengelantang, bleaching), batu bara dan besi

dinyalakan. Namun, hasilnya, rendah dan tidak cocok untuk produksi skala besar .

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 16

Inventor Perancis Nicolas Leblanc (1742-1806) mendaftar suatu kontes yang

diselenggarakan oleh Académie des Sciences, untuk menghasilkan secara efektif

soda dari garam. Esensi dari prosesmua adalah penggunaan marmer (kalsium

karbonat) sebagai ganti besi.

Na2SO4 + 2C --> Na2S + 2CO2

Na2S + CaCO3 --> Na2CO3 + CaS

2NaCl + H2SO4 --> Na2SO4 + 2HCl

Proses Leblanc dapat menghasilkan soda dengan kualitas lebih baik daripada

metoda sebelumnya. Namun, proses ini menghasilkan sejumlah produk samping

seperti asam sulfat, asam khlorida, kalsium khlorida, kalsium sulfida dan hidrogen

sulfida. Bahkan waktu itu pun, pabrik menjadi target kritik masyarakat. Peningkatan

kualitas proses Leblanc sangat diperlukan khususnya dari sudut pandang

penggunaan ulang produk sampingnya, yang jelas akan menurunkan ongkos

produksi.

Satu abad setelah usulan proses Leblanc, inventor Belgia Ernest Solvay (1838-1922)

mengusulkan proses Solvay (proses soda-amonia), yang lebih maju dari aspek kimia

dan teknologi. Telah diketahui sejak awal abad 19 bahwa soda dapat dihasilkan dari

garam denagn amonium karbonat (NH4)2CO3. Solvay yang berpengalaman dengan

mesin dan dapat mendesain proses produksi tidak hanya dari sudut pandang kimia

tetapi juga dari sudut pandang teknologi kimia. Dia berhasil mengindustrialisasikan

prosesnya di tahun 1863.

Keuntungan terbesar proses Solvay adalah penggunaan reaktor tanur bukannya

reaktor tangki. Air garam yang melarutkan amonia dituangkan dari puncak tanur dan

karbondioksida ditiupkan kedalam tanur dari dasar sehingga produknya akan secara

kontinyu diambil tanpa harus menghentikan reaksi. Sistem Solvay menurunkan

ongkos secara signifikan, dan akibatnya menggantikan proses Leblanc.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 17

Reaksi utama

NaCl + NH3 + CO2 + H2O --> NaHCO3 + NH4Cl

2NaHCO3 --> Na2CO3 + CO2 + H2O

Sirkulasi ammonia

2NH4Cl + CaO --> 2NH3 + CaCl2 + H2O

Pembentukan karbon dioksida CO2 dan kalsium oksida CaO

CaCO3 --> CaO+CO2

Satu-satunya produk samping proses Solvay adalah kalsium khlorida, dan amonia

dan karbondioksida disirkulasi dan digunakan ulang. Dalam produksi soda dari

garam, poin penting adalah pembuangan khlorin. Dalam proses Leblanc, khlorin

dibuang sebagai gas asam khlorida, namun di proses Solvay, khlorin dibuang

sebagai padatan tak berbahaya, kalsium khlorida. Karena keefektifan dan

keefisienan prosesnya, proses Solvay dianggap sebagai contoh proses industri kimia.

b. Asam sulfat

Sejak akhir pertengahan abad 16, kimiawan Jerman Andreas Libavius (1540?-1616)

memaparkan proses untuk mendapatkan asam sulfat H2SO4 dengan membakar

belerang dalam udara basah.

S + O2 SO2

2SO2+O2 2SO3

Glauber, insinyur kimia pertama, menemukan di pertengahan abad 17 proses untuk

mendapatkan asam khlorida dengan memanaskan garam dan asam sulfat. Asam

khlorida yang didapatkannya memiliki konsentrasi yang lebih tinggo daripada yang

didapatkan dalam proses sebelumnya.

2NaCl+H2SO4 Na2SO4+2HCl

Reaksi yang dibahas di buku teks sekolah menengah itu digunakan di sini. Glauber

mengiklankan natrium sulfat sebagai obat dengan efek yang menakjubkan dan

mendapatkan banyak keuntungan dari penjualan garam ini.

Proses yang lebi praktis untuk menghasilkan asam sulfat dikenalkan yakni dengan

cara memanaskan belerang dengan kalium nitrat KNO3. Awalnya pembakaran

dilakukan di wadah gelas besar yang mengandung air.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 18

Asam sulfat yang terbentuk terlarut dalam air. Walaupun proses kedua (SO2

SO3) lambat dan endotermik, dalam proses ini oksida nitrogen nampaknya

berfungsi sebagai katalis yang mempromosikan reaksi ini.

Dengan meningkatnya kebutuhan asam sulfat khususnya dengan berkembangnya

proses Leblanc yang membutuhkan asam sulfat dalam kuantitas besar, alat baru,

proses kamar timbal yang menggunakan ruangan yang dilapisi timbal sebagai ganti

wadah gelas dikenalkan yang membuat produksi skala besar dimungkinkan.

Produksi asam sulfat skala besar otomatis berarti pembuangan nitrogen oksida yang

besar juga. Sedemikian besar sehingga pada waktu itupun bahaya ke lingkungannya

tidak dapat diabaikan.

Berbagai perbaikan proses dilakukan dengan menggunakan tanur Gay-Lussac dan

Glover. Yang terakhir ini digunakan dengan luas karena nitrogen oksida dapat

digunakan ulang dan rendemen nitratnya lebih besar.

Ide penggunaan katalis dalam produksi asam sulfat, atau secara khusus dalam

oksidasi belearng dioksida telah dikenali sejak kira-kira tahun 1830. Katalis platina

terbuki efektif tetapi sangat mahal sehingga tidak digunakan secara meluas. Seteleah

setengah abad kemudian, ketika kebutuhan asam sulfat meningkat banyak, ide

penggunaan katalis muncul kembali. Setelah masalah keracunan katalis

diselesaikan, proses penggunaan katalis platina, yakni proses kontak, menjadi proses

utama dalam produksi asam sulfat. Proses kontak masih digunakan sampai sekarang

walaupun katalisnya bukan platina, tetapi campuran termasuk vanadium oksida

V2O5.

c. Amonia dan asam nitrat

Nitrat (garam dari asam nitrat) sejak zaman dulu dibutuhkan banyak sebagai bahan

baku serbuk mesiu. Namun, persediaannya terbatas, dan kalium nitrat yang ada

secara alami adalah bahan baku utama yang tersedia. Di abad 19 ketika skala perang

menjadi besar, kebutuhan nitrat menjadi membesar, dan kalium nitrat yang ada

secara alami tidak dapat memenuhi permintaan.

Selain itu, nitrat diperlukan sebagai bahan baku pupuk buatan. Di akhir pertengahan

abad 19 kimiawan Jerman Justus von Liebig (1803-1873) membuktikan kefektifan

dan pentingnya pupuk buatan. Masalah yang menghalangi pemakaian bear-besaran

pupuk buatan adalah harganya yang tinggi, khususnya pupuk nitrogen.

Di akhir abad 19, fisikawan Inggris William Crookes (1832-1919) meramalkan

peningkatan jumlah makanan yang diproduksi tidak dapat mengejar peningkatan

populasi dunia dan dunia akan berakhir menjadi katastropi.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 19

Situasi semacam memicu ilmuwan untuk menyelidiki fiksasi nitrogen artifisial atau

menemukan proses untuk mengubah nitrogen yang tidak terbatas persediaanya di

udara menjadi senyawa yang dapat digunakan. Jelas diperlukan cara untuk

melakukan fiksasi dalam skala besar. Jadi, percobaannya harus dimulai di skala

laboratorium untuk dapat diperbesar ke skala pabrik.

Fiksasi nitrogen berhasil dilakukan oleh kimiawan Jerman Fritz Haber (1868-1934)

dan insinyur kimia Jerman, yang bekerja untuk BASF, Carl Bosch (1874-

1940)．Persamaan reaksi untuk

proses Haber-Bosch sangat sederhana, tetapi secara teknis terdapat berbagai

kesukaran. Prosesnya dielaborasi sehingga reaksi eksoterm ini akan berlangsung ke

sisi kanan dengan mulus.

N2 + 3H2 --> 2NH3 + 22,1 kkal

Dalam praktek, beberapa modifikasi dibuat. Misalnya, rasio molar nitrogen :

hidrogen bukan 1:3, tetapi 1:3.3. Kondisi reaksi yang dipilih adalah 300°C pada 500

atm. Hidrogen digunakan berlebih pada tekanan tinggi sehingga kesetimbangannya

bergeser ke kanan. Karena reaksinya eksoterm, reaksi ini lebih baik dilakukan pada

temperatur yang lebih rendah sesuai dengan azas Le Chatelier. Di pihak lain, laju

reaksi akan terlalu rendah pada temperatur rendah. Jadi suhunya dibuat agak tinggi (

yakni, dengan tetap mempertimbangkan agar dekomposisi NH3 tidak terjadi).

Katalis yang dibuat dari besi digunakan dengan ekstensif.

Proses Haber-Bosch menjadi terkenal sebagai contoh pertama teori kesetimbangan

diaplikasikan dalam produksi. Di satu sisi fiksasi nitrogen dengan proses Haber-

Bosch membawa banyak manfaat karena kemudahan mendapat pupuk. Di sisi lain

amonia berarti bahan baku mesiu dapayt diperoleh dengan mudah pula.

Proses modern untuk menghasilkan asam nitrat HNO3 adalah okidasi amonia di

udara. Dalam proses ini, amonia dicampur dengan udara berlebih, dan campurannya

dipanaskan sampai temperatur tinggi dengan katalis platina. Amonia akan diubah

menjadi nitrogen oksida NO, yang kemudian dioksidasi lebih lanjut di udara

menjadi nitrogen dioksida NO2. Nitrogen dioksida direaksikan dengan air

menghasilkan asam nitrat. Metoda ini dikembangkan oleh Ostwald, kimiawan yang

banyak memberikan kimia katalis, dan disebut proses Ostwald.

Proses ini diungkapkan dalam persamaan reaksi berikut.

4NH3 + 5 O2 --> 4NO + 6 H2O

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 20

2NO+O2 --> 2NO2

3NO2+H2O --> 2HNO3+NO

V. KEGUNAAN MATERIAL

Ada bermacam-macam kegunaan dari material , diantaranya adalah

sebagai berikut :

Badan dan Mesin Mobil

Badan Pesawat

Plastik Kemasan

Alat Komunikasi

Keramik Insulator,

Filament X-ray

Yang terbuat dari metallic powder Hingga material tercanggih yang ada

saat ini, seperti :

Titanium dan Fiber composites yang digunakan pada pesawat luar angkasa

Ginjal buatan

Body Implants, dan

Semikonduktor

Itu semua adalah merupakan gambaran mengenai pengembangan material

dan teknik manufakturnya.

2.2 POLIMER

I. PENGERTIAN POLIMER

Polimer ialah rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dan

dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul lain yang dinamakan monomer.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 21

Monomer-monomer ini mungkin serupa, atau mungkin juga mempunyai satu atau

lebih kumpulan kimia yang diganti. Perbezaan-perbezaan ini boleh mempengaruhi

sifat-sifat polimer seperti keterlarutan, kebolehan untuk dilenturkan atau kekuatan.

Dalam protein, perbezaan-perbezaan ini membolehkan polimer menjadi suatu

struktur tertentu, bukannya menjadi lingkaran rawak. Sungguhpun kebanyakan

polimer ialah polimer organik, terdapat juga polimer inorganik, yang juga dikenali

sebagai polimer sintetik.

Polimer terdiri dari ( Poly = banyak dan meros = banyak ) sehingga

polimer dapat diartikan sebagai Molekul besar yang terbentuk dari susunan ulang

molekul kecil ( monomer ). Monomer itu biasanya adalah molekul organik

sederhana yang reaktif. Monomer-monomer ini mungkin serupa, atau mungkin juga

mempunyai satu atau lebih kumpulan kimia yang di ganti.

Yang dimaksud dengan monomer-monomer ini adalah :

a. Monomer berfungsi satu hanya dapat membentuk satu ikatan dengan satu

molekul atau radikal lain.

b. Monomer berfungsi dua dapat membentuk dua ikatan.

c. Monomer berfungsi tiga dapat membentuk tiga ikatan.

Pada umumnya tatanama suatu polimer berdasarkan atas struktur kimia

atau sumber polimer. Tatanama yang berdasarkan atas struktur kimia, biasanya kita

temui pada sejumlah kecil senyawa anorganik dan organik.

Contoh yang paling sederhana adalah polimerisasi etilen dengan tatanama

yang berdasarkan sumbernya, yaitu :

polimerisasi

Reaksi : monomer → polimer

nH2C = CH2 – (CH2 – CH2)n –

Keterangan:

n adalah derajat polimerisasi

n kecil disebut oligomer

n besar disebut polimer

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 22

Polimer dengan monomer yang sama disebut homopolimer. Polimer

dengan macam-macam monomer disebut heteropolimer.

Berdasarkan struktur molekul, polimer terbagi atas :

Polimer berantai panjang atau polimer linier :

Polimer bercabang :

Polimer dengan crosslink :

Polimer yang berbentuk jala :

Berdasarkan pembagian diatas bahwa :

1. Massa jenis polimer berantai panjang lebih besar dari massa jenis polimer

bercabang.

2. Kekuatan polimer berantai panjang lebih besar dari kekuatan polimer bercabang.

3. Polimer linear paling mudah dibuat dan diselidiki karena polimer ini terdiri atas

rantai-rantai panjang dan sering dalam bentuk spiral atau benang.

Molekul-molekul polimer linier mudah dipisahkan dan mudah larut dalam

pelarut-pelarut tertentu.

Akibatnya sifat larutannya dapat dipelajari.

Jadi banyak yang diketahui tentang sifat-sifat dari kelakuan zat ini.

4. Sebaliknya polimer-polimer bersilangan lebih sukar larut dan pada umumnya

lebih sukar diselidiki.

Akibatnya banyak keterangan-keterangan yang dapat dikumpulkan mengenai zat

ini hanya bertahan dengan sifat-sifatnya dalam bentuk wujud padat.

II. JENIS-JENIS POLIMER

Polimer terbagi menjadi dua macam, yaitu :

1. Polimer Alam : Pati, Selulosa, Proteina, Tanah liat, Lipid, Poliisoprena,

Asam Nukleat dll.

2. Polimer Sintetik :

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 23

acrylonitrile butadiene styrene (ABS)

polyamide (PA), polybutadiene

poly(butylene terephthalate) (PBT)

poly(ether sulphone) (PES, PES/PEES)

poly(ether ether ketone)s (PEEK, PES/PEEK)

polyethylene (PE)

poly(ethylene glycol) (PEG)

poly(ethylene terephthalate) (PET)

polyimide , polypropylene (PP)

polytetrafluoroethylene (PTFE)

polystyrene (PS)

styrene acrylonitrile (SAN)

poly(trimethylene terephthalate) (PTT)

polyurethane (PU)

polyvinylchloride (PVC)

polyvinylidenedifluoride (PVDF)

1. POLIMER ALAM

Polimer alam adalah polimer yang tersedia dan terbentuk di alam. Polimer

alam terbentuk di alam hasil metabolisme mahluk hidup, contohnya karet alam, pati,

selulosa dan protein (akan dibahas kemudian). Keterbatasan tersedianya polimer alam

untuk berbagai keperluan mendorong semakin banyak diproduksi polimer sintetik.

Lagi pula polimer alam sifat-sifatnya tidak stabil dan sukar dijadikan berbagai macam

bentuk. Misalnya: karet alam akan menggembung dan kehilangan kekenyalan setelah

lama terkena bensin atau minyak motor ; sutera dan wol (protein serat) dimakan

(diuraikan) jenis-jenis bakteri tertentu dan ulat-ulat kecil.  Polimer alam umumnya

mudah menyerap air sehingga tidak mungkin digunakan untuk keperluan tertentu. Di

samping itu, polimer alam tidak stabil karena pemanasan dan tak bisa dicetak menjadi

bentuk yang sesuai keinginan.

Beberapa contoh polimer alam

A. Polisakarida

Ada dua macam polisakarida yang sangat penting, yaitu :

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 24

1. Pati

2. Selulosa

Keduanya adalah polimer berantai panjang dari glukosa, C6H12O6 atau

lebih tepat anhidrida glukosa C6H10O5.

Rumus bangun glukosa adalah sebagai berikut :

H O

\ //

C H O H

׀

C H O H

׀

C H O H

׀

C H O H

׀

C H2 O H

Bila penggabungan dua molekul glukosa yang membentuk maltosa

mengeluarkan air.

Reaksi : 2C6H12O6 C12H22O11 + H2O

glukosa maltosa

Penggabungan ini dapat berlangsung berulang-ulang dan inilah yang

terjadi dalam alam pada pembentukan pati dan selulosa dalam tumbuh-tumbuhan.

Pati dan selulosa adalah polimer dari monomer yang sama. Keduanya

hanya berbeda dalam cara penggabungan satuan-satuan anhidrida glukosa.

1. Pati terdapat dalam : beras, jagung dan kentang.

2. Selulosa terdapat dalam :

Dalam bentuk relatif murni, contohnya : kapas,

lenan, rami

Dalam bentuk sudah diolah, contohnya : rayon

sintetik, kertas, selofan.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 25

Selulosa kurang reaktif dibandingkan dengan pati.

Selulosa dapat dilarutkan dalam berbagai pelarut dan dapat diuraikan oleh asam-

asam kuat menjadi glukosa.

Reaksi utama yang penting untuk teknik adalah pengesteran dari ketiga gugus

hidroksida yang belum bereaksi :

a. Dengan HNO3 membentuk nitro selulosa (selluloid)

b. Dengan anhidrida CH3COOH (asam asetat yang tidak menandung air)

membentuk selulosa asetat (asetat rayon, barang-barang plastik, film potret).

Dalam kedua hal diatas pengesterannya biasanya tidak sempurna. Biasanya rata-

rata 2 ½ gugus hidroksil persatuan monomer yang teresterkan pada pembekuan

zat-zat ini.

Dengan menghentikan pengesteran pada taraf ini, maka zat-zat ini lebih mudah

larut dalam pelarut-pelarut yang murah seperti Chloroform dan aseton.

B. Proteina

Proteina adalah polimer asam amino dan biasanya terdiri dari campuran-campuran

monomer.

Berbagai macam propeina mempunyai susunan perbandingan asam amino yang

berbeda-beda dan sebenarnya inilah yang terutama menyebabkan adanya begitu

banyak macam proteina.

Rumus umum untuk proteina adalah :

H O H H O H H O H

/ // / / // / / // /

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 26

– C – C – N – C – C – N – C – C – N –

׀ ׀ ׀

R R’ R’’

R, R’, R’’ = gugus organic yang sama atau berlainan.

Proteina-proteina yang penting pada dasarnya adalah polimer linear, meliputi:

a. Serat Hewani : Sutera, Wol, Rambut.

b. Protein Serat : Jaringan otot, Bulu.

Struktur jaringan tiga dimensi meliputi proteina-proteina bulat seperti albumina

dan globulina yang terdapat dalam putih telur dan dalam jaringan-jaringan hewani

seperti darah dan plasma sel, hormone seperti insulin dan hormone hipotesa,

antibody dalam darah yang diperlukan bagi reaksi imunisasi dan banyak zat-zat l.

C. Tanah Liat

Lempung atau tanah liat ialah kata umum untuk partikel mineral berkerangka

dasar silikat yang berdiameter kurang dari 4 mikrometer. Lempung mengandung

leburan silika dan/atau aluminium yang halus. Unsur-unsur ini, silikon, oksigen,

dan aluminum adalah unsur yang paling banyak menyusun kerak bumi. Lempung

terbentuk dari proses pelapukan batuan silika oleh asam karbonat dan sebagian

dihasilkan dari aktivitas panas bumi.

Lempung membentuk gumpalan keras saat kering dan lengket apabila basah terkena air.

D. Lipid

Lipid dikenal oleh masyarakat awam sebagai minyak (organik, bukan minyak

mineral atau minyak bumi), lemak, dan lilin. Istilah "lipid" mengacu pada

golongan senyawa hidrokarbon alifatik nonpolar dan hidrofob yang esensial dalam

menyusun struktur dan menjalankan fungsi sel hidup. Karena nonpolar, lipida

tidak larut dalam pelarut polar, seperti air atau alkohol, tetapi larut dalam pelarut

nonpolar, seperti eter atau kloroform.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 27

Terdapat beberapa golongan lipid:

Gliserida dan asam lemak, termasuk di dalamnya minyak dan lemak;

Fosfolipid ;

Sfingolipid ;

Glikolipid ;

Terpenoid , termasuk di dalamnya getah dan steroid.

E. Poliisoprena

Isoprena adalah nama umum (nama trivial) dari 2-metilbuta-1,3-diena.

Senyawa ini biasa digunakan dalam industri, penyusun berbagai senyawa biologi

penting, serta dapat berbahaya bagi lingkungan dan beracun bagi manusia bila

terpapar secara berlebihan.

Dalam suhu ruang isoprena berwujud cairan bening yang sangat mudah terbakar

dan terpantik. Bila tercampur dengan udara sangat mudah meledak dan sangat

reaktif bila dipanaskan. Pengangkutan isoprena memerlukan penanganan khusus.

Secara industri senyawa ini dihasilkan dari hasil sampingan peluruhan nafta atau

minyak. Saat ini sekitar 95% produksi isoprena dunia digunakan untuk membuat

karet sintetik cis-1,4-poliisoprena. Karet sendiri juga merupakan polimer isoprena

— paling sering cis-1,4-poliisoprena - dengan bobot molekul 100.000 hingga

1.000.000. Biasanya ada campuran beberapa persen bahan lain, seperti protein,

asam lemak, resin, dan bahan organik lainnya, pada karet alam berkualitas tinggi.

Getah perca, suatu karet alam lain, merupakan trans-1,4-poliisoprena, isomer

struktural yang memiliki karakteristik mirip namun tidak persis sama.

Isoprena dihasilkan secara alamiah oleh tumbuhan dan hewan. Biasanya dapat

dikatakan bahwa senyawa ini adalah hidrokarbon yang paling umum ditemukan

pada tubuh manusia. Isoprena biasa juga dikandung pada kadar rendah pada

banyak bahan pangan. Hal ini tidak mengherankan karena isoprena merupakan

kerangka dasar dari banyak metabolit sekunder pada tumbuhan. Terpena,

terpenoid, dan koenzim Q tersusun dari isoprena. Golongan senyawa lain yang

dapat dianggap tersusun dari kerangka isoprena adalah fitol, retinol, tokoferol,

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 28

dolikol, dan skualena. Heme A memiliki ekor isoprenoid. Lanosterol, prekursor

sterol pada hewan, diturunkan dari skualena. Satuan isoprena fungsional dalam

organisme adalah dimetilalil pirofosfat (DMAPP) dan isomernya isopentenil

pirofosfat (IPP).

Pada tumbuhan, isoprena dihasilkan pada kloroplas daun melalui jalur DMAPP,

dengan enzim isoprena sintase bertanggung jawab sebagai pembuka proses.

Praktis pada semua organisme penurunan isoprena disintesis melalui jalur HMG-

CoA reduktase.

Karena turunan isoprena banyak yang merupakan minyak atsiri, banyak isoprena

dilepaskan ke udara. Isoprena diketahui mempengaruhi status oksidasi massa

udara, dan merupakan pemicu terbentuknya ozon, gas polutan pada lapisan bawh

atmosfer. Efek senyawa ini pada atmosfer banyak dipelajari.

Isoprena diduga dapat menyebabkan kanker.

F. Asam Nukleat

Asam nukleat (bahasa Inggris: nucleic acid) adalah makromolekul biokimia yang

kompleks, berbobot molekul tinggi, dan tersusun atas rantai nukleotida yang

mengandung informasi genetik. Asam nukleat yang paling umum adalah Asam

deoksiribonukleat (DNA) and Asam ribonukleat (RNA). Asam nukleat ditemukan

pada semua sel hidup serta pada virus.

Asam nukleat dinamai demikian karena keberadaan umumnya di dalam inti

(nukleus) sel. Asam nukleat merupakan biopolimer, dan monomer penyusunnya

adalah nukleotida. Setiap nukleotida terdiri dari tiga komponen, yaitu sebuah basa

nitrogen heterosiklik (purin atau pirimidin), sebuah gula pentosa, dan sebuah

gugus fosfat. Jenis asam nukleat dibedakan oleh jenis gula yang terdapat pada

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 29

rantai asam nukleat tersebut (misalnya, DNA atau asam deoksiribonukleat

mengandung 2-deoksiribosa). Selain itu, basa nitrogen yang ditemukan pada

kedua jenis asam nukleat tersebut memiliki perbedaan: adenin, sitosin, dan guanin

dapat ditemukan pada RNA maupun DNA, sedangkan timin dapat ditemukan

hanya pada DNA dan urasil dapat ditemukan hanya pada RNA.

2. POLIMER SINTETIK

Polimer sintetik biasanya dikenali sebagai plastik, seperti polietilena dan nylon.

Walau bagaimanapun, kebanyakan polimer sintetik boleh diklasifikasikan dalam :

thermoplastik, thermoset.

Kebanyakan polimer tinggi sintetik ialah salah satu dari dua golongan zat yang

berbeda dalam cara sintesanya.

Golongan zat ini adalah :

1. Polimer polikondensasi atau polimer reaksi bertingkat.

2. Polimer adisi, polimer vinil atau polimer reaksi rantai.

Penemuan dan pengembangan polimer sintetik didasari pada adanya beberapa

keterbatasan yang ditemukan manusia pada pemanfaatan polimer alam. Sebagai

contoh, polimer alam seperti karet alam memiliki beberapa keterbatasan seperti

berbau, lunak dan lengket jika suhu udara terlalu panas, keras dan rapuh jika suhu

udara terlalu dingin, berbau, dan sering melekat pada saat pengolahannya. Selain itu

ketersediaan yang terbatas di alam menjadi faktor pembatas pemanfaatannya.

Indonesia sendiri bersama Malaysia menjadi negara pemasok kebutuhan karet terbesar

di dunia.

Karena beberapa keterbatasan tersebut, manusia mengganti penggunaan karet alam

dengan polimer sintetik seperti poliisoprena (polimer dari isoprena; 2-metil-1,3-

butadiena), suatu zat yang memiliki sifat seperti karet alam namun bahan ini tidak

dipanen dari kebun karet. Selain itu masih ada contoh karet sintetik yang dewasa ini

banyak dimanfaatkan seperti neoprena (polimer dari kloroprena) yang digunakan

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 30

untuk insulator kawat dan kabel, butadiena stirena (kopolimer dari 1,3-butadiena

(75%) dan sirena (25%)) yang banyak digunakan oleh industri ban kendaraan

bermotor.

nCH2 = CHC6H5 + 3nCH2 = CH - CH = CH2

radikal bebas inisiator

Gambar 2. Reaksi pembentukkan SBR

Contoh lain dari polimer alam yang mulai diganti penggunaannya adalah serat untuk

keperluan tekstil. Serat seperti kapas, wol, dan sutera meskipun sampai sekarang

masih digunakan sebagai bahan baku dalam industri tekstil, tetapi karena keterbatasan

ketersediaan dan memiliki kelemahan dalam hal ketahanan terhadap regangan dan

kerutan serta serangan ngengat (sejenis serangga), mulai digantikan oleh polimer

sintetik seperti poliakrilonitril (Orlon, Acrilan, Creslan), poliester (dacron), dan

poliamida (nylon). Selain itu untuk lebih memuaskan selera, manusia juga telah

mengembangkan polimer sintetik untuk industri tekstil yang terbuat dari bahan yang

tahan api seperti tris [tris (2,3-dibromopropil)] fosfat.

Polimer sintetik lain yang perkembangannya sangat pesat adalah plastik. Kemudahan

dan keistimewaan plastik sedikit banyak telah dapat menggantikan bahan-bahan

seperti logam dan kayu dalam membantu kehidupan manusia.

Sejak ditemukan oleh seorang peneliti dari Amerika Serikat pada tahun 1968 yang

bernama John Wesley Hyatt, plastik menjadi primadona bagi dunia industri.

Produksinya di seluruh negara lebih dari 100 juta ton per tahunnya.

Contoh plastik yang banyak digunakan dalam kehidupan kita adalah polietilena

(bahan pembungkus, kantong plastik, mainan anak, botol), teflon (pengganti logam,

pelapis alat-alat masak), polivinilklorida (untuk pipa, alat rumah tangga, cat, piringan

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 31

hitam), polistirena (bahan insulator listrik, pembungkus makanan, styrofoam, mainan

anak), dan lain-lain.

Pada pembuatan polimer sintetik dapat diatur apakah strukturnya rantai linear atau

bercabang.

Salah satu cara untuk melakukan itu ialah dengan mengatur jumlah relative pereaksi

monomer yang berfungsi tiga yang ditambahkan kedalam campuran reaksi

polimerisasi.

III. SIFAT FISIK DAN KIMIA DARI POLIMER ALAM DAN SINTETIK

Tanah liat

A. Sifat fisik dan Kimia dari Tanah lempung

Sifat-sifat kimia yang penting dari tanah liat:

a. KUARSA

Akan mengurangi plastisitas dan pengerutan, tetapi menambah kecenderungan

untuk dijadikan “ refractory clay “. Kuarsa yang kasar akan harus hilang

b. GRUP SILIKA

( kuarsa, kristabolit, opal = SiO2 ) dalam bentuk koloid akan menambah

Plastisitas.

c. ALUMINA

Akan menjadikan “ refractory clay “

d. TITANIUM

Bertindak sebagai fluk.

e. KAPUR

( Lime ) disamping sebagai fluk, juga dapat sebagai pemutih ( bleacher )

f. OKSIDA BESI

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 32

Akan menurunkan suhu peleburan, juga dapat sebagai fluk dan juga sebagai zat

pemberi warna

Sifat-sifat fisik yang penting adalah

a. Berbutir sangat halus berdiameter dibawah 0,002 mm.

b. Dalam keadaan basah bersifat plastis, mudah dimodeliseer, setelah dibakar

menjadi keras membantu yang tidak dapat menjadi plastis lagi walaupun diberi

air,kecuali kalau dilebur atau dilelehkan pada suhu sangat tinggi (diata 1000 º).

c. Peleburan ( fusibility ) lempung yang telah berlitifikasi ( mengeras ) serendah-

rendahnya 1000 º C, untuk refaktori sampai 1400 º – 1500 º C

Plastik

A. Sifat fisik dan Kimia dari Plastik :

Plastik termosetting berwujud cair teteapi akan mengeras dan menjadi rigid

ketika dipanaskan. Plastik ini memiliki tahanan terhadap serangan zat kimia yang

baik meskipun berada pada lingkungan ekstrim.

Dalam keseharian dapat kita jumpai bahan plastik seperti kantong plastik,

dan gelang karet. Kedua barang tersebut mempunya sifat dan karakter yang sangat

berbeda. Kantong plastik kalau kita berikan gaya tarik, maka plastik tersebut akan

bertambah panjang dan bila gaya tarik tersebut kita ambil maka plastik itu tidak

akan kembali ke panjang semula. Sedangkan karet kalau kita beri gaya tarik, karet

akan bertambah panjang sesuai gaya yang kita berikan, jika gaya tersebut diambil

maka karet akan kembali ke panjang semula. Dari contoh tersebut dapat kita

bedakan dengan istilah termoplastik untuk kantong dan elastomer untuk karet.

Dalam pemilihan bahan plastik tentunya kita harus mengetahui sifat dan karakter

dari masing-masing bahan sesuai dengan kebutuhan ; kekuatan, kelenturan, daya

tahan terhadap cuaca, larutan kimia, dll.

VI. PEMBUATAN POLIMER SINTETIK

Pembuatan polimer sinteti ada dua macam, yaitu :

a. Dengan reaksi Adisi, dan

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 33

b. Dengan reaksi Kondensasi.

A. REAKSI ADISI

Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan

rangkap diikuti oleh adisi monomer.

Contoh :

Penggunaan reaksi adisi untuk mengubah ikatan rangkap menjadi ikatan tunggal

atau senyawa tak jenuh menjadi jenuh

Jadi dalam reaksi adisi polimerisasi terjadi penggolongan monomer-monomer sejenis

menjadi polimer dengan berat molekulnya merupakan kelipatan dari berat molekul

monomer. Pada umunya proses dilakukan dengan tekanan tinggi dan menggunakan

katalisatoro ksigen peroksida.

Sedang proses tekanan rendah menggunakan katalisator logam dan derivatnya

( TiCl4

dalam hexana solution AL( CH3 )3 Cromium oksida pada Silica Alumina ).

PROSES KERJA REAKSI ADISI POLIMERISASI

a. Ethylene dimasukan ke demethanizer ( campuran methana-ethylena ).

b. Pada dethanizer bagian bawah keluar ethane untuk direcycle kembali,

sedang

pada bagian atas keluar ethylene 99,8 % - 99,9 % kemudian masuk kerefrigerator

dan hasilnya berupa High purity ethylene.

c. Setelah itu High purity ethylene ditambah dengan katalisator O2, ditekan

dengan

tekanan 1500 atm.

d. Dari reaktor menuju ke separator untuk direcycle kembali.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 34

n H2C = CH CH2 C

Cl Cl

H

n

polivinilklorida (PVC)vinilklorida

e. Setelah direcycle, keluarkan cairan polyethylene dari separator dan

langsung ke

extruder untuk dibentuk

f. Dari extruder ke chiller untuk pendinginan, cara pendinginan dilakukan

dengan

tiba-tiba sehingga cairan mengeras dan masuk ke storage.

g. Keluarkan dari storage polyethylene.

Contoh :

1. Vinil Klorida menjadi Polivinil klorida

H2C CHCl C C

Cl

H

H

H

n

Vinil Klorida Polivinil klorida

2. Etilena menjadi Polietilena

C CH

H H

HC C

H

H H

H+...... + + ...... C C C C C

H H H H

H H H H H

H

Etilena Polietilena

B. REAKSI KONDENSASI

Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai dengan pembentukan

molekul kecil (H2O, NH3).

Contoh :

Alkohol + asam ester + air

HOCH2CH2OH + + H2O

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 35

HOC - (CH2)4COH

OO

Reaksi kondensasi tergantung pada :

- Konsentrasi dari reaktan

- Konsentrasi dari katalisator

- Waktu dan temperatur reaksi

Fillers ( Bahan pengisi ) dan bahan tambahan.

Menurut klasifikasinya, terjadinya resin selama produksi ada 2 type, yaitu :

a. Dalam type 1 bahan-bahan yang diperlukan :

Phenol

Formaldehide

Katalisator ( H2SO4 )

Hal itu untuk menghendaki adanya hasil produksi yang berupa termosetting resin.

Bahan-bahan tadi dimasukan kedalam ketel sehingga terjadi, setelah resin keluar

dari ketel berupa termosetting yang panas dan reaktif, kemudian dipanaskan akan

menjadi suatu zat yang tak dapat cair dan tak dapat larut.

b. Dalam type 2 bahan-bahan yang diperlukan

Phenol

Formaldehid

Katalisator ( H2SO4 )

Bila ditambahkan formaldehide akan didapatkan termoplastik tetapi kalau

ditambahkan formaldehide akan menghasilkan termosetting tesin. Penambahan

formaldehide dilengkapi dengan hexamethylenetiamine.

Untuk mendapatkan produk yang baik dapat dilakukan dengan cara a atau cara b

secara terpisah atau kombinasi cara a dan b.

PROSES KERJA REAKSI KONDENSASI POLIMERISASI

1. Dalam ketel dimasukan phenol, formaldehide kemudian katalisator dengan titik

didih serendah-rendahnya 160 º F untuk satu periode 10 menit selama 3 atau 4 jam.

Range temperatur 285 º F s/d 325 º F.

2. Selama reaksi kondensasi terjadilah air. Air dilepaskan dengan melewati saluran

Bagian atas dari ketel, terus ke reflux kemudian ke kondensator.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 36

3. Resin yang terjadi keluar dari reaktor menuju ke cooler untuk pendinginan dan

terjadilah pengerasan.

4. Kemudian masuk ke crusher, terjadilah brittle resin, dialirkan hammer mill untuk

penghancuran dan disaring ( 200 mesh ) kemudian masuk ke blender I ditambahkan

aktivator dan lubricant. Lalu masuk ke blender II.

Ketika resin dalam keadaan hidrophillic, asam organik ditambahkan ke resin untuk

memberikan warna. Sebelum selesai dehidrasi dari resin, bahan plasticiner,

lubricant, wood flour dicampurkan dengan resin.

Dehidrasi pada suhu 164 º F s/d 175 º F.

5. Dari blender II masuk ke storage, kemudian ke rool uap panas, lalu masuk ke

pendingin.

6. Dari cooler, ke cutter kemudian ke blender III. Setelah itu dituang ke mold yang

akan dipanaskan.

7. Pada waktu compression molding suhu 270 º F s/d 360 º F dan tekanan 2000 s/d

3000 psi

Contoh :

1. Formaldehide dengan fenol melepaskaskan air terjadi plastik bakelit.

OH

C OH

H+ 2

OH

C OH

H

H

Fenol Formaldehide Orto

OH

C HH

OH

OHH2COH

OH

H+

Para

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 37

OHH2C

OH

CH2OH+ H2O

HO

CH2

OH

CH2

HO OH

CH2

HO

CH2

OH

CH2

OH

HO

HO

CH2

H2C

V. KEGUNAAN POLIMER

Banyak sekali kegunaan Polimer yang sering kita temui dalam kehidupan sehari –

hari, diantaranya adalah:

a. Polietilena massa jenis rendah(LDPE)

Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur,

bahan pelapis.

b. Polietilena massa jenis rendah (HDPE)

Botol, drum, pipa, saluran, lembaran, film, isolasi kawat dan kabel.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 38

c. Polipropilena (PP)

Tali, anyaman, karpet, film.

d. Poli(vinil klorida) (PVC)

Bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk lantaui, isolasi kawat dan kabel.

e. Polistirena (PS)

Bahan pengemas (busa), perabotan rumah, barang mainan

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 39

BAB III

PENUTUP

3.1 KESIMPULAN

Material adalah sebuah bahan mentah dalam produksi, dan biasanya adalah bahan

mentah yang belum diproses, tetapi ada juga yang diproses sebelum digunakan untuk

proses produksi lebih lanjut.

Material memiliki sifat-sifat yang berbeda. Semua itu tergantung pada bentuk dan

wujud, serta molekul penyusunnya. Macam-macam sifat material:

1. Sifat mekanik

2. Sifat listrik

3. Sifat magnet

4. Sifat termal

5. Sifat kimia

6. Sifat fisik

7. Sifat teknologi

Kegunaan –kegunaan material tidak sedikit. Material-material ini sangat

membantu kehidupan manusia. Mereka bias membuat kehidupan manusia menjadi

lebih mudah.

3.2 SARAN

o Dalam penggunaan material harus memperhatikan jenis bahan tersebut, jangan

sampai memakai bahan yang berbahaya.

o Bahan-bahan yang tidak bisa diperbaharui harus digunakan seefisien mungkin

dengan jumlah yang tiudak berlebihan.

o Penggunaan material harus sesuai dengan kaidah-kaidah yang mendukung

tentang metalurgi.

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 40

DAFTAR PUSTAKA

www.bpkpenabur.or.id/kps-jkt/berita/9812/artikel1.htm

www.chem-is-try.org/?sect=belajar&ext=alkena01_09

Id.wikipedia.org/wiki/Polimer_sintetik

ms.wikipedia.org/wiki/Polimer_sintetik -

www.metal.ui.ac.id/Whatismetallurgy.html

ms.wikipedia.org/wiki/Polimer

(groups.or.id/wikipedia/id/m/a/t/Material.html )

(groups.or.id/wikipedia/id/t/e/k/Teknik_Material_50a9.html )

www.chem-is-try.org/?sect=artikel&ext=68

www1.bpkpenabur.or.id/kps-jkt/berita/9812/artikel1.htM

http://www.blogger.com/feeds/2452954481303067383/posts/default

Depdikbud,Kimia,1982

Drs. Agustinus Ngatin,Dra. Nancy, S.D.Msi,Dra. Mentik Hulupi, Msi,Kimia Fisika,Pusat

pengembangan Pendidikan Politeknik,Bandung,1996

POLITEKNIK NEGERI BANDUNG | Material dan Polimer 41