penentuan berat molekul (mn) polimer · pdf filereaksi adisi dari berbagai monomer. contoh...
TRANSCRIPT
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 1
PENENTUAN BERAT MOLEKUL (Mn) POLIMER DENGAN
METODE VISKOSITAS
Novi Tri Nugraheni1,Kiranti Nala Kusuma
1, Ratna Yulia Sari
2, Agung Sugiharto
3, Hanif
Roikhatul Janah4, Khoirotun Nisa
6 , Ahmad Zusmi Humam
7.
Laboratorium Fisika Material, Departemen Fisika
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Airlangga
Surabaya
Abstrak
Telah dilakukan percobaan untuk menentukan berat molekul polistiren yang bertempat di laboratorium
material Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga. Polistiren merupakan material yang
banyak digunakan dalam kehidupan manusia. Penggunaan polistiren yang terus berkembang sedangkan
polistiren yang tersedia di alam jumlahnya terbatas. sehingga diperlukan penelitian untuk mengetahui
karakteristik polistiren agar dapat mengembangkan polistiren sintetis. Selain itu dengan mengetahui
karakteristiknya kita dapat menggunakan bahan polistiren yang sesuai dan tepat. Salah satu sifat yang
mempengaruhi suatu polimer adalah berat molekul (Mn). Metode yang digunakan adalah viskositas
Ostwald. Pelarut murni toluena sebagai pembanding dialirkan ke dalam tabung viskositas Ostwald.
Larutan polistiren yang terbuat dari campuran polistiren dan toluena dengan konsentrasi tertentu juga
dialirkan ke dalam tabung. Waktu alir tiap konsentrasi akan berbeda. Waktu tersebut dimasukkan dalam
rumus sehingga memperoleh nilai viskositas larutan,viskositas spesifik dan viskositas reduksi. Viskositas
intrinsik diperoleh dengan metode ekstrapolasi grafik antara viskositas reduksi dengan konsentrasi
larutan. Hasil akhir menunjukkan bahwa berat molekul polistiren adalah .
Kata kunci :berat molekul, metode viskositas,viskositas oswald,polistiren
I. PENDAHULUAN
Salah satu bahan yang banyak
digunakan untuk memenuhi kebutuhan
manusia adalah polimer. Contohnya
Polypropylene (PP) pada arpet dan jok,
Polietilena densitas rendah (LDPE) pada tas
Grocery, Polietilen kerapatan tinggi (HDPE)
pada botol Deterjen dan mainan anak, Poli
(vinil klorida) (PVC)pada Pipa,
Politetrafluoroetilen (PTFE, Teflon) pada
panci, Poli (vinil asetat) (PVAc) pada Cat dan
perekat serta Polikloropren (cis trans +)
(Neoprene) pada akaian selam dan masih
banyak lagi. Polimer juga tersedia dari alam.
Contohnya adalah selulosa dalam kayu dan
kertas,polisakarida dalam tumbuhan,karet,
protein dalam daging, amilum pada jagung
dan beras dll. Namun polimer alam suatu saat
dapat habis jika digunakan terus menerus
tanpa ada pembaharuan. Sehingga diperlukan
cara untuk mengatasinya.
Tingginya kebutuhan polimer,maka
dilakukaan penelitian dan pengembangan
terus dilakukan pada polimer. Hal tersebut
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 2
dilakukan agar manusia dapat mengganti
polimer alam yang dapat habis dengan
material polimer sintetis. Salah satu penelitian
pada polimer adalah menentukan berat
molekul polimer (Mn). Dengan mengetahui
berat molekul polimer (Mn),kita dapat
mengetahui karakteristik polimer tersebut.
Sehingga kita dapat menyesuaikan
penggunaan plimer tersebut dengan tepat.
II. DASAR TEORI
Polimer atau kadang-kadang disebut
sebagai makromolekul, adalah molekul besar
yang dibangun oleh pengulangan kesatuan
kimia yang kecil dan sederhana. Akibatnya
molekul-molekul polimer umumnya
mempunyai massa molekul yang sangat besar.
Sebagai contoh, polimer poli (feniletena)
mempunyai harga rata-rata massa molekul
mendekati 300.000. Hal ini yang
menyebabkan polimer tinggi memperlihatkan
sifat sangat berbeda dari polimer bermassa
molekul rendah, sekalipun susunan kedua
jenis polimer itu sama.
Polimer terbentuk dari dua jenis reaksi
polimerasi. Yang pertama adalah Polimerisasi
adisi yaitu polimer yang terbentuk melalui
reaksi adisi dari berbagai monomer. Contoh
polimer adisi adalah polistirena (karet ban),
polietena (plastik), poliisoprena (karet alam),
politetraflouroetena (teflon), PVC, dan
poliprepilena (plastik). Yang kedua adalah
Polimerisasi kondensasi yaitu polimer yang
terbentuk karena monomer-monomer saling
berikatan dengan melepaskan molekul kecil.
pembentukan plastik stirofoam tersusun dari
dua monomer berbeda yaitu urea dan metanal.
Dua molekul metanal bergabung dengan satu
molekul urea menjadi suatu molekul disebut
dimer. Dimer-dimer ini selanjutnya
berpolimerisasi. Contoh polimer kondensasi
adalah bakelit, poliuretan, poliamida,
(melamin), poliester (nilon), teteron, dan
protein.
Berdasarkan sumbernya polimer
dibedakan menjadi dua jenis. Pertama adalah
polimer alam yang berasal dari alam dan
makhluk hidup. Contohnya karet alam (dari
monomer-monomer 2-metil-1,3-
butadiena/isoprena), selulosa (dari monomer-
monomer glukosa), protein (dari monomer-
monomer asam amino), amilum dan asam
nukleat. Kedua adalah Polimer sintesis /
buatan yaitu polimer yang tidak terdapat di
alam dan harus dibuat terlebih dahulu oleh
manusia. Contoh: nilon (dari asam adipat
dengan heksametilena), PVC (dari vinil
klorida), polietilena, poliester (dari diasil
klorida dengan alkanadiol).
Berdasarkan jenis monomer dibedakan
atas dua jenis yaitu Hopolimer dan Kopolimer.
Homopolimer terbentuk dari monomer-
monomer sejenis. Contoh: polisterina,
polipropilena, selulosa, PVC, teflon. Yang
kedua adalah Kopolimer terbentuk dari
monomer-monomer yang tak sejenis. Contoh:
nilon 66, tetoron, dakron, protein (dari
berbagai macam asam amino), DNA (dari
pentosa, basa nitrogen, dan asam fosfat),
bakelit (dari fenol dan formaldehida),
melamin (dari urea dan formaldehida).
Berdasarkan sifat termalnya,polimer
dibedakan aatas dua jenis yaitu polimer
termoplas dan polimer termosetting. Polimer
termoplas/termoplastis adalah polimer yang
melunak ketika dipanaskan dan dapat kembali
ke bentuk semula. Contoh: PVC, polietilena,
polipropilena. Polimer thermosetting
adalah polimer yang tidak melunak ketika
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 3
dipanaskan dan tidak dapat kembali ke bentuk
semula. Contoh: melamin, selulosa.
Salah satu cara untuk menentukan
berat molekul polimer adalah metode
viskositas Ostwald. Viscometer Oswald
digunakan untuk mengukur sampel yang encer
atau kurang kental. Berdasarkan persamaan
poisseulle, dengan membandingkan wakltu
alir cairan sampel dan cairan pembanding
menggunakan alat yang sama.
Viskositas dapat dinyatakan sebagai
tahanan aliaran fluida yang merupakan
gesekan antara molekul – molekul cairan satu
dengan yang lain. Suatu jenis cairan yang
mudah mengalir dapat dikatakan memiliki
viskositas yang rendah, dan sebaliknya bahan
– bahan yang sulit mengalir dikatakan
memiliki viskositas yang tinggi.
Viskositas intrinsic yang dikemukakan oleh
mark dan houwink adalah :
[ ]
Dengan [ ] adalah viskositas intrinsik, k dan a
adalah ketetapan untuk jenis polimer
tertentu.Viskositas larutan polimer dapat
diketahui dengan persamaan :
[ ]
Dengan adalah waktu alir rata-rata
pelarut murni, adalah waktu alir untuk
konsentrasi tertentu dan [ ] adalah viskositas
pelarut murni. untuk menentukan viskositas
spesifik (
menggunakan persamaan :
Dengan adalah viskositas larutan
polimer dan adalah viskositas pelarut murni.
Setelah viskositas spesifik (
) dan
konsentrasi (c) diketahui,selanjutnya dapat
menentukan nilai viskositas reduksi dengan
persamaan :
III. ALAT DAN BAHAN
1. Polistiren.
2. Toluena.
3. Stopwatch.
4. Gelas ukur.
5. Tabung reaksi.
6. Tabung viskosimeter Ostwald.
IV. METODE EKSPERIMEN
Metode yang digunakan adalah
viskositas Ostwald. Pelarut murni yang
digunakan adalah Toluena. Larutan polistiren
dibuat dari campuran sejumlah polistiren
dengan toluene. Pelarut toluena murni dan
larutan polimer dengan konsentrasi tertentu di
alirkan dalam tabung Ostwald. Kemudian
dihitung waktu alirnya. Waktu alir tersebut di
masukkan ke dalam rumus pada dasar teori
sebelumnya untuk menentukan berat molekul
polimer. Besar viskositas intrinsik di peroleh
dari metode ekstrapolasi grafik viskositas
reduksi terhadap konsentrasi
V. DATA HASIL PENGAMATAN DAN
ANALISIS
Analisis Terlampir
VI. PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini kami
menentukan berat jenis polimer. Polimer
yang digunakan adalah jenis polistiren.
Polistiren berbentuk butiran plastic. Butiran
plastic tersebut dilarutkan dengan pelarut
toluene. Butiran plastic tersebut kami
timbang dengan berat tertentu untuk
mendapat kan konsentrasi sebanyak 8
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 4
variasi yaitu 0%, 1%,2%,3%,4%,5%,6%,dan
7%.
Kemudian larutan tersebut kami
lewatkan pada tabung viskositas Ostwald.
Kemudian dihitung waktu alirnya ketika
melewati tabung viskositas Ostwald. Masing
masing konsentrasi akan memiliki waktu alir
yang berbeda. Konsentrasi dipengaruhi oleh
jumlah polistiren. Semakin besar jumlah
polistiren,semakin besar gaya gesek yang
memperlambat aliran larutan pada tabung
viskositas Ostwald. gaya gesek tersebut
berasal dari molekul-molekul polistiren yang
saling menggesek satu sama lain.
Besaran yang diperoleh dari
praktikum adalah waktu alir larutan
polistiren dengan konsentrasi yang berbeda-
beda. Waktu tersebut digunakan dalam
perhitungan rumus sehingga diperoleh nilai
berat molekul polistiren sebesar
. Polistirena terdiri dari
beberapa molekul stiren. Satu stiren
memiliki berat molekul 104 gr/mol. Maka
jumlah rantai stiren yang ada dalam
polistiren tersebut dapat diestimasi dengan
membagi Mr polistirena dengan Mr stiren
yaitu sekitar 160 rantai stiren.
Pada suhu ruangan, polistirena
biasanya bersifat termoplastik padat. Dapat
mencair pada suhu yang lebih tinggi.
Polistiren tahan air,bahan kimia non-organik
dan alcohol. Tetapi bersifat rapuh,mudah
terbakar dan ketahanan kerja pada suhu
rendah sehingga tidak cocok untuk aplikasi
luar ruangan.
VII. KESIMPULAN
Berdasarkan percobaan yang kami
lakukan yaitu untuk menentukan berat
molekul polistiren (Mn) menghasilkan nilai
sebesar
VIII. DAFTAR PUSTAKA
Tim KBK Fisika Material. 2010. Buku
Petunjuk Praktikum Fisika Eksperimen
Lanjut (Fisika Material). Departemen
Fisika UNAIR.
Billmeyer,f.W.,1984,Textbook of polymer
science,john wiley & Sons, Inc.,new
York.
Brandup,J.Immerqut,E.H.,1989,polymer
handbook,john wiley & sons,inc.,New
York.
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 5
LAMPIRAN
DATA HASIL PENGAMATAN
No Larutan Waktu (sekon)
t1 t2 t3 trerata
1 0 % (murni) 2.02 1.21 0.93 1.39
2 1 % 1.76 1.87 1.81 1.81
3 2 % 2.71 2.58 2.72 2.67
4 3 % 4.19 4.00 3.82 4.00
5 4 % 5.71 5.63 5.64 5.66
6 5 % 8.60 8.50 8.49 8.53
7 6% 10.03 10.21 10.80 10.34
8 7% 14.39 14.73 14.87 14.66
ANALISIS DATA
Waktu alir yang di butuhkan oleh pelarut toluene adalah sebagai berikut :
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 2,02 4,08
2 1,21 1,46
3 0,93 0,86
∑ 4,16 6,40
∑
Ketidakpastian
√∑
√
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 6
√
s
Jadi waktu alir pelarut toluene sebesar )
Waktu alir larutan
Larutan C1 dengan konsentasi 1%
No Waktu alir
(t*) (t*
2)
1 1,76 3,10
2 1,87 3,50
3 1,81 3,28
∑ 5,44 9,87
∑
Dengan ketidakpastian
√∑
√
√
s
Jadi waktu alir larutan C1 = ) s
Larutan C2 dengan konsentasi 2%
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 2,71 7,34
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 7
2 2,58 6,66
3 2,72 7,40
∑ 8,01 21,40
∑
Dengan ketidakpastian
√∑
√
√
s
Jadi waktu alir larutan C2 = ) s
Larutan C3 dengan konsentasi 3%
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 4,19 17,56
2 4,00 16,00
3 3,82 14,59
∑ 12,01 48,15
∑
Dengan ketidakpastian
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 8
√∑
√
√
s
Jadi waktu alir larutan C3 = ) s
Larutan C4 dengan konsentasi 4%
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 5,71 32,60
2 5,63 31,70
3 5,64 31,81
∑ 16,98 96,11
∑
Dengan ketidakpastian
√∑
√
√
s
Jadi waktu alir larutan
C4 = ) s
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 9
Larutan C5 dengan konsentasi 5%
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 8,60 73,96
2 8,50 72,25
3 8,49 72,08
∑ 25,59 218,29
∑
Dengan ketidakpastian
√∑
√
√
s
Jadi waktu alir larutan C5 = ) s
Larutan C6 dengan konsentasi 6%
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 10,03 100,60
2 10,21 104,24
3 10,80 116,64
∑ 31,04 321,48
∑
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 10
Dengan ketidakpastian
√∑
√
√
s
Jadi waktu alir larutan C6 = ) s
Larutan C7 dengan konsentasi 7%
No Waktu alir
(t*)
(t*2)
1 14,39 207,07
2 14,73 216,97
3 14,87 221,11
∑ 43,99 645,15
∑
Dengan ketidakpastian
√∑
√
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 11
√
s
Jadi waktu alir larutan C6 = ) s
a. Menentukan viskosita smasing-masing konsentrasi
*
*
t
t
t = waktualirlarutan
t* = waktualirpelarut
=viskositaspelarut = 5,58.104 kg/ms
Konsentrasi 1%
mskg
t
t
/10.29,7
10.58,539,1
1,81
4
1
4
1
*
*1
Konsentrasi 2%
mskg
t
t
/10.73,10
10.58,539,1
67,2
4
2
4
2
*
*2
Konsentrasi3%
mskg
t
t
/10.09,16
10.58,539,1
00,4
4
3
4
3
*
*3
Konsentrasi 4%
mskg
t
t
/10.74,22
10.58,539,1
66,5
4
4
4
4
*
*4
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 12
Konsentrasi 5%
mskg
t
t
/10.27,34
10.58,539,1
53,8
4
5
4
5
*
*5
Konsentrasi 6%
mskg
t
t
/10.57,41
10.58,539,1
34,10
4
6
4
6
*
*6
Konsentrasi 7%
mskg
t
t
/10.91,58
10.58,539,1
66,14
4
7
4
7
*
*7
b. MenentukanViskositas Spesifik masing-masing konsentrasi
*
*
sp
= viskositas larutan
* = viskositas pelarut
Konsentrasi 1%
30,0
10.58,5
10.58,510.29,7
1
4
44
1
*
*
1
sp
sp
sp
Konsentrasi 2%
92,0
10.58,5
10.58,510.73,10
2
4
44
2
*
*
2
sp
sp
sp
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 13
Konsentrasi 3%
88,1
10.58,5
10.58,510.09,16
3
4
44
3
*
*
3
sp
sp
sp
Konsentrasi 4%
08,3
10.58,5
10.58,510.74,22
4
4
44
4
*
*
4
sp
sp
sp
Konsentrasi 5%
14,5
10.58,5
10.58,510.27,34
5
4
44
5
*
*
5
sp
sp
sp
Konsentrasi 6%
44,6
10.58,5
10.58,510.57,41
6
4
44
6
*
*
6
sp
sp
sp
Konsentrasi 6%
56,9
10.58,5
10.58,510.91,58
7
4
44
7
*
*
7
sp
sp
sp
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 14
c. Menentukan viskositas reduksi masing-masing konsentrasi
C
sp
red
C = konsentrasi larutan
Konsentrasi 1%
mlgr
C
red
sp
red
/6,3001,0
30,01
1
Konsentrasi 2%
mlgr
C
red
sp
red
/15,4602,0
92,02
2
Konsentrasi 3%
mlgr
C
red
sp
red
/76,6203,0
88,13
3
Konsentrasi 4%
mlgr
C
red
sp
red
/88,7604,0
08,34
4
Konsentrasi 5%
mlgr
C
red
sp
red
/84,10205,0
14,55
5
Konsentrasi 6%
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 15
mlgr
C
red
sp
red
/48,10706,0
44,65
5
Konsentrasi 7%
mlgr
C
red
sp
red
/53,13604,0
56,94
4
Konsentrasi (%) Waktu alir (s) Viskositas
larutan )
Viskositas
spesifik
Viskositas
reduksi
0% 1.39 5.58x104 0 0
1% 1.87 7.29x104 0.30 30.60
2% 2.67 10.73x104 0.92 46.15
3% 4.00 16.09x104 1.88
4% 5.66 22.74x104 3.08
5% 8.53 34.27x104 5.14
6% 10.34 41.57x104 6.44
7% 14.66 58.91x104 9.56 136.53
y = 1716.2x + 11.816 R² = 0.986
0
20
40
60
80
100
120
140
160
0 0.02 0.04 0.06 0.08
Vis
kosi
tas
Re
du
ksi
Konsentrasi Larutan
Grafik Hubungan Konsentrasi Larutan
dengan Viskositas Reduksi
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 16
Menetukan Berat Molekul
Dari grafik di atas, dapat diketahui bahwa viskositas intrinsik ( ) adalah 11,816. Berdasarkan
viskositas intrinsik yang diperoleh, kita dapat mencari berat molekul dengan persamaan :
aMK.
Dengan K=12.10-3
ml/gr
a=0,71
=11,816
molgrM
M
M
M
M
M
MK a
/10,16218
21,4log
99,2log71,0
67,984loglog
67,98410.12
11,816
.10.12816,11
.
71,0
3
71,0
71,03
Jadi, berat molekul dari polistiren adalah 6280,584 gr/mol
Sedangkan berat molekul dari stiren(C8H8) adalah 104. Sehingga jumlah rantai stiren pada
polistiren tersebut adalah :
10,16218
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 17
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul) Page 18