Penentuan Berat Molekul Polimer (M n ) Dengan Metode Viskositas

Transkripsi

1 2014 LABORATORIUM FISIKA MATERIAL IHFADNI NAZWA Penentuan Berat Molekul Polimer (M n ) Dengan Metode Viskositas Ihfadni Nazwa, Darmawan, Diana, Hanu Lutvia, Imroatul Maghfiroh, Ratna Dewi Kumalasari Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika, Departemen Fisika Universitas Airlangga Surabaya Abstrat. Telah dilakukan perobaan penentuan berat molekul polimer dengan metode viskositas. Perobaan ini bertujuan untuk mendapatkan berat molekul dari bahan polimer yaitu polistiren. Polistiren sendiri merupakan bahan polimer yang sering digunakan oleh masyarakat di dunia khususnya di Indonesia. Penggunaan polistiren yang begitu besar tersebut tidak di imbangi dengan produksi yang berlimpah di alam. Sehingga perlu dilakukan suatu upaya untuk membuat polistiren sintesis sendiri dengan menari, mengetahui dan memahami karakteristik dari polistiren tersebut. salah satu karakteristiknya adalah bisa ditentukan dengan menari berat molekul polimer yang bersangkutan. Penentuan berat molekul polistiren dilakukan dengan melarutkan polistiren ke dalam pelarut toluena dengan konsentrasi yang berbeda-beda yaitu 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%. Setelah itu dilakukan pengukuran waktu alir tiap larutan yang berbeda konsentrasi tersebut. kemudian dihitung viskositas larutan, viskositas spesifik, dan viskositas reduksi. Setelah diperoleh nilai viskositasnya, kemudian dibuat grafik hubungan antara viskositas reduksi terhadap konsentrasi. Berdasarkan analisis data yang telah dilakukan, diperoleh berat molekul Polistiren sebesar gr/mol Keywords: berat molekul, polimer, polistiren. 1 Pendahuluan Polimer merupakan salah satu material yang mengalami perkembangan yang sangat epat. Perkembangan ini meliputi Researh and Development (RAD) dalam kaitannya dengan tuntutan penggunaan maupun kebutuhan untuk membantu memudahkan kehidupan manusia. Penggunaan polimer sebagai bagian kehidupan manusia sangat bergantung pada berbagai faktor. Salah satunya adalah berat molekul polimer (M n ). Faktor ini sangat berpengaruh terhadap sifat mikroskopik stuatu polimer yang meliputi sifat termal, sifat fisis, mekanik maupun sifat optik. Oleh karena itu penentuan berat molekul merupakan suatu hal yang harus dilakukan untuk dapat memperkirakan karakteristik polimer tersebut. Terdapat berbagai metode untuk menentukan berat molekul polimer. Salah satunya adalah metode viskositas. Dengan melakukan eksperimen ini diharapkan nantinya bisa menentukan M n suatu polimer sehingga dapat memperkirakan karakteristik dari baha polimer yang digunakan. 2 Dasar Teori Polimer adalah makromolekul yang tersusun dari satuan-satuan kimia sederhana yang disebut dengan monomer, seperti etilena, propilena, isobutilena dan butadiene. Bahan polimer ini dapat dikelompokkan atas dua bagian yaitu polimer alamiah dan polimer sintetis (Hartomo, 1995). Jika pengulangan satuan-satuan itu terstruktur seara linear maka molekul-molekul polimer sering kali digambarkan sebagai molekul rantai atau rantai polimer. Rantai polimer juga dapat berabang. Beberapa rantai linear atau berabang dapat bergabung melalui sambungan silang membentuk polimer bersambung silang 3 dimensi yang sering disebut sebagai polimer jaringan.

2 2 Ihfadni Nazwa Berat molekul merupakan salah satu faktor yang menentukan sifat polimer. Faktor penting lain yang menentukan sifat polimer adalah susunan rantai didalam polimer dan derajat kekristalannya. Pembagian polimer atau klasifikasi polimer bisa dilihat dari asal atau sumbernya, strukturnya, sifat termalnya, komposisi dan kristalinitasnya. Menurut sumbernya ada yang alami dan sintesis (seperti yang telah disebutkan diawal dasar teori). Menurut sifat termalnya, polimer memiliki 2 tipe yaitu polimertermoplastik dan termosetting. Termoplastik mempunyai sifat melunak pada pemanasan, misalkan saja polistiren( bahan yang digunakan dalam perobaan ini), sedangkan termosetting mempunyai sifat kaku dan tidak melunak pada pemanasan, misalnya bakelit, formaldehid. Jika ditinjau dari komposisinya maka polimer dibedakan menjadi 2 yaitu homopolimer dan kopolimer. Viskositas sendiri merupakan ukuran ketahanan suatu fluida terhadap gaya geser yang diberikan. Dalam prakteknya, koefisien viskositas ditentukan dengan penentuan laju aliran lewat pipa.perbandingan antara viskositas suatu larutan polimer terhadap viskositas pelarut murni dapat dipakai untuk menentukan berat molekul suatu polimer. Viskositas intrinsik dapat dikaitkan dengan berat molekul melalui persamaan (1) berikut: η K. M a Metode yang biasa digunakan untuk mengukur viskositas larutan adalah vikosimeter Oswald atau viskosimeter Ubbelohde. Jika viskositas larutan polimer adalah (η) dan viskositas dari pelarut murni adalah (η * ) maka viskositas spesifik larutan polimer diberikan oleh persamaan (2) : η Persamaan ini menggambarkan peningkatan viskositas yang disebabkan oleh polimer. Perbandingan ( /) pada pengeneran tak terhingga disebut sebagai viskositas intrinsi dan diberi lambang. seara matematis persamaan (3) dapat dituliskan sebagai berikut : Karena massa jenis berbagai larutan yang dipakai dalam suatu perobaan sama dengan massa jenis pelarut, maka sebagai pendekatan dapat diabaikan. Viskositas tiap larutan hasil pengeneran berbanding lurus dengan waktu alirnya, sehingga dapat dituliskan (persamaan (4)): Dengan t merupakan waktu alir untuk larutan sedangkan t* adalah waktu alir untuk pelarut. Seara perobaan waktu alir untuk berbagai pengeneran larutan polimer dan pelarut bisa diperoleh melalui pengukuran dengan viskosimeter. 3 Alat dan Bahan Adapun alat dan bahan yang digunakan pada eksperimen ini adalah sebagai berikut: a. Polimer yang akan diukur bobot molekulnya (M n ) yaitu polistiren

3 b. Pelarut (toluena). Stopwath d. Gelas ukur e. Tabung reaksi f. Tabung viskosimeter Oswald 4 Metode Eksperimen Dalam perobaan ini, polimer yang digunakan adalah polistirena sebagai bahan yang akan di uji berat molekulnya dan toluena sebagai zat pelarutnya. Larutan ampuran antara polistirena dengan toluena dibuat dengan konsentrasi yang berbeda-beda, mulai dari 1% sampai dengan 7%. Dengan volume toluena dibuat tetap sebesar 8 ml. Sedangkan massa polistirennya dibuat berbeda-beda tergantung dari konsentrasi yang dibutuhkan. Misalkan untuk konsentrasi 1% dengan volume toluena sebesar 8 ml maka massa dari polistirennya sebesar 0,08 gr agar mendapatkan konsentrasi 1% tersebut. begitu pula untuk konsentrasi lainnya. Larutan sampel tersebut kemudian dialirkan ke dalam tabung viskosimeter oswald untuk diukur berapa waktu alirnya. Dengan diperolehnya waktu alir tersebut bisa digunakan untuk menentukan viskositas larutan, viskositas spesifik dan viskositas reduksinya serta viskositas intrinsiknya sehingga nanti bisa didapatkan berat molekul dari bahan polimer yang digunakan tersebut yaitu polistirena. 5 Data Hasil Pengamatan (terlampir) 6 Analisis Data (Terlampir) 7 Hasil dan Pembahasan Pada eksperimen kali ini kami menoba menentukan berat molekul dari bahan polimer yaitu polistirene untuk mengetahui karakteristik dari bahan polimer yang digunakan. Karena dari berat molekul yang diketahui bisa diperoleh informasi mengenai sifat dan karakteristik dari suatu usur atau senyawa. Polistirene sendiri merupakan jenis bahan polimer sintesis yang dibuat dengan proses polimerisasi adisi dengan ara suspense dan terbentuk dari monomer stirene dengan rumus kimia C 6 H 5 -CHCH 2. Reaksi kimia dari polistirene ini dapat dituliskan seperti berikut : Polistirene ini merupakan suatu bahan yang tidak bisa larut dalam air tetapi bisa larut dalam toluena, sehingga pada eksperimen kali ini kami menggunakan toluena sebagai zat pelarutnya. Setelah dilarutkan pada toluena dengan konsentrasi yang berbeda-beda, larutan sampel dialirkan pada tabung viskosimeter oswald untuk mendapatkan waktu alirnya. Dari hasil pengamatan yang kami peroleh, semakin besar konsentrasinya maka gaya geseknya semakin besar sehingga waktu yag diperlukan untuk mengalir pada tabung viskosimeter Oswald semakin lama semakin besar. Begitu pula dengan nilai viskositasnya. Semakin besar konsentrasi larutan sampel, maka viskositasnya semakin besar pula (bisa dilihat pada tabel analisis data).

4 uksi 4 Ihfadni Nazwa Dari hasil analisis data kemudian kami membuat sebuah grafik hubungan antara viskositas reduksi terhadap konsentrasi larutan. Berikut ini grafik yang kami peroleh : Hubungan antara uksi dengan konsentrasi konsentrasi (gr/ml) y 1737x R² Линейная () Dari grafik diatas jelas terlihat bahwa semakin besar konsentrasinya maka nilai viskositasnya semakin besar pula. Dari grafik tersebut pula, bisa kita dapatkan besarnya berat molekul dari polistirene dengan jalan mengambil nilai viskositas intrinsik yaitu ketika konsentrasinya sama dengan nol. Ketika konsentrasinya sama dengan nol maka nilai viskositas intrinsiknya sebesar 29,61 (nilai n dari grafik). Setelah didapat nilai viskositas tersebut kemudian kita bisa menentukan berat molekul dengan menerapkan persamaan (1) sehingga berdasarkan analisis data diperoleh besarnya berat molekul polistiren sebesar gr/mol. Dengan didapatkannya berat molekul polistiren tersebut, maka jumlah rantai atau ikatan pada polistiren bisa diperkirakan dengan membagi berat molekul dengan Mr Stiren (104). Berdasarkan analisis diperoleh banyaknya ikatan pada polistiren sebesar 576 rantai stiren. Pada suhu ruangan, polistirena biasanya bersifat termoplastik padat, dapat menair pada suhu yang lebih tinggi. Polistiren juga tahan air, bahan kimia non-organik dan alohol. Akan tetapi bersifat rapuh, mudah terbakar dan ketahanan kerja pada suhu rendah sehingga tidak ook untuk aplikasi luar ruangan. 8 Kesimpulan Berdasarkan eksperimen yang telah dilakukan, dapat kami simpulkan bahwa besarnya berat molekul dari polistiren adalah sebesar gr/mol dengan jumlah rantai stiren sebesar 576 rantai. 9 Daftar Pustaka [1] Brandup, J.Immerqut, E.H.,1989,polymer handbook,john wiley & sons,in.,new York [2] Tim KBK Fisika Material Buku Petunjuk Fisika Ekpserimental Lanjut. Surabaya : Universitas Airlangga [3]

5 LAMPIRAN 1. Data Hasil Pengamatan Larutan Waktu alir (sekon) Per.1 Per.2 Per.3 Rata-rata C 1 (1%) 1,50 1,49 1,47 1,4867 C 2 (2%) 2,32 2,28 2,31 2,3033 C 3 (3%) 3,81 3,84 3,82 3,823 C 4 (4%) 4,90 4,88 4,87 4,8833 C 5 (5%) 7,43 7,49 7,48 7,467 C 6 (6%) 8,93 8,90 8,88 8,903 C 7 (7%) (t * ) 1,05 1,03 1,01 1,03 2. Analisis Data 2.1 Menentukan Viskositas Larutan Konsentrasi 1% η 1,4867 η gr m 1 s Konsentrasi 2% η 2,3033 η gr m 1 s Konsentrasi 3% η 3,823 η gr m 1 s 1

6 6 Ihfadni Nazwa Konsentrasi 4% η 4,8833 η gr m 1 s Konsentrasi 5% η 7,467 η gr m 1 s Konsentrasi 6% η 8,903 η gr m 1 s Menentukan viskositas spesifik ( ) Konsentrasi 1% η ,58 x 107 0, Konsentrasi 2% η ,58 x 107 1, Konsentrasi 3% η ,58 x 107 2,71165

7 2.2.4 Konsentrasi 4% η ,58 x 107 3, Konsentrasi 5% η ,58 x 107 6, Konsentrasi 6% η ,58 x 107 7, Menentukan viskositas reduksi ( ) Konsentrasi 1% 0, ,01 44, Konsentrasi 2% 1, ,02 61, Konsentrasi 3%

8 uksi 8 Ihfadni Nazwa 2, ,03 90, Konsentrasi 4% 3, ,04 93, Konsentrasi 5% 6, ,05 124, Konsentrasi 6% 7, ,06 127, Menentukan berat molekul Polistirena (M n ) Hubungan antara uksi dengan konsentrasi konsentrasi y 1737x R² Линейная ()

9 Dari grafik diperoleh nilai η sebesar 29,61. sehingga, bisa diari berat molekul dari polistiren dengan menggunakan persamaan berikut : η K. M a Dimana K dan a merupakan tetapan khas untuk sistem yang besarnya masing-masing adalah 12 x 10 3 ml/gr dan 0,71. Sedangkan M merupakan berat molekul polimer. Dengan demikian : M 0,71 η K M 0,71 29,61 12 x 10 3 M gr/mol Sedangkan untuk menghitung banyaknya mer pada polistiren dapat dilakukan dengan membagi berat molekul polistiren dengan berat stiren. Seara matematis dituliskan : jumlah rantai gr mol 104 gr mol 576 rantai