Penentuan Berat Molekul (Mn) Polimer dengan Metode VIiskositas 1
Ika Wahyuni, 2Ahmad Barkati Rojul, 3Erlin Nasocha, 4Nindia Fauzia Rosyi, 5Nurul Khusnia, 6Oktaviana Retna Ningsih
Jurusan Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga Surabaya Abstrak
Eksperimen kali ini adalah menentuan berat molekul (Mn) pada salah satu jenis polimer sintesis yaitu Polistiren dengan menggunakan metode viskositas. Sebelumnya Polistiren tersebut dilarutkan dengan pelarut toluene. Pada proses pelarutan dibuat beberapa variasi konsentrasi yaitu 0%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6% dan 7% polistiren terhadap 6 ml toluene. Setelah larutan disiapkan, kemudian masing-masing dimasukkan ke dalam tabung viskosimeter oswald untuk mengetahui waktu alir larutan. Berdasarkan hasil perhitungan dalam eksperimen ini, diperoleh nilai berat molekul (Mn) sebesar 2.427,24 gr/mol. Kata kunci: viskositas, polistiren, toluene
I.
Pendahuluan
Polimer merupakan salah satu material yang mengalami perkembangan sangat cepat. Perkembangan ini meliputi Research 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 satu faktor tersebut adalah bobot molekul polimer (Mn). Faktor ini sangat berpengaruh terhadap sifat makroskopik suatu polimer yang meliputi : sifat termal, sifat fisis, sifat mekanik maupun sifat
optik. Oleh sebab itu penentuan bobot molekuler suatu polimer merupakan aktivitas yang harus dilakukan untuk dapat memperkirakan karakteristik polimer tersebut. Terdapat berbagai metode untuk menentukan berat molekul polimer. Salah satu metode yang mudah dilakukan adalah metode viskositas. Dengan melakukan eksperimen ini diharapkan bahwa kita dapat menentukan berat molekul Mn suatu polimer sehingga dapat memperkirakan Polimer merupakan salah satu material yang mengalami perkembangan sangat cepat. Perkembangan ini meliputi Research and Development karakteristiknya.
1
II. Tujuan Adapun tujuan eksperimen ini adalah menentukan berat molekul (Mn) dari suatu polimer. III. Dasar Teori Polimer adalah molekul besar yang dibangun oleh pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan sederhana. Kesatuan – kesatuan berulang ini ekivalen dengan monomer. Jika pengulangan kesatuan berulang itu berstruktur linear (seperti rantai) maka molekul – molekul polimer sering kali digambarkan sebagai molekul rantai atau rantai polimer. Rantai polimer juga dapat bercabang. Beberapa rantai linear atau bercabang dapat bergabung melalui sambungan silang membentuk polimer bersambung silang. Jika sambungan silang terjadi ke berbagai arah maka terbentuk polimer sambung silang tiga dimensi yang sering disebut dengan polimer jaringan (Tissue Polymer). Berat Molekul (BM) merupakan salah satu faktor yang menentukan sifat polimer. Faktor penting lainnya yang juga menentukan sifat polimer adalah susunan rantai didalam polimer dan derajat kekristalannya (derajat kekristalan renda maka akan bersifat kenyal dan berdaya regang besar, begitu sebaliknya). Polimer dapat diklasifikasikan menurut asal atau sumbernya, strukturnya, sifat termalnya, komposisi dan kristalinitasnya. Menurut sumbernya, polimer dibedakan dalam dua jenis yaitu polimer sintetik / buatan dan polimer alam. Contoh dari polimer sintetik adalah Polietilen (PE),
Polimetil Metakrilat (PMAA), Polivinil Klorida (PVC) dan Polistirena (PS), sedangkan contoh dari polimer alam adalah polisakarida, protein, pati, lignin dan selulosa. Menurut sifat termalnya, polimer memiliki dua tipe yaitu polimer termoplastik dan polimer termosetting. Termoplastik mempunyai sifat melunak pada pemanasan, misalnya nylon, polipropilen, polistiren (PS), dan polyester, sedangkan termosetting mempunyai sifat kaku dan tidak melunak pada pemanasan, misalanya melamin, formaldehid dan bakelit. Bila ditinjau dari komposisinya, polimer dibedakan menjadi dua kelompok besar yaitu homopolimer (polimer yang tersusun dari satu jenis polimer) dan kopolimer (polimer yang tersusun dari dua buah atua lebih monomer yang berbeda) (Billmeyer, 1984). Viskositas suatu cairan polimer berbeda sifatnya dengan cairan biasa (isotrop). Viskositas adalah 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 pada berat molekul melalui persamaan yang dikemukakan oleh Mark dan Houwink :
[
(1)
2
dimana [ adalah viskositas intrinsik, K dan a merupakan tetapan yang khas untuk sistem polimer – pelarut pada temperatur tertentu. Metode yang biasa digunakan untuk mengukur viskositas larutan adalah viskosimeter oswald atau viskositas Ubbelohde. Jika viskositas larutan polimer adalah dan viskositas dari pelarut murni adalah maka viskositas spesifik larutan polimer diberikan oleh persamaan :
(2) Persamaan ini menggambarkan peningkatan viskositas yang disebabkan oleh polimer. Perbandingan pada pengenceran tidak terhingga disebut viskositas reduksi dan diberi lambang . Secara matematis dapat diungkapkan sebagai berikut :
(3) Karena massa jenis berbagai larutan yang dipakai dalam suatu percobaan sama dengan massa jenis pelarut, maka sebagai pendekatan dapat diabaikan. Viskositas tiap larutan hasil pengenceran berbanding lurus dengan waktu alirnya. Sehingga dapat dituliskan didalam bentuk :
[
(4)
dengan t adalah waktu alir untuk larutan sedangkan t* adalah waktu alir untuk pelarut. Secara percobaan waktu alir untuk berbagai pengenceran larutan polimer dan pelarut bisa
diperoleh melalui pengukuran dengan viskosimeter. Alat,Bahan dan Metode Eksperimen Pada eksperimen ini bahan – bahan yang kami gunakan untuk mengukur berat molekul suatu polimer adalah Polimer berjenis Polistirena (PS) dan pelarut murninya adalah larutan senyawa benzena yaitu Toluene dan untuk alat – alat yang kami gunakan adalah stopwatch untuk pengukuran waktu alir kemudian gelas ukur untuk melakukan takaran pembuatan tiap – tiap konsentrasi dalam pengenceran serta tabung viskosimeter oswald untuk mengukur viskositas larutan polimer yang ditentukan. Pada eksperimen ini digunakan polimer jenis polistirene sebagai zat terlarut dan toluene sebagai pelarutnya. Langkah awal adalah melarutkan polistirene dengan 5 macam massa yang berbeda-beda agar konsentrasi yang dihasilkan bervariasi. Konsentrasi dimulai dari konsentrasi terkecil yaitu 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, dan 7%. Variasi konsentrasi tersebut dibuat dengan volume yang sama yaitu 6 ml toluene, yang divariasi dengan massa dari polistirene. Untuk konsentrasi 2% dibutuhkan massa polistirene sebesar 0,18 gr ke dalam 6 ml toluene dan seterusnya sampai konsentrasi 7%. Setelah terbentuk 7 variasi konsentrasi polistiren, langkah selanjutnya memasukkan masing-masing konsentrasi polistiren secara bergantian ke dalam viskosimeter Oswald untuk dihitung waktu tempuhnya saat mencapai dua buah pita berwarna biru. Tapi sebelum itu,
3
Data Hasil Pengamatan (terlampir) Analisis Data (terlampir) IV. Hasil dan Pembahasan Polistirene adalah polimer sintetis yang dibuat melalui proses polimerisasi adisi dengan cara suspense dan terbentuk dari monomer stirene dengan rumus kimia C6H5CH=CH2. Reaksinya adalah seperti gambar berikut :
ini tidak dapat larut dalam air tetapi larut dalam pelarut toluene. Berdasarkan percobaan yang telah kami lakukan didapatkan beberapa laju alir dari larutan polistirene dengan berbagai macam konsentrasi mulai dari konsentrasi 0% (pelarut toluene murni) sampai 7%. Dari analisis dapat dilihat bahwa semakin tinggi konsentrasi dari larutan maka viskositasnya juga akan semakin besar. Begitu juga dengan viskositas spesifik dan reduksinya, akan semakin meningkat seiring dengan bertambahnya konsentrasi larutan tersebut. Viskositas disini ada hubungannya dengan pergerakan dari fluida itu sendiri, semakin rendah viskositas dari suatu fluida maka pergerakan dari fluida itu juga akan semakin besar. Grafik hubungan antara konsentrasi larutan dengan viskositas reduksi 200 viskositas reduksi
pelarut toluene dialirkan dalam tabung viskosimeter Oswald untuk diukur waktu alirnya. Pengukuran dilakukan sekali menggunakan stopwatch. Pada tahap akhirnya, kami mulai menentukan berat molekul dari polimer yang kami uji dengan menggunakan persamaan Mark dan Houwink dan hasil viskositas interinsik yang diperoleh dari hasil ekstrapolasi dengan mengambil nilai a = 0,71.
150
y = 20.33x + 30.383 R² = 0.8912
100 50 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07
Gambar 1. Reaksi Polistiren Polistirene banyak digunakan sebagai bahan pembuat stereofoam. Polistirene
Dari hasil eksperimen kami dapat menarik hubungan antara konsentrasi larutan dengan viskositas reduksi dan ditampilkan pada grafik di atas. Dari grafik dapat diketahui viskositas intrinsiknya yang merupakan ekstrapolasi ke sumbu viskositas
4
reduksinya. Viskositas intrinsiknya sebesar 30,383 dan dari viskositas intrinsik ini dapat diketahui berat molekul dari polistirene adalah sebesar 2.427,24 gr/mol. V.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil eksperimen yang telah dilakukan kita dapat menentukan berat molekul daripada sebuah polimer dan jumlah mer daripada polimer tersebut dengan menggunakan Metode Viskositas dan untuk Polistirena yang kita uji sebagai polimer uji memiliki berat molekul 2.427,24 gr/mol. VI. Daftar Pustaka 1. Alonso, Finn. 1992. Dasar – Dasar Fisika Universitas Edisi kedua. Jakarta : Erlangga 2. Tim KBK Fisika Material. 2010. Buku Petunjuk Fisika Eksperimental Lanjut (Fisika Material).Departemen Fisika Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Airlangga.
5
