PENENTUAN BERAT MOLEKUL (Mn) POLIMER DENGAN METODE VISKOSITAS Novi Tri Nugraheni1,Kiranti Nala Kusuma 1, Ratna Yulia Sari2, Agung Sugiharto3, Hanif Roikhatul Janah4, Khoirotun Nisa6 , Ahmad Zusmi Humam7. 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 +) Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
(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 Page 1
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 Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
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-1,3butadiena/isoprena), selulosa (dari monomermonomer glukosa), protein (dari monomermonomer 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 monomermonomer 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
Page 2
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
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
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 Page 3
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 berbedabeda. 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.
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.
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 Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 4
LAMPIRAN DATA HASIL PENGAMATAN No
Larutan
1
Waktu (sekon) t1
t2
t3
trerata
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 1 2 3 ∑ ̅
Waktu alir (t*) 2,02 1,21 0,93 4,16
(t*2) 4,08 1,46 0,86 6,40
∑
̅ ̅ Ketidakpastian ∑ √
̅
√
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 5
√ s Jadi waktu alir pelarut toluene sebesar ̅
)
Waktu alir larutan Larutan C1 dengan konsentasi 1% Waktu alir (t*) 1,76 1,87 1,81
No 1 2 3 ∑
(t*2)
5,44
3,10 3,50 3,28 9,87
)
s
∑ ̅ ̅ ̅
Dengan ketidakpastian ̅
∑ √
√
√ s Jadi waktu alir larutan C1 =
̅
Larutan C2 dengan konsentasi 2% No 1
Waktu alir (t*) 2,71
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
(t*2) 7,34 Page 6
2,58 2,72 8,01
2 3 ∑
6,66 7,40 21,40
∑ ̅ ̅ ̅
Dengan ketidakpastian √
̅
∑
√
√ s Jadi waktu alir larutan C2 =
̅
)
s
Larutan C3 dengan konsentasi 3% No 1 2 3 ∑
Waktu alir (t*) 4,19 4,00 3,82 12,01
(t*2) 17,56 16,00 14,59 48,15
∑ ̅ ̅ ̅
Dengan ketidakpastian
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 7
̅
∑ √
√
√ s ̅
Jadi waktu alir larutan C3 =
)
s
Larutan C4 dengan konsentasi 4% No
Waktu alir (t*) 5,71 5,63 5,64 16,98
1 2 3 ∑
(t*2) 32,60 31,70 31,81 96,11
∑
̅ ̅ Dengan ketidakpastian ̅
∑ √
√
√ s Jadi waktu alir larutan C4 =
̅
)
s
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 8
Larutan C5 dengan konsentasi 5% No 1 2 3 ∑
Waktu alir (t*) 8,60 8,50 8,49 25,59
(t*2) 73,96 72,25 72,08 218,29
∑ ̅ ̅ ̅
Dengan ketidakpastian ̅
∑ √
√
√ s Jadi waktu alir larutan C5 =
̅
)
s
Larutan C6 dengan konsentasi 6% No 1 2 3 ∑
̅
Waktu alir (t*) 10,03 10,21 10,80 31,04
(t*2) 100,60 104,24 116,64 321,48
∑
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 9
̅ ̅ Dengan ketidakpastian ̅
∑ √
√
√ s Jadi waktu alir larutan C6 =
̅
)
s
Larutan C7 dengan konsentasi 7% No 1 2 3 ∑
Waktu alir (t*) 14,39 14,73 14,87 43,99
(t*2) 207,07 216,97 221,11 645,15
∑ ̅
̅ ̅ Dengan ketidakpastian ∑ √
̅
√
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 10
√ 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%
t * t* 1,81 1 5,58.10 4 1,39
1
1 7,29.10 4 kg / ms
Konsentrasi 2%
t * t* 2,67 2 5,58.10 4 1,39
2
2 10,73.10 4 kg / ms
Konsentrasi3%
t * t* 4,00 3 5,58.10 4 1,39
3
3 16,09.10 4 kg / ms
Konsentrasi 4%
t * t* 5,66 4 5,58.10 4 1,39
4
4 22,74.10 4 kg / ms Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 11
Konsentrasi 5%
t * t* 8,53 5 5,58.10 4 1,39
5
5 34,27.10 4 kg / ms Konsentrasi 6%
t * t* 10,34 6 5,58.10 4 1,39
6
6 41,57.10 4 kg / ms Konsentrasi 7%
t * t* 14,66 7 5,58.10 4 1,39
7
7 58,91.10 4 kg / ms b. MenentukanViskositas Spesifik masing-masing konsentrasi
* sp * = viskositas larutan * = viskositas pelarut Konsentrasi 1% * sp1 *
7,29.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 0,30
sp1 sp1
Konsentrasi 2%
sp 2
* *
10,73.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 0,92
sp 2 sp 2
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 12
Konsentrasi 3% * sp 3 *
16,09.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 1,88
sp 3 sp 3
Konsentrasi 4% * sp 4 *
22,74.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 3,08
sp 4 sp 4
Konsentrasi 5% * sp 5 *
sp 5 sp 5
34,27.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 5,14
Konsentrasi 6% * sp 6 *
41,57.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 6,44
sp 6 sp 6
Konsentrasi 6% * sp 7 *
58,91.10 4 5,58.10 4 5,58.10 4 9,56
sp 7 sp 7
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 13
c. Menentukan viskositas reduksi masing-masing konsentrasi
red
sp C
C = konsentrasi larutan
Konsentrasi 1%
red1 red1
C 0,30 30,6 gr / ml 0,01
Konsentrasi 2%
red 2 red 2
Konsentrasi 3%
red 3
Konsentrasi 4%
red 4
sp
C 3,08 76,88 gr / ml 0,04
Konsentrasi 5%
red 5 red 5
sp
C 1,88 62,76 gr / ml 0,03
red 4
sp
C 0,92 46,15 gr / ml 0,02
red 3
sp
sp
C 5,14 102,84 gr / ml 0,05
Konsentrasi 6%
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 14
red 5 red 5
sp
C 6,44 107,48 gr / ml 0,06
Konsentrasi 7%
red 4 red 4
sp
C 9,56 136,53 gr / ml 0,04
Konsentrasi (%)
Waktu alir (s)
0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7%
1.39 1.87 2.67 4.00 5.66 8.53 10.34 14.66
Viskositas larutan ) 5.58x104 7.29x104 10.73x104 16.09x104 22.74x104 34.27x104 41.57x104 58.91x104
Viskositas spesifik 0 0.30 0.92 1.88 3.08 5.14 6.44 9.56
Viskositas reduksi 0 30.60 46.15
136.53
Viskositas Reduksi
Grafik Hubungan Konsentrasi Larutan dengan Viskositas Reduksi 160 140 120 100 80 60 40 20 0
y = 1716.2x + 11.816 R² = 0.986
0
0.02
0.04
0.06
0.08
Konsentrasi Larutan
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 15
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 :
K.M a Dengan K=12.10-3ml/gr a=0,71
=11,816
K .M a 11,816 12.10 3.M 0,71 11,816 M 0,71 984,67 12.10 3 log M 0,71 log 984,67 0,71 log M 2,99 log M 4,21 M 16218 ,10 gr / mol 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 :
16218,10
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 16
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 17
Fisika Eksperimental Lanjut (Berat Molekul)
Page 18
