laporan mv dan dimensi polimer wahyu
DESCRIPTION
laporan kimia polimer semester 6TRANSCRIPT
PENENTUAN MV DAN DIMENSI POLIMER SECARA VISKOSIMETER
M.Wahyu Hidayat
G44080047
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
2011
PENDAHULUAN
Polimer atau makromolekul adalah
molekul raksasa (giant) dimana paling sedikit
seribu atom terikat bersama oleh ikatan kovalen.
Makromolekul ini mungkin rantai linear,
bercabang, atau jaringan tiga dimensi (Malcolm
2001). Polistirena dibuat melalui proses
polimerisasi adisi dengan cara suspensi. Stirena
memiliki bau seperti benzena, merupakan cairan
menyerupai minyak ,tidak berwarna dan memiliki
rumus kimia C6H5CH=CH2 atau ditulis sebagai
C8H8. Secara laboratorium dapat dibuat melalui
dehidrogenasi etil benzene, yaitu dengan
melewatkan etilena melalui cairan benzena dengan
tekanan yang cukup dan aluminium klorida sebagai
katalisnya (Sinaga 2008).
Gambar 1 Struktur molekul polistirena( Braun et
all 2005).
Viskositas merupakan ukuran yang
menyatakan kekentalan suatu larutan polimer.
Perbandingan antara viskositas larutan polimer
terhadap viskositas pelarut murni dapat dipakai
untuk menentukan massa molekul nisbi polimer.
Keunggulan dari metode ini adalah lebih cepat,
lebih mudah, alatnya murah serta perhitungannya
lebih sederhana. Alat yang digunakan adalah
Viskometer Ostwald. Prinsipnya adalah dengan
mengukur waktu yang diperlukan pelarut atau
larutan polimer untuk mengalir dalam m1 – m2
( Sinaga 2008).
Gambar 2 Viskometer Ostwald ( Sinaga 2008).
Viskositas relatif (ηr) larutan merupakan rasio
antara viskositas larutan polimer (η ) dan viskositas
pelarut murni (ηo) maka, atau rasio antara laju alir
larutan polimer (t) terhadap laju alir pelarut murni
(to), yang dinyatakan sebagai :
ηr
Viskositas spesifik merupakan fungsi dari
konsentrasi sehingga viskositas reduksi dinyatakan
sebagai :
ηred = .
(Cowd 1991).
Laju alir yang diperoleh menggunakan viskometer
selanjutnya digunakan untuk menentukan nilai
viskositas intrinsik [η], bobot molekul dari polimer
bisa ditentukan ,sesuai persamaan :
[η] = KV Mα
dengan [η] = viskositas intrinsik
KV= koefisien viskositas
Mα= bobot molekul viskositas
(Bandrup 1999).
Penentuan bobot molekul yang dihasilkan
menggunakan viskometer dihitung menggunakan
persamaan Mark Houwink dengan membuat grafik
hubungan antara konsentrasi polimer dengan ηred
sehingga diperoleh persamaan garis y = a+bx. Dari
persamaan garis dapat digunakan untuk
menentukan bobot molekul dari suatu polimer.
Dalam pelarut yang baik, rantai makromolekul
akan membuka, akibatnya pelarut mudah
berinteraksi. Sedangkan dalam pelarut yang buruk,
makromolekul cenderung untuk mempertahankan
dimensinya yang semula. Oleh karena itu bisa
dijelaskan pelarut akan memberikan efek dari nilai
Mv suatu polimer.
BAHAN DAN METODE
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam praktikum ini
antara lain gelas piala 100 ml dan 1000 ml, batang
pengaduk, neraca analitik, buret, labu takar 25 ml,
gelas ukur, pipet tetes, viskometer Ostwald, gegep
kayu, termometer, bulb, dan stopwatch.
Bahan yang digunakan dalam praktikum
ini adalah styrofoam (polistirena), toluena, metanol,
dan aseton.
Prosedur Percobaan
Percobaan ini menggunakan pelarut
toluena dan pelarut Φ. Pada pelarut
toluena ,pertama-tama dibuat larutan induk 1%
dengan cara menimbang 0,25 gram polistirena
kemudian melarutkannya dengan toluena. Larutan
dipindahkan ke dalam labu takar 25 ml dan ditera
menggunakan toluena. Selanjutnya dilakukan
variasi konsentrasi larutan, yaitu 0,5%, 0,3%, dan
0,1%. Larutan 0,5% dibuat dengan mengencerkan
larutan induk 1% dengan pelarut toluena. Larutan
dengan konsentrasi 0,3% dibuat dengan
mengencerkan larutan 0,5%, sementara larutan
0,1% dibuat dari pengenceran larutan 0,3%. Setelah
itu, diambil 15 ml dari larutan dan laju alir masing-
masing larutan ditentukan dengan menggunakan
viskometer Ostwald.
Perlakuan dengan pelarut Φ dilakukan
dengan menimbang 0,25 gram polistirena
kemudian dilarutkan dengan 10 ml toluena dalam
gelas piala 100 ml untuk membuat larutan induk
1%. Setelah itu larutan dipindahkan dalam
erlenmeyer dan dititar dengan titran metanol hingga
larutan menjadi keruh (kurang lebih 1 tetes).
Volume metanol yang ditambahkan dicatat untuk
pembuatan larutan induk Φ. Larutan induk 1%
yang telah dititar selanjutnya dipindahkan ke dalam
labu takar 25 ml dan ditambahkan toluena hingga
batas tera. Sementara itu dibuat pelarut Φ murni
sebanyak 25 ml dengan mencampurkan volume
metanol yang telah diketahui dari proses titrasi
dengan toluena. Setelah itu, dibuat pula variasi
konsentrasi polistirena 0,5%, 0,3%, dan 0,1%.
Proses pembuatan variasi konsentrasinya sama
seperti perlakuan dengan pelarut toluena.
Kemudian diambil 15 ml dari larutan dan laju alir
masing-masing larutan ditentukan dengan
menggunakan viskometer Ostwald.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Percobaan ini dilakukan menggunakan dua
pelarut berbeda yaitu pelarut murni toluena dan
pelarut Φ (campuran toluena-metanol). Pelarut
yang digunakan sangat berpengaruh terhadap
dimensi polimer, karena efek interaksi pelarut
dengan polimer yang akan mempengaruhi ukuran
atau dimensi dari rantai makromolekul. Pelarut
yang baik dapat mengadakan interaksi dengan
polimer, dengan keadaan <1. Bila suatu pelarut
memiliki =1 maka kelarutan polimer berada pada
titik kritik di dalam pelarut tersebut, dan pelarut
tersebut merupakan pelarut Φ. Kualitas pelarut
tergantung pada komposisi kimia dari polimer,
molekul pelarut dan suhu larutan.
Tabel 1 Pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut toluena
LarutanWaktu alir (s)
Rerata (s)1 2 3
Toluena 8.29 8.33 8.36 8.33
0.10% 8.40 8.42 8.43 8.42
0.30% 9.18 9.14 9.18 8.17
0.50% 9.87 9.89 9.90 9.89
1.00% 15.73 15.75 15.75 15.74
Viskositas relatif ini ditentukan dari
perbandingan waktu alir polimer terhadap waktu
alir pelarutnya, sedangkan nilai viskositas reduksi
(ηred) adalah nilai dari viskositas spesifik yang
dibandingkan dengan nilai konsentrasi larutan
(Braun et al 2005). Dari tabel diatas waktu alir
pelarut toluena dapat digunakan untuk mencari
nilai ηsp ,dan diketahui bahwa konsentrasi yang
semakin tinggi maka nilai ηsp juga semakin besar.
Nilai α pada pelarut toluene sebesar 0.0766. Nilai
ini menunjukan nilai α < 1 . Berdasarkan teori jika
α kurang dari 1 menunjukkan toluena memiliki
interaksi yang baik dengan polistirena (Allock &
Lampe 1981).
Dari kurva hubungan konsentrasi dan
viskositas reduksi pada pelarut toluena yaitu
memiliki kelinieran yang cukup baik sebesar
0.9725.Viskositas intirinsik dari persamaan garis
( y= 8426,9x + 2,6771 ) sebesar 2,6771. Dari
Viskositas intrinsik dapat ditentukan bobot molekul
(Mv). Dari persamaan tersebut maka dapat
Tabel 2 Pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut toluena
Larutan C
(g/ml)Rerata
(s)ηr(mPa.s)
ηsp
(mPa.s)ηred
(mPa.s)k'
Toluena 8.33
0.10% 0.10% 8.42 1.0108 0.0108 10.8000 1.1336
0.30% 0.30% 9.17 1.1008 0.1008 33.6000 4.3165
0.50% 0.50% 9.89 1.1873 0.1873 37.4600 4.8567
1.00% 1.00% 15.74 1.8896 0.8896 88.9600 12.0560
Gambar 3 Kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred pelarut toluena
ditentukan bobot molekul dari polistirena.
Penentuan bobot molekul ini berdasarkan
persamaan Mark Houwink dan bobot molekul
yang diperoleh untuk molekul polistirena pada
pelarut toluena adalah .
Selanjutnya laju alir polistirena pada
pelarut Φ. Menurut Flory pelarut Φ merupakan
pelarut yang memiliki nilai koefisien ekspansi (α)
sama dengan 1 (Allock & Lampe 1981). Nilai
laju alir polistirena pada pelarut Φ yang terlihat
pada Tabel 3 . Nilai α untuk pelarut Ф sebesar
1.4222 . Nilai α yang tidak sama dengan 1 ini bisa
disebabkan kesalahan paralaks membaca waktu alir
, kesalahan membuat variasi konsentrasi dan juga
dalam penambahan methanol untuk pembuatan
pelarut Φ.
Tabel 3 Pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut ɸ
LarutanWaktu alir (s)
Rerata (s)1 2 3
Pelarut Ф 7.84 7.83 7.88 7.85
0.10% 8.32 8.38 8.37 8.36
0.30% 9.21 9.25 9.20 9.22
0.50% 9.90 9.90 9.92 9.91
1.00% 12.81 12.81 12.78 12.80
Tabel 4 Pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut ɸ
Larutan C (g/ml) Rerata (s) ηr (mPa.s) ηsp (mPa.s) ηred (mPa.s) K'
Pelarut Ф 7.850.30% 0.303% 9.22 1.1745 0.1745 57.5908 0.00230.50% 0.505% 9.91 1.2624 0.2624 51.9604 0.0002
1.00% 1.010% 12.80 1.6306 0.6306 62.4356 0.0041
Gambar 4 Kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred pada
pelarut ɸ
Pada pelarut Φ persamaan garis yang didapat
adalah y = 952.4x + 51.557 dengan R² = 0.4377.
Nilai kelinieran yang didapat kecil yaitu hanya
0.4377 . Bobot molekul dari polimer yang
diperoleh pada pelarut Φ adalah
. Diketahui Mo merupakan ½
dari bobot molekul stirena yaitu sebesar 52 ,
sehingga nilai diperoleh sebesar β = 6.4816
untuk pelarut toluena dan β = 1.5020
untuk pelarut Φ . Nilai tersebut
menggambarkan panjang sudut ikatan polistirena
yaitu sebesar 1.5020 . Kuadrat dari harga
jarak rata-rata antara kedua ujung rantai (ro2) yaitu
sebesar 2.4132 dengan r2 sebesar3.4321
. Nilai dari kwadrat dari jari-jari garis rata-
rata(so2) yaitu sebesar 9.8518 dan s2 sebesar
1.4011 . Kesalahan yang mungkin terjadi
tidak berbeda jauh pada penentuan menggunakan
pelarut toluena yaitu pada pengukuran variasi
konsentrasi polistirena dan kesalahan paralaks
dalam menentukan waktu alir.
SIMPULAN
Bobot molekul (Mv) yang diperoleh pada
pelarut toluena adalah ,
sedangkan bobot molekul (Mv) dari polimer yang
diperoleh pada pelarut Φ adalah
. Dimensi rantai polimer dari
polistirena pada pelarut Φ diketahui memiliki
panjang sudut ikatan polistirena () yaitu sebesar β
= 1.5020 , Kuadrat dari harga jarak rata-rata
antara kedua ujung rantai (ro2) yaitu sebesar 2.4132
dengan r2 sebesar3.4321 . Nilai dari
kwadrat dari jari-jari garis rata-rata(so2) yaitu
sebesar 9.8518 dan s2 sebesar 1.4011
.
DAFTAR PUSTAKA
Allock HR, Lampe FW. 1981. Contemporary Polymer Chemistry. Engelwood: Prentice Hall inc.
Braun D, Cherdron H, Rehahn M, Ritter H, Voit
B.2005. Polymer Synthesis:Theory and
PracticeFundamentals, Methods,
Experiments 4thEd. New York: Springer.
Brandrup J, Immergut EH, dan Grulke EA. 1999.
Polymer Handbook Fourth Edition
Volume 2. New Jersey: Wiley-
Interscience.
Cowd MA. 1991. Kimia Polimer. Harry Firman,
penerjemah. Bandung: ITB. Terjemahan
dari : Polymer Chemistry.
Malcolm P S. 2001. Polymer Chemistry : An
Introduction, diindonesiakan oleh Lis
Sopyan, cetakan pertama, PT Pradnya
Paramita : Jakarta
Sinaga D. 2008. Penentuan viskositas pada proses
pemutihan. dalam [Skripsi]. Fakultas
Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sumatera Utara.
LAMPIRAN
Contoh Perhitungan: Pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut toluena
Rerata Toluena =
Contoh Perhitungan pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut toluena (Larutan
0.10%):
Konsentrasi (g/ml)
Bobot polistirena yang ditimbang = 0.2501 g
% b/v =
V1 N1 = V2 N2
25 ml N1 =
N1 = 0.5% g/ml
ηr= mPa.s
mPa.s
10.8000 mPa.s
k’ rerata =
Persamaan garis linier yang diperoleh dari kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred sebesar
y = 8438.1x + 2.6627 dengan R² = 0.9723
y = 8426.9x + 2.6771 ≈ ηred = [η] + k’η2c
[η] = k
2.6771 = 11
Perhitungan rantai statistik pelarut toluena
[η] = k’
[2.6627] =
α = 0.0766
[η] = Ф
[2.6627] =
= 2.7233
β = 6.4816
ro2 =
ro2 =
ro = 7.2933
r2 = ro2
r2 =
r = 5.5867
So2 = =
So = 2.9775
S2 =
S2 =
S = 2.2808
Contoh Perhitungan pengukuran waktu alir polistirena dengan pelarut ɸ
Rerata Pelarut Ф =
Contoh Perhitungan pengukuran massa molekul nisbih polistirena dalam pelarut ɸ (Larutan
0.101%):
Konsentrasi (g/ml)
Bobot polistirena yang ditimbang = 0.2501 g
% b/v =
V1 N1 = V2 N2
25 ml N1 =
N1 = 0.505% g/ml
ηr= mPa.s
mPa.s
64.3564 mPa.s
k’ rerata =
Persamaan garis linier yang diperoleh dari kurva hubungan antara konsentrasi dengan ηred sebesar
y = 952.4x + 51.557dengan R² = 0.4377
y = 952.4x + 51.557≈ ηred = [η] + k’η2c
[η] = k
51.557 = 11
Perhitungan rantai statistik pelarut ɸ
[η] = k’
[51.557] =
α =
[η] = η
[51.557] =
= 3.3888
β = 1.5020
ro2 =
ro2 =(
ro = 2.4132
r2 = ro2
r2 =
r = 3.4321
So2 = =
So = 9.8518
S2 =
S2 =
S = 1.4011