Latar Belakang

Saat ini telah banyak penggunaan berbagai macam bahan untuk keperluan kesehatan.

Bahan-bahan tersebut dapat berupa bahan yang mudah dicari, digunakan, maupun yang sulit

penggunaannya. Salah satu bahan yang kuat dan cukup elastis adalah polimer, yang bermanfaat

untuk keperluan dalam bidang kesehatan. Salah satu kegunaan polimer dalam kesehatan adalah

pada bidang kedokteran gigi.

Polimer sendiri memiliki ciri-ciri khusus dan sifat-sifat yang dimilikinya yang

membedakannya dengan bahan yang lain.

Namun, tidak mudah dan tidak boleh sembarangan dalam penggunaan polimer. Ada

syarat-syarat dan ketentuan yang harus diperhatikan, diantaranya proses pembentukan polimer

tersebut dan berat molekul polimer yang dapat digunakan.

Untuk itu harus ada perhitungan yang lebih baik untuk mengetahui berat molekul polimer

yang dapat digunakan, yang akan dijelaskan pada makalah ini.

Rumusan Masalah

1. Bagaimanakah proses terbentuknya polimer (polimerisasi)?

2. Bagaimanakah menghitung berat molekul rata-rata polimer?

Tujuan

Dapat mengetahui proses polimerisasi dan menghitung nilai berat molekul polimer serta

pengaruhnya terhadap kualitas bahan.

Manfaat

1. Mengetahui proses polimerisasi suatu polimer

Page 1

2. Mengetahui berat molekul polimer

3. Sebagai indikator proses pembuatan polimer

Batasan Masalah

Kami membatasi makalah kami hanya pada penghitungan nilai berat molekul polimer sebagai

indikator proses pembuatan polimer.

Pembahasan

Page 2

Polimer

Material yang terdapat di alam dapat terbagi menjadi beberapa jenis bergantung pada

molekul pembentuknya. Salah satu diantaranya yaitu molekul makro (makromolekul) yang

terbagi menjadi dua jenis, yaitu :

1. Material biologis (makromolekul alam)

Contoh : karet alam, wool, selulosa, sutera dan asbes

2. Material non biologis (makromolekul sintetik)

Contoh : plastik, serat sintetik, elastomer sintetik

Polimer termasuk dalam kelompok material non biologis (makromolekul sintetik).

Polimer sudah menjadi material yang bermanfaat bagi manusia untuk memenuhi kebutuhan

sehari-hari misalnya pemakaian teflon dan pembuatan plastik. Selain itu polimer juga bermanfaat

dalam bidang medis.

Polimer sendiri tersusun atas satu atau beberapa unit struktural sederhana yang terbentuk

atas beberapa struktur monomer. Unit monomer tersebut berhubungan satu dengan lainnya

sepanjang rantai polimer oleh ikatan kovalen. Molekul polimer disebut dengan molekul makro

karena memiliki berat molekul lebih dari 5000. Dalam beberapa contoh, berat molekul polimer

dapat mencapai 50 juta.

Polimerisasi

Untuk membuat polimer diperlukan sebuah proses yang harus dilakukan. Secara singkat

proses terbentuknya polimer yaitu :

Monomer polimerisasi polimer

Page 3

Proses polimerisasi terbagi menjadi dua, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.

1. Polimerisasi adisi : polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap

diikuti oleh adisi monomer sehingga produk polimer mengandung

semua atom yang ada pada monomer awal.

Contoh polimerisasi adisi adalah sebagai berikut :

Etilena Polietilena

2. Polimerisasi kondensasi : polimerisasi yang disertai dengan pembentukan molekul kecil

(H2O, NH3).

Contoh polimerisasi kondensasi adalah sebagai berikut :

Derajat Polimerisasi

Derajat polimerisasi adalah nomor unit dari suatu monomer yang bergabung dengan

rantai polimer selama masa rantai tersebut masih ada. Pada polimerisasi terdapat transfer reaksi

yang berpengaruh terhadap temperatur (derajat polimerisasi) polimer dan berat molekulnya. Jika

transfer reaksi terkontrol dengan baik maka akan ditemukan pemotongan berat molekul suatu

polimer dan adanya peningkatan temperatur.

Page 4

Faktor yang mempengaruhi transfer reaksi polimer salah satunya karena lebih tingginya

aktivitas energy pada transfer reaksi menyebabkan lamanya penggabungan rata-rata transfer

yang akan digunakan dalam penambahan monomer, sehingga mempengaruhi berat molekul.

Berat Molekul Polimer

Polimer sebagai salah satu bahan yang dapat digunakan pada aplikasi medis memiliki

sifat khas tertentu, salah satunya yaitu memiliki berat molekul (BM). Berat Molekul polimer

nantinya digunakan untuk indikator pembuatan polimer agar terbentuk polimer yang sempurna.

Selain itu berat molekul polimer juga berguna untuk mengetahui ketahanan produk polimer yang

dibuat, sehingga tidak asal dalam pembuatannya.

Polimer memiliki distribusi panjang rantai (ribuan) yang masing-masing memiliki berat

molekul dalam rentang nilai tertentu. Rentang nilai tersebut biasanya bervariasi yang

menunjukkan adanya distribusi berat molekul polimer.

Berat molekul merupakan variabel yang penting sebab berhubungan langsung dengan

sifat kimia polimer. Umumnya polimer dengan berat molekul tinggi mempunyai sifat yang lebih

kuat. Berat molekul polimer ditentukan dari jumlah monomer pembentuknya dan merupakan

hasil kali derajat polimerisasi dengan berat molekul monomer.

Polimer sendiri biasa disebut juga polidispersi. Polidispersi adalah banyaknya hamburan

yang artinya satu molekul yang dibentuk dari molekul yang sama tetapi berat molekul tidak

sama. Nilai berat molekul suatu polimer bergantung pada besarnya ukuran yang digunakan

dalam metode pengukurannya.

Metode Pengukuran

Page 5

Ada beberapa metode pengukuran yang digunakan untuk menentukan berat molekul

suatu polimer, dalam hal ini adalah berat molekul rata-rata jumlah dan berat molekul rata-rata

berat.

Sebelum mencari nilai rata-ratanya, terlebih dahulu mencari berat total dari suatu polimer

yang dirumuskan sebagai berikut :

W : Jumlah berat dari setiap bagian molekul polimer

N : Jumlah mol

M : Berat molekul

Dari rumus diatas dapat dicari berat molekul rata-rata suatu polimer.

Berat Molekul Rata-rata Jumlah

Berat molekul rata – rata jumlah ( Mn), adalah bilangan atau ukuran jumlah molekul

dari setiap berat polimer yang diperoleh dari perhitungan bilangan atau jumlah molekul dari

setiap berat dalam polimer yang bersangkutan. Berat total suatu contoh polimer adalah jumlah

berat dari setiap jenis molekul yang ada.

Dalam pengukuran berat molekul rata –rata jumlah semua molekul yang terdispersi

dianggap memiliki berat yang sama pada suatu rantai polimer, namun antara rantai polimer yang

satu dengan rantai polimer yang lain memiliki jumlah molekul yang berbeda sesuai dengan

derajat polimerisasi dari suatu proses polimer.

Secara matematis dapat ditulis:

Page 6

Dimana Mn = berat polimer per mol

Berat Molekul Rata-rata Berat

Berat molekul rata – rata berat (Mw) adalah suatu parameter penentuan berat molekul

polimer dimana nilainya dihitung berdasarkan pada massa dan polarisibilitas jenis polimer yang

ada. Polimer dengan massa yang lebih besar maka kontribusinya ke pengukuran menjadi lebih

besar.

Pada perhitungan Mw tiap molekul memiliki kontribusi masing-masing karena

diperoleh dari akar nilai massa. Metode ini menjumlahkan fraksi berat masing – masing jenis

dikalikan jumlah molekulnya. Nilai ini dikenal dengan berat molekul rata-rata berat (Mw) yang

secara matematis dirumuskan sebagai berikut :

Polimer terdiri dari berbagai macam jenis, dan masing-masing jenis polimer tersebut tentunya

memiliki berat molekul yang berbeda-beda.

Page 7

Contoh soal :

1. Suatu sampel polimer yang terdiri dari 3 mol dengan berat molekul 20.000 dan 2 mol

dengan berat molekul 70.000, hitunglah nilai dari:

a. Berat molekul rata - rata jumlah dan

b. Berat molekul rata - rata berat

2. Suatu sampel polimer yang terdiri atas 9 mol dengan berat molekul 30.000 dan 5 mol

dengan berat molekul 50.000. Hitunglah :

a. Berat molekul rata – rata jumlah

b. Berat molekul rata-rata berat

Page 8

Berdasarkan dua contoh soal diatas, nilai Mw selalu lebih besar dari Mn. Hal ini karena

setiap molekul mempunyai kontribusi yang sama berapapun beratnya sedangkan pada metode

hamburan cahaya., molekul besar mempunyai kontribusi yang besar pula karena

menghamburkan cahaya lebih efektif.

Jika molekul – molekul polimer terdispersi dalam ruang luas, maka masing – masing

molekul dalam satu rantai polimer memiliki bobot yang berbeda semakin banyak, namun

jumlahnya sama sehingga menyebabkan Mw dalam suatu sampel lebih besar dari Mn . Atau

dengan kata lain sistem yang memiliki suatu daerah berat molekul dikatakan sebagai

polidispersi (Mw> Mn ).

Jika berat masing – masing berat molekul yang terdispersi dalam suatu sistem adalah

sama, maka Mw = Mn , disebut sistim monodispersi.

Untuk menghitung nilai Mn dan Mw dapat dilakukan dengan berbagai metode

pengukuran, dimana masing-masing memiliki metode yang berbeda-beda. Metode-metode

tersebut yaitu:

1. Berat Molekul Rata-rata Jumlah (Mn)

a. Osmometri

b. Analisis Gugus Ujung

2. Berat Molekul Rata-rata Berat (Mw)

a. Hamburan Cahaya

b. Ultrasentrifugasi

c. Viskositas

Page 9

Berat Molekul Rata-rata Jumlah

Osmometri

Metode ini didasarkan pada prinsip osmosis. Osmosis dapat dikatakan sebagai pelewatan

pelarut melalui selaput aldatiris atau membrane semipermiabel dan pelarut murni ke dalam

larutan atau larutan encer ke larutan yang lebih pekat. Caranya, pelarut akan dipisahkan dari

larutan polimer dengan menggunakan suatu penghalang, sehingga hanya pelarut saja yang dapat

lewat sedangkan zat terlarut tertahan didalam penghalang yang dilengkapi dengan membran

semipermiabel.

Prinsip Kerja Osmometer

Tekanan osmotik merupakan sifat koligatif yang bergantung kepada jumlah partikel

terlarut yang ada, maka osmometri menghasilkan harga rata-rata berat molekul. Tekanan osmotik

(P) suatu larutan adalah tekanan luar yang harus digunakan untuk mencegah lewatnya pelarut

berlebih melalui selaput ardatiris ke dalam larutan.

Page 10

Selaput ardatiris hanya dapat melewatkan pelarut sedangkan zat terlarut tidak dapat

tembus. Berikut adalah gambar dari sebuah osmometri :

Osmometri

Mula-mula tinggi larutan pelarut sama, setelah dibiarkan beberapa saat osmosis terjadi

ketika pelarut pindah ke larutan melalui membrane semipermiabel, sehingga tinggi larutan naik,

tetapi pada suatu saat kenaikan berhenti karena sistem mengalami keseimbangan.

Pada keadaan ini selisih ketinggian pelarut dan larutan ialah massa molekul relatif

polimer yang dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

: Tekanan Osmosis

C’ : Konsentrasi Larutan

Page 11

R : Tetapan gas ideal 0,082 L atm mol-1K-1 = 8,314 Jmol-1K-1

T : Suhu (°Kelvin)

B : Koefisien Visial

M : Massa Molekul relative polimer

Kelemahan metode osmometri ialah ada beberapa jenis polimer yang tidak ikut terukur,

yakni jenis yang memiliki berat molekul yang rendah, dikarenakan polimer dengan berat

molekul rendah tersebut akan terdifusi melewati membran. Akibatnya, jumlah berat molekul rata

- rata jumlah yang terukur bukan menyatakan harga keseluruhan dari berat molekul polimer

sampel. Kelemahan lain dari metode ini adalah sulit untuk memilih selaput yang cocok, dan

harga osmometer yang mahal.

Analisis Gugus Ujung

Jika suatu polimer diketahui mengandung jumlah tertentu gugus ujung per molekulnya.

Maka jumlah gugus itu dapat ditentukan dalam sejumlah massa polimer dengan metode analisis.

Dari informasi ini massa satu mol polimer dapat ditentukan dan berat molekul rata-rata polimer

juga dapat ditentukan.

Prinsip analisis gugus ujung ialah memanfaatkan gugus - gugus ujung dari polimer, yang

umumnya berupa gugus - gugus fungsi. Analisis gugus ujung merupakan teknik analisis polimer

untuk mengetahui massa molekul satu sampel atau sistem dengan menghitung jumlah rantainya.

Jumlah rantai tersebut adalah hal yang penting, karena itu terdapat beberapa kekurangan

dari metode ini, diantaranya : tidak baik digunakan untuk polimer yang tidak linier dan cabang

yang jumlah cabangnya harus diketahui jumlahnya; harus diketahui dengan pasti mekanisme

polimerisasi yang terjadi; tidak efektif digunakan untuk yang memiliki dua gugus ujung atau

lebih untuk satu polimer, karena yang terukur hanya satu gugus ujung saja dan untuk beberapa

gugus ujung yang berbeda dalam satu rantai polimer, hanya terhitung satu gugus ujung saja,

Page 12

sedangkan gugus ujung yang lain tidak terhitung serta hanya efektif untuk mengukur polimer -

polimer yang memiliki berat molekul 5000 - 10000.

Rumus yang digunakan untuk menentukan berat molekul dari analisis gugus ujung ini adalah :

Berat molekul = 1 / mol polimer per gram

Contoh soal :

Andaikan 1 gram poliester yang diambil mengandung 1 gugus –COOH per molekul

polimer. Jika CM2 larutan baku natrium hidroksida 0,01 mol dm3 diperlukan untuk

menetralkan sampel tersebut. Berapa massa molekul relatif poliester tersebut?

Mol NaOH yang dipakai

Maka jumlah mol gugus –COOH = 10-4, karena tiap molekul polimer mengandung 1

gugus –COOH, jumlah mol polimer yang ada = 10-4 mol. Berat 10-4 mol polimer tersebut

adalah 1 gram. Maka 1 mol polimer beratnya 1/10-4 gram = 104 gram. Dengan demikian

massa molekul polimer = 10.000.

Berat Molekul Rata-rata Berat

Page 13

Hamburan Cahaya

Hamburan cahaya (light scatering) adalah metode analisis polimer untuk menentukan

berat molekul satu contoh dengan melihat jumlah cahaya yang dihamburkan oleh partikel –

partikel dalam larutan. Prinsip kerjanya didasarkan pada fakta bahwa cahaya, ketika melewati

suatu pelarut atau larutan melepaskan energi yang diakibatkan oleh absorbsi, konversi ke panas

dan hamburan.

Jika seberkas sinar ditembuskan kedalam cairan yang tak menyerap sinar, maka sebagian

sinar dihamburkan. Jika cairan pelarut dibuat tak homogen oleh penambahan molekul nisbi maka

hamburan tambahan akan terjadi. Peningkatan hamburan dapat dihubungkan dengan konsentrasi

larutan dan massa molekul nisbi zat terlarut, dibuat dalam persamaan

Debye:

Skema alat yang digunakan pada metode ini dapat dilihat pada gambar di bawah :

Page 14

Sinar lampu uap raksa A ditembuskan melalui filter pemonokromatis B, lalu memasuki

sel kaca C yang berisi larutan polimer. Sinar yang dilewatkan diserap dalam penangkap sinar D,

intensitas sinar hamburan diukur dengan membiarkan jatuh pada photo – multiplier E yang

dipasang pada lengan yang dapat bergerak sehingga sinar hamburan dapat dibuat pada berbagai

berkas datang. Multiplier lalu diukur dengan galvanometer. Hamburan sinar dapat dipakai untuk

menentukan massa molekul polimer > 1.000.000.

Kelemahan dari metode ini adalah mahalnya alat dan kerumitan metode secara

keseluruhan. Kelebihannya yaitu metode ini adalah cara yang berguna dan luwes serta dapat

digunakan untuk rentang berat molekul yang cukup lebar (bahkan sampai lebih dari satu juta).

Untuk lebih jelasnya mengenai metode ini dalam mencari nilai Mw, dapat digunakan plot

Zimm yang terlihat pada gambar berikut :

Page 15

Ultrasentrifugasi

Ultrasentrifugasi merupakan metode penentuan bobot molekul dengan cara melibatkan

pemutaran larutan polimer pada kecepatan tertentu. Metode ini lebih banyak dipakai untuk

menentukan berat molekul polimer alam seperti protein.

Tekniknya didasarkan pada prinsip bahwa molekul – molekul di bawah pengaruh medan

sentrifugal yang kuat, mendistribusi diri menurut besarnya secara tegak lurus terhadap sumbu

putar, suatu proses yang disebut sedimentasi dan lajunya proposional dengan massa molekul.

Proses sedimentasi sendiri terbagi menjadi dua untuk dapat menentukan nilai Mw, yaitu :

Page 16

1. Kesetimbangan sedimentasi

Kesetimbangan sedimentasi dilakukan dengan pemutaran terhadap larutan polimer

dengan kecepatan rendah dalam waktu tertentu sampai tercapai kesetimbangan antara

sedimentasi dan difusi. Berat molekul rata - rata berat dirumuskan sebagai berikut:

C1 dan C2 : konsentrasi

r1 dan r2 : jarak dari pusat rotasi ke titik pengamatan didalam sel

v : volume spesifik polimer

massa jenis larutan

: kecepatan sudut rotasi

2. Kecepatan Sedimentasi

Metode ini dilakukan dengan menggunakan kecepatan tinggi (70000 rpm) untuk

menghasilkan sedimentasi. Besarnya sedimentasi diukur dengan menggunakan laju sedimentasi.

Laju sedimentasi (s) adalah tetapan sedimentasi yang dihubungkan dengan massa partikel.

Besarnya laju sedimentasi (s) dirumuskan:

Nilai Mw dapat dihitung, yaitu :

Page 17

Dimana D adalah besarnya koefisien difusi yang didapat dari :

Sentrifugasi dilakukan dalam suatu lubang terbuka dalam satu rangkaian sel dalam rotor,

kedudukannya diberi jendela – jendela sedemikian dan bisa dipakai untuk mengamati perubahan

konsentrasi dalam larutan polimer. Komponen – komponen dasar ultrasentrifugal sebagai

berikut:

Viskositas

Page 18

Untuk mendapatkan nilai rata-rata molekul polimer dengan metode ini yaitu dengan

membandingkan antara viskositas larutan polimer terhadap viskositas pelarut murni. Viskositas

sendiri menyatakan kekentalan dari suatu larutan polimer. Alat yang digunakan adalah

viscometer Ostwald.

Prinsip kerjanya adalah pengukuran waktu yang diperlukan pelarut atau larutan polimer

untuk mengalir diantara 2 tanda x dan y. Volume cair harus tetap karena ketika cairan mengalir

kebawah melalui pipa kapiler A, cairan harus mendorong cairan naik ke B. Akibatnya volume

cairan berbeda masuk percobaan, maka cairan yang didorong menaiki tabung B akan berubah

pula.

Dasar teori Viskositas yang digunakan untuk massa molekul polimer ialah jika viskositas

larutan polimer adalah dan viskositas pelarut murni ialah o maka viskositas jenis SP.

Persamaannya :

Persamaan ini menggambarkan peningkatan viskositas yang disebabkan oleh polimer. C

adalah konsentrasi larutan polimer. Harga SP disebut viskositas tereduksi dan diberi lambang

[ ] untuk pelarutan terbatas. Rumusnya :

Page 19

Karena massa jenis berbagai larutan yang dipakai hampir sama dengan massa jenis

pelarut maka dapat diandaikan viskositas tiap larutan hasil pengenceran berbanding lurus dengan

waktu alirnya dan pesamaannya adalah:

Jika dihitung harga h SP dan h SP/c kemudian diekstrapolasi ke konsentrasi awal (Co)

akan menghasilkan harga [h ].

Dengan demikian dapat dihitung massa molekul polimer dengan persamaan :

M = Massa molekul rata-rata polimer

K dan a untuk beberapa pelarut dan polimer tertentu yang nilainya diketahui

Kelebihan metode viskometri daripada metode lain adalah lebih cepat dan mudah, alatnya

murah dan perhitungannya lebih sederhana dan kekurangan dari metode viskometri adalah bukan

metode mutlak.

Kesimpulan

Page 20

Jadi proses polimerisasi dan menghitung nilai berat molekul polimer dapat

mempengaruhi terhadap kualitas bahan.

Berat molekul merupakan variabel yang penting sebab berhubungan langsung dengan

sifat kimia polimer

Untuk mengukur berat molekul dapat digunakan dengan beberapa metode pengukuran

yaitu sebagai berikut :

I. Osmometri II. Analisis gugus ujung

III. Hamburan cahayaIV. Ultrasentrifugasi V. Viskositas

Page 21