Laporan Praktikum Hari : Rabu

Kimia Polimer Tanggal : 16 Maret 2011

Kelompok : B Pagi

Asisten : Prestiana R

PJP : Andriawan Subekti

PENENTUAN Mv DAN DIMENSI POLIMER

SECARA VISKOMETER

Dwi Utami

G44080103

DEPARTEMEN KIMIA

FAKLUTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

INSTITUT PERTANIAN BOGOR

2011

PENDAHULUAN

Polimer adalah molekul besar

(makromolekul) yang dibangun oleh

pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan

sederhana. Kesatuan-kesatuan berulang itu

setara atau hampir setara dengan monomer,

yaitu bahan dasar pembuatan polimer (Cowd

1991).

Penentuan bobot molekul polimer dapat

ditentukan melalui viskositasnya. Viskositas

dari larutan polimer yang encer merupakan

fungsi dari molekulnya dan dimensi dari zat

yang terlarut. Menurut Cowd (1991), jika

viskositas larutan polimer adalah η dan

viskositas pelarut murni adalah ηo, maka

viskositas relatif, ηr, larutan polimer adalah

oor

t

t

Nilai viskositas pelarut karena adanya zat

terlarut dinyatakan sebagai viskositas spesifik,

yaitu

o

osp

Karena viskositas spesifik merupakan fungsi

dari konsentrasi, maka viskositas tereduksi

atau angka viskositas dapat dinyatakan dengan

persamaan:

C

sp

red

Pada larutan encer, viskositas spesifik dapat

dinyatakan dalam persamaan Huggins, yaitu

ηred = [η] + K’[η]2C

Dengan mengetahui [η], maka massa molekul

dan dimensi makromolekul dapat ditentukan.

Penentuan bobot molekul viskositas (Mv)

menggunakan metode viskometri yaitu

mengukur waktu alir dengan menggunakan

viskometer (Bilmeyer 1984). Waktu alir yang

diperoleh akan digunakan dalam perhitungan

untuk menentukan viskositas intrinsik.

Kemudian viskositas intrinsik yang didapat

akan digunakan untuk menentukan bobot

molekul viskositas menggunakan rumus:

[ ]

dengan [ ]

(Brandrup 1999).

Pelarut yang digunakan diantaranya adalah

pelarut Φ. Keadaan Φ merupakan keadaan

suatu larutan polimer pada kelebihan bahan

kimia. Kelebihan energi Gibbs pada cairan

adalah nol. Pada penambahan ke dalam sistem

pelarut polimer, keadaan ini dihasilkan pada

temperatur karakteristik yang khusus yang

disebut temperatur Φ. Pelarut pada temperatur

ini disebut pelarut Φ (Brandrup 1999). Pelarut

Φ yang digunakan adalah campuran antara

polistirena dan toluena.

Percobaan ini bertujuan menentukan

massa molekul nisbi (Mv) dan dimensi

polimer dari polistirena dengan viskometer

Ostwald viskometer, serta mengetahui

pengaruh variasi konsentrasi terhadap waktu

alir larutan. Pelarut yang digunakan adalah

toluena.

METODOLOGI

Alat dan Bahan

Alat-alat yang digunakan pada percobaan

ini adalah neraca analitik, viscometer

Ostwald, labu takar, gelas ukur, gelas piala,

termometer, stopwatch, pipet mohr, dan kertas

saring. Bahan-bahan yang digunakan adalah

polistirena, toluena, metanol, aseton dan air.

Metode Percobaan

Polistirena sebanyak 0,25 gram ditimbang

dalam gelas piala, lalu dilarutkan dengan

sedikit toluena. Larutan tersebut dimasukkan

ke dalam labu ukur 25 ml, lalu ditambahkan

toluena hingga tanda tera. Dari larutan

tersebut diambil sebanyak 12,5 ml; lalu

dimasukkan ke dalam labu ukur 25 ml dan

ditambahkan toluena hingga tanda tera untuk

membuat larutan induk polistirena 0,50%.

Dari konsentasi polistirena 0,50% diambil 15

ml untuk membuat polistirena 0,3%,

dilarutkan dengan toluena dan ditera dalam

labu takar 25 ml. Dari latutan 0,3 % diambil

8,33 ml untuk membuat polistirena 0,1 %,

dilarutkan dengan toluena dan ditera dalam

labu takar 25 ml. Kemudian, 10 ml dari tiap

larutan tersebut ditentukan laju alirnya dengan

viskometer. Laju alir toluena murni (toluena)

pun diukur.Pengukuran laju alir dilakukan

dari arutan yang paling encer.

Pengukuran komposisi pelarut teta,

sebanyak 2,5 ml larutan induk polistirena

dimasukkan ke dalam labu erlenmeyer, lalu

dititrasi dengan metanol sampai larutan

menjadi keruh. Volume metanol yang

digunakan dicatat untuk digunakan dalam

pembuatan larutan induk dalam pelarut Φ.

Pengukuran larutan induk dalam pelarut

teta dan menentukan laju alirnya. Sebanyak

0,25 g polistirena dilarutkan dengan sedikit

toluena di dalam gelas piala. Setelah larut

sempurna, larutan dimasukkan ke dalam labu

takar 25 ml, ditambahkan metanol sejumlah

yang digunakan dalam titrasi, lalu

ditambahkan lagi toluena sampai tanda tera.

Kemudian dibuat 25 ml pelarut Φ (campuran

toluena dan metanol). Sebanyak 10 ml pelarut

Φ tersebut dimasukkan ke dalam viskometer,

lalu waktu alirnya diukur. Kemudian, 3 jenis

larutan induk yang telah dibuat diukur laju

alirnya pada konsentrasi yang berbeda-beda.

Pengukuran dilakukan dari larutan yang

paling encer.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Massa molekul nisbi suatu polimer dapat

ditentukan melalui perbandingan antara

viskositas larutan polimer terhadap viskositas

pelarut murni. Pengukuran viskositas yang

dilakukan menggunakan viskometer ostwald.

Penentuan viskositas polimer menggunakan 2

pelarut berbeda, yaitu polistirena dalam

pelarut toluena dan polistirena dalam pelarut

Φ (campuran metanol dan toluena). Pelarut

yang digunakan merupakan pelarut nonpolar

yang memliki sifat yang sama dengan

polistirena, sehingga dapat melarutkan

polistirena yang nonpolar pula.

Pengukuran viskositas harus dilakukan

dari larutan yang paling encer terlebih dulu

kemudian dilanjutkan ke larutan yang lebih

pekat, guna mengurangi kesalahan karena

kontaminan. Volume larutan yang

dimasukkan ke dalam viskometer harus dibuat

tetap untuk menghasilkan waktu alir yang

yang seharusnya dengan selisih waktu alir

yang signifikan terhadap perubahan

konsentrasi, karena saat cairan mengalir ke

bawah melalui pipa kapiler, cairan tersebut

juga harus di dorong naik sampai ke reservoir,

sehingga apabila volume cairan yang

digunakan dalam percobaan berbeda maka

massa cairan yang didorong naik ke reservoir

juga akan berbeda pula. Hal ini dapat

menyebabkan kesalahan pengukuran waktu

alir.

Hasil percobaan diperoleh, semakin tinggi

konsentrasi waktu alir semakin besar, densitas

relatif juga semakin besar pula (Tabel 1 dan

Tabel 3). Hal tersebut dikarenakan semakin

tinggi konsentrasi, menunjukkan komposisi

zat terlarut semakin banyak, gaya antar

molekul semakin tinggi, sehingga densitas

semakin besar pula (Tabel 2 dan Tabel 4).

Tabel 1 Pengukuran waktu alir toluena dan polistirena

Larutan Ulangan waktu alir (s) trerata

(s) 1 2 3

Toluena 7,93 8,03 7,93 7,96

0,10 % 8,19 8,26 8,14 8,20

0,30 % 8,75 8,75 8,70 8,73

0,50 % 9,34 9,27 9,56 9,39

1,00 % 11,61 11,79 11,94 11,78

Tabel 2 Data pengukuran nisbi polistirena

Larutan [polistirena]

(g/ml)

trerata

(s) ɳr ɳsp ɳred K'

0,10 % 0,0958 8,20 1,0293 0,0293 0,3059 2,9544

0,30 % 0,2875 8,73 1,0967 0,0967 0,3363 2,3029

0,50 % 0,4792 9,39 1,1792 0,1792 0,3739 2,3584

1,00 % 0,9984 11,78 1,4793 0,4793 0,4800 2,4577

Rerata 2,5184

Gambar 1 Kurva hubungan konsentrasi terhadap ɳred pada pelarut toluena

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

ɳred

konsentrasi (g/ml)

y =0,2832 + 0,1953x

r = 0,9989

Tabel 3 Waktu alir pelarut Φ

Larutan Ulangan waktu alir (s) Rerata

(s) 1 2 3

Toluen-metanol 7,96 7,76 7,83 7,85

0,10% 8,19 8,45 8,50 8,38

0,30% 9,08 9,19 9,19 9,15

1,00% 12,50 12,63 12,74 12,62

Tabel 4 Data pengukuran nisbi pelarut Φ

Larutan Konsentrasi g/ml trerata

(s) ɳr ɳsp ɳred K'

0,10 % 0,1030 8,38 1,0675 0,0675 0,6555

1,2022

0,30 % 0,3090 9,15 1,1656 0,1656 0,5359

-0,6412

1,00 % 1,0300 12,62 1,6076 0,6076 0,5899

-0,0512

Rerata 0,1699

Gambar 2 Kurva hubungan konsentrasi terhadap ɳred pada pelarut teta

0,0000

0,1000

0,2000

0,3000

0,4000

0,5000

0,6000

0,7000

0,0000 0,2000 0,4000 0,6000 0,8000 1,0000 1,2000

ɳred

konsentrasi (g/ml)

Y = 0,6095 - 0,0327x

r = -0,2659

Tabel 5 Data statistik

Larutan

Mv

(x105)

g/mol

α β

(×10-9

)

r02

(×10-13

)

r2

(×10-12

)

S02

(×10-13

)

S2

(×10-12

)

Polistirena-

toluena

0,5063 2,2534 4,4232 0,9673 0,4912 0,8186 0,4157

Pelarut 𝟇 4573,1 2,4393 5,2756 4,6411 2,7615 4,6026 2,7386

Persamaan kurva, hubungan antara

konsentrasi terhadap ɳred pada pelarut toluena

(Gambar 1) mengahasilkan rumus y =0,2832

+ 0,1953x dengan r = 0,9989. Berdasarkan

persamaan Huggins y=ɳred ; a=[ɳ] ; b=K’[ɳ]2 ;

x=c sehingga diperoleh juga nilai Mv

menggunakan persamaan [ ]

sebesar 0,5063 x105

g/mol dan pada pelarut 𝟇

(Gambar 2) diperoleh persamaan kurva linear

y= 0,6095 - 0,0327x dengan r = -0,2659,

sehingga diperoleh nilai Mv sebesar 1,4573

x105 g/mol.

Pengukuran dimensi rantai polimer juga

dilakukan. Dimensi rantai polimer tersebut

meliputi kuadrat jari-jari garis polimer rata-

rata (r02), kuadrat jari-jari garis polimer (r

2),

kuadrat jarak rata-rata antar kedua ujung

rantai polimer (s02), dan kuadrat jarak antara

kedua ujung rantai polimer (s2). Berdasarkan

data yang diperoleh dari percobaan dengan

menggunakan pelarut toluena, diketahui

bahwa nilai r02= 0,9673×10

-13, r

2= 0,4912×10

-

12, s0

2 =0,8186×10

-13 , dan s

2=0,4157×10

-12,

sedangkan untuk pelarut teta r02= 4,6411×10

-

13, r

2= 2,7615×10

-12, s0

2 =4,6026×10

-13 , dan

s2=2,7386×10

-12. Selain itu dihitung pula besar

perubahan dimensi apabila polistirena berada

dalam larutan pada pelarut toluena dengan α

=-2,2534 dan β=-4,4232; sedangkan pada

pelarut teta diketahui nilai α=2,4393-dan

β=5,2756.

SIMPULAN

Berdasarkan hasil percobaan diperoleh

massa molekul nisbi (Mv) sebesar 0,5063

x105

g/mol g/mol untuk pengukuran dengan

menggunakan pelarut toluena, sedangkan

untuk pengukuran dengan menggunakan

pelarut Φ sebesar 1,4573 x105

g/mol. Nilai

dimensi polimernya, yaitu dengan

menggunakan pelarut toluena, nilai r02=

0,9673×10-13

, r2= 0,4912×10

-12, s0

2

=0,8186×10-13

, dan s2=0,4157×10

-12,

sedangkan untuk pelarut teta r02= 4,6411×10

-

13, r

2= 2,7615×10

-12, s0

2 =4,6026×10

-13, dan

s2=2,7386×10

-12. Selain itu besar perubahan

dimensi apabila polistirena berada dalam

larutan pada pelarut toluena dengan α =2,2534

dan β=-4,4232; sedangkan pada pelarut teta

diketahui nilai α=2,4393-dan β=5,2756.

DAFTAR PUSTAKA

Billmeyer FWJR. 1984. Textbook of Polymer

Science. 3rd edition. Jhn Wiley & Son

Brandrup J, Immergut EH, dan Grulke EA.

1999. Polymer Handbook Fourth Edition

Volume 2. New Jersey: Wiley-

Interscience.

Cowd. 1991. Kimia Polimer. Harry Firman,

penerjemah. Bandung: ITB Press.

Terjemahan dari: Polymer Chemistry.

*Lampiran

Tabel 6 Pengukuran waktu alir toluena dan polistirena

Larutan Ulangan waktu alir (s) trerata

(s) 1 2 3

Toluena 7,93 8,03 7,93 7,96

0,10 % 8,19 8,26 8,14 8,20

0,30 % 8,75 8,75 8,70 8,73

0,50 % 9,34 9,27 9,56 9,39

1,00 % 11,61 11,79 11,94 11,78

Contoh Perhitungan :

( )

Tabel 7 Data pengukuran nisbi polistirena

Larutan [polistirena]

(g/ml)

t

rerata

(s)

ɳr ɳsp ɳred K'

0,10 % 0,0958 8,20 1,0293 0,0293 0,3059 2,9544

0,30 % 0,2875 8,73 1,0967 0,0967 0,3363 2,3029

0,50 % 0,4792 9,39 1,1792 0,1792 0,3739 2,3584

1,00 % 0,9984 11,78 1,4793 0,4793 0,4800 2,4577

Rerata 2,5184

Contoh Perhitungan :

Penentuan konsentrasi (g/ml)

Bobot polistirena : 0,2496 g

Larutan 1% sebanyak 25 ml

Volume larutan yang diambil, yaitu :

Konsentrasi larutannya, yaitu :

larutan 0,1 %

Penentuan ηrelatif

waktu alir toluena murni (t0) = 7,96 s

waktu alir larutan 0.75% (t) = 8,20 s

ro

ot

t 0293,1

96,7

20,8

Penentuan ηspesifik

0293,010293,11 rsp

Penentuan ηreduktif

3059,00958,0

0293,0

C

sp

red

Dengan metode regresi linear menghubungakan antara konsentrasi dan ηred

diperoleh y = A + Bx

Persamaan garis : Y =0,2832 + 0,1953x; r = 0,9989

dimana Kstirena = 11 10-5

dan α = 0,725

ηred = [η] + K’[η]2

C Persamaan HUGGINS

[ ] [ ]

Bobot molekul nisbi (Mv)

[η] = a

= 0,2832

molgMv

Mv

MvK stirena

/100630,5

10.112832,0

4

725,05

Penentuan nilai

[ ]

√[ ]

√

( )

Penentuan nilai β

√

√

Penentuan nilai r0

Mvro² α²β²

Mo=

( ) ( )

( )

ro2 = 0,9673 × 10

-13

Penentuan nilai r

r2 = r0

2 × α

2

r2 = (9,6728 × 10

-14) × (2,2534)

2

r2 = 0,4912 × 10

-12

Penentuan nilai S02

( )

Penentuan S2

S2 = α

2 × S0

2

S2 = (2,2534)

2 × ( )

S2 = 0,4157 × 10

-12

Tabel 8 Waktu alir pelarut Φ

Larutan Ulangan waktu alir (s) Rerata

(s) 1 2 3

Toluen-metanol 7,96 7,76 7,83 7,85

0,10% 8,19 8,45 8,50 8,38

0,30% 9,08 9,19 9,19 9,15

1,00% 12,50 12,63 12,74 12,62

Contoh perhitungan

Waktu rerata pelarut toluen-metanol

( )

Tabel 9 Data pengukuran nisbi pelarut Φ

Larutan Konsentrasi

g/ml

trerata

(s) ɳr ɳsp ɳred K'

0,10 % 0,1030 8,38 1,0675 0,0675 0,6555 1,2022

0,30 % 0,3090 9,15 1,1656 0,1656 0,5359

-

0,6412

1,00 % 1,0300 12,62 1,6076 0,6076 0,5899

-

0,0512

Rerata 0,1699

Contoh Perhitungan :

Penentuan konsentrasi (g/ml)

Bobot polistirena : 0,2575 g

Larutan 1% sebanyak 25 ml

Volume larutan yang diambil, yaitu :

Konsentrasi larutannya, yaitu :

Larutan 0,10 %

Penentuan ηrelatif

waktu alir toluena murni (t0) = 7,85 s

waktu alir larutan 0.75% (t) = 8,38 s

ro

ot

t 0675,1

85,7

38,8

Penentuan ηspesifik

0675,010675,11 rsp

Penentuan ηreduktif

6555,01030,0

0675,0

C

sp

red

Dengan metode regresi linear menghubungakan antara konsentrasi dan ηred

diperoleh y = A + Bx

Persamaan garis : Y = 0,6095 - 0,0327x; r = -0,2659

dimana Kstirena = 11 10-5

dan α = 0,725

ηred = [η] + K’[η]2 C Persamaan HUGGINS

[ ] [ ]

( ) ( )

Bobot molekul nisbi (Mv)

[η] = a

= 0,6095

molgMv

Mv

MvK stirena

/104573,1

10.116095,0

5

725,05

Penentuan nilai

[ ]

√[ ]

√

( )

Penentuan nilai β

√

√

Penentuan nilai r0

Mvro² α²β²

Mo=

( ) ( )

( )

ro2 = 4,6411 × 10

-13

Penentuan nilai r

r2 = r0

2 × α

2

r2 = (4,6411 × 10

-13) × (2,4393)

2

r2 = 2,7615 × 10

-12

Penentuan nilai S02

( )

Penentuan S2

S2 = α

2 × S0

2

S2 = (2,4393)

2 × (4,6026 × 10

-13)

S2 = 2,7386 × 10

-12