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.
Makromolekul dibagi atas dua material 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
Material biologis dapat menunjang tersediaanya pangan dan dibahas dalam biokimia sedang material non biologis mencakup bahan sintetik. Banyak makromolekul sintetik memiliki struktur yang relatif sederhana, karena mereka terdiri dari unit ulangan yang identik (unit struktural). Inilah sebabnya mereka disebut polimer.
Polimer sangat penting karena dapat menunjang tersedianya pangan, sandang, transportasi dan komunikasi (serat optik). Saat ini polimer telah berkembang pesat. Berdasarkan kegunaannya polimer digolongkan atas :
- Polimer komersial (commodity polymers)
Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari. Kegunaan sehari-hari dari polimer ini ditunjukkan dalam tabel 1.1
Contoh : Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida (PVC), melamin formaldehid
Tabel 1.1 Contoh dan kegunaan polimer komersial
| Polimer komersial | Kegunaan atau manfaat |
| Polietilena massa jenis rendah(LDPE)Polietilena massa jenis rendah(HDPE) Polipropilena (PP) Poli(vinil klorida) (PVC) Polistirena (PS) | Lapisan pengemas, isolasi kawat, dan kabel, barang mainan, botol yang lentur, bahan pelapisBotol, drum, pipa, saluran, lembaran, film, isolasi kawat dan kabel Tali, anyaman, karpet, film Bahan bangunan, pipa tegar, bahan untuk lantaui, isolasi kawat dan kabel Bahan pengemas (busa), perabotan rumah, barang mainan |
- Polimer teknik (engineering polymers)
Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi
Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, poliester
- Polimer fungsional (functional polymers)
Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil
Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolimer
Definisi Dan Tata Nama (Nomenklatur)
J Definisi
q Polimer
Molekul besar (makromolekul) yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer.
q Monomer
Sebarang zat yang dapat dikonversi menjadi suatu polimer. Untuk contoh, etilena adalah monomer yang dapat dipolimerisasi menjadi polietilena (lihat reaksi berikut). Asam amino termasuk monomer juga, yang dapat dipolimerisasi menjadi polipeptida dengan pelepasan air
Reaksi :
Monomer polimer
Unit ulangan dapat memiliki struktur linear atau bercabang. Unit ulangan bercabang dapat membentuk polimer jaringan tiga dimensi. Tabel 1.2 menunjukkan beberapa contoh polimer, monomer, dan unit ulangannya.
Tabel 1.2 Polimer, monomer, dan unit ulangannya
Polimer | Monomer | unit ulangan | |||
| Polietilena | CH2 = CH2 | - CH2CH2 – | |||
| poli(vinil klorida) | CH2 = CHCl | - CH2CHCl – | |||
| Poliisobutilena | |||||
| polistirena | |||||
| Polikaprolaktam (nylon-6) | |||||
| Poliisoprena (karet alam) |
J Tata Nama (Nomenklatur)
Jumlah yang sangat besar dari struktur polimer menuntut adanya sistem tata nama yang masuk akal. Berikut ini adalah aturan pemberian nama polimer vinil yang didasarkan atas nama monomer (nama sumber atau umum), taktisitas dan isomer :
q Nama monomer satu kata :
Ditandai dengan melekatkan awalan poli pada nama monomer
Contoh :
Polistirena
polietilena
Politetrafluoroetilena
(teflon, merk dari du Pont)
q Nama monomer lebih dari satu kata atau didahului sebuah huruf atau angka
Nama monomer diletakkan dalam kurung diawali poli
Contoh :
Poli(asam akrilat)
Poli(a-metil stirena)
Poli(1-pentena)
q Untuk taktisitas polimer
- diawali huruf i untuk isotaktik atau s (sindiotaktik) sebelum poli
Contoh : i-polistirena (polimer polistirena dengan taktisitas isotaktik)
q Untuk isomer struktural dan geometrik
- Ditunjukkan dengan menggunakan awalan cis atau trans dan 1,2- atau 1,4- sebelum poli
Contoh : trans-1,4-poli(1,3-butadiena)
IUPAC merekomendasikan nama polimer diturunkan dari struktur unit dasar, atau unit ulang konstitusi (CRU singkatan dari constitutional repeating unit) melalui tahapan sebagai berikut :
- Pengidentifikasian unit struktural terkecil (CRU)
- Sub unit CRU ditetapkan prioritasnya berdasarkan titik pengikatan dan ditulis prioritasnya menurun dari kiri ke kanan (lihat penulisan nama polistirena)
- Substituen-substituen diberi nomor dari kiri ke kanan
- Nama CRU diletakkan dalam kurung biasa (atau kurung siku dan kurung biasa kalau perlu), dan diawali dengan poli
Tabel 1.3 Contoh pemberian beberapa nama polimer menurut sumber monomernya dan IUPAC
| Nama Sumber | Nama IUPAC |
| PolietilenaPolitetrafluoroetilena Polistirena Poli(asam akrilat) Poli(a-metilstirena) Poli(1-pentena) | Poli(metilena)Poli(difluorometilena) Poli(1-feniletilena) Poli(1-karboksilatoetilena) Poli(1-metil-1-feniletilena) Poli[1-(1-propil)etilena] |
Untuk tata nama polimer non vinil seperti polimer kondensasi umumnya lebih rumit darpada polimer vinil. Polimer polimer ini biasanya dinamai sesuai dengan monomer mula-mula atau gugus fungsional dari unit ulangan.
Contoh : nylon, umumnya disebut nylon-6,6 (66 atau 6/6), lebih deskriptif disebut poli(heksametilen adipamida) yang menunjukkan poliamidasi heksametilendiamin (disebut juga 1,6-heksan diamin) dengan asam adipat. Lihat gambar berikut
Mengikuti rekomendasi IUPAC, kopolimer (polimer yang diturunkan dari lebih satu jenis monomer) dinamai dengan cara menggabungkan istilah konektif yang ditulis miring antara nama nama monomer yang dimasukkan dalam kurung atau antara dua atau lebih nama polimer. Istilah konektif menandai jenis kopolimer sebagaimana enam kelas kopolimer yang ditunjukkan dalam tabel 1.4 berikut
Tabel 1.4 Berbagai jenis kopolimer
| Jenis kopolimer | Konektif | Contoh |
| Tak dikhususkan | -co- | Poli[stirena-co-(metil metakrilat)] |
| Statistik | -stat- | Poli(stirena-stat-butadiena) |
| Random/acak | -ran- | Poli[etilen-ran-(vinil asetat)] |
| Alternating (bergantian) | -alt- | Poli(stirena-alt-(maleat anhidrida)] |
| Blok | -blok- | Polistirena-blok-polibutadiena |
| Graft (cangkok/tempel) | -graft- | Polibutadiena-graft-polistirena |
Proses Polimerisasi
Polimerisasi kondensasi adalah polimerisasi yang disertai dengan pembentukan molekul kecil (H2O, NH3).
Contoh :
Alkohol + asam ester + air
HOCH2CH2OH + + H2O
Polimerisasi adisi adalah polimerisasi yang disertai dengan pemutusan ikatan rangkap diikuti oleh adisi monomer.
Contoh :
Klasifikasi Polimer
Polimer dapat diklasifikasikan atas dasar asalnya (sumbernya), dan strukturnya.
- a. Asal atau sumbernya
1. Polimer Alam :
- tumbuhan : karet alam, selulosa
- hewan : wool, sutera
- mineral
2. Polimer Sintetik :
- hasil polimerisasi kondensasi
- hasil polimerisasi adisi
b. Struktur
Berdasarkan strukturnya polimer dibedakan atas :
1. Polimer linear
Polimer linear terdiri dari rantai panjang atom-atom skeletal yang dapat mengikat gugus substituen. Polimer ini biasanya dapat larut dalam beberapa pelarut, dan dalam keadaan padat pada temperatur normal. Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).
Rantai utama linear
Contoh :
Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenal sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66
2. Polimer bercabang
Polimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama. Struktur polimer bercabang diilustrasikan sebagai berikut
Rantai utama
(terdiri dari atom-atom skeletal)
3. Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)
Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianya terdapat antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan ini biasanya di”swell” (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Ketaklarutan ini dapat digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makin besar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungannya (swelling). Jika derajat sambung-silang cukup tinggi, polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan (diamond).
Ikatan kimia
Polimer linear dan bercabang memiliki sifat :
1. Lentur
2. Berat Molekul relatif kecil
3. Termoplastik
Kopolimer
Kopolimer adalah suatu polimer yang dibuat dari dua atau lebih monomer yang berlainan. Berikut ini adalah jenis jenis kopolimer yang terbentuk dari monomer pertama (A) dan monomer ke dua (B).
Jenis kopolimer :
- Kopolimer blok
Kopolimer blok mengandung blok dari satu monomer yang dihubungkan dengan blok monomer yang lain. Kopolimer blok biasanya terbentuk melalui proses polimerisasi ionik. Untuk polimer ini, dua sifat fisik yang khas yang dimiliki dua homopolimer tetap terjaga.
-A-A-A-A-A----------B-B-B-B-B-
Poli(A-b-B)
- Kopolimer graft (tempel/cangkok)
Kopolimer graft biasanya dibuat dengan mengikatkan bersama dua polimer yang berbeda. Untuk contoh, homopolimer yang diturunkan dari monomer A dapat diinduksi untuk bereaksi dengan homopolimer yang diturunkan dari monomer B untuk menghasilkan kopolimer graft, yang ditunjukkan pada gambar berikut
Poli(A-g-B)
Perkembangan selanjutnya ada yang berbentuk kopolimer sisir (comb copolymer) dan bintang (star copolymer).
- Kopolimer bergantian (alternating)
Kopolimer yang teratur yang mengandung sequensial (deretan) bergantian dua unit monomer. Polimerisasi olefin yang terjadi lewat mekanisme jenis ionik dapat menghasilkan kopolimer jenis ini.
Poli(A-alt-B)
- Kopolimer Acak
Dalam kopolimer acak, tidak ada sequensial yang teratur. Kopolimer acak sering terbentuk jika jenis monomer olefin mengalami kopolimerisasi lewat proses jenis radikal bebas. Sifat kopolimer acak sungguh berbeda dari homopolimernya.
poli(A-co-B)
BERAT MOLEKULAR DAN DISTRIBUSI BERAT MOLEKULAR
Berat molekular polimer merupakan salah satu sifat yang khas bagi polimer yang penting untuk ditentukan. Berat molekular (BM) polimer merupakan harga rata-rata dan jenisnya beragam yang akan dijelaskan kemudian. Dengan mengetahui BM kita dapat memetik beberapa manfaat.
Manfaat berat molekular rata-rata polimer
- Menentukan aplikasi polimer tersebut
- Sebagai indikator dalam sintesa dan proses pembuatan produk polimer
- Studi kinetika reaksi polimerisasi
- Studi ketahanan produk polimer dan efek cuaca terhadap kualitas produk
Sifat dan konsep Berat Molekular polimer
Hal yang membedakan polimer dengan spesies berat molekul rendah adalah adanya distribusi panjang rantai dan untuk itu derajat polimerisasi dan berat molekular dalam semua polimer yang diketahui juga terdistribusi (kecuali beberapa makromolekul biologis). Distribusi ini dapat digambarkan dengan Mem”plot” berat polimer (BM diberikan) lawan BM, seperti terlihat pada gambar 1.1.
Panjang rantai polimer ditentukan oleh jumlah unit ulangan dalam rantai, yang disebut derajat polimerisasi (DPn). Berat molekular polimer adalah hasil kali berat molekul unit ulangan dan DPn.
Mn = berat molekul rata-rata polimer
M0 = berat molekul unit ulangan ( sama dengan berat molekul monomer)
DP = derajat polimerisasi
Contoh : polimer poli(vinil klorida), PVC memiliki DP = 1000 maka berat molekulnya (Mn) adalah
Mn = DP x M0 M0 (– CH2CHCl - ) = 63, DP = 1000
Mn = 63 x 1000
= 63000.
Rata-rata jumlah,
Jumlah Rata-rata berat,
polimer
Berat molekular
Gambar 1.1 Distribusi berat molekular dari suatu jenis polimer
Karena adanya distribusi dalam sampel polimer, pengukuran eksperimental berat molekular dapat memberikan hanya harga rata-rata. Beberapa rata-rata yang berlainan adalah penting. Untuk contoh, beberapa metoda pengukuran berat molekular perlu perhitungan jumlah molekul dalam massa material yang diketahui. Melalui pengetahuan bilangan Avogadro, informasi ini membimbing ke berat molekul rata-rata jumlah sampel. Untuk polimer sejenis, rata-rata jumlah terletak dekat puncak kurva distribusi berat atau berat molekul paling boleh jadi (the most probable molecular weight). Jika sampel mengandung Ni molekul jenis ke i, untuk jumlah total molekul dan setiap jenis molekul ke i memiliki massa mi, maka massa total semua molekul adalah . Massa molekular rata-rata jumlah adalah
(1-1)
dan perkalian dengan bilangan bilangan Avogadro memberikan berat molekul rata-rata jumlah (berat mol) :
(1-2)
Berat molekular rata-rata jumlah dari polimer komersial biasanya terletak dalam kisaran 10000 – 100000. Setelah berat molekular rata-rata jumlah , berat molekular rata-rata berat . Besaran ini didefinisikan sebagai berikut
(1-3)
Seharusnya dicatat bahwa setiap molekul menyumbang kepada yang sebanding dengan kuadrat massanya. Besaran yang sebanding dengan pangkat pertama dari M mengukur hanya konsentrasi dan bukan berat molekularnya. Dalam istilah konsentrasi ci = Ni Mi dan fraksi berat wi = ci/c, dimana ,
(1-4)
Karena molekul yang lebih berat menyumbang lebih besar kepada daripada yang ringan, selalu lebih besar daripada , kecuali untuk polimer monodispers hipotetik. Harga terpengaruh sekali oleh adanya spesies berat molekul tinggi, sedangkan dipengaruhi oleh spesies pada ujung rendah dari kurva distribusi BM .
Besaran indeks dispersitas, adalah ukuran yang bermanfaat dari lebarnya kurva distribusi berat molekular dan merupakan parameter yang sering digunakan untuk menggambarkan situasi (lebar kurva distribusi) ini. Kisaran harga dalam polimer sintetik sungguh besar, sebagaimana diilustrasikan dalam tabel 1.5.
Tabel 1.5 Kisaran indeks polidispersitas (I) berbagai macam polimer
| Polimer | Kisaran I |
| Polimer monodispers hipotetikPolimer “living” monodispers nyata Polimer adisi, terminasi secara coupling Polimer adisi, terminasi secara disproporsionasi, atau polimer kondensasi Polimer vinil konversi tinggi Polimer yang dibuat dengan autoakselerasi Polimer adisi yang dibuat melalui polimerisasi koordinasi Polimer bercabang | 1,001,01 – 1,05 1,5 2,0 2 – 5 5 – 10 8 – 30 20 - 50 |
Pada umumnya berlaku hal berikut :
- Bila distribusinya sempit maka
- Bila distribusinya lebar maka
- Indeks dispersitas (I)
Penentuan Berat molekular rata-rata
Berat molekular polimer dapat ditentukan dengan berbagai metoda. Metoda ini dapat disebutkan sebagai berikut :
q Analisis gugus fungsional secara fisik atau kimia
q Pengukuran sifat koligatif
q Hamburan cahaya
q Ultrasentrifugasi
q Pengukuran viskositas larutan encer
q Gel Permeation chromatography
POLIMER ALAMI
Polimer dapat tergolong alami dan sintetik. Polimer alami yang paling penting ialah karbohidrat (pati, selulosa), protein dan asam nukleat (DNA, RNA). Ketiga polimer alami ini disebut biopolymer.
- 1. Karbohidrat
Karbohidrat terdapat dalam semua tumbuhan dan hewan dan penting bagi kehidupan. Lewat fotosintesis, tumbuhan mengonversi karbon dioksida atmosfer menjadi karbohidrat, terutama selulosa, pati, dan gula. Karbohidrat lain penting sebagai komponen koenzim, antibiotic, tulang rawan, cangkang cruatacea, dinding sel bakteri, dan membrane sel mamalia.
Bila didefinisikan lebih cermat dari segi struktur organic, karbohidrat adalah polihdroksildehida, polihidrosiketon, atau zat yang memberikan senyawa seperti itu jika dihidrolisis. Kimiawi karbohidrat pada dasarnya merupakan kimia gabungan dari dua gugus fungsi., yaitu gugus hidroksil dan gugus karbonil. Karbhidrat biasanya digolongkan menurut strukturnya sebagai monosakarida, oligosakarida, atau polisakarida. Ketiga golongan karbohidrat ini berkaitan satu dengan lainnya lewat proses hidolisis.
- 2. PROTEIN
Protein ialah polimer alami yang terdiri ata sejumlah unit asam amino yang berikatan satu dengan lainnya. Jarring laba-laba, bulu hewan, otot, putih telur, dan hemoglobin ialah protein. Peptide ialah oligomer dari asam amino yang memainkan peran penting dalam banyak proses biologis. Jadi, protein, peptide, dan asam amino merupakan bahan yang penting bagi struktur, fungsi dan reproduksi makhluk hidup.
- 3. NUKLEOTIDA DAN ASAM NUKLEAT
Asam nukleat ialah makromolekul seperti rantai yang linear yang pertama kali diisolasi dari inti sel, contohnya DNA dan RNA. Hidrolisis asam nukleat menghasilkan nukleotida, yang merupakan monomer dari asam nukleat. Hidrolisis nukleotida menghasilkan masing-masing 1 mol asam fosfat dan nukleosida. Nukleosida dapat dihidrolisis lebih lanjut dalam larutan asam berair, menjadi masing-masing satu ekuivalen gula dan basa heterosiklik. Struktur keseluruhan dari asam nukleat sendiri ialah makromolekul dengan penyusun utama molekul gula yang dihubungkan dengan gugus fosfat dan sebuah basa yang melekat pada setiap gula.
Rangkaian Double-helix pada DNA
DNA, singkatan dari deoxyribose nucleic acid, menyimpan dan mengolah informasi genetika manusia dalam molekul-molekul yang diberi kode huruf A, C, T, dan G. A merupakan inisial untuk adenine, C untuk cytosine, T untuk thymine, dan G untuk guanine. Adenine hanya bisa berpasangan dengan thymine, guanine hanya bisa berpasangan dengan cytosine. Ini berarti bahwa jika ada satu rantai DNA yang memiliki kode AACTAGGTC, maka pasangannya pasti TTGATCCAG. Kedua rantai itu akan berpasangan dan membentuk struktur berpilin yang kita kenal sebagai Double-Helix. Enzim dalam sel hidup membaca data-data genetik yang tersimpan dalam DNA (dalam bentuk kode A, C, T, G tadi) menggunakan cara yang sangat mirip dengan cara komputer membaca data biner.
SUMBER PUSTAKA
Hart, Harold. 2003. Kimia Organik, Suatu Kuliah Singkat. Jakarta : Erlangga.
Malcolm, P.S., 2001. Polymer Chemistry : An Introduction, diindonesiakan oleh Lis Sopyan, cetakan pertama, PT Pradnya Paramita : Jakarta
Secret of DNA - Harun Yahya (ebook)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar