MAKROMOLEKUL (POLIMER)
Standar Kompetensi
Memahami senyawa oraganik dan reaksinya, benzena dan turunannya , dan makromolekul
Kompetensi Dasar
Mendeskripsikan struktur tata nama, penggolongan, sifat dan kegunaan makromolekul (polimer, karbohidrat dan protein)
Banyak barang-barang dalam kehidupan sehari-hari yang termasuk polimer. Contoh utama adalah plastik. Barang-barang tersebut terdiri dari senyawa- senyawa karbon yang dapat bereaksi membentuk rantai panjang polimer melalui reaksi polimerisasi. Untuk mempermudah guru dan siswa dalam melakukan kegiatan pembelajaran, maka kegiatan pembelajaran ini menggunakan media berbasis web.
Dengan menggunakan web diharapkan dapat mempermudah siswa dalam mempelajari definisi polimer, sifat dan kegunaan polimer, reaksi polimerisasi, penggolongan polimer, serta aplikasi polimer dalam kehidupan sehari-hari.
· DEFINISI POLIMER
Polimer merupakan suatu golongan bahan kimia yang penting dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri. Kita akan melihat bahwa polimer adalah suatu makromolekul yang terbentuk dari molekul-molekul sederhana yang kita sebut sebagai monomer.
Polimer berasal dari kata poly yang artinya banyak, dan meros yang artinya bagian. Sedangkan monomer memiliki awalan mono yang artinya satu.
Polimer merupakan suatu golongan bahan kimia yang penting dalam kehidupan sehari-hari maupun dalam industri. Kita akan melihat bahwa polimer adalah suatu makromolekul yang terbentuk dari molekul-molekul sederhana yang kita sebut sebagai monomer.
Tabel Polimer di alam
Polimer | Monomer | Sumber |
Amilum | Glukosa | Beras, gandum |
Selulosa | Glukosa | Kayu |
Glikogen | Glukosa | Jaringan otot dan hati |
Protein | Asam amino | Wol, enzim |
Asam nukleat | Nukleotida | DNA dan RNA |
Karet alam | Isoprena | Getah karet |
Polimer dibedakan menjadi polimer organik dan polimer anorganik. Disini kita akan membahas polimer organik, yakni polimer yang tersusun dari atom-atom C membentuk rantai karbon yang panjang. Polimer organik yang terjadi secara alamiah seperti amilum, selulosa,. Dan protein disebut juga polimer alam (biopolimer). Polimer alam telah dikenal dan digunakan sejak jaman dulu.
Akan tetapi, hampir seratus tahun yang lalu peran polimer telah digantikan oleh polimer sintesis. Polimer sintesis, seperti PVC, nilon, dan poliester mempunyai aplikasi penting dalam kehidupan sehari-hari.
· REAKSI POLIMERISASI
Proses pembentukan polimer disebut juga reaksi polimerisasi. Berdasarkan jenis reaksinya terdapat dua macam polimerisasi, yaitu polimerisasi adisi dan polimerisasi kondensasi.
Berdasarkan reaksi yang membentuk polimer secara umum dibagi menjadi dua reaksi yang dapat terjadi, diantaranya adalah :
1. Polimerisasi adisi, yaitu bergabungnya monomer-monomer yang berikatan rangkap. Ikatan rangkap akan menjadi jenuh tatkala monomer-monomer itu berikatan satu sama lain. Pada polimerisasi adisi, tidak ada molekul yang hilang.
Polimerisasi adisi merupakan pembentukan polimer dari monomer yang berikatan rangkap menjadi ikatan tunggal. Di dalam polimer adisi sendiri dibedakan menjadi dua yaitu polimerisasi adisi alami contoh polimerisasi 2-metil-1,3 buta diena secara alami pada pohon karet yang menghasilkan karet alam dan Polimerisasi adisi sintersis
Contoh
Ø Pembentukan PVC dari vinil klorida yang banyak digunakan untuk membuat pipa paralon, pembungkus kabel,dan tas plastik
Ø Pembentukan polipropilena dari propena yang digunakan untuk membuat tangki air dan badan prahu.
Ø Pembentukan Teflon dari tetrafloro etena. Teflon digunakan untuk memasak
Ø Pembentukan polistrinandari stirena sering digunakan alat isolator alat2 elektronik.
2. Polimerisasi kondensasi, yaitu reaksi pembentukan polimer dari monomer – monomer yang mempunyai dua gugus fungsi. Pada polimerisasi kondensasi, ada molekul yang hilang, misalnya pelepasan air.
Contoh
Ø Polimerisasi kondensasi alami, misalnya pembentukan selulosa dan amilum dari glukosa dan pembentukan protein dari asam amino.
Ø Polimerisasi kondensasi sintesis, misalnya pembentukan nilon dari asam adipat dan heksametilen diamin serta pembentukan tetoron dari asam tereftalat dan etano diol.
· PENGGOLONGAN POLIMER
Polimer adalah senyawa yang besar dan terbentuk dari hasil penggabungan sejumlah unit-unit molekul yang kecil.
Polimer dapat digolongkan berdasarkan asal, jenis monomer pembentuk, atau berdasarkan sifat tertentu.
a. Penggolongan polimer berdasarkan asalnya
Berdasarkan asalnya, polimer dapat dibedakan atas polimer alam dan polimer sintesis.
1) Polimer Alam
Polimer alam adalah polimer yang terdapat di alam dan berasal dari makhluk hidup. Contoh polimer alam dapat dilihat pada table di bawah ini
No | Polimer | Monomer | Polimerisasi | Contoh |
1. | Pati/amilum | Glukosa | Kondensasi | Biji-bijian, akar umbi |
2. | Selulosa | Glukosa | Kondensasi | Sayur, Kayu, Kapas |
3. | Protein | Asam amino | Kondensasi | Susu, daging, telur, wol, sutera |
4. | Asam nukleat | Nukleotida | Kondensasi | Molekul DNA dan RNA (sel) |
5. | Karet alam | Isoprena | Adisi | Getah pohon karet |
Sifat-sifat polimer alam kurang menguntungkan. Contohnya, karet alam kadang-kadang cepat rusak, tidak elastis, dan berombak. Hal tersebut dapat terjadi karena karet alamtidak tahan terhadap minyak bensin atau minyak tanah serta lama terbuka di udara. Contoh lain, sutera dan wol merupakan senyawa protein bahan makanan bakteri, sehingga wol dan sutera cepat rusak. Umumnya polimer alam mempunyai sifat hidrofilik (suka air), sukar dilebur dan sukar dicetak, sehingga sangat sukar mengembangkan fungsi polimer alam untuk tujuan-tujuan yang lebih luas dalam kehidupan masyarakat sehari-hari.
2) Polimer Sintesis
Polimer sintesis atau polimer buatan adalah polimer yang tidak terdapat di alam dan harus dibuat oleh manusia. Sampai saat ini, para ahli kimia polimer telah melakukan penelitian struktur molekul alam guna mengembangkan polimer sintesisnya. Dari hasil penelitian tersebut dihasilkan polimer sintesis yang dapat dirancang sifat-sifatnya, seperti tinggi rendahnya titik lebur, kelenturan dan kekerasannya, serta ketahanannya terhadap zat kimia. Tujuannya, agar diperoleh polimer sintesis yang penggunaannya sesuai yang diharapkan. Polimer sintesis yang telah dikembangkan guna kepentingan komersil, misalnya pembentukan serat untuk benang kain dan produksi ban yang elastisterhadap jalan raya. Ahli kimia saat ini sudah berhasil mengembangkan beratus-ratus jenis polimer sintesis untuk tujuan yang lebih luas.
Dalam kehidupan sehari-hari, kita pasti banyak menggunakan polimer buatan. Berikut ini beberapa contoh polimer buatan di sekitar kita :
Ø Karet Sintetis
Dengan semakin meningkatnya kebutuhan akan ban mobil dan motor, ahli-ahli kimia organic telah mengembangkan pembuatan karet sintetis untuk mempercepat perolehan kebutuhan tersebut.
Karet-karet sintetis tersebut dibuat dengan menggunakan bahan dasar monomer, seperti butadiene dan stirena denganm cara kopolimerisasi.
Polibutadiena-stirena disebut juga dengan Buna atau nama dagangnya SBR (stirena-butadiena rubber). Ada dua jenis Buna, yaitu Buna-N dan Buna-S. tidak seperti polimer lain yang monomernya 1:1, pada Buna-N perbandingan antara 1,3-butadiena dan stirena adalah 3:1, sedangkan Buna-S perbandingan antara 1,3-butadiena dan stirena adalah 7:3. polimer tersebutb merupakan karet sintetis yang kuat hamper menyamai karet alam karena resisten oksidasi dan abrasi dibandingkan karet alam. SBR mengandung ikatan rangkap dan dapat di cross-linked kan dengan sulfur dengan proses vulkanisasi. Saat ini Buna banyak digunakan sebagai ban mobil.
Jika karet yang divulkanisasi ini diregangkan, jembatan belerang menahan rantai-rantai polimer sehingga tidak mudah putus, kemudian karet tersebut akan kembali pada bentuk semula setelah meregang. Karet sintetis lain adalah neoprene yang berasal dari monomer kloropropena, polibutadiena, dan Thiokol.
Ø Serat Sintetis
Kapas merupakan serat alam yang merupakan polimer dari karbohidrat (selulosa), dan polimer dari protein (wol dan sutera). Seperti halnya karet, serat memiliki polimer sintetis, yaitu nilon dan poliester (dakron).
Dakron atau tetoron merupakan polyester. Polimer ini yang sangat kuat, sangat lentur dan transparan. Polimer ini juga digunakan untuk membuat sintetis dan membuat lembaran film tipis yang dalam perdagangan disebut mylar. Mylar banyak digunakan untuk pita rekam magnetic dan untuk membuat gelembung balon yang dimanfaatkan dalam penelitian cuaca di atmosfer.
Nilon-66 merupakan serat polimer yang titik leburnya tinggi. Disebut nilon-66 karena polimernya tersususn dari enam atom C dari 1,6-heksametilena diamina dan enam atom C dari molekul asam 1,6 heksanadioat. Nilon-66 digunakan untuk serat kain.
Ø Orlon
Orlon merupakan polimer adisi dari monomer akrilonitril. Polimer ini merupakan serat sintetis, seperti wol digunakan dalam tekstil sebagai campuran wol, karpet, dan kaus kaki.
Ø Plastik
Plastik merupakan polimer sintetis yang paling populer karena banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Berdasarkan jenis monomernya, ada beberapa jenis plastik yaitu sebagai berikut :
a) Polietena (Polietilena)
Polietilena merupakan polimer plastik yang sifatnya ulet (liat), massa jenis rendah, lentur, sukar rusak apabila lama dalam keadaan terbuka di udara maupun apabila terkena tanah Lumpur, tetapi tidak tahan panas. Polietena adalah plastik yang banyak diproduksi, dicetak lembaran untuk kantong plastik, pembungkus halaman, ember, dsb.
b) Polipropena (Polipropilena)
Polipropena mempunyai sifat yang sama dengan polietena. Oleh karena plastik ini juga banyak diproduksi, hanya kekuatannya lebih besar dari polietena dan lebih tahan panas serta tahan terhadap reaksi asam dan basa. Plastik ini juga digunakan untuk membuat botol plastik, karung, bak air, tali, dan kanel listrik (insulator).
c) PVC (Polivinil Klorida)
PVC mempunyai sifat keras dan kaku digunakan untuk membuat pipa plastik, pipa paralon, pipa kabel listrik, kulit sintetis, dan ubin plastik.
d) Teflon (Tetrafluoroetena)
Teflon merupakan lapisan tipis yang sangat tahan panas dan tahan terhadap bahan kimia. Teflon digunakan untuk pelapis wajan (panic anti lengket), pelapis tangki di pabrik kimia, pipa anti patah, dan kabel listrik.
e) Bakelit (Fenol Formaldehida)
Bakelit adalah suatu jenis polimer yang dibuat dari dua jenis monomer, yaitu fenol dan formaldehida. Polimer ini sangat keras, titik leburnya sangat tinggi dantahan api. Bakelit digunakan untuk instalasi listrik dan alat-alat yang tahan suhu tinggi, misalnya asbak dan fiting lampu listrik.
f) Flexiglass (Polimetil Metakrilat)
Polimetil Metakrilat disingkat PMMA mempunyai nama dagang flexiglass. Polimetil metakrilat merupakan polimerisasi adisi dari monomer metil metakrilat (H2C = CH-COOH3). PMMA merupakan plastik yang kuat dan transparan. Polimer ini digunakan untuk jendela pesawat terbang dan lampu belakang mobil.
Contoh polimer sintesis dapat dilihat pada tabel di bawah ini :
No | Polimer | Monomer | Terdapat pada |
1. | Polietena | Etena | Kantung, kabel plastik |
2. | Polipropena | Propena | Tali, karung, botol plastik |
3. | PVC | Vinil klorida | Pipa paralon, pelapis lantai |
4. | Polivinil alcohol | Vinil alcohol | Bak air |
5. | Teflon | Tetrafluoroetena | Wajan atau panci anti lengket |
6. | Dakron | Metil tereftalat dan etilena glikol | Pipa rekam magnetik, kain atau tekstil (wol sintetis) |
7. | Nilon | Asam adipat dan heksametilena diamin | Tekstil |
8. | Polibutadiena | Butadiena | Ban motor |
9. | Poliester | Ester dan etilena glikol | Ban mobil |
10. | Melamin | Fenol formaldehida | Piring dan gelas melamin |
11. | Epoksi resin | Metoksi benzena dan alcohol sekunder | Penyalut cat (cat epoksi) |
b. Berdasarkan jenis monomernya, polimer dibedakan menjadi;
1. Homopolimer yaitu polimer yang tersusun dari monomer pembentuk sejenis. Misalnya PVC, protein dan karet alam.
(-P-P-P-P-P-P-P-P-)n
Pada polimer adisi homopolimer, ikatan rangkapnya terbuka lalu berikatan membentuk polimer yang berikatan tunggal.
2. Kopolimer yaitu polimer yang tersusun dari monomer pembentuk berbeda.
Kopolimer atau disebut juga heteropolimer adalah polimer yang monomernya tidak sejenis. Contoh dakron, nilon-66, melamin (fenol formaldehida). Proses pembentukan polimer berlangsung dengan suhu dan tekanan tinggi atau dibantu dengan katalis, namun tanpa katalis strukyur molekul yang terbentuk tidak beraturan. Jadi, fungsi katalis adalah untuk mengendalikan proses pembentukan striktur molekul polimer agar lebih teratur sehingga sifat-sifat polimer yang diperoleh sesuai dengan yang diharapkan. Contoh struktur rantai molekul polimer tidak beraturan 9produk polimerisasi tanpa katalis) adalah sebagai berikut :
(-P-S-S-P-P-S-S-S-P-S-P-)n
Kopolimer tidak beraturan
Pada proses pembentukan polimer yang digunakan katalis, struktur molekul yang terbentuk akan beraturan. Contoh struktur rantai molekul polimer teratur (produk polimerisasi dengan katalis) adalah sebagai berikut :
Sistem blok :
(-P-P-P-S-S-S-P-P-P-S-S-S-)n
Sistem berseling :
(-P-S-P-S-P-S-P-S-P-S-P-S-P-)n
c. Berdasarkan sifatnya, polimer dapat digolongkan menjadi termoplastik dan termoset
1. Polimer termoplastik, yaitu polimer yang bersifat kenyal (liat) apabila dipanaskan dan dapat dibentuk menurut pola yang diinginkan. Setelah pendinginan, polimer kehilangan sifat kenyal dan mempertahankan bentuknya yang baru.
2. Polimer termoset, yaitu polimer yang pada mulanya kenyal ketika dipanaskan, tetapi sekali didinginkan tidak dapat diuraikan lagi.
· SIFAT DAN KEGUNAAN POLIMER
Sebagaimana telah dijelaskan sebelumnya bahwa berdasarkan sifatnya polimer terdiri dari dua macam yaitu termoplastik dan termoset. Suatu polimer termoplastik bersifat kenyal (liat) apabila dipanaskan dan dapat dibentuk menurut pola yang diinginkan. Setelah pendinginan, polimer kehilangan sifay kekenyalan dan mempertahankan bentuknya yang baru. Proses ini dapat diulangi dan kita dapat mengubahnya menjadi bentuk yang lain.
Polimer termoset merupakan polimer yang pada mulanya kenyal tatkala dipanaskan, tetapi sekali didinginkan tidak akan dapat dilunakkan lagi, sehingga tidak dapat diubah menjadi bentuk lain. Di bawah ini diuraikan beberapa sifat dan kegunaan dari bermacam-macam polimer yang ada.
Tabel Polimer, Sifat dan Kegunaannya
Nama Polimer | Monomer | Sifat | Kegunaan |
Polietilena | etilena | Tembus cahaya, buram, fleksibel, berlilin, mudah dipotong, melunak dalam air panas, sangat mudah terbakar | Untuk pembungkus dan pengaman |
Polivinilklorida | vinilklorida | Tembus cahaya, keras, kaku, mudah dipotong, sukar terbakar | Untuk pipa saluran dan perabot rumah tangga |
Polipropilena | propilena | Kuat, fleksibel, kerapatan besar, dapat terbakar | Untuk serat, tali dan bahan perahu |
Teflon | tetrafluroetena | Sangat keras, tahan asam, tidak dapat terbakar, lentur, gesekannya kecil | Untuk pengganti logam |
Akrilan | sianoetena | Kuat, fleksibel, dapat terbakar | Untuk pengganti logam |
Polistirena | feniletena | Putih, kenyal, sukar dipotong, dapat terbakar | Untuk pembungkus, insulator listrik, sol sepatu dan berbagai peralatan |
Persfek | metilmetakrilat | Permukaan halus, terang, keras, kaku, mudah dipotong, dapat terbakar | Untuk gelas, jendela pesawat terbang, peralatan bedah, kacamata debu, reflector di jalan raya |
Neoprena | kloropena | Tahan terhadap oksidasi, sinar matahari, minyak, uap dan nyala api | Untuk selang bensin, kemasan barang insulator kawat dan kabel |
Polibutadiena | 1,3-butadiena | Kurang elastis dibandingkan karet alam | Campuran dengan jenis karet alam atau karet sintetis |
Buna-S (butadiena stirena) | stirena | Sama seperti neoprena | Untuk bahan kendaraan bermotor |
Buna N (butadiene nitril) | 1,3 butadiena (75%) Akrilonitril(25%) | Tahan terhadap minyak dan nyala api | Untuk selang bensin dan saluran minyak-minyak |
Thiokol | Etilen diklorida dan natrium disulfida | Tahan terhadap minyak dan pelarut apapun | Untuk pembungkus kabel kemasan barang , zat perekat dan lapisan pelindung |
Kegunaan polimer dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut :
a) Plastik Polietilentereftalat (PET)
Plastik PET merupakan serat sintetik poliester (dakron) yang transparan dengan daya tahan kuat, tahan terhadap asam, kedap udara, fleksibel, dan tidak rapuh. Dalam hal penggunaannya, plastik PET menempati urutan pertama. Penggunannya sekitar 72 % sebagai kemasan minuman dengan kualitas yang baik. Plastik PET merupakan poliester yang dapat dicampur dengan polimer alam seperti : sutera, wol dan katun untuk menghasilkan bahan pakaian yang bersifat tahan lama dan mudah perawatannya.
b) Plastik Polietena/Polietilena (PE)
Terdapat dua jenis plastik PE, yaitu Low Density Polyethylene (LDPE) dan High Density Polyethylene (HDPE). Plastik LDPE banyak digunakan sebagai kantung plastik serta pembungkus makanan dan barang.
Plastik HDPE banyak digunakan sebagai bahan dasar membuat mainan anak-anak, pipa yang kuat, tangki korek api gas, badan radio dan televisi, serta piringan hitam.
c) Polivinil Klorida (PVC)
Plastik PVC bersifat termoplastik dengan daya tahan kuat. Plastik ini juga bersifat tahan serta kedap terhadap minyak dan bahan organik. Ada dua tipe plastik PVC yaitu bentuk kaku dan bentuk fleksibel.
Plastik bentuk kaku digunakan untuk membuat konstruksi bangunan, mainan anak-anak, pipa PVC (paralon), meja, lemari, piringan hitam, dan beberapa komponen mobil. Adapun plastik bentuk fleksibel, jenis ini digunakan untuk membuat selang plastik dan isolasi listrik.
Dalam hal penggunaannya, plastic PVC menempati urutan ketiga dan sekitar 68 % digunakan untuk konstruksi bangunan (pipa saluran air).
d) Plastik Nilon
Plastik nilon merupakan polimer poliamida (proses pembentukannya seperti pembentukan protein). Plastik Nilon ditemukan pada tahun 1934 oleh Wallace Carothers dari Du Pont Company. Ketika itu, Carothers mereaksikan asam adipat dan heksametilendiamin. Plastik yang bersifat sangat Kuat (tidak cepat rusak) dan halus ini banyak digunakan untuk pakaian, peralatan kemah dan panjat tebing, peralatan rumah tangga serta peralatan laboratorium.
e) Karet Sintetik
Karet Sintetik yang terkenal adalah Styrene Butadiene Rubber (SBR), suatu polimer yang terbentuk dari reaksi polemerisasi antara stirena dan 1,3-butadiena. Karet sintetik ini banyak digunakan untuk membuat ban kendaraan karena memiliki kekuatan yang baik dan tidak mengembang apabila terkena minyak atau bensin.
f) Wol
Wol adalah serat alami dari protein hewani (keratin) yang tidak larut. Struktur protein wol yang lentur menghasilkan kain dengan mutu yang baik, namun kadang-kadang menimbulkan masalah karena dapat mengerut dalam pencucian. Oleh karena itu, wol dicampur dengan PET untuk menghasilkan kain yang bermutu baik dan tidak mengerut pada saat pencucian.
g) Kapas
Kapas merupakan serat alami dari bahan nabati (selulosa) yang paling banyak digunakan (hamper 50 % pemakaian serat alami berasal dari kapas). Kain katun dibuat dari serat kapas dengan perlakuan kimia sehingga menghasilkan kain yang kuat, enak dipakai, dan mudah perawatannya.
· APLIKASI POLIMER
Teflon adalah merek dagang dari plastic politetrafluoroetena. Plastic ini bersifat keras, kaku, tahan panas (titik leleh 3200C), dan tahan terhadap bahan kimia. Teflon digunakan sebagai pelapis alat masak, setrika dan alat-alat yang digunakan dalam proses produksi makanan, minuman serta bahan kimia.
Teflon merupakan salah satu dari polimer yang banyak digunakan oleh manusia. Teflon tidak mengandung atom hydrogen, hanya karbon dan fluor. Sifat ini menyebabkan hamper tak ada zat yang dapat bereaksi dengan Teflon. Sifat lainnya, Teflon memiliki koefisien gesek yang rendah dan tidak basah jika dimasukkan zat cair. Itulah sebabnya mengapa Teflon digunakan sebagai alat masak.
