Materi Kimia: Polimer

Draft materi polimer untuk kimia kelas 12 SMA.

Polimer adalah makromolekul (molekul raksasa) yang tersusun dari banyak pengulangan unit molekul kecil yang terikat secara kimia.

Kata "polimer" berasal dari bahasa Yunani: poly (banyak) dan meros (bagian). Polimer memiliki peran sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, mulai dari plastik, karet, serat sintetis, hingga material biologis seperti protein dan DNA.

Konsep Penting dalam Polimer

Monomer: Molekul kecil penyusun polimer. Contoh: Etena (CH₂=CH₂) adalah monomer pembentuk polietena.

Polimer: Hasil penggabungan ribuan hingga jutaan monomer. Contoh: Plastik, karet, protein, DNA.

Derajat Polimerisasi (n): Jumlah unit monomer yang menyusun satu rantai polimer. Nilai n menentukan sifat fisik polimer seperti kekuatan dan titik leleh.

Contoh Analogi

Membuat polimer dapat dianalogikan seperti merangkai kalung dari manik-manik. Setiap manik-manik adalah monomer, sedangkan kalung yang telah selesai adalah polimer. Semakin banyak manik-manik yang dirangkai, semakin panjang kalungnya (derajat polimerisasi tinggi).

Model Soal Pengertian Dasar

Soal 1: Apa yang dimaksud dengan monomer dan polimer? Berikan satu contoh pasangan monomer-polimer.

Jawaban:

Monomer adalah molekul kecil yang dapat berikatan dengan monomer lain membentuk rantai panjang (polimer). Polimer adalah makromolekul hasil penggabungan banyak monomer. Contoh: Monomer vinil klorida (CH₂=CHCl) membentuk polimer Polivinil Klorida (PVC).

Soal 2: Jika suatu rantai polistirena tersusun dari 5000 unit monomer stirena, berapakah derajat polimerisasinya?

Jawaban:

Derajat polimerisasi (n) = 5000.

1. Klasifikasi Polimer

Polimer dapat diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria:

1.A. Berdasarkan Asal Usul

Jenis	Sumber	Contoh
Polimer Alam	Diperoleh langsung dari alam (tumbuhan/hewan)	Protein (asam amino), Amilum/Selulosa (glukosa), Karet Alam, DNA
Polimer Sintetis	Disintesis di industri dari senyawa petrokimia	Plastik (Polietilena, PVC), Serat (Nilon, Dakron), Karet Sintetis
Polimer Semisintetis	Polimer alam yang dimodifikasi secara kimia	Karet Vulkanisir, Seluloid (dari selulosa), Rayon

1.B. Berdasarkan Sifat terhadap Pemanasan

Jenis	Sifat terhadap Panas	Struktur & Sifat	Contoh
Termoplastik	Dapat dilunakkan berulang kali dengan pemanasan dan mengeras kembali saat dingin	Rantai molekul linear/tidak bercabang banyak, gaya antarmolekul lemah. Dapat didaur ulang.	Polietilena (kantong plastik), PVC (pipa), Polipropilena (tutup botol)
Termoset	Tidak dapat dilunakkan kembali setelah dicetak; jika dipanaskan akan rusak/membara	Rantai membentuk jaringan 3D (ikatan silang/cross-link) yang kaku. Tidak dapat didaur ulang.	Bakelit (gagang panci), Melamin (peralatan makan), Epoxy

1.C. Berdasarkan Jenis Monomer

Homopolimer: Disusun oleh satu jenis monomer.
Contoh: Polipropilena
[...-CH₂-CH(CH₃)-...]_n
Kopolimer: Disusun oleh dua atau lebih jenis monomer.
Contoh: Nilon-6,6 (dari heksametilendiamin dan asam adipat)

Model Soal Klasifikasi

Soal 1: Kelompokkan polimer berikut berdasarkan asalnya (alam/sintetik/semisintetik): Protein, Polipropilena, Karet Ban.

Jawaban:

Protein (alam), Polipropilena (sintetik), Karet Ban (semisintetik, dari vulkanisasi karet alam).

Soal 2: Mengapa wadah plastik dari polietilena (termoplastik) dapat dilembutkan dengan air panas, sedangkan gagang spatula dari bakelit (termoset) tidak?

Jawaban:

Polietilena memiliki struktur linear tanpa ikatan silang antar rantai, sehingga panas dapat melemahkan gaya antarmolekulnya dan rantai dapat bergeser. Bakelit memiliki struktur jaringan ikatan silang 3D yang kaku dan tidak dapat bergerak bebas saat dipanaskan, sehingga hanya akan rusak/terbakar.

2. Polimerisasi Adisi

Polimerisasi Adisi adalah reaksi polimerisasi di mana monomer-monomer berikatan rangkap (biasanya C=C) saling menambah tanpa menghasilkan molekul kecil lainnya.

Ciri-ciri Polimerisasi Adisi:

Monomer umumnya memiliki ikatan rangkap (C=C, C≡C)
Tidak ada produk samping (seperti H₂O) yang terlepas
Produk polimer memiliki komposisi atom sama dengan monomer
Umumnya melibatkan monomer dari golongan alkena/derivatnya

Mekanisme Reaksi (Radikal Bebas):

1. Inisiasi: Radikal bebas (R•) memecah ikatan rangkap monomer.

R• + CH₂=CHX → R-CH₂-CHX•

2. Propagasi/Perambatan: Radikal baru menyerang monomer lain, rantai bertambah panjang.

R-CH₂-CHX• + n CH₂=CHX → R-(CH₂-CHX)_n-CH₂-CHX•

3. Terminasi: Dua radikal rantai bertemu, reaksi berhenti.

Contoh Reaksi: Pembentukan Polietena (Polietilena/PE)

n CH₂=CH₂ → [ -CH₂-CH₂- ]_n

Monomer: Etena (CH₂=CH₂)

Polimer: Polietena (Polietilena) - Plastik paling umum

Model Soal Polimerisasi Adisi

Soal 1: Tuliskan reaksi polimerisasi adisi dari monomer vinil klorida (CH₂=CHCl). Sebutkan nama polimernya dan satu kegunaannya.

Jawaban:

n CH₂=CHCl → [ -CH₂-CHCl- ]_n

Nama polimer: Polivinil Klorida (PVC). Kegunaan: Pipa paralon, pelapis kabel, pelapis lantai (vinyl).

Soal 2: Dari senyawa berikut, manakah yang dapat mengalami polimerisasi adisi? a) CH₃COOH b) CH₂=C(CH₃)₂ c) HO-CH₂-CH₂-OH

Jawaban:

b) CH₂=C(CH₃)₂ (karena memiliki ikatan rangkap C=C). Senyawa a dan c tidak memiliki ikatan rangkap sehingga tidak dapat mengalami polimerisasi adisi.

3. Polimerisasi Kondensasi

Polimerisasi Kondensasi adalah reaksi polimerisasi di mana monomer-monomer bergabung dengan melepas molekul kecil (seperti H₂O, NH₃, HCl).

Ciri-ciri Polimerisasi Kondensasi:

Monomer memiliki minimal dua gugus fungsi (seperti -OH, -COOH, -NH₂)
Terjadi pelepasan molekul kecil sebagai produk samping
Massa molekul polimer lebih kecil dari jumlah massa monomer penyusunnya
Prosesnya biasanya lebih lambat daripada polimerisasi adisi

Contoh Reaksi 1: Pembuatan Nilon-6,6

Monomer 1: Heksametilendiamin (H₂N-(CH₂)₆-NH₂)

Monomer 2: Asam Adipat (HOOC-(CH₂)₄-COOH)

n H₂N-(CH₂)₆-NH₂ + n HOOC-(CH₂)₄-COOH → [ -HN-(CH₂)₆-NH-OC-(CH₂)₄-CO- ]_n + 2n H₂O

Dilepaskan molekul air (H₂O)

Contoh Reaksi 2: Pembentukan Protein (Poliamida Alam)

Monomer: Asam α-amino (H₂N-CHR-COOH)

n H₂N-CHR-COOH → [ -HN-CHR-CO- ]_n + n H₂O

Dilepaskan molekul air (H₂O)

Model Soal Polimerisasi Kondensasi

Soal 1: Suatu polimer dibuat dari monomer etilena glikol (HO-CH₂-CH₂-OH) dan asam tereftalat. Reaksi termasuk polimerisasi kondensasi dengan melepas air. Gambarkan struktur umum ulangan polimernya.

Jawaban:

Polimer yang terbentuk adalah Polietilena Tereftalat (PET). Unit ulangannya:

[ -O-CH₂-CH₂-O-OC-C₆H₄-CO- ]

Soal 2: Hitung massa air yang dilepaskan jika 1 mol gliserol (C₃H₈O₃) dan 1 mol asam ftalat (C₈H₆O₄) berpolimerisasi sempurna secara kondensasi membentuk alkid.

Jawaban:

Reaksi kondensasi antara gliserol (triol) dan asam ftalat (diacid) melepas H₂O. Dari stoikiometri reaksi, setiap pasangan monomer (gliserol + asam ftalat) melepas 2 molekul H₂O. Dengan 1 mol setiap monomer, terbentuk 2 mol H₂O. Massa H₂O = 2 mol × 18 g/mol = 36 gram.

4. Contoh Polimer Penting dan Kegunaannya

Nama Polimer	Monomer	Jenis Polimerisasi	Sifat & Kegunaan Utama
Polietilena (PE)	Etena (CH₂=CH₂)	Adisi	LDPE (Low Density): Lentur, untuk kantong plastik, kemasan. HDPE (High Density): Kuat, untuk botol, jerigen, pipa.
Polipropilena (PP)	Propena (CH₂=CHCH₃)	Adisi	Lebih keras & tahan panas daripada PE. Untuk tutup botol, kursi plastik, kemasan makanan panas, serat (karung).
Polivinil Klorida (PVC)	Vinil Klorida (CH₂=CHCl)	Adisi	Kaku (dengan plasticizer jadi lentur). Untuk pipa air (paralon), pelapis lantai (vinyl), pelapis kabel.
Polistirena (PS)	Stirena (C₆H₅-CH=CH₂)	Adisi	PS Kaku: Kotak CD, gelas sekali pakai. Styrofoam: Dilapisi udara, untuk insulator, bungkus makanan.
Teflon (PTFE)	Tetrafluoroetena (CF₂=CF₂)	Adisi	Tahan panas & bahan kimia, koefisien gesek sangat rendah. Untuk pelapis panci anti lengket, seal/ring.
Nilon (Poliamida)	Heksametilendiamin & Asam Adipat	Kondensasi	Kuat, elastis, tahan aus. Untuk serat tekstil (pakaian, karpet), tali, jaring, sikat gigi.
Dakron/Terylene (PET)	Etilena Glikol & Asam Tereftalat	Kondensasi	Serat yang kuat dan tidak mudah kusut. Untuk pakaian, botol minum, film (seluloid), wadah makanan.
Bakelit	Fenol & Formaldehida	Kondensasi	Termoset, isolator listrik baik, tahan panas. Untuk gagang alat masak, stop kontak, casing elektronik.

Model Soal Contoh Polimer

Soal 1: Sebutkan perbedaan utama antara polietilena (PE) dan polivinil klorida (PVC) dari segi monomer dan sifatnya!

Jawaban:

Monomer: PE dari etena (CH₂=CH₂), PVC dari vinil klorida (CH₂=CHCl). Sifat: PE lebih lentur dan tahan kimia, sedangkan PVC lebih kaku, tahan api, dan lebih kuat. PVC juga mengandung klorin sehingga lebih tahan terhadap pelarut organik.

Soal 2: Mengapa Teflon (PTFE) memiliki sifat anti lengket dan tahan panas yang sangat baik?

Jawaban:

Karena struktur PTFE memiliki ikatan C-F yang sangat kuat (485 kJ/mol). Ikatan C-F ini membuat PTFE sangat stabil secara kimia, tahan panas hingga 260°C, dan memiliki permukaan yang sangat halus sehingga bersifat anti lengket.

5. Dampak Lingkungan dan Penanganan Sampah Polimer

Polimer sintetik (terutama plastik) menimbulkan masalah lingkungan serius karena sulit terurai secara alami (non-biodegradable). Sampah plastik dapat bertahan di lingkungan selama 400-1000 tahun dan mencemari tanah, sungai, dan laut.

Masalah Utama Sampah Polimer:

Pencemaran lingkungan: Mikroplastik masuk ke rantai makanan
Bahaya bagi hewan: Hewan laut sering terjerat atau memakan plastik
Penyumbatan saluran air: Menyebabkan banjir
Pembuangan yang tidak tepat: Membakar plastik melepaskan gas beracun (dioxin)

Upaya Penanggulangan (6R):

1. Reduce (Mengurangi): Mengurangi pemakaian plastik sekali pakai.

2. Reuse (Menggunakan Kembali): Memanfaatkan kembali wadah plastik.

3. Recycle (Mendaur Ulang): Khusus untuk polimer termoplastik seperti PE, PP, PET. Plastik diolah menjadi bijih plastik untuk dibuat produk baru.

4. Recovery (Pemulihan Energi): Membakar sampah plastik dengan teknologi tinggi untuk menghasilkan energi.

5. Rethink (Memikirkan Kembali): Memilih produk dengan kemasan ramah lingkungan.

6. Repair (Memperbaiki): Memperbaiki barang yang rusak daripada membeli baru.

Inovasi Terkini:

Biodegradable Plastic: Plastik dari bahan alam (pati jagung, singkong) atau polimer yang dirancang mudah terurai
Bioplastik: Polimer dari sumber terbarukan (PLA dari asam laktat)
Chemical Recycling: Mengurai plastik menjadi monomer kembali melalui proses kimia

Model Soal Dampak dan Penanganan

Soal 1: Mengapa sampah plastik dari polietilena menjadi masalah lingkungan utama? Sebutkan dua upaya yang dapat dilakukan untuk mengurangi masalah tersebut.

Jawaban:

Karena polietilena adalah polimer sintetik yang sangat stabil dan tidak mudah terurai oleh mikroorganisme di alam. Dua upaya: (1) Recycle dengan mengumpulkan dan mendaur ulang plastik bekas, (2) Reduce dengan menggunakan tas belanja reusable daripada kantong plastik sekali pakai.

Soal 2: Jelaskan mengapa sampah plastik jenis termoplastik lebih mudah ditangani melalui daur ulang dibandingkan sampah plastik termoset.

Jawaban:

Termoplastik dapat meleleh ketika dipanaskan, sehingga dapat dicetak ulang menjadi produk baru. Sementara itu, termoset tidak dapat meleleh kembali (hanya akan gosong jika dipanaskan berlebihan) karena memiliki ikatan silang antar rantai yang kuat, sehingga tidak dapat didaur ulang dengan cara yang sama seperti termoplastik.

10 Soal & Pembahasan: Deduksi Struktur Polimer

Tujuan Pembelajaran: Setelah mengerjakan soal-soal ini, siswa dapat mendeduksi struktur polimer dari monomer alkena yang diberikan, dan sebaliknya.

1. Gambarkan struktur dari polimer yang dibentuk oleh monomer H₂C=CH₂ (etena). Tuliskan tiga unit berulang.

Pembahasan:

Polimerisasi adisi etena menghasilkan polietena. Ikatan rangkap C=C pada etena terbuka dan berikatan dengan monomer lainnya.

Monomer: H₂C=CH₂
Unit Berulang: –[CH₂–CH₂]–
Struktur Polimer: ...–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–...

Atau, untuk tiga unit berulang:

–[CH₂–CH₂]–[CH₂–CH₂]–[CH₂–CH₂]–

2. Identifikasi monomer yang digunakan untuk membuat polimer dengan unit berulang berikut:
–[CH₂–CHCl]–

Pembahasan:

Untuk menemukan monomer, kita "tutup" ikatan tunggal pada rantai utama menjadi ikatan rangkap.

Amati unit berulang: –CH₂–CHCl–
Rantai karbon utama adalah C–C. Ubah ikatan tunggal antar unit menjadi ikatan rangkap di dalam monomer.
Atom/gugus yang terikat tetap sama: H dan Cl terikat pada masing-masing atom C.

Monomer: H₂C=CHCl
Nama Monomer: Kloroetena (vinil klorida)
Polimer: Polivinil klorida (PVC)

3. Monomer H₂C=CH–CH₃ (propena) mengalami polimerisasi adisi. Gambarkan struktur polimer yang terbentuk dengan dua unit berulang.

Pembahasan:

Polimerisasi propena menghasilkan polipropena. Gugus metil (–CH₃) akan menjadi cabang pada rantai polimer.

Monomer: H₂C=CH–CH₃
Unit Berulang: –[CH₂–CH(CH₃)]–
(gugus CH₃ dalam kurung menunjukkan cabang)

Struktur Polimer (2 unit):

–CH₂–CH(CH₃)–CH₂–CH(CH₃)–

Perhatikan bahwa gugus metil (–CH₃) terikat pada atom karbon tengah, menjorok ke atas/bawah sebagai cabang.

4. Polimer apakah yang dihasilkan dari monomer stirena? Tuliskan struktur monomernya dan unit berulang polimernya.

Pembahasan:

Monomer Stirena: C₆H₅–CH=CH₂
(atau sering ditulis H₂C=CH–C₆H₅)
Catatan: C₆H₅ adalah gugus fenil (cincin benzena).

Proses: Ikatan rangkap pada etena (CH₂=CH–) terbuka. Gugus fenil menjadi cabang.

Unit Berulang: –[CH₂–CH(C₆H₅)]–
Polimer: Polistirena (bahan stereofoam)

5. Dari struktur polimer berikut, sebutkan nama polimer dan monomernya:
...–CF₂–CF₂–CF₂–CF₂–...

Pembahasan:

Identifikasi Unit Berulang: Pola yang berulang adalah –CF₂–CF₂–. Ini berarti unit berulangnya –[CF₂–CF₂]–.
Cari Monomer: Ubah ikatan tunggal C–C dalam unit menjadi ikatan rangkap C=C pada monomer. Atom/gugus yang terikat (F) tetap.
Monomer: F₂C=CF₂, yaitu tetrafluoroetena.

Nama Polimer: Politetrafluoroetena (PTFE)
Nama Dagang: Teflon^®

6. Mengapa monomer 1,2-dikloroetena (ClHC=CHCl) tidak digunakan untuk membuat PVC (polivinil klorida) yang lazim?

Pembahasan:

Ini menyangkut isomer struktur.

Monomer PVC (Polivinil Klorida) yang lazim: Kloroetena (H₂C=CHCl). Saat berpolimerisasi, semua atom Cl akan berada pada sisi yang sama (secara berurutan) di rantai polimer, memberikan sifat tertentu.
Monomer 1,2-dikloroetena (ClHC=CHCl): Memiliki dua atom Cl pada dua atom C yang berbeda. Saat ikatan rangkap terbuka, struktur unit berulangnya akan menjadi –[CHCl–CHCl]–. Polimer ini (disebut PVDC) memiliki sifat fisik dan kimia yang berbeda dari PVC.

Jadi, perbedaannya terletak pada susunan atom dalam polimer yang dihasilkan, meski bahannya sama-sama mengandung karbon, hidrogen, dan klorin.

7. Tentukan monomer yang menghasilkan polimer dengan unit berulang berikut: –[CH₂–C(CH₃)(COOCH₃)]–

Pembahasan:

Ikuti prosedur standar:

Tentukan rantai utama C–C di dalam kurung siku: antara CH₂ dan C.
Ubah ikatan tunggal itu menjadi ikatan rangkap dalam monomer: C=C.
Pindahkan gugus-gugus yang terikat pada kedua atom C tersebut:
- Atom C pertama (dari CH₂): mengikat 2 atom H. Jadi di monomer menjadi =CH₂.
- Atom C kedua: mengikat –CH₃ dan –COOCH₃. Jadi di monomer menjadi =C(CH₃)(COOCH₃).

Monomer: H₂C=C(CH₃)(COOCH₃)
Nama Monomer: Metil metakrilat
Polimer: PMMA (polimetil metakrilat) atau kaca akrilik

8. Tuliskan persamaan reaksi yang menunjukkan polimerisasi vinil asetat menjadi polivinil asetat (PVA) dengan 3 unit monomer.

Pembahasan:

Monomer Vinil Asetat: H₂C=CH–OOCCH₃
(Gugus asetat, –OOCCH₃, terikat pada salah satu C ikatan rangkap)

Unit Berulang: –[CH₂–CH(OOCCH₃)]–

Persamaan Reaksi (3 monomer):

n H₂C=CH(OOCCH₃) → –[CH₂–CH(OOCCH₃)]–_n

Untuk tiga unit, struktur polimernya:

–CH₂–CH(OOCCH₃)–CH₂–CH(OOCCH₃)–CH₂–CH(OOCCH₃)–

Ikatan rangkap pada 3 molekul monomer terbuka dan saling terhubung.

9. Suatu polimer memiliki nama poli(1-butena). Gambarkan struktur monomernya dan satu unit berulang polimernya.

Pembahasan:

Nama "poli(1-butena)" menunjukkan bahwa monomernya adalah 1-butena.

Struktur Monomer 1-butena: CH₂=CH–CH₂–CH₃
(Ikatan rangkap di antara karbon nomor 1 dan 2)

Proses Polimerisasi: Ikatan rangkap C₁=C₂ terbuka.

Unit Berulang Polimer: –[CH₂–CH(CH₂CH₃)]–
Atau: –[CH(CH₂CH₃)–CH₂]–

Gugus etil (–CH₂CH₃) menjadi cabang pada rantai utama polimer.

10. Diberikan dua polimer:
A. –[CHCl–CHCl]–
B. –[CH₂–CCl=CH–CH₂]–
Manakah yang tidak mungkin terbentuk dari polimerisasi adisi alkena sederhana? Jelaskan.

Pembahasan:

Polimer A (–[CHCl–CHCl]–) MUNGKIN.

Ini adalah polimer dari monomer 1,2-dikloroetena (ClHC=CHCl).

Polimer B (–[CH₂–CCl=CH–CH₂]–) TIDAK MUNGKIN terbentuk dari polimerisasi adisi alkena sederhana.

Alasan: Polimerisasi adisi memecah ikatan rangkap pada monomer. Unit berulang polimer adisi seharusnya hanya mengandung ikatan tunggal pada rantai utamanya. Adanya ikatan rangkap (C=C) di dalam kurung siku [ ] pada unit berulang Polimer B menunjukkan bahwa polimer tersebut bukan hasil polimerisasi adisi standar untuk alkena sederhana. Struktur seperti itu mungkin berasal dari polimer konjugasi atau jenis polimerisasi lain (misalnya dari diena), yang berada di luar cakupan dasar polimerisasi adisi alkena seperti etena atau propena.

💡 Ringkasan & Tips Mengerjakan

1. Monomer → Polimer (Polimerisasi Adisi):

Pecahkan ikatan rangkap C=C pada monomer.
Hubungkan atom karbon dari monomer-monomer tersebut dengan ikatan tunggal membentuk rantai panjang.
Semua atom/gugus yang terikat (H, Cl, CH₃, dll.) tetap melekat pada atom karbon yang sama.

2. Polimer → Monomer:

Identifikasi unit berulang di dalam kurung siku –[ ]–.
Cari ikatan tunggal C-C yang menghubungkan unit-unit berulang tersebut.
Ubah ikatan tunggal itu menjadi ikatan rangkap C=C.
Pastikan atom/gugus sisi yang terikat pada kedua atom C tersebut sudah benar.

3. Kunci Penulisan:

Unit berulang ditulis dalam kurung siku [...] dengan tanda tanda hubung (–) yang menunjukkan ikatan yang berlanjut.

Pages