IKATAN HIDROGEN DAN APLIKASINYA SEBAGAI ROMPI ANTI PELURU
Makalah Disusun untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Ikatan Kimia
KELOMPOK 3
Ridhia Haffiyani (1111096000014) Syahrullah (1111096000016) M. Didik Setyawan (1111096000019) Dea Justina (1111096000025) (1111096000025) Annisa Fasya (1111096000027)
PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2014 M
KATA PENGANTAR
Syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-Nya kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan Makalah ikatan kimia yang berjudul Ikatan Hidrogen dan aplikasinya sebagai rompi anti peluru .
Makalah ini disusun untuk memenuhi
salah satu tugas pada mata kuliah Ikatan Kimia. Dalam pelaksanaan penyusunan makalah ini, penulis mendapat banyak bantuan, bimbingan, dan arahan dari berbagai pihak. Oleh sebab itu dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih yang tulus kepada: 1. Keluarga tercinta yang telah membantu penulis dengan Do’a dan dukungan dalam berbagai hal. 2. Bapak Dede Sukandar M.Si selaku Dosen Pada Mata kuliah Kimia Bahan Alam. 3. Rekan-rekan senasib dan seperjuangan yang telah memberikan bantuan, masukan, kritikan dan saran-saran. Semoga arahan, motivasi, dan bantuan yang telah diberikan menjadi amal ibadah bagi keluarga, bapak, dan rekan-rekan, sehingga memperoleh balasan yang lebih baik dari Allah SWT. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan. Untuk itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun untuk kesempurnaan makalah atau tulisan penulis berikutnya.
i
Semoga makalah ini bermanfaat bagi pembaca serta dapat dijadikan sebagai sumbangan pikiran untuk perkembangan pendidikan khususnya dibidang Ikatan Kimia.
Ciputat, Desember 2014
Penulis
ii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ....................................................................................... i DAFTAR ISI ...................................................................................................... ii BAB I. PENDAHULUAN ................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2 Tujuan ........................................................................................... 2 BAB II. PEMBAHASAN .................................................................................. 3
2.1 Definisi Ikatan Hidrogen .............................................................. 3 2.2 Sifat Umum .................................................................................. 4 2.3 Klasifikasi Ikatan Hidrogen .......................................................... 5 2.4 Pengaruh Ikatan Hidrogen Terhadap Sifat Fisik .......................... 7 2.5 Proses Terjadinya Ikatan Hidrogen .............................................. 9 2.6 Contoh Ikatan Hidrogen ............................................................... 9 2.7 Aplikasi Ikatan Hidrogen.............................................................. 16 BAB III. PENUTUP .......................................................................................... 23
3.1 Kesimpulan ................................................................................... 23 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 24
iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semua zat pada dasarnya terdiri dari atom-atom. Dialam terdapat 92 jenis atom (sesuai dengan jenis unsur alam. Atom-atom sejenis bergabung membentuk molekul unsur, sementara atom-atom yang berbeda jenis bergabung membentuk molekul senyawa pembentukan molekul-molekul ini terjadi karena adanya ikatan melalui gaya tarik menarik antar molekul-molekul tersebut. Dalam kimia, ikatan hidrogen adalah sejenis gaya tarik antarmolekul yang terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang berlawanan. Walaupun lebih kuat dari gaya antarmolekul lainnya, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Dalam makromolekul seperti protein dan asam nukleat, ikatan ini dapat terjadi antara dua bagian dari molekul yang sama. dan berperan sebagai penentu bentuk molekul keseluruhan yang penting. Ikatan hidrogen terjadi ketika sebuah molekul memiliki atom N, O, atau F yang mempunyai pasangan elektron bebas ( lone pair electron). Hidrogen dari molekul lain akan berinteraksi dengan pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan bervariasi mulai dari yang lemah (1-2 kJ mol-1) hingga tinggi (>155 kJ mol -1). Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin
1
besar ikatan hidrogen yang terbentuk. Ikatan hidrogen memengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin besar ikatan hidrogennya, semakin tinggi titik didihnya. Namun, khusus pada air (H 2O), terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya. Akibatnya jumlah total ikatan hidrogennya lebih besar daripada asam florida (HF) yang seharusnya memiliki ikatan hidrogen terbesar (karena paling tinggi perbedaan elektronegativitasnya) sehingga titik didih air lebih tinggi daripada asam florida.
1.2 Tujuan
Tujuan penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui sifat-sifat dan proses pembentukan ikatan hidrogen dalam suatu molekul dan contohnya. Selain itu, untuk mengetahui aplikasinya sebagai sebagai rompi anti peluru.
2
BAB II PEMBAHASAN
2.1 Definisi Ikatan Hidrogen
Ikatan Hidrogen merupakan ikatan antar molekul yang memiliki atom H yang terikat pada atom yang memiliki keelektronegatifitas yang tinggi seperti N, O dan F.
Gambar 1. Tabel Elektronegatifitas unsur
Ikatan Hidrogen juga dapat didefinisikan sebagai sejenis gaya tarik antar molekul
terjadi antara dua muatan listrik parsial dengan polaritas yang
berlawanan. Walaupun lebih kuat dari kebanyakan gaya antarmolekul, ikatan hidrogen jauh lebih lemah dari ikatan kovalen dan ikatan ion. Ikatan hidrogen seperti interaksi dipol-dipol dari Van der Waals. Perbedaannya adalah muatan parsial positifnya berasal dari sebuah atom hidrogen dalam sebuah molekul. Sedangkan muatan parsial negatifnya berasal dari sebuah molekul yang dibangun oleh atom yang memiliki elektronegatifitas yang besar, seperti atom Flor (F), 3
Oksigen (O), Nitrogen (N). Muatan parsial negatif tersebut berasal dari pasangan elektron bebas yang dimilikinya.
2.2 Sifat Umum
Tarikan antar molekul yang luar biasa kuatnya, dapat terjadi antara molekul-molekul, jika satu molekul mempunyai sebuah atom hidrogen yang terikat pada sebuah atom berelektronegatifavitas besar dan molekul sebelahnya mempunyai sebuah atom berelektronegativitas tinggi yang mempunyai sepasang elektron menyendiri. Adapun kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh perbedaan elektronegativitas antara atom-atom dalam molekul tersebut. Semakin besar perbedaannya, semakin besar ikatan hidrogen yang terbentuk. Contoh senyawa yang mempunyai ikatan hidrogen adalah HF, H 2O dan NH3.
Gambar 2. Ikatan hidrogen pada HF, H 20 dan NH 3
Hidrogen tertarik secara langsung pada salah satu unsur yang paling elektronegatif, menyebabkan hidrogen memperoleh jumlah muatan positif yang signifikan. Tiap-tiap unsur yang membuat hidrogen tertarik padanya tidak hanya
4
negatif secara signifikan, tetapi juga memiliki sedikitnya satu pasangan elektron bebas yang aktif. Dalam wujud cair, ikatan hidrogen antara satu molekul H 2O dengan molekul H2O yang lain mudah putus, akibat gerak termal atom-atom H dan O. Namun, dapat tersambung dengan molekul H 2O yang letaknya relatif lebih jauh. Sedangkan dalam wujud padat, ikatan hidrogennya lebih stabil karena energi termalnya lebih rendah dari energi ikat hidrogen, contohnya kristal es (suhunya lebih rendah).
2.3 Klasifikasi Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen dapat terjadi intermolekul dan intramolekul. Jika ikatan hidrogen terjadi diantara molekul-molekul yang berbeda maka disebut ikatan hidrogen intermolekul atau antar molekul, seperti senyawa 1,4-dihidroksi benzena. Sedangkan jika ikatan hidrogen terjadi antara atom-atom dalam molekul yang sama maka disebut ikatan hidrogen intramolekul atau didalam molekul,seperti senyawa 1,2-dihidroksi benzena.
5
Gambar 3. Struktur molekul 1,4-dihidroksi benzena dan 1,4-dihidroksi benzena
Letak gugus hidroksi (OH) 1,4-dihidroksi benzena saling berjauhan sehingga tidak memiliki ikatan hidrogen intramolekul. Berbeda halnya dengan Senyawa 1,2-dihidroksi benzena yang memiliki ikatan hidrogen intramolekul karena atom H dan atom O letaknya berdekatan dalam satu molekul.
2.3.1 Ikatan Hidrogen Intramolekuler
yaitu ikatan hidrogen yang terjadi pada satu molekul (dalam satu senyawa). Contohnya molekul air (H 2O), dalam air terdapat ikatan hidrogen sejumlah pasangan elektron bebas pada pusat senyawa.
Gambar 4. Ikatan hidrogen yang terbentuk dalam senyawa air (H 2O).
6
2.3.2 Ikatan Hidrogen Intermolekuler
ikatan hidrogen yang terjadi pada molekul yang berbada (antar molekul). Contohnya reaksi antara H 2O dengan Cl-(aq) terdapat beberapa ikatan hidrogen yang terjadi antar molekul, yaitu H δ+ dan Clδ- sebanyak pasangan elektron bebas disekitar ion Cl. (4 pasang elektronbebas)
Gambar 5. Ikatan hidrogen yang terbentuk melalui ikatan intermolekular (antarmolekul).
2.4 Pengaruh Ikatan Hidrogen Terhadap Sifat Fisik Suatu Senyawa
Ikatan hidrogen mempengaruhi titik didih suatu senyawa. Semakin banyak ikatan hidrogennya, maka semakin tinggi titik didihnya. Namun, khusus pada air (H2O), terjadi dua ikatan hidrogen pada tiap molekulnya. Akibatnya jumlah total ikatan hidrogennya lebih besar daripad asam florida (HF) yang seharusnya memiliki
ikatan
hidrogen
terbesar
(karena
paling
tinggi
perbedaan
elektronegativitasnya) sehingga titik didih air lebih tinggi daripada asam florida.
7
2.4.1 Ikatan Hidrogen dan Kelarutan
Ikatan hidrogen tidak hanya berpengaruh pada titik didih dan titk leleh suatu zat tetapi juga kalarutannya dalam suatu pelarut. Senyawa yang berikatan hidrogen mudah larut dalam senyawa lain yang juga berikatan hidrogen. Contohnya NH3dalam H2O seperti pada gambar 6.
Gambar 6. Ikatan hidrogen antara NH 3 dengan air
Senyawa organik-alkohol, asam karboksilat, amina, glukosa-larut dalam air karena membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air.
Gambar 7. Ikatan hidrogen antarmolekul etanol dengan air
Senyawa yang memiliki ikatan hidrogen akan memilih titik didih lebih tinggi daripada molekul yang memiliki ikatan Van der Waals atau gaya tarik dipol-dipol.
8
2.5 Proses Terjadinya Ikatan Hidrogen
Ikatan hidrogen pada suatu molekul terjadi karena adanya gaya elektrostatik antarmolekul yang saling berikatan. Ikatan tersebut terbentuk dari interaksi
antarmolekul
senyawa
kovalen
polar
yang
memiliki
nilai
keelektronegatifan (momen dipol) yang besar antara hidrogen dengan unsur yang berikatan dengannya. Ikatan hidrogen tersebut dapat terjadi pada senyawasenyawa yang memiliki gugus – NH- atau -OH pada senyawa-senyawa organik yaitu golongan-golongan amina dan alkolhol (Yossy dan Muhammad, 2005).
2.6 Contoh Ikatan Hidrogen 2.6.1 Ikatan Hidrogen Pada Air
Harus diperhatikan bahwa tiap molekul air dapat berpotensi membentuk empat ikatan hidrogen dengan molekul air disekelilingnya. Terdapat jumlah hidrogen + yang pasti dan pasangan mandiri karena itu tiap masing-masing molekul air dapat terlibat dalam ikatan hidrogen. Hal inilah yang menjadi sebab kenapa titik didih air lebih tinggi dibandingkan amonia atau hidrogen fluorida. Pada kasus amonia, jumlah ikatan hidrogen dibatasi oleh fakta bahwa tiap atom nitrogen hanya mempunyai satu pasang elektron mandiri. Pada golongan molekul amonia, tidak terdapat cukup pasangan mandiri untuk mengelilinginya untuk memuaskan semua hidrogen. Pada hidrogen fluorida, masalah yang muncul adalah kekurangan hidrogen. Pada molekul air, hal itu terpenuhi dengan baik. Air dapat digambarkan sebagai sistem ikatan hidrogen yang “sempurna” (Syarifudin, 1994). 9
Gambar 8. Contoh yang Lebih Kompleks dari Ikatan Hidrogen
Ketika sebuah substansi ionik dialrutkan dalam air, molekul air berkelompok disekeliling ion yang terpisah. Proses ini disebut hidrasi.Air seringkali terikat pada ion positif melalui ikatan koordinasi (kovalendativ). Air berikatan dengan ion negatif menggunakan ikatan hidrogen . Gambar 9. menunjukkan potensi terbentuknya ikatan hidrogen pada ionklorida, Cl-. Meskipun pasangan mandiri pada ion klor terletak padatingkat-3 dan secara normal tidak akan cukup aktif utnuk membentukikatan hidrogen, pada kasus ini mereka terbentuk lebih atraktif melaluimuatan negatif penuh pada klor (Chang, 2005).
Gambar 9. Ikatan Hidrogen pada Klorida
10
Meskipun ion negatif rumit, hal itu akan selalu menjadi pasangan mandiri yang mana atom hidrogen dari molekul air dapat membentuk ikatan hidrogen juga (Yossy dan Muhammad, 2005).
2.6.2 Ikatan Hidrogen Pada Alkohol
Alkohol adalah molekul organik yang mengandung gugus -OH. Setiap molekul yang memiliki atom hidrogen tertarik secara langsung ke oksigen atau nitrogen adalah ikatan hidrogen yang cakap. Seperti molekul yang akan selalu memiliki titik didih yang tinggi dibandingkan molekul yang berukuran hampir sama yang mengandung gugus -OH atau – NH. Ikatan hidrogen membuat molekul lebih melekat ( stickier ), dan memerlukan lebih banyak energi kalor untuk memisahkannya. Etanol, CH 3CH2-O-H, dan metoksimetana, CH 3-OCH3, keduanya memiliki rumus molekul yang sama, C 2H6O (Thomas, 2002). Ethanol
CH3CH2OH
BUAT MOLEKULNYA CIL
Methoxymetana
CH3OCH3
Keduanya memiliki jumlah elektron yang sama, dan panjangmolekul yang sama. Daya tarik van der Waals (baik antara gaya dispersi dan daya tarik dipol-dipol) pada keduanya akan sama. Bagaimanapun, etanol memiliki atom hirogen yang tertarik secara langsung pada oksigen dan oksigen tersebut masih memiliki dua pasangan mandiri seperti pada molekul air. Ikatan hidrogen dapat
11
terjadi antara molekul etanol, meskipun tidak seefektif pada air. Ikatan hidrogen terbatas oleh fakta bahwa hanya ada satu atom hidrogen pada tiap molekul etanol dengan cukup muatan positif (Yossy dan Muhammad, 2005). Alkohol seperti juga air , membentuk asosiasi molekul dengan ikatan hidrogen
Gambar 10. Ikatan Hidrogen Intramolekul Dalam Etanol dan I ntermolekul Antara Etanol Dengan Air.
Pada metoksimetana, pasangan mandiri pada oksigen masih terdapat disana, tetapi hidrogen tidak cukup + untuk pembentukan ikatan hidrogen. Kecuali pada beberapa kasus yang tidak biasa, atom hidrogen tertarik secara langsung pada atom yang sangat elektronegatif untuk menjadikan ikatan hidrogen. Titik didih etanol dan metoksimetana menunjukkan pengaruh yang dramatis bahwa ikatan hidrogen lebih melekat pada molekul etanol (Chang, 2005). Ikatan hidrogen pada etanol menghasilkan titik didih sekitar100°C. Sangat penting untuk merealisasikan bahwa ikatan hidrogen eksis pada penambahan (in addition) dayatarik van der Waals. Sebagai contoh, semua
12
molekul berikut ini mengandung jumlah elektron yang sama, dan dua yang pertama memiliki panjang yang sama. Titik didih yang paling tinggi butan-1-ol berdasarkan pada penambahan ikatan hidrogen (Yossy dan Muhammad, 2005). Pentana
CH3CH2CH2CH2CH3
36,3oC
Butan-1-ol
CH3CH2CH2CH2OH
117oC
2-metilpropan-1-ol
CH3CHCH2OH
108oC
CH3 Tabel 1. Pengaruh Ikatan Hidrogen pada Titik Didih Alkohol
Dengan membandingkan dua alkohol (yang mengandung gugus -OH), kedua titik didih adalah tinggi karena penambahan ikatan hidrogen berdasarkan pada tertariknya hidrogen secara langsung pada oksigen tetapi sebenarnya tidak sama. Titik didih 2-metilproan-1-ol tidak cukup tinggi seperti butan-1-ol karena percabangan pada molekul menjadikan dayatarik van der Waals kurang efektif dibandingkan pada butan-1-ol yang lebih panjang.
2.6.3 Ikatan Hidrogen Pada Molekul Organik Yang Mengandung Nitrogen
Ikatan hidrogen juga terjadi pada molekul organik yangmengandung gugus N-H pendeknya terjadi juga ada amonia. Contohnya adalah molekul sederhana seperti CH3 NH2 (metilamin) sampai molekul yang panjang seperti protein dan DNA. Dua untai double helix yang terkenal pada DNA berikatan
13
satu sama lain melalui ikatan hidrogen antara atom hidrogen yang tertarik oleh nitrogen pada salah satu untai, dan pasangan mandiri pada nitrogen atau oksigen yang lain yang terletak pada untai yang lain (Thomas, 2002). Amina-amina primer dan sekunder membentuk ikatan hidrogen ,sedang amina tersier tidak, karena tidak lagi mempunyai atom H di atom N-nya. Titik didih dimetil amina (7oC ) lebih tinggi daripada Trimetil Amina (4oC) (Yossy dan Muhammad, 2005). 2.6.4 Ikatan Hidrogen Dalam Protein Dan Asam Nukleat
Protein tersusun dari satuan-satuan dasar asam amino. R dapat berupagugus metil CH3- , seperti dalam alanin atau gugus yang lebih sulit, seperti: CH3
COOH H2N
C H
CH2
CH2
HN2
S
CH3
C
COOH
H
Gambar 11. Ikatan Hidrogen pada Asam Amino
Gugus -NH2 berikatan dengan gugus – COOH dari molekul asam amino yang lain, dengan membentuk ikatan peptida:
Gambar 12. Ikatan Peptida
14
Dua
asam
amino
dapat
membentuk
dipeptida,
tiga
asam
membentuktripeptida, dan seterusnya. Protein adalah polipeptida dengan beratus-ratus ikatan peptida. Protein berbeda-beda tergantung dari panjangnya rantai dan bentuk rantainya. Ikatan-ikatan melintang terjadi bila dalam molekul terdapat atom S: -S – S - . Dalam molekul protein terdapat banyak sekali ikatanikatan hidrogen yaitu antara gugus – NH - - - O = C – (Mulyani, 2000). Ikatan hidrogen juga terdapat dalam asam nukleat, misalnya DNA (deoxyribonucleicacid ). Asam nukleat DNA tersusun dari satuan H 3PO4, deoksiribose dan basa purin (adenin dan guanin) atau pirimidin (sitosin dan timin) (Thomas, 2002). Tiap asam fosfat, deoksiribose dan satu basa, membentuk nukleotida, misalnya: deoksitimidin 5’ fosfat. H N C
C
HC
N
O OH
P
OH
O
C H
CH
CH2
O
OH
Gambar 13. Nukleotida
Nukleotida ini ini saling berikatan melalui gugusan fosfat, hingga terbentuk molekul yang besar, yaitu asam nukleat. Basa satu dengan basa lain, berikatan dengan ikatan hidrogen, namun adenin hanya dapat berikatan dengan timin, dan guanin dengan sitosin.
15
Gambar 14. Ikatan Hidrogen pada DNA
2.7 Aplikasi Ikatan Hidrogen 2.7.1 Pengertian Kevlar dan Sejarah
Material ini ditemukan tahun 1964, oleh Stephanie Kwolek, seorang ahli kimia berkebangsaan Amerika, yang bekerja sebagai peneliti pada perusahaan DuPont. Aramid adalah kependekan dari kata aromatic polyamide. Aramid memiliki struktur yang kuat, alot (tough), memiliki sifat peredam yang bagus (vibration damping ) , tahan terhadap asam ( acid ) dan basa ( leach) dan selain itu dapat menahan panas hingga 370°C,sehingga tidak mudah terbakar.Karena sifatnya yang demikian, aramid juga digunakan di bidang pesawat terbang, tank, dan antariksa (roket). Produk yang dipasarkan dikenal dengan nama Kevlar. Kevlar memiliki berat yang ringan, tapi 5 kali lebih kuat dibandingkan besi.
16
Gambar 15. Stephanie Kwolek
2.7.2 Struktur Kevlar
Kevlar adalah salah satu tipe aramida, yang terdiri dari rantai panjang polimer dengan orientasi paralel. Aramida sendiri merupakan suatu serat sintetik yang berupa rantai panjang poliamida sintetik dengan paling sedikit 85 persen sambungan amidanya menempel secara langsung pada dua rantai aromatik (gugus amida dan gugus aromatik berselang-seling). Kekuatan kevlar diperoleh dari ikatan hidrogen intra-molekuler dan interaksi tumpukan aromatik-aromatik antar lembaran. Interaksi-interaksi ini lebih kuat dari pada interaksi Van der Waals yang terdapat dalam polimer-polimer sintetik lain dan serat-serat seperti dyneema (serat yang terbuat dari rantai polietilena yang sangat panjang, yang tersusun searah). Keberadaan garam-garam dan impuritis lain, biasanya kalsium, dapat mengganggu interaksi pada lembaran polimer dan harus dihilangkan dalam proses produksi. Kevlar terdiri dari molekul-molekul yang relatif rigid, yang membentuk struktur seperti lembaran-lembaran datar pada protein sutra. Serat Kevlar termasuk kelompok serat poliarnida yang mempunyai berat jenis 1,44 dan mempunyai kekuatan tarik (tensile strength) kurang lebih 3620
17
MPa. Polimer Kevlar mempunyai gugus amida dan oksigen secara beraturan sehingga dapat menciptakan ikatan-ikatan hidrogen yang teratur. Pada polimer kevlar, terjadi cross linking berupa ikatan hidrogen yang mengakibatkan kevlar menjadi sangat kuat.
Gambar 16. Stuktur molekul Kevlar: Bagian bergaris tebal merupakan unit monomer, garis-garis menunjukan ikatan hidrogen
2.7.3 Sifat-sifat Kevlar
Kevlar merupakan serat berwarna kuning yang keras, kasar, anti gores, dan memiliki kestabilan bentuk yang tinggi. Kevlar memiliki massa jenis 1,44 g/cm3, kekuatan tegangan (tensile strength) 3,6 – 4,1 Gpa. Sebagai perbandingan, baja yang memiliki massa jenis 7,8 g/cm3 memiliki tensile strength1,65 GPa. Kevlar tahan terhadap api, memiliki kalor pembakaran 35x10 6J/Kg dan kalor jenis 1400 J/Kg K. Kevlar tahan terhadap temperatur yang sangat tinggi. Kevlar tidak memiliki titik lebur, pada temperatur 427 oC akan terdekomposisi menjadi gas. Kekuatan kevlar semakin besar pada temperatur yang rendah. Pada
18
temperatur yang tinggi kekuatan kevlar menurun, seperti pada temperatur 160 oC kekuatan kevlar menurun 10% setelah 500 jam, dan pada temperatur 260 oC kekuatan kevlar menurun 50% setelah 70 jam.
2.7.4 Sintesis Kevlar
Secara umum, kevlar disintesis melalui reaksi polikondensasi antara tereftaloil klorida dan p-fenilenadiamina. Reaksi ini merupakan reaksi interfacial polymerization ,
yaitu polimerisasi yang membutuhkan dua macam pelarut yang
tidak saling bercampur. Monomer dalam pelarut pertama akan bereaksi dengan monomer lain pada pelarut kedua. Reaksi polimerisasi ini terjadi dalam waktu yang sangat cepat. Hasil samping yang diperoleh adalah asam klorida.
Gambar 17. reaksi polikondensasi antara tereftaloil klorida dan p fenilenadiamina
Kevlar pertama kali disintesis oleh S. L. Kwolek, P. W. Morgan, dan W. R. Gorenson, dipatenkan dalam U. S. Patent No. 3,063,966 (1962.). Bahan-bahan yang mereka gunakan adalah :
Tabel 2. Bahan-bahan yang digunakan untuk sintes is kevlar
19
Langkah sintesis yang dilakukan adalah sebagai berikut: Pada awalnya diamina dilarutkan dalam campuran pelarut heksametilfosforamida (HMPA) dan dimetilasetamida (DMAC) (2:1) dalam suatu ketel yang disertai dengan pengaduk dan nitrogen inlet atau ceruk nitrogen. Lalu campuran didinginkan hingga 3 oC dengan penangas es. Setelah itu serbuk tereftaloil klorida ditambahkan dan segera diaduk dengan cepat. Reaksi tersebut menghasilkan cairan pasta yang kental, lalu cairan tersebut dibiarkan selama satu malam. Campuran kemudian diaduk dengan blender untuk memisahkan pelarut, dan polimer yang terbentuk lalu disaring dan dikeringkan hingga diperoleh berat yang konstan. Sintesis juga dapat dilakukan dengan variasi pelarut yang lain yaitu mengganti dimetilasetamida (DMAC) dengan N-methyl pyrrolidone (NMP) atau tetrahidrofuran (THF). Kevlar yang terbentuk dari proses sintesis di atas merupakan Kevlar dengan susunan acak sehingga masih belum bisa dimanfaatkan. Untuk dapat digunakan, bahan dasar kevlar yang terbentuk harus dipintal (spun) terlebih dahulu melalui proses wet spinning dengan menggunakan spinneret yaitu sebuah alat untuk menghasilkan serat yang panjang, tipis, dan kuat. Sebelum dipintal, kevlar dilarutkan dahulu dalam asam sulfat anhidrat 100%. Proses inilah yang mengakibatkan biaya produksi kevlar menjadi sangat mahal. Reaksi sintesis kevlar akan terhambat dengan adanya air, karena dapat menghidrolisis monomer tereftaloil klorida sehingga akan terjadi terminasi pertumbuhan rantai. Sebagai suatu catatan, pada umumnya reaksi polikondensasi berlangsung selama berjam-jam, karena merupakan reaksi yang bertahap (stepwise chain reaction).
Namun pada reaksi polikondensasi kevlar, hampir semua monomer
telah bereaksi setelah 50 detik, dan koagulasi terjadi setelah 330 detik (6,5 menit).
20
Reaksi koagulasi terus berlanjut hingga 8 jam.
2.7.5 Prinsip Kerja
Prinsip kerjanya adalah dengan mengurangi sebanyak mungkin lontaran energi kinetik peluru, dengan cara menggunakan lapisan-lapisan kevlar untuk menyerap energi laju tersebut dan memecahnya kepenampang baju yang luas, sehingga energi tersebut tidak cukup lagi untuk membuat peluru dapat menembus baju. Analoginya seperti laju bola yang dapat ditahan oleh jaring gawang. Jaring gawang terdiri dari rangkaian tali yang saling terhubung satu sama lain. Apabila bola tertangkap oleh jaring gawang, maka energi laju (kinetik) bola tersebut akan diserap oleh jaring gawang, yang menyebabkan tali disekitarnya bertambah panjang (extend ) dan kemudian tekanan (tarikan) tali akan dialirkan ke tiang gawang. Dalam menyerap laju energi peluru, baju (kevlar) mengalami deformasi yang menekan ke arah dalam ( shock wave), tekanan kedalam ini akan diteruskan sehingga mengenai tubuh pengguna. Batas maksimal penekanan kedalam tidak boleh lebih dari 4,4 cm (44 mm). Jika batasan tersebut dilewati, maka pengguna baju akan mengalami luka dalam ( internal organs injuries), yang tentunya akan membahayakan keselamatan jiwa
21
Tabel 3.Hubungan waktu reaksi dengan viskositas
Pada awal proses pencampuran, temperatur yang rendah dibutuhkan untuk reaksi polikondensasi. Namun setelah campuran mengental, tidak lagi dibutuhkan temperatur yang rendah. Bahkan temperatur yang lebih tinggi akan meningkatkan derajat kekentalan (viskositas) yang juga berarti memperbesar berat molekul kevlar.
2.7.6 Keunggulan dan Kelemahan Kevlar
Keunggulan Kevlar antara lain adalah kekuatan yang sangat luar biasa (cukup tinggi) tapi ringan, Bahkan Kevlar 5x lebih kuat dari baja (pada bobot ringan yang sama dan dimensi yang sama). Selain itu bahan Kevlar yang mempunyai gaya tarik tinggi, struktur dasar yang stabil, konduksi listriknya sangat rendah, Ketahanan pada bahan kimia yang cukup tinggi dan tahan panas dan tahan bakar serta rendah dalam menghantar panas. Tetapi dibalik kelebihannya Kevlar juga memiliki kelemahan yaitu harga bahan serat Kevlar yang cukup mahal.
22
BAB III KESIMPULAN
1. Ikatan Hidrogen terjadi antara atom hidrogen dengan atom lain yang memiliki keelektronegatifan cukup besar. 2. Semakin besar perbedaan keelektronegatifan pada suatu molekul, maka semakin kuat gaya tarikan hidrogen (ikatan hidrogen). 3. Semakin banyak pasangan elektron bebas (pasangan elektron tak berikatan), maka semakin mudah senyawa tersebut membentuk ikatan hidrogen. 4. Besarnya gaya dalam ikatan hidrogen dapat mempengaruhi titik didih senyawa yang berikatan. 5. Salah satu aplikasi ikatan hidrogen adalah polimer kevlar, dimana terjadi cross linking berupa
ikatan hidrogen antar molekulnya yang mengakibatkan kevlar
menjadi sangat kuat.
23
DAFTAR PUSTAKA
Alaudin, M. 2007. Misteri dibalik rompi anti-peluru. http://www.chem-istry.org/artikel_kimia/kimia_material/misteri_di_balik_rompi_anti_peluru /. diakses 8 juni 2014 pukul 18: 21 Chang, Raymond. 2005. Kimia Dasar Konsep-Konsep Inti. Edisi III. Jakarta Erlangga. Faqihuddin, Z 2011. Teknologi Polimer Kevlar Dan Pemanfaatannya . http://www.scribd.com/doc/116786388/Teknologi-Polimer-Kevlar-DanPemanfaatannya diakses 8 juni 2014 pukul 18: 20 Fessenden, Ralph J. 1986. Kimia Organik Jilid 1 Edisi ketiga. Jakarta: Erlangga. Keenan, C W. 1984. Kimia untuk Universitas Jilid 1. Jakarta: Erlangga. Sukandar, Dede. 2010. Ikatan Kimia. Jakarta: GP Press Petrucchi, Ralph. 1987. Kimia Dasar Prinsip dan Terapan Modern Jilid 3. Erlangga: Jakarta
24
