Pembahasan Soal OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 4)

Oksida nitrogen merupakan salah satu jenis polutan udara yang dapat membahayakan kesehatan dan ekosistem karena dapat menyebabkan gangguan pernafasan, hujan asam, efek rumah kaca, dll. Reaksi antara oksida nitrogen dapat menghasilkan gas N2 dan O2 yang tidak berbahaya. Berikut adalah diagram tingkat energi reaksi beberapa oksida nitrogen.

Diketahui data-data termodinamika sebagai berikut (subskrip angka merujuk pada diagram di atas).
∆H1⁰ = 182,6 kJ/mol
∆H2⁰ = 66,4 kJ/mol
∆H5⁰ = -101 kJ/mol
∆G1⁰ = 175,2 kJ/mol
∆G2⁰ = 102,6 kJ/mol
∆G5⁰ = -71,5 kJ/mol
(i) Nilai ∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) adalah ….. kJ/mol. [poin 2] Reaksi yang sesuai dengan nilai tersebut ditunjukkan oleh no. …… [poin 1]

Penyelesaian: Nilai ∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) adalah 81,6 kJ/mol kJ/mol. Reaksi yang sesuai dengan nilai tersebut ditunjukkan oleh no. 4

∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) adalah entalpi pembentukan 1 mol N2O(g) dari unsur-unsurnya:

N₂(g) + 1/2O₂(g) → N₂O(g)

Reaksi ini sesuai dengan reaksi (4)

Reaksi (4):

N₂(g) + 2O₂(g) → N₂O(g) + 3/2O₂(g)

pada ruas kiri terdapat 2 mol O₂(g) sedangkan pada ruas kanan terdapat 3/2O₂(g). Reaksi ini bisa disederhanakan menjadi:

N₂(g) + 1/2O₂(g) → N₂O(g)

Reaksi (4) merupakan penjumlahan dari reaksi (1) dan (5), maka:

∆𝐻𝑓⁰ N2O(g) = ∆H1⁰ + ∆H5⁰ = 182,6 kJ/mol + (-101 kJ/mol) = 81,6 kJ/mol

 

(ii) Salah satu reaksi antara oksida nitrogen yang dapat terjadi adalah
𝑁2𝑂(𝑔) + 𝑁𝑂2(𝑔) → 3/2𝑁2(𝑔) + 3/2𝑂2(𝑔)
a. ∆𝐻⁰ reaksi tersebut adalah…. kJ/mol. [poin 3]
b. ∆𝐺⁰ reaksi tersebut adalah…. kJ/mol. [poin 3]
c. ∆𝑆⁰ alam semesta untuk reaksi tersebut pada T = 25⁰C adalah….. J/(mol.K). [poin 4]
d. Nilai tetapan kesteimbangan (K) reaksi tersebut pada T = 25⁰C adalah …… [poin 3]

Penyelesaian:

a. Untuk mendapatkan nilai ∆H⁰ reaksi tersebut, kita dapat menggunakan data reaksi (2) dan (4)

Reaksi (2):

N₂(g) + 2O₂(g) → 2NO₂(g)       ∆H2⁰ = 66,4 kJ/mol (dibalik dan dikali ½)

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)        ∆H⁰ = -33,2 kJ/mol

Reaksi (4):

N₂(g) + 2O₂(g) → N₂O(g) + 3/2O₂(g)          ∆H4⁰ = 81,6 kJ/mol (dibalik)

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆H⁰ = -81,6 kJ/mol

Kemudian reaksi tersebut dijumlahkan:

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)                           ∆H⁰ = -33,2 kJ/mol

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆H⁰ = -81,6 kJ/mol

--------------------------------------------------------------------------- +

N₂O(g) + NO₂(g) → 3/2N₂(g) + 3/2O₂(g)      ∆H⁰ = -114,8 kJ/mol

                    

b. Untuk mendapatkan nilai ∆G⁰ reaksi tersebut, kita dapat menggunakan data reaksi (2) dan (4)

Karena data nilai ∆G⁰ reaksi (4) belum ada, maka kita perlu mencari terlebih dahulu nilai ∆G⁰ reaksi (4). Reaksi (4) merupakan penjumlahan dari reaksi (1) dan (5), maka:

∆G4⁰ = ∆G1⁰ + ∆G5⁰ = 175,2 kJ/mol + (-71,5 kJ/mol) = 103,7 kJ/mol

Setelah mendapatkan nilai ∆G4⁰, kita lanjutkan dengan mencari nilai ∆G⁰ reaksi yang ditanyakan:

Reaksi (2):

N₂(g) + 2O₂(g) → 2NO₂(g)       ∆G2⁰ = 102,6 kJ/mol (dibalik dan dikali ½)

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)        ∆G⁰ = -51,3 kJ/mol

Reaksi (4):

N₂(g) + 2O₂(g) → N₂O(g) + 3/2O₂(g)          ∆G4⁰ = 103,7 kJ/mol (dibalik)

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆G⁰ = -103,7 kJ/mol

Kemudian reaksi tersebut dijumlahkan:

NO₂(g) → 1/2N₂(g) + O₂(g)                           ∆G⁰ = -51,3 kJ/mol

N₂O(g) + 3/2O₂(g) → N₂(g) + 2O₂(g)           ∆G⁰ = -103,7 kJ/mol

--------------------------------------------------------------------------- +

N₂O(g) + NO₂(g) → 3/2N₂(g) + 3/2O₂(g)      ∆G⁰ = -155,0 kJ/mol

 

c. ∆G⁰ = ∆H⁰ - T∆S⁰

-155,0 kJ/mol = -114,8 kJ/mol – (298 K) ∆S⁰

(298 K) ∆S⁰ = -114,8 kJ/mol + 155,0 kJ/mol = 40,2 kJ/mol

∆S⁰ = (40,2 kJ/mol) / (298 K)

∆S⁰ = 0,1349 kJ/mol.K = 134,9 J/mol.K

d ln K = - ΔG^o/(RT) = -(-155,0 J.mol^-1)/(8,315 J.mol^-1.K^-1 x 298 K) = 0,062554

K = e^0,062554 = 1,065

Baca juga: 

• Pembahasan Soal OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 1)
• Pembahasan Soal Kelarutan OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 5)

Persiapan Olimpiade Kimia: Pembahasan Soal OSN Tingkat Provinsi Tahun 2022 (Nomor 1)

Kayu manis (Cinnamon burmanni Blume) merupakan salah satu jenis rempah-rempah di Indonesia dengan beragam manfaat dari genus Cinnamomum (famili Lauraceae). Kedua senyawa dibawah ini terkandung di dalam ekstrak kulit batang kayu manis.

Petunjuk : pilih 1 jawaban yang tepat dari opsi yang tersedia

(i) Senyawa A dapat diubah menjadi senyawa B menggunakan reagen dan kondisi….[poin 3] (bisa lebih dari 1 pilihan)

a. 1. H2 (2 atm, 60⁰C)/katalis Pt; 2. CH3COOH
b. 1. NaBH4 dalam metanol; 2. H3O+; 3. Asetil klorida
c. 1. H3O+; 2. KMnO4, kalor
d. 1. H2 (1 atm, 25⁰C)/katalis Pd/C; 2. CH3COOH
e. 1. NaOH, H2O; 2. PCC
f. Tidak tahu

Penyelesaian: e. 1. NaOH, H₂O; 2. PCC

Untuk mengubah  senyawa A menjadi senyawa B dapat dilakukan melalui 2 tahap reaksi. Tahap pertama yaitu dengan menghidrolisis senyawa A menggunakan pereaksi NaOH, H₂O menghasilkan asam etanoat dan suatu alkohol

Kemudian dilanjutkan dengan mengoksidasi senyawa alkohol yang dihasilkan menggunakan oksidator PCC. Gugus alcohol akan teroksidasi menjadi aldehida.

(ii) Reaksi antara reagen (CH3)2Cd dengan senyawa A akan dominan terjadi pada
gugus….[poin 2]
a. Ester dan fenil
b. Alkena saja
c. Ester saja
d. Fenil saja
e. Ester dan alkena
f. Tidak tahu
g. Fenil dan alkena

Penyelesaian: e. ester dan alkena

(iii) Yang ketika diproses lebih lanjut dengan larutan asam akan menghasilkan dua senyawa dengan deskripsi yang paling tepat….[poin 4]
a. Tidak tahu
b. Salah satu senyawa mengandung gugus keton dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus alkohol primer
c. Salah satu senyawa mengandung gugus karboksilat dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus alkohol primer
d. Kedua senyawa mengandung gugus metil pada cincin fenil
e. Salah satu senyawa mengandung gugus karboksilat dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus alkohol sekunder
f. Salah satu mengandung gugus metil pada cincin fenil dan senyawa satunya lagi
mengandung gugus metil pada karbon benzilik
g. Kedua senyawa mengandung gugus metil pada karbon benzilik
h. Salah satu senyawa mengandung gugus keton dan senyawa satunya lagi mengandung gugus alkohol sekunder

Penyelesaian: c. Salah satu senyawa mengandung gugus karboksilat dan senyawa satunya lagi mengandung gugus alkohol primer

Senyawa A ketika direaksikan dengan larutan asam, maka akan terjadi reaksi hidrolisis dimana akan terbentuk dua senyawa yang mengandung gugus karboksilat dan alcohol primer sebagaimana pada bagian (i)

(iv) Tahapan reaksi yang paling tepat untuk memasukkan gugus -CH2CH2CH3 pada gugus fenil dalam senyawa A adalah dengan reagen dan kondisi….[poin 3]
a. Propil klorida/AlCl3
b. 1. Propanoil klorida/AlCl3; 2. Zn(Hg), HCl, kalor
c. Tidak tahu
d. CH2=CH-CH2Br/FeBr3
e. Isopropil klorida/AlCl3
f. 1. Isopropanoil bromida/FeBr3; 2. NH2NH2 3. KOH, kalor
g. 1. Asam asetat; 2. SOCl2; 3. (CH3)2MgBr; 4. H3O⁺

Penyelesaian: a. Propil klorida/AlCl3

Untuk memasukkan gugus -CH2CH2CH3 pada gugus fenil dalam senyawa A dapat digunakan pereaksi propil klorida menggunakan katalis AlCl₃, reaksi ini disebut reaksi alkilasi.

(v) Ketika senyawa A direaksikan dengan HOBr (asam hipobromit), maka akan terbentuk senyawa X dengan….[poin 4]
a. Gugus -OH terikat pada karbon benzilik dan gugus -Br terikat pada karbon alkil sebelahnya
b. Kedua gugus -OH dan -Br tersubstitusi pada cincin fenil di posisi orto dan para terhadap substituen yang sudah ada
c. Tidak tahu
d. Gugus -OH terikat pada cincin fenil dan gugus -Br terikat pada karbon benzilik
e. Gugus -Br terikat pada cincin fenil dan gugus -OH terikat pada karbon benzilik

Penyelesaian: a. Gugus -OH terikat pada karbon benzilik dan gugus -Br terikat pada karbon alkil sebelahnya

Ketika senyawa A direaksikan dengan HOBr (asam hipobromit), maka akan terjadi adisi pada gugus alkena.

(vi) Senyawa X tersebut memiliki …. Atom C kiral, sehingga maksimum memiliki ….
Stereoisomer. [poin masing-masing 2]

Penyelesaian: 2 atom C kiral, 4 stereoisomer.

Senyawa X memiliki 2 atom C kiral yaitu pada atom C yang mengikat gugus -Br dan –OH (ditandai dengan tanda *)

Jumlah stereoisomer dapat dihitung dengan rumus 2ⁿ, dengan n=jumlah atom C kiral. Sehingga:

Jumlah stereoisomer = 2² = 4 stereoisomer

(vii) Ketika senyawa A direaksikan dengan reagen dan kondisi reaksi (1. H2, katalis Pd/C, 1 atm, 25⁰C; 2. LiAlH4; 3. H+/H2O) maka reaksi akan terjadi pada gugus fungsi…[poin 3]
a. Alkena saja
b. Karbonil ester saja
c. Cincin fenil saja
d. Alkena, cincin fenil dan karbonil ester
e. Alkena dan cincin fenil
f. Tidak tahu
g. Karbonil ester dan cincin fenil
h. Alkena dan karbonil ester

Penyelesaian: h. alkena dan karbonil ester

Pereaksi H₂ dengan katalis Pd/C dapat memutuskan ikatan rangkap pada alkena. Sedangkan pereaksi LiAlH₄ dan H⁺/H₂O dapat mereduksi gugus ester menjadi dua senyawa yang masing-masing memiliki gugus alkohol.

(viii) Perkirakan sinyal proton yang akan muncul pada spektrum 1H-NMR senyawa A
adalah….[poin 3]

Penyelesaian: 7 sinyal proton

Senyawa A memiliki 7 lingkungan proton yang berbeda, maka akan muncul 7 sinyal pada spectrum 1H-NMR

Baca Juga: 

• Pembahasan Soal OSNP Tahun 2022 (Nomor 4)
• Pembahasan Soal Kelarutan OSNP Kimia Tahun 2022 (Nomor 5)

Polimer: Pengertian, Struktur, Sifat, Penggolongan, dan Manfaat

Polimer adalah salah satu materi yang banyak digunakan dalam berbagai bidang industri dan kehidupan sehari-hari. Namun, apa sebenarnya polimer itu? Bagaimana polimer terbentuk? Apa saja jenis-jenis polimer dan sifat-sifatnya? Bagaimana manfaat polimer bagi manusia dan lingkungan? Artikel ini akan menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut dengan memberikan penjelasan yang mudah dipahami tentang polimer.

Pengertian Polimer dan Monomer

Polimer adalah molekul besar (makromolekul) yang terdiri atas susunan unit kimia berulang yang kecil, sederhana, dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit berulang ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer. Monomer adalah molekul kecil yang dapat bergabung bersama secara berulang untuk membentuk molekul yang lebih kompleks yang disebut polimer.

Contoh polimer alami yang terdapat di alam adalah karbohidrat, protein, lemak, karet alam, dan asam nukleat. Contoh polimer sintetis yang dibuat oleh manusia adalah plastik, nilon, teflon, dakron, styrofoam, dan sebagainya.

Struktur Polimer

Polimer terbentuk dari monomer melalui proses polimerisasi. Polimerisasi adalah reaksi pembentukan polimer dari monomernya. Polimerisasi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

• Polimerisasi adisi: umumnya terjadi pada monomer yang mempunyai ikatan rangkap. Umumnya monomer yang direaksikan dalam polimerisasi adisi adalah senyawa alkena dan turunannya. Dari reaksi polimerisasi adisi dihasilkan polimer adisi sebagai produk tunggal. Contoh reaksi polimerisasi adisi adalah pembentukan polietilena (PE) dari etena dan pembentukan PVC dari vinil klorida.
• Polimerisasi kondensasi: umumnya terjadi pada monomer yang mempunyai gugus fungsi reaktif. Umumnya monomer yang direaksikan dalam polimerisasi kondensasi adalah senyawa karbonil dan hidroksil. Dari reaksi polimerisasi kondensasi dihasilkan polimer kondensasi dan molekul kecil lainnya sebagai produk sampingan. Contoh reaksi polimerisasi kondensasi adalah pembentukan nilon 6,6 dari heksametilendiamina dan asam adipat serta pembentukan dakron dari asam tereftalat dan etilena glikol.

Berdasarkan struktur rantainya, polimer dibedakan atas:

• Polimer linear: terdiri dari rantai panjang atom-atom kerangka 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 atau lentur) atau termoplastik (bahan yang dapat dicetak kembali menjadi bentuk lain). Contoh: PE, PVC, PMMA (polimetil metakrilat), PAN (poliakrilonitril), dan nilon 66.
• Polimer bercabang: dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama. Contoh: amilopektin (polisakarida), PE bercabang tinggi (HDPE), PE bercabang rendah (LDPE), dan PE bercabang sangat rendah (VLDPE).
• Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network): adalah polimer dengan ikatan kimia yang terdapat antara rantai. Bahan ini biasanya di-swell (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Bahan ini juga bersifat keras, kaku, dan rapuh. Polimer ini terdapat sebagai termoset (bahan yang memiliki bentuk permanen dan tidak menjadi lunak jika dipanaskan). Contoh: bakelit, melamin, dan epoksi.

Sifat Polimer

Polimer memiliki sifat-sifat yang berbeda-beda tergantung pada jenis, struktur, dan komposisi polimer tersebut. Sifat-sifat polimer dapat dibedakan menjadi sifat mekanik, termal, optik, listrik, dan kimia. Berikut adalah penjelasan singkat tentang sifat-sifat polimer tersebut:

• Sifat mekanik: berkaitan dengan perilaku polimer terhadap gaya atau beban yang diberikan. Sifat mekanik polimer meliputi kekuatan tarik, kekuatan lentur, kekuatan tekan, kekerasan, keuletan, elastisitas, plastisitas, dan viskoelastisitas. Sifat mekanik polimer dipengaruhi oleh berat molekul, derajat kristalinitas, ikatan silang, orientasi molekul, dan suhu.
• Sifat termal: berkaitan dengan perilaku polimer terhadap perubahan suhu. Sifat termal polimer meliputi titik leleh, titik transisi kaca (Tg), koefisien muai panas, konduktivitas panas, dan stabilitas termal. Sifat termal polimer dipengaruhi oleh berat molekul, derajat kristalinitas, ikatan silang, orientasi molekul, dan jenis gugus fungsi.
• Sifat optik: berkaitan dengan perilaku polimer terhadap cahaya atau radiasi elektromagnetik. Sifat optik polimer meliputi indeks bias, transmisi cahaya, absorbsi cahaya, fluoresensi, dan birefringensi. Sifat optik polimer dipengaruhi oleh berat molekul, derajat kristalinitas, ikatan silang, orientasi molekul, dan jenis gugus fungsi.
• Sifat listrik: berkaitan dengan perilaku polimer terhadap arus listrik atau medan listrik. Sifat listrik polimer meliputi konduktivitas listrik, resistivitas listrik, dielektrik konstan, faktor disipasi daya (tan delta), dan piezoelektrik. Sifat listrik polimer dipengaruhi oleh berat molekul, derajat kristalinitas, ikatan silang, orientasi molekul, jenis gugus fungsi, dan adanya pengisi atau aditif.
• Sifat kimia: berkaitan dengan perilaku polimer terhadap zat kimia lain atau lingkungan yang agresif. Sifat kimia polimer meliputi kelarutan, daya serap air (swelling), degradasi kimia (hidrolisis, oksidasi), degradasi biologis (biodegradasi), dan reaktivitas kimia. Sifat kimia polimer dipengaruhi oleh berat molekul, derajat kristalinitas, ikatan silang, orientasi molekul, dan jenis gugus fungsi.

Penggolongan Polimer

Polimer dapat digolongkan berdasarkan berbagai kriteria, seperti asal-usul, reaksi pembentukan, perilaku termal, dan fungsi. Berikut adalah penjelasan singkat tentang penggolongan polimer tersebut:

• Berdasarkan asal-usul: polimer dapat dibedakan menjadi polimer alami dan polimer sintetis. Polimer alami adalah polimer yang berasal dari alam atau organisme hidup, seperti karbohidrat, protein, lemak, karet alam, dan asam nukleat. Polimer sintetis adalah polimer yang dibuat oleh manusia melalui proses sintesis kimia dari monomer-monomer sederhana, seperti plastik, nilon, teflon, dakron, styrofoam, dan sebagainya.
• Berdasarkan reaksi pembentukan: polimer dapat dibedakan menjadi polimer adisi dan polimer kondensasi. Polimer adisi adalah polimer yang terbentuk dari monomer-monomer yang mempunyai ikatan rangkap tanpa menghasilkan produk sampingan. Contoh: PE, PVC, PS (polistirena), dan PMMA. Polimer kondensasi adalah polimer yang terbentuk dari monomer-monomer yang mempunyai gugus fungsi reaktif dengan menghasilkan produk sampingan berupa molekul kecil seperti air atau amonia. Contoh: nilon 6,6; dakron; bakelit; dan melamin.
• Berdasarkan perilaku termal: polimer dapat dibedakan menjadi termoplastik dan termoset. Termoplastik adalah polimer yang dapat menjadi lunak jika dipanaskan dan kembali menjadi keras jika didinginkan. Termoplastik dapat dicetak kembali menjadi bentuk lain dengan pemanasan ulang. Contoh: PE, PVC, PS, PMMA, dan nilon 6. Termoset adalah polimer yang memiliki bentuk permanen dan tidak menjadi lunak jika dipanaskan. Termoset tidak dapat dicetak kembali menjadi bentuk lain dengan pemanasan ulang. Contoh: bakelit, melamin, epoksi, dan karet vulkanisir.
• Berdasarkan fungsi: polimer dapat dibedakan menjadi elastomer, plastomer, dan fiber. Elastomer adalah polimer yang memiliki sifat elastis atau dapat kembali ke bentuk semula setelah ditarik atau ditekan. Contoh: karet alam, karet sintetis, dan silikon. Plastomer adalah polimer yang memiliki sifat plastis atau dapat dibentuk menjadi bentuk lain dengan pemanasan atau tekanan. Contoh: PE, PVC, PS, PMMA, dan nilon 6. Fiber adalah polimer yang memiliki sifat serat atau dapat dibuat menjadi benang halus dan panjang. Contoh: nilon 6,6; dakron; rayon; dan sutra.

Manfaat Polimer

Polimer memiliki manfaat yang sangat luas dalam berbagai bidang industri, kehidupan sehari-hari, dan lingkungan. Berikut adalah beberapa contoh manfaat polimer berdasarkan bidangnya:

• Bidang industri: polimer digunakan sebagai bahan baku untuk membuat berbagai produk industri, seperti kemasan, tekstil, otomotif, elektronik, medis, dan sebagainya. Polimer memiliki keunggulan seperti ringan, murah, mudah dibentuk, tahan korosi, isolator panas dan listrik, dan sebagainya.
• Bidang kehidupan sehari-hari: polimer digunakan sebagai bahan untuk membuat berbagai perabotan rumah tangga, alat tulis, mainan anak-anak, pakaian, sepatu, tas, dan sebagainya. Polimer memberikan kemudahan dan kenyamanan dalam kehidupan sehari-hari.
• Bidang lingkungan: polimer digunakan sebagai bahan untuk menghemat energi, mendaur ulang sampah plastik, biodegradasi polimer alami, dan sebagainya. Polimer dapat membantu mengurangi dampak negatif terhadap lingkungan.

Penutup

Polimer adalah molekul besar yang terdiri atas susunan unit kimia berulang yang kecil yang disebut monomer. Polimer memiliki berbagai jenis, struktur, sifat, dan fungsi yang berbeda-beda. Polimer memiliki manfaat yang sangat luas dalam berbagai bidang industri, kehidupan sehari-hari, dan lingkungan. Polimer juga memiliki tantangan dan potensi yang perlu dikembangkan lebih lanjut.

Demikianlah penjelasan singkat tentang polimer yang dapat saya sampaikan. Semoga artikel ini bermanfaat dan menambah wawasan Anda tentang polimer. Jika Anda memiliki pertanyaan atau saran, silakan tulis di kolom komentar di bawah ini. Terima kasih telah membaca artikel ini. 😊