Nota Kimia Tingkatan 5 Bab 4: Polimer
RINGKASAN
Ringkasan Komprehensif (Nota Kimia Tingkatan 5 Bab 4: Polimer)
Panduan ini merumuskan konsep-konsep utama berkaitan polimer, getah asli, dan getah sintetik berdasarkan konteks sumber yang disediakan. Ia bertujuan untuk memperkukuh pemahaman tentang definisi, jenis, proses, dan aplikasi bahan-bahan ini.
Bahagian 1: Pengenalan kepada Polimer
Polimer adalah molekul berantai panjang yang terbentuk daripada gabungan banyak unit asas yang berulang, dikenali sebagai monomer. Proses pencantuman monomer untuk membentuk polimer dinamakan tindak balas pempolimeran. Sejarah polimer bermula pada akhir abad ke-19 sebagai pengganti gading gajah, dengan ciptaan Bakelit oleh Leo Baekeland pada tahun 1907.
Pengelasan Polimer
Polimer boleh dikelaskan berdasarkan sumber, cara penghasilan, dan ciri-cirinya.
1. Berdasarkan Sumber:
• Polimer Semula Jadi: Terhasil secara semula jadi dan diperoleh daripada alam sekeliling.
◦ Contoh: Kanji (monomer: glukosa), Protein (monomer: asid amino), Selulosa (monomer: glukosa), Getah asli (monomer: isoprena).
• Polimer Sintetik: Dihasilkan oleh manusia melalui tindak balas kimia di makmal atau kilang. Sering dirujuk sebagai “plastik”.
◦ Contoh: Nilon, Polietena, Polistirena, Polivinil klorida (PVC).
2. Berdasarkan Ciri-ciri Haba:
• Polimer Termoplastik: Boleh diacu berulang kali. Ia melebur apabila dipanaskan, mengeras apabila disejukkan, dan boleh dikitar semula.
◦ Contoh: Polietena, Polivinil klorida (PVC), Nilon.
• Polimer Termoset: Tidak boleh diacu semula selepas dipanaskan. Ia akan terurai atau hangus dan tidak boleh dikitar semula.
◦ Contoh: Melamina, Bakelit.
• Polimer Elastomer: Boleh diregang dan akan kembali ke bentuk asal selepas dilepaskan kerana mempunyai sifat elastik yang tinggi.
◦ Contoh: Poliuretana, Getah stirena-butadiena (SBR).
Tindak Balas Pempolimeran
Terdapat dua jenis utama tindak balas pempolimeran:
1. Pempolimeran Penambahan:
• Berlaku apabila monomer yang mempunyai ikatan kovalen ganda dua antara karbon (C=C) bertindak balas.
• Semasa tindak balas, ikatan ganda dua “dibuka” dan monomer “ditambah” pada rantai molekul untuk membentuk polimer.
• Tiada produk sampingan terhasil.
| Monomer | Polimer | Ciri-ciri | Kegunaan |
| Etena | Polietena | Tahan lasak dan kuat | Beg plastik, botol plastik, plastik pembungkus |
| Propena | Polipropena | Tahan lasak | Alat mainan, tekstil |
| Kloroetena (vinil klorida) | Polikloroetena (PVC) | Kuat dan keras | Paip air, penebat elektrik |
| Stirena | Polistirena | Ringan dan penebat haba | Penebat haba, pembungkus makanan |
2. Pempolimeran Kondensasi:
• Melibatkan sekurang-kurangnya dua jenis monomer yang berbeza.
• Setiap monomer mempunyai dua kumpulan berfungsi yang terlibat dalam tindak balas.
• Menghasilkan polimer dan satu produk sampingan seperti air (H₂O) atau asid hidroklorik (HCl).
• Contoh: Penghasilan terilena (sejenis poliester) dan nilon (sejenis poliamida).
Bahagian 2: Getah Asli
Getah asli ialah sejenis polimer elastomer semula jadi yang terdapat dalam lateks, iaitu cecair putih yang diperoleh daripada pokok getah (Hevea brasiliensis).
• Nama Polimer: Poliisoprena
• Nama Monomer: Isoprena (2-metilbut-1,3-diena)
Sifat dan Ciri Getah Asli
| Ciri | Keterangan |
| Lembut | Pepejal putih lembut pada suhu bilik. |
| Kenyal/Anjal | Boleh diregang dan kembali kepada keadaan asal apabila dilepaskan. |
| Tidak Tahan Haba | Menjadi lembut dan melekit pada suhu tinggi. |
| Penebat Elektrik | Tidak mengalirkan arus elektrik. |
| Mudah Dioksidakan | Oksigen di udara bertindak balas dengan ikatan ganda dua karbon. |
| Reaktif | Mudah bertindak balas dengan asid, alkali, atau pelarut organik. |
| Kalis Air | Tidak telap air. |
Proses Penggumpalan Lateks
Lateks ialah koloid di mana zarah-zarah getah tersebar di dalam air. Zarah getah ini diselaputi oleh membran protein yang bercas negatif, menyebabkan zarah-zarah menolak antara satu sama lain dan menghalang penggumpalan.
• Penggumpalan oleh Asid:
1. Ion hidrogen (H⁺) daripada asid (cth: asid etanoik, asid formik) meneutralkan cas negatif pada membran protein.
2. Tanpa cas negatif, zarah-zarah getah berlanggar antara satu sama lain.
3. Pelanggaran ini menyebabkan membran protein pecah.
4. Polimer-polimer getah bergabung dan membentuk gumpalan pepejal.
• Penggumpalan Semula Jadi: Bakteria di udara memasuki lateks dan merembeskan asid laktik, yang menyebabkan penggumpalan berlaku secara perlahan.
• Menghalang Penggumpalan:
◦ Larutan alkali seperti ammonia (NH₃) ditambah ke dalam lateks.
◦ Ion hidroksida (OH⁻) daripada alkali meneutralkan sebarang asid yang dihasilkan oleh bakteria.
◦ Membran protein kekal bercas negatif, dan lateks kekal dalam bentuk cecair.
Pemvulkanan Getah
Pemvulkanan adalah proses untuk meningkatkan kualiti getah asli dengan menjadikannya lebih kuat, kenyal, dan tahan haba.
• Proses: Getah dipanaskan dengan sulfur. Atom sulfur membentuk rangkai silang di antara rantai polimer poliisoprena.
• Kesan Rangkai Silang Sulfur:
◦ Menghalang polimer getah daripada menggelongsor apabila diregang.
◦ Membolehkan getah kembali ke bentuk asal selepas regangan dilepaskan.
◦ Mengurangkan bilangan ikatan ganda dua, menjadikannya lebih tahan terhadap pengoksidaan.
◦ Memerlukan tenaga haba yang lebih tinggi untuk diputuskan.
Perbandingan Sifat Getah Tervulkan dan Getah Tak Tervulkan
| Ciri | Getah Tervulkan | Getah Tak Tervulkan |
| Kekenyalan | Lebih kenyal | Kurang kenyal |
| Kekerasan | Keras | Lembut |
| Kekuatan | Tinggi | Rendah |
| Ketahanan Haba | Tahan haba yang tinggi | Kurang tahan haba yang tinggi |
| Ketahanan Pengoksidaan | Lebih tahan terhadap pengoksidaan | Lebih mudah teroksida |
• Teknik Pemvulkanan Alternatif: Selain sulfur, pemvulkanan boleh dilakukan menggunakan peroksida, sinaran, atau logam oksida untuk menghasilkan getah tervulkan yang bebas sulfur dan lebih mesra alam.
Bahagian 3: Getah Sintetik
Getah sintetik ialah sejenis polimer sintetik yang bersifat kenyal (polimer elastomer). Ia dicipta pada awal abad ke-20 dan kebanyakannya dihasilkan daripada produk sampingan petroleum.
Ciri dan Kegunaan Getah Sintetik
Getah sintetik mempunyai ciri-ciri unik seperti keras, tahan haba, tahan pengoksidaan, dan tahan terhadap bahan kimia, membolehkannya digunakan dalam pelbagai aplikasi.
| Jenis Getah Sintetik | Ciri-ciri Utama | Kegunaan |
| Neoprena (Polikloroprena) | Tahan haba tinggi, tahan pengoksidaan, tidak mudah terbakar. | Tali sawat, paip getah petrol, sarung tangan. |
| Getah Stirena-butadiena (SBR) | Tahan pelelasan dan tahan haba yang tinggi. | Tayar, tapak kasut. |
| Getah Silikon | Tahan suhu tinggi dan bersifat lengai. | Implan perubatan, alatan memasak, komponen automotif. |
| Tiokol | Tahan terhadap minyak dan pelarut. | Bahan kedap. |
| Getah Nitril | Tahan terhadap minyak dan pelarut. | Sarung tangan. |
Bahagian 4: Polimer dan Alam Sekitar
Penggunaan polimer, terutamanya polimer sintetik, menimbulkan cabaran alam sekitar yang serius.
• Pencemaran Plastik: Polimer sintetik seperti beg plastik mengambil masa ratusan tahun untuk terurai. Ini menyebabkan masalah di tapak pelupusan sampah dan lautan, di mana ia boleh membahayakan hidupan marin dan memasuki rantaian makanan sebagai mikroplastik.
• Pelupusan Getah: Getah sintetik, seperti tayar kenderaan, sukar dilupuskan dan mengambil masa yang sangat lama untuk terurai.
• Penyelesaian Lestari:
◦ Polimer Boleh Urai: Pembangunan plastik yang boleh terurai melalui tindakan bakteria (biodegradasi) atau cahaya (fotodegradasi).
◦ Kitar Semula: Cara termudah untuk mengurangkan sisa polimer sintetik daripada berakhir di tapak pelupusan.
◦ Guna Semula: Barangan getah seperti tayar terpakai boleh digunakan semula untuk tujuan lain atau sebagai bahan api untuk menjana tenaga.
GLOSARI
| Istilah | Definisi |
| Isoprena | Monomer bagi getah asli dengan nama IUPAC 2-metilbut-1,3-diena. |
| Lateks | Cecair berwarna putih yang diperoleh daripada pokok getah, mengandungi polimer getah asli (poliisoprena). Ia adalah sejenis koloid. |
| Monomer | Unit asas bagi polimer. |
| Pempolimeran | Tindak balas pencantuman monomer untuk menghasilkan polimer. |
| Pempolimeran Penambahan | Jenis pempolimeran yang berlaku apabila monomer dengan ikatan kovalen ganda dua bertindak balas antara satu sama lain tanpa penghasilan produk sampingan. |
| Pempolimeran Kondensasi | Jenis pempolimeran yang melibatkan sekurang-kurangnya dua jenis monomer berbeza, menghasilkan polimer dan satu produk sampingan seperti air atau HCl. |
| Pemvulkanan | Proses penghasilan getah yang lebih kenyal dan berkualiti melalui penghasilan rangkai silang antara rantai polimer. |
| Penggumpalan | Proses di mana lateks berubah daripada cecair kepada pepejal apabila zarah-zarah getah bergabung antara satu sama lain. |
| Polimer | Molekul berantai panjang yang terhasil daripada pencantuman banyak ulangan unit asas. |
| Polimer Elastomer | Polimer yang dapat diregang dan kembali kepada bentuk asal selepas dilepaskan kerana mempunyai sifat elastik yang tinggi. |
| Polimer Semula Jadi | Polimer yang terhasil secara semula jadi dan dapat diperoleh daripada alam sekeliling (cth: kanji, protein, getah asli). |
| Polimer Sintetik | Polimer yang dihasilkan oleh manusia melalui tindak balas kimia (cth: nilon, polietena). |
| Polimer Termoplastik | Polimer yang dapat diacu berulang kali selepas dipanaskan dan boleh dikitar semula. |
| Polimer Termoset | Polimer yang tidak dapat diacu semula selepas dipanaskan dan akan terurai atau hangus. |
| Rangkai Silang Sulfur | Ikatan yang dibentuk oleh atom sulfur antara rantai-rantai polimer getah semasa proses pemvulkanan. |
Koleksi Latihan
| 1 | 2 |
| 3 | 4 |
| 5 |
CONTOH SOALAN KBAT
Soalan Kemahiran Berfikir Aras Tinggi (KBAT)
Berikut adalah lima soalan yang menguji pemikiran kritis dan aplikasi konsep berdasarkan konteks sumber yang diberikan.
Soalan 1: Banding dan bezakan struktur molekul antara getah asli (tidak tervulkan) dengan getah tervulkan. Jelaskan bagaimana perbezaan struktur ini membawa kepada perbezaan ketara dalam sifat kekenyalan dan ketahanan haba kedua-dua bahan tersebut.
Jawapan: Getah asli terdiri daripada rantai polimer poliisoprena yang panjang dan berselirat tanpa sebarang ikatan kimia antara rantai-rantai tersebut. Apabila diregangkan, rantai-rantai ini boleh menggelongsor di antara satu sama lain, menyebabkan ia kurang kenyal dan tidak dapat kembali sepenuhnya ke bentuk asal. Sebaliknya, getah tervulkan mempunyai struktur di mana rantai-rantai polimer poliisoprena dihubungkan oleh “rangkai silang sulfur”. Rangkai silang ini adalah ikatan kimia yang kuat dan menghalang rantai polimer daripada menggelongsor apabila daya regangan dikenakan. Hasilnya, getah tervulkan adalah lebih kenyal kerana rantai polimer dapat kembali ke kedudukan asalnya selepas diregangkan. Dari segi ketahanan haba, getah asli menjadi lembut dan melekit pada suhu tinggi kerana rantai polimernya mudah bergerak. Namun, dalam getah tervulkan, tenaga haba yang lebih tinggi diperlukan untuk memutuskan rangkai silang sulfur yang kuat, menjadikannya lebih tahan haba.
Soalan 2: Proses pempolimeran boleh dibahagikan kepada pempolimeran penambahan dan pempolimeran kondensasi. Menggunakan polietena dan nilon sebagai contoh, terangkan mengapa pempolimeran kondensasi menghasilkan produk sampingan (seperti air atau HCl) manakala pempolimeran penambahan tidak.
Jawapan: Perbezaan ini berpunca daripada jenis monomer dan mekanisme tindak balas yang terlibat.
• Pempolimeran Penambahan (Polietena): Proses ini melibatkan monomer yang mempunyai ikatan kovalen ganda dua antara atom karbon (C=C), seperti etena. Semasa tindak balas, ikatan ganda dua ini “dibuka” untuk membolehkan monomer-monomer bercantum membentuk satu rantai polimer yang panjang. Tiada atom yang hilang daripada monomer asal; semua atom digabungkan sepenuhnya ke dalam rantai polimer. Oleh itu, tiada produk sampingan terhasil.
• Pempolimeran Kondensasi (Nilon): Proses ini melibatkan sekurang-kurangnya dua jenis monomer yang berbeza, di mana setiap monomer mempunyai dua kumpulan berfungsi. Sebagai contoh, penghasilan nilon melibatkan 1,6-heksanadiamina dan dekanadioil diklorida. Satu kumpulan berfungsi daripada satu monomer bertindak balas dengan kumpulan berfungsi daripada monomer yang lain. Dalam proses ini, sebahagian kecil molekul, seperti molekul asid hidroklorik (HCl), disingkirkan pada setiap kali satu ikatan baru terbentuk antara monomer. Penyingkiran molekul kecil inilah yang menghasilkan produk sampingan.
Soalan 3: Penggunaan meluas polimer sintetik seperti beg plastik telah menimbulkan masalah pencemaran alam sekitar yang serius. Cadangkan DUA strategi berbeza untuk menguruskan sisa polimer ini secara lestari dan wajarkan setiap cadangan anda berdasarkan maklumat daripada teks.
Jawapan: Dua strategi lestari untuk menguruskan sisa polimer adalah:
1. Pembangunan dan Penggunaan Polimer Terdegradasi: Strategi ini melibatkan penggantian polimer konvensional dengan polimer yang boleh terurai. Teks menyebut dua jenis: polimer biodegradasi (terurai oleh bakteria) dan polimer fotodegradasi (terurai oleh cahaya). Dengan memasukkan bahan tambah khas, barangan plastik boleh direka untuk terurai dengan lebih cepat. Ini secara langsung mengurangkan masalah lambakan sisa di tapak pelupusan sampah dan mengurangkan ancaman kepada hidupan liar yang mungkin termakan atau terjerat dalam sisa plastik.
2. Menggalakkan Amalan Kitar Semula: Kitar semula adalah cara termudah bagi pengguna untuk mengelakkan polimer sintetik daripada berakhir di tapak pelupusan. Polimer termoplastik seperti polietena (bahan beg plastik) boleh dileburkan dan diacu semula berulang kali untuk menghasilkan produk baru. Dengan mengitar semula, kita dapat mengurangkan permintaan terhadap penghasilan plastik baru (yang kebanyakannya berasal dari petroleum), menjimatkan sumber, dan mengurangkan jumlah sisa yang mencemarkan alam sekitar.
Soalan 4: Seorang pekebun getah mendapati lateks yang dikumpulnya menggumpal dengan lebih cepat pada hari yang panas berbanding hari yang sejuk. Jelaskan fenomena ini dari sudut tindakan biologi dan proses kimia yang terlibat dalam penggumpalan lateks.
Jawapan: Fenomena ini berlaku kerana tindakan bakteria di udara. Apabila lateks terdedah kepada udara, bakteria akan memasukinya. Bakteria ini merembeskan asid laktik. Asid laktik membekalkan ion hidrogen (H⁺). Pada hari yang panas, aktiviti bakteria adalah lebih tinggi, menyebabkan penghasilan asid laktik berlaku pada kadar yang lebih cepat. Proses kimia penggumpalan bermula apabila ion H⁺ daripada asid ini meneutralkan cas negatif pada membran protein yang menyelaputi zarah-zarah getah. Tanpa cas negatif yang menolak antara satu sama lain, zarah-zarah getah akan berlanggar, menyebabkan membran protein pecah. Akibatnya, polimer-polimer getah di dalamnya akan bergabung dan membentuk gumpalan pepejal. Oleh itu, pada hari panas, kadar penghasilan asid yang lebih tinggi oleh bakteria mempercepatkan proses penggumpalan ini.
Soalan 5: Wajarkan mengapa getah sintetik Stirena-butadiena (SBR) lebih sesuai digunakan untuk membuat tayar kenderaan berbanding getah asli, walaupun getah asli telah melalui proses pemvulkanan.
Jawapan: Walaupun pemvulkanan dapat meningkatkan kualiti getah asli, getah sintetik Stirena-butadiena (SBR) mempunyai ciri-ciri unggul yang menjadikannya lebih sesuai untuk pembuatan tayar. Berdasarkan Jadual 4.5, SBR mempunyai sifat tahan pelelasan dan tahan haba yang tinggi. Tayar kenderaan sentiasa mengalami geseran dengan permukaan jalan, yang menghasilkan haba yang tinggi dan menyebabkan kehausan (pelelasan). Ketahanan SBR terhadap pelelasan memanjangkan jangka hayat tayar, manakala ketahanannya terhadap haba tinggi memastikan tayar tidak mudah terurai atau rosak semasa pemanduan laju atau jarak jauh. Walaupun getah asli tervulkan lebih tahan haba berbanding getah tidak tervulkan, ketahanannya secara amnya tidak setanding dengan SBR yang direka khas untuk aplikasi lasak seperti tayar. Oleh itu, SBR adalah pilihan utama industri pembuatan tayar.