5/23/2018 sains

1/10

1. Apa yang dimaksud dengan polimer penghantar listrik (conductive polymer)

jelaskan dan berikan 3 contoh polimer penghantar listrik beserta struktur kimianya.

Jawab:

Polimer penghantar listrik (conductive polymer) adalah polimer yang dapat

menghantarkan arus listrik. Hantaran listrik terjadi karena ada elektron ikatan

terdelokalisasi, yang mempunyai struktur pita seperti silikon. Polimer konduktif

kebanyakan semikonduktor, karena struktur pita mirip silicon. Tapi ada beberapa polimer

yang mempunyai gap pita kosong sehingga bersifat seperti logam. Tidak semua polimer

dapat menjadi konduktif. Hanya polimer terkonjugasi yang bisa menjadi konduktor (ikatan

pada rantai berupa ikatan tunggal dan rangkap yang letaknya berselang-seling). contoh

polimer penghantar listrik beserta struktur kimianya :

a.

ambar Proses pembentukan poliasetilen

b.

c.

2. Jelaskan korelasi struktur kimia polimer penghantar listrik dengan daya hantarnya

(correlation of chemical structure og conductive polimer and electrical conductivity).

Jawab:

!alam polimer tradisional seperti polietilena, electron "alensi terletak pada orbital

hibridisasi sp#. $etiap elektron terikat dengan ikatan sigma, yang mengakibatkan elektron

mempunyai mobilitas rendah dan tidak berkontribusi terhadap kondukti"itas elektrik

polietilen. %ondisi berbeda terjadi pada polimer yang memiliki ikatan rangkap

terkonjugasi. Polimer seperti ini menjadi konduktif karena mempunyai rantai utama

5/23/2018 sains

2/10

berpusat karbon dimana setiap karbon mempunyai orbital terhibridisasi sp&. $atu elektron

"alensi pada setiap pusat terletak dalam orbital p 'yang tegak lurus terhadap tiga ikatan

sigma yang lain. lektron yang berada dalam orbital terdelokalisasi ini mempunyai

mobilitas tinggi. %etika materi ini didoping secara oksidasi, sehingga beberapa elektron

terdelokalisasi dihilangkan, orbital p membentuk pita energi, dan electron di dalam pita

energi ini menjadi mudah berpindah pada saat terjadi kekosongan (misalnya akibat

pemberian beda potensial). Pada prinsipnya materi ini dapat di doping secara reduksi

dengan menambahkan elektron pada pita energi yang masih kosong.

3. Apa yang dimaksud dengan nanosains dan berikan 3 contoh material berukuran

nano. Jelaskan siat isika nanomaterial dengan ukurannya. Apa keuntungan

(advantage) dari nanoteknologi dibanding teknologi biasa sekarang.

Jawab:

a. !anosainsadalah ilmu dan rekayasa dalam penciptaan material, struktur fungsional,

maupun piranti dalam skala nanometer. !alam terminologi ilmiah, nanoberarti satu

per satu milyar (,*) yang berarti +. lebih kecil dari ukuran rambut

manusia. $aintis menyebut ukuran pada ranah * hingga * nm ini sebagai skala nano

(nanoscale), dan material yang berada pada ranah ini disebut sebagai kristal-nano

(nanocrystals) atau material-nano (nanomaterials). adi, dapat disimpulkan baha

nanomaterial itu adalah bahan atau material yg berukuran sangat kecil (skala nano)

yaitu *-* nm. ontoh material berukuran nano adalah:

fuel cell, /ntuk mengubah hydrogen yang memiliki energy carrier menjadi

energy listrik maka diperlukan sebuah alat yang dinamakn fuel cell.

arbon 0ano-hip, yang merupakan bahan sangat kuat dan ringan, yang akan

membuat re"olusi kekuatan material. 1rtinya, 0ano-hip mampu mempengaruhi

industri ruang angkasa, dan industri automotif. Tiap mobil yang dilapisi arbon

0ano-hip, akan membuat si pengemudi tidak usah takut lagi jika terjadi

kecelakaan. $ebab kendaraan yang ditumpanginya tidak akan penyok, karena

kekuatan yang melapisi mobil tersebut mencapai seratus kali kekuatan baja .

0ano $olar nergy. $aat ini, beberapa ilmuan sedang meneliti bagaimana proses

daun menyerap matahari. !aun tersebut ternyata bisa memanfaatkan energi sinar

matahari sebesar seratus persen. %alau kita bisa menggunakan tenaga matahari &+

hingga + persen saja, maka kita tidak perlu lagi membutuhkan minyak2solar.

5/23/2018 sains

3/10

b. "iat isika nanomaterial dengan ukurannya:

$ifat fisika yang dimiliki adalah sifat-sifat magnetik, mekanik, listrik, termal, optik.

Sifat elektrik: 0anomaterial dapat mempunyai energi lebih besar dari pada

material ukuran biasa karena memiliki surface area yang besar. Hal iniberkaitan dengan resisti"itas elektrik yang mengalami kenaikan dengan

berkurangnya ukuran partikel. ontohnya: material yang bersifat isolator

dapat bersifat konduktor ketika berskala nano, sedangkan contoh aplikasinya:

3aterai logam nikel hibrida terbuat dari nanokristalin nikel dan logam hibrida

yang membutuhkan sedikit recharging dan memiliki masa hidup yang lama.

fisiensi efek termoelektrik akan meningkat pada bahan beskala nano. Partikel

logam2semikonduktor berukuran nano memiliki arna emisi berbeda

dibandingkan partikel tersebut dengan ukuran skala mikro.

Sifat magnetik: tingkat kemagnetan akan meningkat dengan penurunan ukuran

butiran partikel dan kenaikan spesifik surface areapersatuan "olume partikel

sehingga nanomaterial memiliki sifat yang bagus dalam peningkatan sifat

magnet (ketika ukuran butir bahan magnetik diperkecil hingga skala nano,

bahan feromagnetik berubah menjadi bahan superparamagnetik). ontohnya:

4agnet nanokristalin yttrium-samarium-cobalt memiliki sifat magnet yang

luar biasa dengan luas permukaan yang besar.

Sifat mekaniklebih besar bila dibandingkan dengan material dengan ukuran

biasa (salah satu sifat mekanik bahan adalah kekuatan luluh yaitu batas

maksimum kekuatan suatu bahan sebelum mengalami deformasi plastis

(berubah bentuk). ika ukuran butir suatu logam atau keramik lebih kecil dari

ukuran butir kritis (5* nm), sifat mekanik bahan berubah dari keras menjadi

lunak. ontoh aplikasinya yaitu: apabila material nano digunakan pada cat,

akan berefek antigores, antiluntur, dan memantulkan panas. at berpartikel

nano akan membuat rumah atau kendaraan tetap sejuk meski terpapar sinar

matahari.

Sifat optik: $istem nanomaterial memiliki sifat optik yang menarik, yang mana

berbeda dengan sifat kristal kon"ensional. %unci penyumbang faktor

masuknya 6uantum tertutup dari pembaa elektrikal pada nanopartikel, energi

yang efisien dan memungkinkan terjadinya pertukaran karena jaraknya dalam

sekala nano serta memiliki sistem dengan interface yang tinggi.!engan

5/23/2018 sains

4/10

perkembangan teknologi dan material mendukung perkembangan sifat

nanofotonik. !engan sifat optik linier dan nonlinier material nano dapat dibuat

dengan mengontrol dimensi kristal dan surface kimia, teknologi pembuatan

menjadi faktor kunci untuk mengaplikasikan. ontoh: lectrochromik untuk

li6uid crystal display (7!)

c. #euntungan (advantage) dari nanoteknologi dibanding teknologi biasa sekarang:

Teknologi nano sendiri merupakan teknologi yang memungkinkan sebuah benda

dipecah dalam skala nanometer atau satu per semiliar meter dan merupakan salah satu

teknologi yang disebut-sebut mampu mendorong pertumbuhan industri dan ekonomi

di segala bidang. Produk berteknologi nano akan lebih cepat diserap dibandingkan

produk yang tidak menggunakan teknologi tersebut, $ehingga, dari segi penggunaan,

akan lebih efisien, hemat energi.

$. Jelaskan mengapa carbon nanotubes memiliki siat daya hantar 1%%% kali lebih cepat

dari tembaga. Ada beberapa jenis carbon nanotubes, sebutkan. &ari jenis tersebut

mana yang memiliki daya hantar listrik lebih tinggi.

Jawab:

a) Carbon nanotubes memiliki sifat daya hantar * kali lebih cepat dari tembaga

karena $ifat keelektrikan yang dimiliki oleh carbon nanotubeditentukan oleh struktur

yang dimilikinya. $truktur ini menyangkut diameter dan bagaimana tube8digulung8

menjadi nanotube. Nanotube memiliki densitas arus listrik * kali lebih besar

daripada logam seperti perak dan tembaga.%etika nanotube bersifat sebagai

konduktor, nanotubememiliki kondukti"itas yang sangat tinggi. !iperkirakan pada

saat nanotubebersifat sebagai konduktor maka ia mempunyai kondukti"itas listrik

sebesar * milyar 1mpere per * cm&. Hal ini tidak mungkin terjadi pada bahan tembaga

karena akan terjadi panas yang dapat melelehkan tembaga. Pada nanotubetidak akan

terjadi panas yang tinggi karena hambatan yang rendah. Nanotube juga memiliki

kondukti"itas panas yang baik. Hal ini yang kemudian nanotube diberi sebutan

ballistic conduction. Nanotubememiliki kemampuan untuk mentransmisikan 9

2m2% di suhu ruangan (pada tembaga hanya #;+ 2m2%). $elain itu nanotubetetap

stabil hingga suhu &; o di ruang hampa udara dan sekitar

5/23/2018 sains

5/10

0T berdinding banyak (multi-walled0T atau 40T). ika dilihat berdasarkan

penggulungannya ada beberapa jenis carbon nanotubes, jenis 0T terbagi menjadi :

(*) armchair, (&) 'ig'ag, (#) chiral.%arbon nanotube dengan diameter yang lebih

kecil dapat menjadi semi konduktor atau menjadi metalik tergantung pada "ektor

khiral.

Perbedaan konduktifitas ini disebabkan oleh struktur molekul. 3erdasarkan teori 'at

padat, para fisikaan berhasil memperoleh fakta baha 0T memiliki kelakuan

listrik yang =ganda8, yaitu sebagai logam atau semikonduktor. ika (n>m)2#

merupakan bilangan bulat, maka 0T bersifat logam, sedangkan jika (n>m)2# bukan

bilangan bulat, maka 0T bersifat semikonduktor. 4enarik sekali karena ternyata

kemampuan hantaran listrik 0T, apakah sebagai logam atau semikonduktor, hanya

bergantung pada geometrinya.

'. Jelaskan apa yang dimaksud dengan smart material? erikan contohnya baik yang

ada secara alami (natural smart material) dan buatan manusia (man made smart

material). Jelaskan pula beberapa karakteristik dari smart material.

Jawab:

a) Smart Materialadalah material yang mempunyai karakter dan fungsi yang signifikan

secara kimia terhadap daya katalis, sensor (chemosensor dan biosensor), adsorpsi, dan

lain-lain. $mart bahanadalah bahanyang dirancangyang memilikisatu atau lebihsifat-

sifatyang dapatberubah secara signifikandengan caradikendalikan olehrangsangan

eksternal, suhu, kelembaban, pH, medan listrikatau magnet. 4aterial cerdas juga

dianggap sebagai produk dari nanoteknologi karena partikelnya berukuran nanometer.

$ifat kimia dan fisika material cerdas sangat sensitif terhadap perubahan lingkungan,

seperti temperatur, tekanan, medan listrik, medan magnet, panjang gelombang optik,

molekul gas teradsorpsi, dan nilai pH

b) Smart Material dibagi dua yaitu :

$ecara alami (natural smart material)

*. biomasa sebagai bahan karbon aktif

&. galian seperti 'eolit, atau limbah seperti abu dan bahkan lumpur aktif

#. karbon aktif dari tempurung kelapa.%arbon aktif berfungsi sebagai filter untuk

menjernihkan air, pemurnian gas, industri minuman, farmasi, katalisator, dan

berbagai macam penggunaan lain.

5/23/2018 sains

6/10

3uatan manusia (man made smart material)

*. matrial cerdas yang digunakan oleh piranti medis yang dapat merespon

terhadap suatu sinyal biologi

c) karakteristik darismart material%arakteristik yang dimiliki oleh material nano baik fisik ataupun kimia bertumpu

pada ukurannya yang kecil sehingga dengan jumlah atom yang sama material nano

memiliki sur"ace area atau luas area yang sangat besar. $ur"ace area inilah yang

kemudian membaa sifat atau karakteristik khas yang dimiliki oleh material

nano.ontohnya adalah meningkatnya absorbansi (cahaya, 'at, larutan, dan lain-lain.),

reakti"itas, magnetic, dan lain-lain.

*. +ntuk poliasetilin berikut tentukan:

,

, - - ,

, n

a. ingkat energi elektron ke n / '%% dan n01 dalam joule dimana (cc/ 1$%)

b. 4nergi gap antara pita 5alensi (,676) dengan pita hantaran (8+76) dalam

joule.

Jawab:

!iketahui: me? @.*@+ A kg

h ? 9.9&9 A

7 ? *

!itanya: a.

b.

aab :

5/23/2018 sains

7/10

a. ?

?

? ?

n ? +

? ? *,

5/23/2018 sains

8/10

b) Penyebab pemanasan global adalah terjadi ketika ada konsentrasi gas-gas tertentu

yang dikenal dengan gas rumah kaca, yg terus bertambah di udara, hal tersebut

disebabkan oleh tindakan manusia, kegiatan industri, khususnya C& dan

chlorofluorocarbon. Dang terutama adalah karbon dioksida, yang umumnya

dihasilkan oleh penggunaan batubara, minyak bumi, gas dan penggundulan hutan

serta pembakaran hutan. 1sam nitrat dihasilkan oleh kendaraan dan emisi industri,

sedangkan emisi metan disebabkan oleh akti"itas industri dan pertanian.

hlorofluorocarbon Es merusak lapisan o'on seperti juga gas rumah kaca

menyebabkan pemanasan global, tetapi sekarang dihapus dalam Protokol 4ontreal.

%arbon dioksida, chlorofluorocarbon, metan, asam nitrat adalah gas-gas polutif yang

terakumulasi di udara dan menyaring banyak panas dari matahari. $ementara lautan

dan "egetasi menangkap banyak C&, kemampuannya untuk menjadi =atap8 sekarang

berlebihan akibat emisi. Fni berarti baha setiap tahun, jumlah akumulatif dari gas

rumah kaca yang berada di udara bertambah dan itu berarti mempercepat pemanasan

global. $epanjang seratus tahun ini konsumsi energi dunia bertambah secara

spektakuler. $ekitar

5/23/2018 sains

9/10

pemanasan global berimbas pada semakin ekstrimnya perubahan cuaca dan iklim

bumi. Pola curah hujan berubah-ubah tanpa dapat diprediksi sehingga

menyebabkan banjir di satu tempat, tetapi kekeringan di tempat yang lain. Topan

dan badai tropis baru akan bermunculan dengan kecenderungan semakin lama

semakin kuat.

d. elombang panas menjadi semakin ganas

Pemanasan global mengakibatkan gelombang panas menjadi semakin sering

terjadi dan semakin kuat.

e. Habisnya letser- $umber 1ir 3ersih !unia

4encairnya gletser-gletser dunia mengancam ketersediaan air bersih, dan pada

jangka panjang akan turut menyumbang peningkatan le"el air laut dunia. !an

sayangnya itulah yang terjadi saat ini. letser-gletser dunia saat ini mencair

hingga titik yang mengkhaatirkanI

d) ara untuk memecahkan masalah pemanasan global adalah dengan melakukan

pencegahan, antara lain:

*) 1asi penebangan hutan sembarangan

!i Fndonesia ini khususnya, ada pihak pihak kurang bertanggung jaab yang

melakukan penebangan hutan secara sembarangan untuk kepentingan sendiri. Hal

ini sebaiknya diaasi oleh lembaga yang berenang, agar bisa meminimalisir

jumlahnya. Hutan yang ditumbuhi dengan pepohonan yang lebat dan tinggi akan

memberikan banyak manfaat untuk kita, seperti terhindar dari bencana banjir dan

terjadinya erosi. $elain itu, pohon adalah makhluk yang berperan penting dalam

memberikan supply oksigen bagi kita. ika pohon ditebang, maka kadar C &atau

karbondioksida akan lebih mendominasi udara kita dibandingkan dengan oksigen

(C&). ika itu terjadi, maka peningkatan suhu bumi akan terjadi dengan sangat

cepat.

&) 4enanam pohon

ara mengatasi pemanasan global dengan melakukan pencegahan selanjutnya

adalah dengan menanam pohon. Pemerintah dan beberapa lembaga lingkungan

perlu menggalakkan kegiatan menanam pohon untuk kebaikan bumi kita

beberapa puluh tahun ke depan. Hal ini perlu dilakukan sejak saat ini, sebelum

semuanya terlambat. %arena proses penanaman pohon ini tidak akan langsung

terasa manfaatnya dalam beberapa tahun ke depan, melainkan beberapa puluh

tahun ke depan. adi, tanamlah pohon untuk generasi penerus kita.

5/23/2018 sains

10/10

#) ara mengatasi pemanasan global dengan merubah kebiasaan

$elain melakukan tindakan pencegahan, kita pun bisa ambil bagian dalam cara

mengatasi pemanasan global, yaitu dengan merubah beberapa kebiasaan kita yang

buruk sebagai berikut:

4engurangi pemakaian kendaraan bermotor. %endaraan bermotor memang

membuat kita hidup lebih mudah dan praktis. 0amun dari segi kesehatan dan

ketahanan alam, hal ini kurang baik jika dijadikan kebiasaan sehari hari. Cleh

karena itu, mari kita mulai untuk mengurangi pemaikaian kendaraan

bermotor, dan beralih kepada sarana transportasi yang lebih sehat seperti

sepeda, atau berjalan kaki untuk menuju tempat tempat yang dekat. Hal

buruk yang diberikan oleh kendaraan bermotor adalah polusi yang

dikeluarkannya. Cutput dari bahan bakar mesin tersebut adalah C&, yang

berpeluang menjadikan suhu bumi menjadi lebih mudah panas. adi semakin

sedikit penggunaannya, dan orang yang menggunakannya, maka semakin

kecil peluang terjadinya pemanasa global.

4engurangi penggunaan lampu di siang hari

7ampu yang terlalu lama dinyalakan, apalagi di aktu siang akan membuat

panas bumi semakin meningkat. 4emang cukup sepele, tetapi jika seluruh

panas lampu dikumpulkan dari setiap penduduk bumi, maka berapa suhu

panas yang akan terkumpul. Cleh sebab itu, mari kita biasakan menyalakan

lampu secukupnya dan hindari penggunaan lampu pada siang hari.