SIFAT-SIFAT MAKROMOLEKUL

Sifat fisik bahan makromolekul (polimer), misal keras, kekakuan, dapat tidaknya berubah bentuk  tergantung pada struktur molekul, jenis polimer Jika polimer dilarutkan dapat membentuk larutan koloid sejati yang bersifat stabil Sifat fisik polimer berbeda dengan mediumnya, dan dapat terjadi interaksi antara polimer dengan mediumnya Viskositas larutan polimer lebih besar dari medium pelarutnya dan cenderung berkurang dengan turunnya konsentrasi dan dengan naiknya suhu

Sifat koligatif larutan makromolekul sangat rendah, kecuali tekanan osmose relatif lebih tinggi sehingga dapat digunakan untuk menentukan berat molekul dari zat tersebut Larutannya juga menunjukkan efek tyndall dan gerak Brown, karena partikel-partikelnya mempunyai ukuran koloid Larutan makromolekul dapat dipengaruhi oleh medan listrik, bila molekulnya bermuatan, karena mengandung gugus-gugus seperti gugus karboksil dan sulfonat amino Makromolekul tsb dalam larutan dapat membentuk ion  disebut elektrolit polimer

Larutan makromolekul dapat diendapkan dengan pemanasan dan pertukaran pelarut Pada cara pertukaran pelarut: pelarut ditambahkan ke dalam larutan dimana makromolekul tidak larut, sehingga akan terjadi pengendapan secara bertingkat Mula-mula makromolekul dengan BM tinggi yang mengendap, baru kemudian BM rendah Pengendapan cara ini dapat digunakan untuk pemisahan campuran polimer

Penentuan Berat Molekul Makromolekul Suatu sistem makromolekul yang terdiri dari molekul-molekul dengan berat molekul yang sama = monodispersi Jika sistem makromolekul tsb tidak terdiri dari molekul-molekul dengan berat molekul yang sama = polidispersi DNA, protein fibrous, polistirena  terdapat suatu distribusi berat molekul  berat molekulnya dinyatakan berdasarkan nilai rata-ratanya

Cara penentuan berat molekul makromolekul: Analisis sedimentasi Difusi Viskositas Tekanan osmose Pembauran cahaya (light scattering) Filtrasi gel Analisis sedimentasi Dua cara analisis sedimentasi: Kecepatan sedimentasi (sedimetation velocity) Kesetimbangan sedimentasi (sedimentation equilibrium)

Kecepatan sedimentasi Kecepatan sedimentasi dapat digunakan untuk menentukan: jari-jari dan berat molekul partikel koloid Persamaan Svedberg: M = berat molekul (g mol-1) R = tetapan gas (erg mol-1 K-1) T = suhu mutlak (oK) d= koefisien difusi (cm2 s-1) S = koefisien sedimentasi (s) D = rapat massa larutan (g cm3) v = volume spesifik parsial (cm3 g-1)

Kecepatan sedimentasi Kecepatan sedimentasi dapat digunakan untuk menentukan: jari-jari dan berat molekul partikel koloid Persamaan Svedberg: M = berat molekul (g mol-1) R = tetapan gas (erg mol-1 K-1) T = suhu mutlak (oK) d= koefisien difusi (cm2 s-1) S = koefisien sedimentasi (s) D = rapat massa larutan (g cm3) v = volume spesifik parsial (cm3 g-1) Volume spesifik parsial: pertambahan volume jika 1,0 gram zat terlarut ditambahkan ke dalam suatu volume tak terhingga dari pelarut

S = koefisien sedimentasi (s)  = kecepatan sudut (radian s-1) x1, x2 = jarak dari sumbu sentrifuge t1 , t2 = waktu 1 Svedberg = 10-13 detik Nilai koefisien sedimentasi protein: 10-13 – 200 x10-13 detik

Tetapan fisik dan berat molekul protein pada 20oC dalam air Jenis Protein S (x 10-13 s) D (x 10 cm/s) V (cm/g) M (g/mol) Insulin daging sapi 1,7 15 0,72 12.000 Laktalbumin 1,9 10,6 0,75 17.400 Mioglobin 2,06 12,4 0,749 16.000 Ovalbumin 3,6 7,8 44.000 Serun albumin 4,3 6,15 0,735 64.000 Haemoglobin 4,6 6,9 Serum globulin 7,1 4,0 167.000 Urease 18,6 3,4 0,73 490.000 Virus tembakau mosaik 185 0,53 40.000.000

Contoh: Hitung koefisien sedimentasi dari enzim fumarase yang dilakukan ultrasentrifuge 840 rps pada 28,2oC. Diketahui jarak batas mula-mula terhadap sumbu ultrasentrifuge 5,949 cm dan setelah 70 menit berikutnya adalah 6,731 cm.

Jawab:  2 = (2 x x 840)2 = 2,79 x 107 detik-2 t 2 –t1 = 70 x 60 = 4200 detik

Kesetimbangan sedimentasi Ultrasentrifuge dijalankan dengan kecepatan rendah sampai sistem berada dalam kesetimbangan, yaitu laju sedimentasi molekul protein tepat diimbangi oleh kecepatan difusi M = berat molekul (g mol-1) R = tetapan gas (erg mol-1 K-1) T = suhu mutlak (oK) d= koefisien difusi (cm2 s-1) v = volume spesifik parsial (cm3 g-1) x1, x2 = jarak dari pusat rotasi c1 , c2 = konsentrasi molekul protein

Konsentrasi protein dan jarak dari pusat rotasi C2 C1 Pusat rotasi 1 x1 x2 Konsentrasi protein dan jarak dari pusat rotasi

Contoh: Hitung berat molekul hemoglobin , jika diketahui pada percobaan kesetimbangan ultrasentrifuge pada 20oC. c2/c1 = 9,40; x1 = 5,5 cm dan x2 = 6,5 cm. Ultrasentrifuge dijalankan pada 7200 rpm; v = 0,749 cm3/g dan d = 0,9982 g/cm3

Jawab: 7200 rpm = 120 rps 2 = (2 x x 120)2 = 5,68 x 105 detik-2

b. Difusi Persamaan ini berlaku untuk partikel berbentuk bola bila tidak berbentuk bola molekulnya lebih kecil dari hasil perhitungan

b. Viskositas Metode viskositas dapat digunakan untuk penentuan berat molekul polimer atau makromolekul dengan jalan membandingkan viskositas larutan polimer terhadap pelarut murni Metode ini lebih cepat, lebih mudah dan hasil perhitungannya lebih sederhana dibandingkan metode yang lain

Grafik hubungan sp/c terhadap c Konsentrasi

Mark dan Houwink: [] = viskositas intrinsik K dan a merupakan tetapan Makromolekul bulat (misal: protein globular)  a = 0 Makromolekul batang  a = 2 Makromolekul random coil (misal: polivinil alkohol)  a = 0,5 – 0,8 Mark dan Houwink:

Tekanan Osmose Dari sifat-sifat koligatif, hanya tekanan osmose yang dapat digunakan untuk menentukan berat molekul polimer tinggi Persamaan untuk larutan encer polimer tinggi: B dan C = koefisien viral, yaitu faktor koreksi untuk persamaan ideal Untuk larutan encer, suku terakhir dapat diabaikan, sehingga persamaan menjadi:

Dari sifat-sifat koligatif, hanya tekanan osmose yang dapat digunakan untuk menentukan berat molekul polimer tinggi  larutan polimer pada berbagai konsentrasi pada suhu tetap ditentukan dengan osmometer Hasil pengukuran tsb dibuat grafik hubungan /c terhadap c Ekstrapolasi pada konsentrasi 0 diperoleh titik perpotongan RT/M  M dapat dihitung

Penetapan M dengan pembuatan grafik /c terhadap c Konsentrasi

Jika polimer berisi molekul dengan berat molekul yang berbeda-beda, maka berat molekul rata-rata: M = berat molekul rata-rata polimer (g mol-1) ni = jumlah molekul dengan berat molekul M