Polimer paling elastik di dunia ditemukan : gem-difluorosiklopropana (gDFC)

Kimia Polimer merupakan studi yang sulit dan kadang memerlukan penelitian begitu mendalam pada data molekul. Terobosan baru mulai dihasilkan dan menjanjikan

Ada berita besar dalam kimia polimer sekarang. Di penghujung agustus 2010 ini, para ahli kimia dari Duke dan Stanford berhasil menemukan sebuah molekul polimer yang begitu elastis. Sedemiikian elastisnya sehingga saat anda rentangkan, lalu anda lepaskan, ia kembali ke ukuran yang lebih kecil lagi dari ujud asalnya.

Dua pemburu molekul, mahasiswa pascasarjana Duke, Jeremy Lenhardt dan profesor Stephen Craig secara sistematis memindai perpustakaan polimer yang menggunung untuk mencari polimer semacam ini. Sebuah polimer yang dapat berguna sebagai bahan penyembuh mandiri. Sebuah polimer yang mampu memicu reaksi kimia saat ia direntangkan dan memungkinkan materi ini memperbaiki dirinya sendiri.

Bayangkan baju anda sobek. Apa yang anda lakukan? Lupakan menampal. Teteskan molekul ini di daerah sobekan dan polimer sakti ini akan menyatukan sobekan tersebut dengan membangun jembatan yang sangat kecil antara kedua sisi sobekan, sedemikian kecil hingga pakaian itu tak terlihat sobek secara makroskopis. Buat pakaian yang terbuat dari polimer ini, ia akan sangat sulit untuk sobek.

Molekul polimer mirip cincin bernama gDFC yang direntangkan lewat proses ultrasonik lalu dilepaskan kembali dan justru menjadi lebih kecil daripada sebelumnya. (Credit: Image courtesy of Duke University)

Untuk dapat merentangkan polimer demi polimer kandidat, Lenhardt memakai alat yang memompa naik turun dalam sebuah larutan berisi polimer tersebut, menekannya dan melepaskan tekanannya 20 ribu kali per detik! Hal ini menyebabkan gelembung kecil terbentuk dengan cepat. Ruang kosong yang terbentuk oleh gelembung ini menghantam ujung sebagian polimer dalam larutan dan merentangkannya, hanya dalam seper semiliar detik (nanodetik).

Craig menganalogikannya sebagai berikut: “Bayangkan dua buah rakit yang menyusuri sungai. Kedua rakit ini dihubungkan oleh sebuah tali. Saat rakit pertama memasuki perairan yang deras, ia mengalami percepatan. Tali itu tertarik dan terentang. Tali itulah sang polimer tersebut.”

Lenhardt kemudian melakukan percobaan dengan berbagai polimer. Satu demi satu. Terus menerus tanpa kenal lelah. Ia mencatat hasil percobaan tiap spesies polimer dan waspada seandainya ada molekul polimer yang menjadi lebih reaktif saat direntangkan, yang mungkin mampu melakukan kimiawi terinduksi regangan.

Lalu, datanglah saat itu. Saat ia melihat pada polimer yang mengandung molekul berbentuk cincin kecil bernama gem-difluorocyclopropana (gDFC), ia terkejut dan menemukan kalau molekul ini justru menjadi lebih kecil setelah direntangkan dan dilepaskan.

Lenhardt menceritakan momen tersebut: “Saya lari ke kantor profesor Steve. Saya bilang, “Steve, ada yang aneh. Coba lihat ini!”” Lenhardt menuntut sang profesor ke mesin Resonansi Magnetik Nuklir yang bertanggung jawab atas percobaan tersebut dan terlihat di layar komputer kalau bentuk cincin tersebut setelah ditarik, justru menjadi lebih pendek.

Lebih aneh lagi, gDFC bukan hanya mengecil dari pada sebelumnya, tapi juga kondisinya sebelum ditarik berbeda dari setelah ditarik. Sebelum ditarik, gDFC seolah terjebak dalam keadaan terentang aneh yang jauh lebih panjang daripada normal. Sebuah keadaan yang disebut 1.3-diradikal.

Secara normal, saat sebuah molekul mengalami reaksi, ia melewati sebuah titik khusus yang disebut kondisi perantara. Ia akan berada dalam kondisi ini selama ratusan femtodetik. Beberapa ratus per seribu triliun detik. Ini memang susah diamati, sehingga ahli kimia biasanya hanya dapat menyimpulkan apa yang terjadi saat kondisi perantara dengan melihat kondisi sebelum dan sesudah.

Penelitian oleh rekan mereka dari Stanford menunjukkan kalau 1,3-diradikal yang terjebak ini sesungguhnya semacam kondisi perantara, namun dalam percobaan Leinhardt, kondisi ini terjadi bukannya dalam beberapa ratus femtodetik, tapi sekitar sepuluh ribu kali lebih lama, dalam orde nanodetik.

Ini menjadi sebuah jendela untuk melihat kondisi perantara secara langsung. “Kita dapat menjebak benda ini cukup lama untuk mempelajari reaktivitas jenis baru ini” kata Craig.

Lenhardt baru saja mulai, merentangkan polimer untuk mempelajari lebih jauh kondisi perantara ini dan melihat apakah ia dapat menemukan molekul lain yang lebih bertahan lama lagi di kondisi perantara, lewat kamera super ini.

“Setiap reaksi kimia memiliki kondisi energi tinggi yang harus anda tebak. Well, dalam beberapa kasus, mungkin anda tidak perlu menebak lagi,” kata Lenhardt.

Sebuah janji untuk masa depan kita. Dimana bahan pakaian anti sobek dan perekat super bisa terwujud. Terima kasih pada para ahli kimia. Terutama Lenhardt, profesor Craig, dan rekan-rekan peneliti dalam timnya, seperti mahasiswa s1 kimia Duke, Robert Choe, mahasiswa pasca sarjana Stanford, Mitchell Ong, mahasiswa pasca doktoral Christian Evenhuis dan professor Todd Martinez.

Dan tebak, penelitian super canggih ini didanai oleh Laboratorium Penelitian Angkatan Darat dan Kantor Penelitian Angkatan Darat Amerika Serikat. Wajar saja karena tampaknya militer akan jadi pihak pertama yang akan menerapkan hasil dari penemuan zat baru ini, seperti bahan anti peluru jenis baru misalnya.

Jika anda ingin membaca laporan penelitian aslinya, anda harus menjadi pelanggan jurnal ilmiah Science. Laporannya berada di halaman 1057 pada Science edisi 27  agustus 2010 sesuai referensi di bawah.

Sumber:

http://www.faktailmiah.com/2010/09/01/polimer-paling-elastik-di-dunia-ditemukan-gem-difluorosiklopropana-gdfc.html