√ Soal Open Ended Osn Pertamina 2016 Bidang Kimia
Konten [Tampil]
PERTAMINA OLIMPIADE SAINS 2016
SOAL OPEN ENDED BIDANG KIMIA
Petunjuk Pengerjaan Soal Open ended untuk bidang Kimia
Dalam menjawab problem yang diberikan dalam open ended ini, Anda harus menuliskan hasil studi literatur/pustaka yang Anda peroleh mengenai problem yang ditanyakan dalam bentuk laporan (makalah) dan presentasi power point (ppt). Kerangka penulisan laporan dan ppt presentasi hasil penelusuran literature tersebut meliputi:
2. Hasil studi pustaka/ penelusuran literatur.
3. Pembahasan serta saran/solusi Anda untuk menjelaskan/ menuntaskan permasalahan.
4. Kesimpulan
5. Daftar referensi
PILIHLAH SALAH SATU TOPIK SOAL OPEN ENDED yang disediakan :
1. Katalisis Heterogen Pada Transformasi Senyawa Organik Limbah Bahan Hayati untuk Produksi Energi Baru – Terbarukan
2. Biodiesel
3. Kimia Organik Pada HP-mu : OLED (Organic Light-Emitting Diodes)
4. Pengembangan Metode Analisis Logam Berat
Katalisis Heterogen Pada Transformasi Senyawa Organik Limbah Bahan Hayati untuk Produksi Energi Baru – Terbarukan, Pertumbuhan populasi, transportasi dan industrialisasi telah menimbulkan kenaikan konsumsi materi bakar fosil yang persediaannya semakin menipis, sehingga dibutuhkan sumber energi gres dan terbarukan untuk menjaga ketahanan energi nasional. Indonesia sudah selayaknya bersyukur kepada Tuhan Yang Maha Esa alasannya yakni dianugerahi banyak sekali macam kekayaan alam khususnya material hayati. Di dalam material hayati, terdapat senyawa-senyawa organik yang sanggup menjadi prekursor pada produksi energi terbarukan, baik yang outputnya berupa energi listrik maupun materi bakar jet (bioavtur), biogasoline, bioethanol, dan biodiesel. Limbah-limbah pertanian serta perkebunan mengandung senyawa-senyawa potensial yang sanggup dikonversi lebih lanjut menjadi kandidat materi bakar masa depan dengan kaidah sintesis dan prosedur reaksi kimia organik, mencakup reaksi kondensasi Aldol, hidrogenasi, hidrasi, transesterifikasi dan lain-lain. Pada sudut pandang lain, seiring dengan perkembangan zaman, penggunaan katalis heterogen untuk transformasi senyawa organik semakin diminati alasannya yakni banyak manfaat yang diperoleh menyerupai acara katalitik yang relatif tinggi, stabil, fasilitas dalam penanganan dan pemisahan, serta bersifat ramah lingkungan. Dengan demikian, proses produksi energi gres dan terbarukan menjadi lebih gampang dan sanggup dilakukan secara berkelanjutan dengan tetap berpegang teguh pada prinsip-prinsip GREEN CHEMISTRY.
1. Pilihlah salah satu materi limbah yang mengandung senyawa-senyawa dengan potensi untuk sanggup dikonversi menjadi energi gres terbarukan.
2. Pilihlah material katalis heterogen yang digunakan untuk reaksi konversi materi limbah yang Saudara pilih.
3. Jelaskan bagaimana metoda sintesis material katalis heterogen tersebut serta modifikasinya.
4. Jelaskan bagaimana cara karakterisasi katalis heterogen yang Saudara pilih memakai instrumentasi modern ketika ini.
5. Jelaskan aspek sintesis dan prosedur reaksi organik yang digunakan pada tahap-tahap produksi energi terbarukan dari materi limbah yang Saudara pilih.
6. Jelaskan bagaimana mendapat parameter kondisi reaksi dari transformasi senyawa organik memakai katalis heterogen supaya didapatkan hasil yang optimum.
7. Jelaskan keunggulan material katalis heterogen yang digunakan untuk produksi energi gres terbarukan pilihan Saudara, dari aspek yield produk (rendemen hasil), kestabilan (stability), keberulangan (reusability), imbas luas permukaan, ukuran partikel, dll.
8. Jelaskan bagaimana meningkatkan parameter kondisi reaksi dan acara katalitik dari material katalis heterogen yang Saudara pilih, dengan cita-cita bahwa energi gres terbarukan yang dihasilkan semakin banyak dan berkualitas tinggi.
Biodiesel
Biodiesel merupakan substansi tidak beracun dan sanggup diuraikan oleh lingkungan sehingga sanggup dijadikan salah satu alternatif materi bakar diesel ramah lingkungan. Sebuah studi di Amerika Serikat mengungkapkan bahwa emisi CO2 oleh biodiesel 75% lebih rendah dibandingkan materi bakar fosil. Negara-negara yang mempunyai ketergantungan pada impor minyak bumi sanggup melepas ketergantungan dengan memperbanyak produksi biodiesel dalam negeri. Biodiesel biasanya diperoleh dari lemak binatang dan tumbuhan. Dibandingkan dengan hewan, lebih banyak didominasi biodiesel diproduksi dari minyak nabati yang berasal dari banyak sekali jenis tumbuhan. Selain mempunyai kelebihan, ternyata biodiesel juga mempunyai banyak kekurangan. Dari segi performa, kandungan energi biodiesel 11% lebih rendah dari solar sehingga kemampuan dalam menghasilkan tenaga lebih kecil dibandingkan materi bakar fosil. Dari segi kestabilan, bila disimpan dalam waktu usang biodiesel akan cenderung menjelma gel dan sanggup ditumbuhi mikroba sehingga sanggup memicu masalah pada mesin. Seiring dengan peningkatan kebutuhan biodiesel, nantinya akan semakin banyak tumbuhan materi baku yang harus ditanam untuk memenuhi permintaan. Hal ini akan memicu dilema apakah suatu tumbuhan pangan tertentu lebih diprioritaskan untuk dikonsumsi atau diolah menjadi biodiesel. Oleh alasannya yakni itu, perlu dilakukan penemuan produksi biodiesel dari limbah organik yang jumlahnya sangat banyak dan ada di sekitar kita.
a. Pilihlah salah satu limbah organik yang sanggup dijadikan sebagai materi baku produksi biodiesel, jelaskan alasan tersebut. Limbah tersebut harus tersedia dalam jumlah banyak secara kontinu dan kandungannya harus memenuhi syarat materi baku biodiesel.
b. Jelaskan metode isolasi (produksi) biodiesel dari limbah organik di atas.
c. Jelaskan analisis yang dilakukan untuk menguji biodiesel yang dihasilkan dari limbah organik di atas.
d. Usulkan modifikasi metode yang Saudara akan lakukan untuk mengoptimalkan hasil yang diperoleh.
e. Jelaskan parameter atau kondisi setiap modifikasi metode tersebut supaya didapatkan hasil yang optimal.
f. Usulkan modifikasi atau transformasi biodiesel yang Saudara akan dilakukan untuk meminimalkan kekurangan dan meningkatkan kelebihan yang ada pada biodiesel.
g. Jelaskan instrumentasi pendukung karakterisasi hasil modifikasi biodiesel.
a. Pilihlah salah satu limbah organik yang sanggup dijadikan sebagai materi baku produksi biodiesel, jelaskan alasan tersebut. Limbah tersebut harus tersedia dalam jumlah banyak secara kontinu dan kandungannya harus memenuhi syarat materi baku biodiesel.
b. Jelaskan metode isolasi (produksi) biodiesel dari limbah organik di atas.
c. Jelaskan analisis yang dilakukan untuk menguji biodiesel yang dihasilkan dari limbah organik di atas.
d. Usulkan modifikasi metode yang Saudara akan lakukan untuk mengoptimalkan hasil yang diperoleh.
e. Jelaskan parameter atau kondisi setiap modifikasi metode tersebut supaya didapatkan hasil yang optimal.
f. Usulkan modifikasi atau transformasi biodiesel yang Saudara akan dilakukan untuk meminimalkan kekurangan dan meningkatkan kelebihan yang ada pada biodiesel.
g. Jelaskan instrumentasi pendukung karakterisasi hasil modifikasi biodiesel.
KIMIA ORGANIK PADA HP MU
OLED (Organic Light-Emitting Diodes)
OLED atau Organic Light-Emitting Diodes telah merevolusi masyarakat dalam 10 tahun belakangan ini. TV layar datar, handphone, dan tablet, semua memakai teknologi OLED untuk menampilkan gambar high definition dengan kecerahan dan warna yang jauh di atas layar CRT. OLED benar-benar telah mematikan layar CRT (Cathode Ray Tubes) yang selama ini mendominasi. Teknologi ini telah memungkinkan penciptaan peralatan elektronik yang lebih kecil, lebih murah dan lebih fleksibel daripada monitor CRT. Kunci keberhasilan ini yakni berkat penemuan conducting organic polymer. Sebelumnya, molekul organik hanya dikenal sebagai senyawa non polar sehingga lebih cocok digunakan sebagai isolator dan tidak pernah terpikirkan akan mempunyai kegunaan sebagai barang elektronik. Meskipun OLED masa sekarang jauh lebih kompleks, desain awalnya ternyata lebih sederhana dan sanggup dianalisis memakai dasar-dasar kimia organik.
Pada kesempatan kali ini, anda akan memilih bagaimana mensintesis polimer penghantar dari materi kimia organik, bagaimana memvariasikan strukturnya warna cahaya yang diemisikan (penting untuk membuat gambar berwarna), dan memilih bagaimana dan apa fungsinya.
• Bacalah halaman pertama dari “Light-emitting diodes based on conjugated polymers,” J.H. Burroughes, et al., Nature (1990), 347, p. 539. Anda hanya perlu membaca halaman 539;
selebihnya hanya berfokus pada fisika dan elektronik dari material. Kita akan fokus pada kimia dan sintesis. Artikel tersedia di: http://www.nature.com/nature/journal/v347/n6293/pdf/347539a0.pdf atau http://www.nature.com/physics/looking-back/burroughes/index.html
• Carilah artikel “OLED,” dari Wikipedia.
• Baca chapter 14, 15 and 16 (“Conjugated Compounds and Ultraviolet Spectroscopy”;“Benzene and Aromaticity”; “Chemistry of Benzene”) pada organic chemistry textbook (McMurry, Organic Chemistry, 8th ed.).
Pertanyaan
Pada kesempatan kali ini, anda akan memilih bagaimana mensintesis polimer penghantar dari materi kimia organik, bagaimana memvariasikan strukturnya warna cahaya yang diemisikan (penting untuk membuat gambar berwarna), dan memilih bagaimana dan apa fungsinya.
• Bacalah halaman pertama dari “Light-emitting diodes based on conjugated polymers,” J.H. Burroughes, et al., Nature (1990), 347, p. 539. Anda hanya perlu membaca halaman 539;
selebihnya hanya berfokus pada fisika dan elektronik dari material. Kita akan fokus pada kimia dan sintesis. Artikel tersedia di: http://www.nature.com/nature/journal/v347/n6293/pdf/347539a0.pdf atau http://www.nature.com/physics/looking-back/burroughes/index.html
• Carilah artikel “OLED,” dari Wikipedia.
• Baca chapter 14, 15 and 16 (“Conjugated Compounds and Ultraviolet Spectroscopy”;“Benzene and Aromaticity”; “Chemistry of Benzene”) pada organic chemistry textbook (McMurry, Organic Chemistry, 8th ed.).
Pertanyaan
1. Tuliskan definisi singkat istilah-istilah di bawah ini.
a. Konjugasi
b. Polimer
c. HOMO dan LUMO
2. Jawablah pertanyaan di bawah ini.
a. Mengapa senyawa terkonjugasi menyerap sinar pada kawasan ultraviolet?
b. Mengapa semakin banyak ikatan rangkap terkonjugasi pada suatu senyawa, menyerap sinar
pada panjang gelombang yang lebih tinggi?
c. Apa yang diharapkan oleh senyawa organik supaya sanggup menyerap pada kawasan sinar tampak?
1. Sinthesis Polimer
Urut-urutan reaksi untuk mensintesis poly(phenylene vinylene) (PPV) dari Burroughes, et al.,
ditunjukkan di bawah ini.
a. Gambarkan prosedur pada reaksi 1.
b. Gambarkan polimerisasi pada reaksi 2. Mengapa kondisi reaksi ini menimbulkan terjadinya
polimerisasi?
c. Mengapa eliminasi pada reaksi 3 terjadi hanya dengan pemanasan?
2. Electroluminescence
Definisi electroluminescence yakni lepasnya cahaya dari material ketika diberikan arus listrik.
a. Gambarkan diagram orbital molekul dari 1,3-butadiena dan 1,3,5-hexatriena. Berikan label HOMO and LUMO pada masing-masing. Molekul yang mana yang mempunyai energy gap lebih rendah antara HOMO and LUMO nya? Apa artinya hal tersebut bila dikaitkan dengan frekuensi cahaya diserap oleh kedua molekul tersebut?
b. Agar berguna, sinar yang diemisikan haruslah berada dalam kawasan visible. Mengapa materialnya harus berupa polimer panjang dengan ikatan rangkap terkonjugasi?
Definisi electroluminescence yakni lepasnya cahaya dari material ketika diberikan arus listrik.
a. Gambarkan diagram orbital molekul dari 1,3-butadiena dan 1,3,5-hexatriena. Berikan label HOMO and LUMO pada masing-masing. Molekul yang mana yang mempunyai energy gap lebih rendah antara HOMO and LUMO nya? Apa artinya hal tersebut bila dikaitkan dengan frekuensi cahaya diserap oleh kedua molekul tersebut?
b. Agar berguna, sinar yang diemisikan haruslah berada dalam kawasan visible. Mengapa materialnya harus berupa polimer panjang dengan ikatan rangkap terkonjugasi?
3. Variasi Warna
Kelebihan dari OLED yakni kemampuan untuk mengatur frekuensi emisi cahaya sehingga cahaya yang dilepaskan sanggup berbeda warna. Hal ini sanggup dicapai dengan memvariasikan substituent pada polimer PPV.
a. Dua varian PPV yang umum yakni BuEH-PPV dan BEH-PPV, strukturnya sanggup dilihat pada Gambar 2. Jika PPV dan BuEH-PPV mengemisikan cahaya di kawasan hijau/kuning-hijau, sedangkan BEH-PPV mengemisikan cahaya di kawasan merah, jelaskan mengenai gap HOMO/LUMO dari kedua senyawa tersebut.
b. Berdasarkan gosip di atas, kira-kira jenis subtituent apa yang akan anda masukkan pada cincin aromatik untuk menghasilkankan emisi cahaya biru?
b. Berdasarkan gosip di atas, kira-kira jenis subtituent apa yang akan anda masukkan pada cincin aromatik untuk menghasilkankan emisi cahaya biru?
Pengembangan Metode Analisis Logam Berat
Pencemaran logam berat pada air bahari merupakan permasalahan lingkungan yang cukup serius alasannya yakni potensi akumulasi polutan tersebut dalam organisme bahari dan sedimen. Melalui rantai makanan logam berat masuk ke dalam badan insan sehingga menjadikan imbas toksik seperti
gangguan sintesis hemoglobin darah, gangguan neurologi (susunan syaraf), gangguan pada sistem ekskresi, dan gangguan pada sistem reproduksi. Logam berat yang sering terdapat dalam pencemaran air yakni Hg, Pb, Cd,, Cu, Ni, dan Zn. Dalam sampel air laut, logam berat ditemukan dalam konsentrasi yang sangat rendah (renik) dengan nilai ambang batas (NAB) yang ditetapkan oleh kementerian Lingkungan Hidup (KLH) yaitu 10 ppb (Pb), 0,11 ppb (Cd), 1 ppb (Cu), 2 ppb(Ni), dan 0,1 ppm (Zn). Instrunen analisis logam berat untuk konsentrasi renik telah banyak dikembangkan menyerupai Inductively Coupled Plasma (ICP). Akan tetapi biaya yang dibutuhkan untuk penggunaan instrumen tersebut cukup mahal, sehingga diharapkan suatu pengembangan metoda analisis yang tepat, biaya rendah, dan memenuhi prinsip-prinsip green chemistry.
Pertanyaan :
gangguan sintesis hemoglobin darah, gangguan neurologi (susunan syaraf), gangguan pada sistem ekskresi, dan gangguan pada sistem reproduksi. Logam berat yang sering terdapat dalam pencemaran air yakni Hg, Pb, Cd,, Cu, Ni, dan Zn. Dalam sampel air laut, logam berat ditemukan dalam konsentrasi yang sangat rendah (renik) dengan nilai ambang batas (NAB) yang ditetapkan oleh kementerian Lingkungan Hidup (KLH) yaitu 10 ppb (Pb), 0,11 ppb (Cd), 1 ppb (Cu), 2 ppb(Ni), dan 0,1 ppm (Zn). Instrunen analisis logam berat untuk konsentrasi renik telah banyak dikembangkan menyerupai Inductively Coupled Plasma (ICP). Akan tetapi biaya yang dibutuhkan untuk penggunaan instrumen tersebut cukup mahal, sehingga diharapkan suatu pengembangan metoda analisis yang tepat, biaya rendah, dan memenuhi prinsip-prinsip green chemistry.
Pertanyaan :
a. Sebelum dilakukan analisis eksitu teknik preparasi sampel harus diperhatikan supaya tidak terjadi kesalahan pengukuran, Jelaskan teknik preparasi yang mungkin dilakukan untuk sampel cairan (air laut) dan padatan (organisme dan sedimen) supaya kadar logam dalam sampel tidak berubah!
b. Pilih satu metoda yang sanggup digunakan untuk analisis logam berat, Jelaskan alasan anda !
c. Sebutkan gangguan-gangguan analisis yang sanggup terjadi terhadap metoda yang saudara ajukan!
d. Untuk analisis dalam konsentrasi yang sangat rendah (renik) diharapkan satu teknik pemisahan dan pemekatan (preconcentration), Ajukan suatu tenik pemisahan dan pemekatan yang mungkin untuk logam berat dan jelaskan !
e. Jelaskan parameter kondisi reaksi supaya diperoleh hasil pemisahan dan pemekatan yang selektif dan optimum !
f. Rancanglah suatu metoda analisis inline yang sanggup dilakukan untuk analisis logam dalam konsentrasi renik (trace level analysis) !
g. Jelaskan prinsip green chemistry yang mungkin anda penuhi dalam metoda analisis yang anda gunakan !
h. Sebutkan parameter yang sanggup digunakan untuk memvalidasi metode analisis yang anda usikan dan jelaskan !