..: tugas bahan konstruksi kimia "logam,polimer.dan keramik :..

Logam


Kristal gallium
Dalam kimia, sebuah logam (bahasa Yunani: Metallon) adalah sebuah unsur kimia yang siap membentuk ion (kation) dan memiliki ikatan logam, dan kadangkala dikatakan bahwa ia mirip dengan kation di awan elektron. Metal adalah salah satu dari tiga kelompok unsur yang dibedakan oleh sifat ionisasi dan ikatan, bersama dengan metaloid dan nonlogam. Dalam tabel periodik, garis diagonal digambar dari boron (B) ke polonium (Po) membedakan logam dari nonlogam. Unsur dalam garis ini adalah metaloid, kadangkala disebut semi-logam; unsur di kiri bawah adalah logam; unsur ke kanan atas adalah nonlogam.
Nonlogam lebih banyak terdapat di alam daripada logam, tetapi logam banyak terdapat dalam tabel periodik. Beberapa logam terkenal adalah aluminium, tembaga, emas, besi, timah, perak, titanium, uranium, dan zink.
Alotrop logam cenderung mengkilap, lembek, dan konduktor yang baik, sementara nonlogam biasanya rapuh (untuk nonlogam padat), tidak mengkilap, dan insulator.
Dalam bidang astronomi, istilah logam seringkali dipakai untuk menyebut semua unsur yang lebih berat daripada helium.
Paduan logam
Paduan logam merupakan pencampuran dari dua jenis logam atau lebih untuk mendapatkan sifat fisik, mekanik, listrik dan visual yang lebih baik. Contoh paduan logam yang populer adalah baja tahan karat yang merupakan pencampuran dari baja (Fe) dengan Krom (Cr).
Penggunaan Logam
Umumnya, logam bermanfaat bagi manusia, karena penggunaannya di bidang industri, pertanian, dan kedokteran.[1] Contohnya, merkuri yang digunakan dalam proses klor alkali.[1] Proses klor alkali merupakan proses elektrolisis yang berperan penting dalam industri manufaktur dan pemurnian zat kimia.[1] Beberapa zat kimia yang dapat diperoleh dengan proses elektrolisis adalah natrium, kalsium, magnesium, aluminium, tembaga, seng, perak, hidrogen, klor, fluor, natrium hidroksida, kalium dikromat, dan kalium permanganat.[1] Proses elektrolisis larutan natrium klorida tersebut merupakan proses klor-alkali. Elektrolisis larutan NaCl menghasilkan natrium hidroksida di katode (kutub positif) dan gas klor di anode (kutub negatif).[1] Pada industri angkasa luar dan profesi kedokteran dibutuhkan bahan yang kuat, tahan karat, dan bersifat noniritin, seperti aloi titanium.[1] Sebagian jenis logam merupakan unsur penting karena dibutuhkan dalam berbagai fungsi biokimiawi.[1] Pada zaman dahulu, logam tertentu, seperti tembaga, besi, dan timah digunakan untuk membuat peralatan, perlengkapan mesin, dan senjata.[1]
Logam mulia
Secara umum logam mulia berarti logam-logam termasuk paduannya yang biasa dijadikan perhiasan, antara lain emas, perak, perunggu dan platina. Logam-logam tersebut memiliki warna yang bagus, tahan karat, lunak dan terdapat dalam jumlah yang sedikit di alam. Emas dan perak memiliki sifat penghantar listrik yang sangat baik sehingga banyak dipakai untuk melapisi konektor-konektor pada perangkat elektronik.
Logam berat
Logam berat (heavy metal) adalah logam dengan massa jenis lima atau lebih, dengan nomor atom 22 sampai dengan 92. Logam berat dianggap berbahaya bagi kesehatan bila terakumulasi secara berlebihan di dalam tubuh. Beberapa di antaranya bersifat membangkitkan kanker (karsinogen). Demikian pula dengan bahan pangan dengan kandungan logam berat tinggi dianggap tidak layak konsumsi.
Kasus-kasus pencemaran lingkungan menyebabkan banyak bahan pangan mengandung logam berat berlebihan. Kasus yang populer adalah sindrom Minamata, sebagai akibat akumulasi raksa (Hg) dalam tubuh ikan konsumsi.
Di Indonesia, pernah dilaporkan bahwa ikan-ikan di Teluk Jakarta juga memiliki kandungan raksa yang tinggi. Udang dari tambak Sidoarjo pernah ditolak importir dari Jepang karena dinilai memiliki kandungan kadmium (Cd) dan timbal (Pb) yang melebihi ambang batas. Diduga logam-logam ini merupakan dampak buangan limbah industri di sekitarnya. Kakao dari Indonesia juga pernah ditolak pada lelang internasional karena dinilai memiliki kandungan Cd di atas ambang batas yang diizinkan. Cd diduga berasal dari pupuk TSP yang diberikan kepada tanaman di perkebunan.
Plastik
Istilah plastik mencakup produk polimerisasi sintetik atau semi-sintetik. Mereka terbentuk dari kondensasi organik atau penambahan polimer dan bisa juga terdiri dari zat lain untuk meningkatkan performa atau ekonomi. Ada beberapa polimer alami yang termasuk plastik. Plastik dapt dibentuk menjadi film atau fiber sintetik. Nama ini berasal dari fakta bahwa banyak dari mereka "malleable", memiliki properti keplastikan. Plastik didesain dengan varias yang sangat banyak dalam properti yang dapat menoleransi panas, keras, "reliency" dan lain-lain. Digabungkan dengan kemampuan adaptasinya, komposisi yang umum dan beratnya yang ringan memastikan plastik digunakan hampir di seluruh bidang industri.


Pellet atau bijih plastik yang siap diproses lebih lanjut (injection molding, ekstrusi, dll)
Plastik dapat juga menuju ke setiap barang yang memiliki karakter yang deformasi atau gagal karena shear stress- lihat keplastikan (fisika) dan ductile.
Plastik dapat dikategorisasikan dengan banyak cara tapi paling umum dengan melihat tulang-belakang polimernya (vinyl{chloride}, polyethylene, acrylic, silicone, urethane, dll.). Klasifikasi lainnya juga umum.
Plastik adalah polimer; rantai-panjang atom mengikat satu sama lain. Rantai ini membentuk banyak unit molekul berulang, atau "monomer". Plastik yang umum terdiri dari polimer karbon saja atau dengan oksigen, nitrogen, chlorine atau belerang di tulang belakang. (beberapa minat komersial juga berdasar silikon). Tulang-belakang adalah bagian dari rantai di jalur utama yang menghubungkan unit monomer menjadi kesatuan. Untuk mengeset properti plastik grup molekuler berlainan "bergantung" dari tulang-belakang (biasanya "digantung" sebagai bagian dari monomer sebelum menyambungkan monomer bersama untuk membentuk rantai polimer). Pengesetan ini oleh grup "pendant" telah membuat plastik menjadi bagian tak terpisahkan di kehidupan abad 21 dengan memperbaiki properti dari polimer tersebut.
Pengembangan plastik berasal dari penggunaan material alami (seperti: permen karet, "shellac") sampai ke material alami yang dimodifikasi secara kimia (seperti: karet alami, "nitrocellulose") dan akhirnya ke molekul buatan-manusia (seperti: epoxy, polyvinyl chloride, polyethylene).
Sejarah
Plastik merupakan material yang baru secara luas dikembangkan dan digunakan sejak abad ke-20 yang berkembang secara luar biasa penggunaannya dari hanya beberapa ratus ton pada tahun 1930-an, menjadi 150 juta ton/tahun pada tahun 1990-an dan 220 juta ton/tahun pada tahun 2005. Saat ini penggunaan material plastik di negara-negara Eropa Barat mencapai 60kg/orang/tahun, di Amerika Serikat mencapai 80kg/orang/tahun, sementara di India hanya 2kg/orang/tahun.[1]
Jenis plastik
Plastik dapat digolongkan berdasarkan:
• Sifat fisikanya
o Termoplastik. Merupakan jenis plastik yang bisa didaur-ulang/dicetak lagi dengan proses pemanasan ulang. Contoh: polietilen (PE), polistiren (PS), ABS, polikarbonat (PC)
o Termoset. Merupakan jenis plastik yang tidak bisa didaur-ulang/dicetak lagi. Pemanasan ulang akan menyebabkan kerusakan molekul-molekulnya. Contoh: resin epoksi, bakelit, resin melamin, urea-formaldehida
• Kinerja dan penggunaanya
o Plastik komoditas
 sifat mekanik tidak terlalu bagus
 tidak tahan panas
 Contohnya: PE, PS, ABS, PMMA, SAN
 Aplikasi: barang-barang elektronik, pembungkus makanan, botol minuman
o Plastik teknik
 Tahan panas, temperatur operasi di atas 100 °C
 Sifat mekanik bagus
 Contohnya: PA, POM, PC, PBT
 Aplikasi: komponen otomotif dan elektronik
o Plastik teknik khusus
 Temperatur operasi di atas 150 °C
 Sifat mekanik sangat bagus (kekuatan tarik di atas 500 Kgf/cm²)
 Contohnya: PSF, PES, PAI, PAR
 Aplikasi: komponen pesawat
• Berdasarkan jumlah rantai karbonnya
o 1 ~ 4 Gas (LPG, LNG)
o 5 ~ 11 Cair (bensin)
o 9 ~ 16 Cairan dengan viskositas rendah
o 16 ~ 25 Cairan dengan viskositas tinggi (oli, gemuk)
o 25 ~ 30 Padat (parafin, lilin)
o 1000 ~ 3000 Plastik (polistiren, polietilen, dll)
• Berdasarkan sumbernya
o Polimer alami : kayu, kulit binatang, kapas, karet alam, rambut
o Polimer sintetis:
 Tidak terdapat secara alami: nylon, poliester, polipropilen, polistiren
 Terdapat di alam tetapi dibuat oleh proses buatan: karet sintetis
 Polimer alami yang dimodifikasi: seluloid, cellophane (bahan dasarnya dari selulosa tetapi telah mengalami modifikasi secara radikal sehingga kehilangan sifat-sifat kimia dan fisika asalnya)
Proses manufaktur plastik
• Injection molding
Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang berpemanas diinjeksikan ke dalam cetakan.
• Ekstrusi
Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang berpemanas secara kontinyu ditekan melalui sebuah orifice sehingga menghasilkan penampang yang kontinyu.
• Thermoforming
Lembaran plastik yang dipanaskan ditekan ke dalam suatu cetakan.
• Blow molding
Bijih plastik (pellet) yang dilelehkan oleh sekrup di dalam tabung yang berpemanas secara kontinyu diekstrusi membentuk pipa (parison) kemudian ditiup di dalam cetakan.
Sifat polimer konduktif
Polimer semikonduktif dan konduktif adalah polimer terkonjugasi yang menunjukkan perubahan ikatan tunggal dan ganda antara atom-atom karbon pada rantai utama polimer. Ikatan ganda diperoleh dari karbon yang memiliki empat elektron valensi, namun pada molekul terkonjugasi hanya memiliki tiga (kadang-kadang dua) atom lain. Elektron yang tersisa membentuk ikatan π, elektron yang terdelokalisasi pada seluruh molekul. Suatu zat dapat bersifat polimer konduktif jika mempunyai ikatan rangkap yang terkonjugasi. Contoh dari polimer terkonjugasi adalah plastik tradisonal (polyethylen), sedangkan polimer konduktif antara lain : polyacetilen, polpyrol, polytiopen, polyaniline dan lain lain. Indonesia merupakan salah satu penghasil biji plastik untuk jenis Polypropylene atau PP dan High Density PolyEthylene atau HDPE.


Pembuatan Polyacetilen
Polimer konduktif dapat dibuat dari polyacetilen. Polyacetilen merupakan polimer terkonjugasi sederhana yang mempunyai dua bentuk: yaitu bentuk cis dan trans polyacetilen.
Sedangkan pembuatan polyacetilen dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu
• 1. cara pemanasan
• 2. cara dopping.
Polyacetilen bentuk trans dibuat dengan kondisi temperatur yang berbeda. Katalis Ti(O-n-C4H9)4-(C2H5)3Al.
Temperatur (oC) % trans
150 100
100 92,5
50 67,6
18 40,7
0 21,4
-18 4,6
-78 1,9
Temperatur yang menunjukan proses isomerisasi irreversibel dengan bentuk cis terjadi pada temperatur yang lebih tinggi pada 145 oC menghasilkan bentuk trans. Bentuk cis secara termodinamika kurang stabil dibandingkan dengan bentuk trans. Pada temperatur tinggi, dan secara spontan isomer cis dapat berubah menjadi trans.
Konduktifitas polyacetilen dapat ditingkatkan dengan proses halogenasi. Struktur polyacetilen dapat mengalami resonansi sehingga konduktifitasnya menjadi lebih besar. Adanya resonansi pada poliasetilen menyebabkan material dapat menghantarkan arus listrik.
Bila klorin ditambahkan pada film, ternyata tidak menghasilkan spektrum garis, tetapi reaksi adisi klorin menghasilkan spektrum polyacetilen yang jelas. Sekarang dikenal doping-induced pita IR yang disusun dari 3 pita yaitu pada 1397, 1288 dan 888 cm-1, absorbsi kuat jelas dibanding undoped polymer.
Industri
Sekarang ini utamanya ada enam komoditas polimer yang banyak digunakan, mereka adalah polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polyethylene terephthalate, polystyrene, dan polycarbonate. Mereka membentuk 98% dari seluruh polimer dan plastik yang ditemukan dalam kehidupan sehari-hari. Masing-masing dari polimer tersebut memiliki sifat degradasi dan ketahanan panas, cahaya, dan kimia.

Sekilas
Meskipun istilah polimer lebih populer menunjuk kepada plastik, tetapi polimer sebenarnya terdiri dari banyak kelas material alami dan sintetik dengan sifat dan kegunaan yang beragam. Bahan polimer alami seperti shellac dan amber telah digunakan selama beberapa abad. Kertas diproduksi dari selulosa, sebuah polisakarida yang terjadi secara alami yang ditemukan dalam tumbuhan. Biopolimer seperti protein dan asam nukleat memainkan peranan penting dalam proses biologi.
Plastik mempunyai berbagai sifat yang menguntungkan, diantaranya:
a. Umumnya kuat namun ringan.
b. Secara kimia stabil (tidak bereaksi dengan udara, air, asam, alkali dan berbagai zat kimia lain).
c. Merupakan isolator listrik yang baik.
d. Mudah dibentuk, khusunya dipanaskan.
e. Biasanya transparan dan jernih.
f. Dapat diwarnai.
g. Fleksibel/plastis
h. Dapat dijahit.
i. Harganya relatif murah.
Beberapa contoh plastik yang banyak digunakan antara lain polietilen, poli(vinil klorida), polipropilen, polistiren, poli(metil pentena), poli (tetrafluoroetilen) atau teflon.
1. Polietilen
Poli etilen adalah bahan termoplastik yang kuat dan dapat dibuat dari yang lunak sampai yang kaku. Ada dua jenis polietilen yaitu polietilen densitas rendah (low-density polyethylene / LDPE) dan polietilen densitas tinggi (high-density polyethylene / HDPE). Polietilen densitas rendah relatif lemas dan kuat, digunakan antara lain untuk pembuatan kantong kemas, tas, botol, industri bangunan, dan lain-lain.
Polietilen densitas tinggi sifatnya lebih keras, kurang transparan dan tahan panas sampai suhu 1000C. Campuran polietilen densitas rendah dan polietilen densitas tinggi dapat digunakan sebagai bahan pengganti karat, mainan anak-anak, dan lain-lain.
2. Polipropilen
Polipropilen mempunyai sifat sangat kaku; berat jenis rendah; tahan terhadap bahan kimia, asam, basa, tahan terhadap panas, dan tidak mudah retak. Plastik polipropilen digunakan untuk membuat alat-alat rumah sakit, komponen mesin cuci, komponen mobil, pembungkus tekstil, botol, permadani, tali plastik, serta bahan pembuat karung.
3. Polistirena
Polistiren adalah jenis plastik termoplast yang termurah dan paling berguna serta bersifat jernih, keras, halus, mengkilap, dapat diperoleh dalam berbagai warna, dan secara kimia tidak reaktif. Busa polistirena digunakan untuk membuat gelas dan kotak tempat makanan, polistirena juga digunakan untuk peralatan medis, mainan, alat olah raga, sikat gigi, dan lainnya.
4. Polivinil klorida (PVC)
Plastik jenis ini mempunyai sifat keras, kuat, tahan terhadap bahan kimia, dan dapat diperoleh dalam berbagai warna. Jenis plastik ini dapat dibuat dari yang keras sampai yang kaku keras. Banyak barang yang dahulu dapat dibuat dari karet sekarang dibuat dari PVC. Penggunaan PVC terutama untuk membuat jas hujan, kantong kemas, isolator kabel listrik, ubin lantai, piringan hitam, fiber, kulit imitasi untuk dompet, dan pembalut kabel.
5. Potetrafluoroetilena (teflon)
Teflon memiliki daya tahan kimia dan daya tahan panas yang tinggi (sampai 2600C) Keistimewaan teflon adalah sifatnya yang licin dan bahan lain tidak melekat padanya. Penggorengan yang dilapisi teflon dapat dipakai untuk menggoreng telur tanpa minyak.
6. Polimetil pentena (PMP)
Plastik poli metil pentena adalah plastik yang ringan dan melebur pada suhu 2400C. Barang yang dibuat dari PMP bentuknya tidak berubah bila dipanaskan sampai 2000C dan daya tahannya terhadap benturan lebih tinggi dari barang yang dibuat dari polistiren.
Bahan ini tahan terhadap zat-zat kimia yang korosif dan tahan terhadap pelarut organik, kecuali pelarut organik yang mengandung klor, misalnya kloroform dan karbon tetraklorida. PMP cocok untuk membuat alat¬alat laboratorium dan kedokteran yang tahan panas dan tekanan, tanpa mengalami perubahan, Barang-barang dari bahan ini tahan lama.


Keramik


Vas porselin Cina (Dinasti Qing) abad ke-18.
Keramik pada awalnya berasal dari bahasa Yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran.
Kamus dan ensiklopedia tahun 1950-an mendefinisikan keramik sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar, seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini tidak semua keramik berasal dari tanah liat. Definisi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. (Yusuf, 1998:2).
Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah felspard, ball clay, kwarsa, kaolin, dan air. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas.
Kurangnya beberapa elektron bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Di samping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya.


Klasifikasi keramik
Pada prinsipnya keramik terbagi atas:
Keramik tradisional
Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam, seperti kuarsa, kaolin, dll. Yang termasuk keramik ini adalah: barang pecah belah (dinnerware), keperluan rumah tangga (tile, bricks), dan untuk industri (refractory).
Keramik halus
Fine ceramics (keramik modern atau biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, techical ceramic) adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti: oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO,dll). Penggunaannya: elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. (Joelianingsih, 2004)
Sifat Keramik
Simulation of the outside of the Space Shuttle as it heats up to over 1,500°C during re-entry into the Earth's atmosphere.
sifat yang umum dan mudah dilihat secara fisik pada kebanyakan jenis keramik adalah britle atau rapuh, hal ini dapat kita lihat pada keramik jenis tradisional seperti barang pecah belah, gelas, kendi, gerabah dan sebagainya, coba jatuhkan piring yang terbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, pasti keramik mudah pecah, walaupun sifat ini tidak berlaku pada jenis keramik tertentu, terutama jenis keramik hasil sintering, dan campuran sintering antara keramik dengan logam. sifat lainya adalah tahan suhu tinggi, sebagai contoh keramik tradisional yang terdiri dari clay, flint dan feldfar tahan sampai dengan suhu 1200 C, keramik engineering seperti keramik oksida mampu tahan sampai dengan suhu 2000 C. kekuatan tekan tinggi, sifat ini merupakan salah satu faktor yang membuat penelitian tentang keramik terus berkembang.