3. 2 Kandungan keramik Kimia itu Mudah: SMK Analis Kimia

384

20. 3. 3 Sej arah keramik

berlanjut ke halaman berikutnya … 4.000 SM Ditemukan glass pada masa Mesir kuno. Glass primitif terbuat dari kaca silikat pada permukaan quartz sintering, awalnya digunakan sebagai perhiasan. Coating keramik ini berlanjut sampai sekarang untuk berbagai benda, bak mandi, pipa, pesawat terbang, dll. 600 M Porselin , keramik komposit gabungan pertama, dibuat oleh bangsa Cina. Material tahan lama ini dibuat dari pembakaran clay bersama dengan feldspar dan quartz. Porselin digunakan dalam berbagai aplikasi, insulator listrik sampai alat makan. 26.000 SM Manusia primitif menemukan bahwa lempung dari lemak mamoth dan tulang yang dicampur abu tulang, dapat dicetak dan dikeringkan dengan matahari menghasilkan material brittlerapuh dan tahan panas. Maka dimulailah masa seni keramik. 50 SM – 50 M Pembuatan glass optik lensa dan cermin, kaca jendela, teknik peniupan kaca mulai berkembang di Roma dan tersebar ke seluruh dunia melalui kekaisaran Romawi. 6.000 SM Teknik pembakaran keramik dimulai pada masa Yunani kuno. Gerabah Yunani, Pithai, dikembangkan dan dimanfaatkan sebagai tempat penyimpanan, upacara pemakaman, dan seni. 1870an Material refractory tahan suhu tinggi mulai dikenal selama Revolusi Industri. Material ini terbuat dari kapur dan MgO, dimanfaatkan untuk berbagai keperluan, mulai batubata hingga lapisan furnace untuk baja. 385 1960 Dengan penemuan laser dan sinar yang dapat menembus glass, berkembanglah ilmu baru tentang optic fiber . Kabel optis fiber membuat sinar pulsa mampu membawa informasi dalam jumlah besar dan sedikit energi hilang. 1877 Contoh pertama riset material high- tech oleh Thomas Edison. Edison menguji resistivitas keramik untuk digunakan dalam penemuan terbarunya, mikrofon karbon. 1889 American Ceramic Society didirikan oleh Elmer E. Gorton, Samuel Geijsbeek, dan Colonel Edward Orton Jr. Tujuan utamanya untuk menguak misteri keramik high-tech. American Ceramic Society 735 Ceramic Place Westerville, Ohio 43081-8720 614-890-4700 1965 Perkembangan sel fotovoltaic yang mampu mengubah cahaya menjadi listrik membuka jalan baru untuk memanfaatkan energi matahari. 1987 Ilmuwan menemukan oksida keramik superkonduktor dengan temperatur kritis 92K. Potensial untuk superkonduktor sirkuit terintegrasi dalam komputer high-speed. 1992 Keramik yang disebut material “smart” mulai dipublikasikan. Bisa mendeteksi dan bereaksi terhadap perubahan kondisi permukaan dan makhluk hidup. Misal, kantong udara dalam mobil yang merespon sinyal tekanan ketika tabrakan. … lanjutan 386

20. 3. 4 Struktur dan sifat keramik

Sif at mat erial keramik, sepert i j uga mat erial lainnya, disebabkan oleh t ipe at om penyusunnya, t ipe ikat an at ar at om, dan susunan at au packing at om. Keramik kebanyakan dibuat dari dua unsur at au lebih yang disebut senyawa. Ikat an kimia yang berperan dalam keramik umumnya adalah kovalen dan ionik, keduanya lebih kuat daripada ikat an logam. Hal inilah yang menyebabkan logam bersif at duct ile lent ur, sedangkan keramik bersif at brit t le rapuh. St rukt ur lain yang berperan pent ing dalam sif at mat erial adalah mi kr ost r ukt ur . Unt uk keramik, mikrost rukt urnya bisa glassy, krist alin, at au kombinasi keduanya. St rukt ur at om berpengaruh t erhadap sif at kimia, f isik, t ermal, list rik, magnet ik, dan opt ik. Mikrost rukt ur j uga mempengaruhi sif at - sif at ini, t et api pengaruh t erbesarnya adalah pada sif at mekanik dan pada laj u reaksi kimia. Sif at keramik sangat bervariasi, t et api yang umum dan mudah dilihat secara f isik pada kebanyakan j enis keramik adalah brit le at au rapuh, dapat kit a lihat pada keramik t radisional sepert i barang pecah- belah, glass, kendi, gerabah dan sebagainya, coba j at uhkan piring yang t erbuat dari keramik bandingkan dengan piring dari logam, past i keramik mudah pecah, walaupun sif at ini t idak berlaku pada j enis keramik t ert ent u, t erut ama j enis keramik hasil sint ering, dan campuran ant ara keramik dengan logam. Sif at lainnya adalah keras, insulat or list rik dan panas karena keramik t ahan pada suhu t inggi. Sebagai cont oh keramik t radisional yang t erdiri dari clay, f lint dan f eldspar t ahan sampai dengan suhu 1200 ° C, keramik engineering sepert i keramik oksida mampu t ahan sampai dengan suhu 2000 ° C. Selain it u, keramik umumnya memiliki sif at non-magnet ik, t ahan t erhadap oksidasi, cenderung mengalami t hermal shock, st abil secara kimia, dan kekuat an t ekannya t inggi. Perbandingan sif at ant ara logam dan keramik diberikan pada Tabel 20. 1 berikut : Tabel 20. 1 Perbedaan sif at logam dan keramik LOGAM KERAMIK St rukt ur krist al Banyak elekt ron bebas Ikat an logam Kondukt ivit as list rik t inggi At om-at omnya unif orm Tensile st rengt h t inggi Shear st rengt h rendah Duct ile Impact st rengt h bagus Relat if berat Kekerasan sedang Non-porous Densit as t inggi St rukt ur krist al Elekt ron t idak bebas Ikat an ionik kovalen Kondukt ivit as list rik rendah At om-at om berbeda ukuran Tensile st rengt h rendah Shear st rengt h t inggi Brit t le Impact st rengt h j elek Relat if ringan Sangat keras Porosit as t inggi Densit as rendah 387 Tent u saj a ada pengecualian sif at unt uk beberapa keramik. Misalnya, glass borosilikat dan keramik glass lainnya sangat t ahan t erhadap t hermal shock, sehingga digunakan dalam oven, kompor, dan f urnit ure. Beberapa keramik j uga menunj ukkan sif at kondukt ivit as list rik yang sangat bagus dan sif at magnet ik. Sif at -sif at keramik t ersebut merupakan salah sat u f akt or yang membuat penelit ian t ent ang keramik t erus berkembang. Berikut adalah uraian t ent ang sif at keramik.

1. Sifat Fisik

x Densit as x Temperat ur leleh Densit as Densit as didef inisikan sebagai ukuran massa at au volume, dan memiliki sat uan g cm 3 at au pounds inch 3 . Densit as dit ent ukan oleh : a. Ukur an dan ber at unsur Unsur dengan bilangan at omik dan berat at omik rendah menghasilkan mat erial dengan densit as krist alograf i rendah, cont oh : H, Be, C, Si. Unsur dengan nomor at om dan berat at omik t inggi menghasilkan densit as krist alograf i t inggi, cont oh : W, Zr, Tb, U. Mat erial organik mempunyai densit as rendah, karena umumnya st rukt urnya t ersusun dari C, H, dan unsur-unsur dengan berat at omik rendah Cl dan F. b. Kepadat an st r ukt ur t er j ej al cl ose-packi ng Ket erj ej alan at omik mempunyai ef ek yang kecil t erhadap densit as dibanding dengan f akt or-f akt or yang t ersebut sebelumnya Close-packing dalam logam dan keramik yang t erikat secara ionik menghasilkan densit as relat if t inggi daripada st rukt ur t erbuka dari keramik yang t erikat secara kovalen. Misalnya : ZrO 2 4. 65 g cm 3 dan ZrSiO 3 5. 8 g cm 3 Sebenarnya diharapkan ZrSiO 3 mempunyai densit as lebih t inggi daripada ZrO 2 , t et api karena ZrSiO 3 memiliki st rukt ur sedikit t erbuka mengarah pada ikat an kovalen Si-O, maka ZrSiO 3 mempunyai densit as lebih rendah daripada ZrO 2 . Polimorf t emperat ur t inggi biasanya mempunyai densit as lebih rendah daripada polimorf t emperat ur lebih rendah Misalnya : glass mempunyai densit as lebih rendah daripada st rukt ur krist al pada komposisi yang sama.