ALUMUNIUM

1.      Aluminium (Al)
Aluminium adalah logam yang terbanyak di dunia. Logam ini merupakan 8% dari bagian kerak bumi. Logam aluminium pertama kali dibuat dalam bentuk murni oleh Oersted, pada tahun 1825, melalui pemanasan amonium klorida dengan amalgam kalium raksa. Pada tahun 1854, Henri Sainte dan Claire Deville membuat aluminium dari natrium aluminium klorida dengan cara memanaskannya dengan logam natrium. Pada tahun 1886, Charles Hall mulai memproduksi aluminium dengan proses skala besar seperti sekarang, yaitu melalui elektrolisis alumina di dalam kriolit lebur. Pada tahun itu pula Paul Herault mendapat paten Perancis untuk proses serupa dengan proses Hall. 
Kombinasi sifat yang ringan dan kuat, membuat aluminium cocok untuk berbagai penggunaan. Dengan berat yang sama, aluminium mempunyai konduktivitas dua kali lebih baik dari tembaga, dan keuletannya (ductility) pun tinggi pada suhu tinggi. Aluminium biasa dipadukan dengan logam seperti tembaga, magnesium, seng, silikon, krom, dan mangan sehingga kemanfaatannya pun lebih banyak lagi. Logam aluminium atau paduannya (alloy), terutama paduannya dengan magnesium, banyak digunakan dalam struktur pesawat terbang, mobil, truk, dan gerbong kereta api, dll. Bila digunakan dengan baik, aluminium tahan korosi.
Logam aluminium dibuat melalui reduksi elektrolitik alumina murni (Al2O3) di dalam penangas kriolit lebur. Alumina tidak dapat direduksi dengan karbon, karena adanya pembentukan Al4C3 (aluminium karbida), dan reaksi balik antara uap aluminium dengan CO2 di dalam kondensor akan menyebabkan terjadinya pembentukan aluminium oksida sebagaimana semula. Perubahan entalpi yang terjadi dalam reaksi itu adalah sebagai berikut:
Al2O3 + 1,5C --> 2Al + 1,5CO2

Karbon yang diperlukan untuk reduksi berasal dari anode dan untuk itu diperlukan antara 0,5 sampai 0,6 kg karbon per kilogram logam. Walaupun secara teoritis yang diperlukan sebetulnya hanyalah 0,33 kg, namun karena karbon dioksida yang keluar itu mengandung 10% sampai 15% karbon monoksida (CO), maka jumlah yang diperlukan dalam praktik tentu lebih besar. Langkah-langkah pembuatan logam aluminium adalah sebagai berikut. 
1. Pasang atau ganti pelapis sel
2. Buat anode karbon dan gunakan di dalam sel
3. Siapkan penangas kriolit dan kendalikan komposisinya
4. Larutkan alumina di dalam kriolit lebur
5. Larutan alumina dielektrolisis sehingga membentuk aluminium logam yang bertindak sebagai katode.
6. Karbon elektrode teroksidasi oleh oksigen yang dibebaskan
7. Aluminium cair dialirkan keluar dari sel, dipadu (bila perlu), dicetak menjadi 
logam batangan dan didinginkan.
Sel elektrolit berbentuk kotak baja besar. Di dalamnya terdapat kompartemen katode yang dilapisi dengan campuran pitch dan batubara antrasit atau dengan kokas yang dipanggang di tempat dengan bantuan arus listrik, atau dengan blok-blok katode yang telah dipanggang dan kemudian disemenkan satu sama lain. Lubang kompartemen katode itu mempunyai kedalaman 30 sampai 50 cm, dengan lebar mencapai 3 m dan panjang 9 m bergantung pada jenis sel dan beban yang direncanakan. Tebal pelapis berkisar antara 15 sampai 25 cm pada bagian sisi dan 26 sampai 46 cm pada bagian dasar. Di antara dinding baja dan pelapis dipasang isolasi termal yang terdiri dari baja tahan panas, blok asbes, atau bahan lain. Pada pelapis bagian dasar dipasang batangan baja besar yang berfungsi sebagai pengumpul arus katode. Batangan ini menjulur keluar melalui lubang pada kotak baja dan dihubungkan dengan batangan pengantar katode. Pelapis sel biasanya tahan 2 sampai 4 tahun. Kerusakan biasanya terjadi karena penyusupan logam melalui katode sehingga melarutkannya atau karena penetrasi logam keluar dari kotak baja melalui kebocoran di sekitar kolektor arus. Keseluruhan pelapis, isolasi dan kolektor itu kemudian diganti. Pelapisan kembali kotak sel merupakan sebagian besar dari biaya produksi dan di sini tercakup bukan saja tenaga kerja, kolektor, pelapis dan bahan isolasi, tetapi juga kehilangan bahan elektrolit yang diserap oleh pelapis yang terpakai. Gambar skematik penampang penangas reduksi aluminium ditunjukkan seperti gambar berikut ini
Selama beroperasinya sel, terjadi pembentukan kerak di atas permukaan penangas lebur. Alumina ditambahkan ke atas kerak ini, dimana alumina mengalami pemanasan dan melepaskan kandungan airnya. Kerak ini dipecahkan secara berkala dan alumina diaduk ke dalam penangas agar konsentrasinya tetap berada di sekitar 2% sampai 6%. Kebutuhan teoristis alumina adalah 1,89 kg per kilogram aluminium. Tetapi dalam praktik, angkanya kira-kira 1,91 kg. Bilamana kadar alumina di dalam penangas berkurang, dan efek anode berlangsung, maka pada anode terbentuk suatu lapisan tipis karbon tetrafluorida dan penangas tidak dapat lagi membasahi permukaan anode. Mengenai mekanisme yang sebenarnya terjadi dari pelarutan alumina di dalam penangas dan bagaimana mekanisme dekomposisi elektrolitiknya masih belum jelas. Tetapi hasil akhirnya adalah pembebasan oksigen pada anode dan pengendapan logam aluminium pada katode. Oksigen bergabung dengan anode karbon dan menghasilkan CO dan CO2, tetapi yang terbanyak adalah CO2.

PEMBUATAN UNSUR ALUMUNIUM

Aluminium merupakan unsur yang tergolong melimpah di kulit bumi. Mineral yang menjadi sumber komersial aluminium adalah bauksit. Bauksit mengandung aluminium dalam bentuk aluminium oksida (Al₂O₃). Pengolahan aluminium menjadi aluminium murni dapat dilakukan melalui dua tahap yaitu:
1. Tahap pemurnian bauksit sehingga diperoleh aluminium oksida murni (alumina)
2. Tahap peleburan alumina
Tahap pemurnian bauksit dilakukan untuk menghilangkan pengotor utama dalam bauksit. Pengotor utama bauksit biasanya terdiri dari SiO₂, Fe₂O₃, dan TiO₂. Caranya adalah dengan melarutkan bauksit dalam larutan natrium hidroksida (NaOH),

Al₂O₃ (s) + 2NaOH (aq) + 3H2O(l) ---> 2NaAl(OH)4(aq)

Aluminium oksida larut dalam NaOH sedangkan pengotornya tidak larut. Pengotor-pengotor dapat dipisahkan melalui proses penyaringan. Selanjutnya aluminium diendapkan dari filtratnya dengan cara mengalirkan gas CO₂ dan pengenceran.

2NaAl(OH)4(aq) + CO₂(g) ---> 2Al(OH)₃(s) + Na₂CO₃(aq) + H₂O(l)

Endapan aluminium hidroksida disaring,dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh aluminium oksida murni (Al₂O₃)

2Al(OH)₃(s) ---> Al₂O₃(s) + 3H₂O(g)

Selanjutnya adalah tahap peleburan alumina dengan cara reduksi melalui proses elektrolisis menurut proses Hall-Heroult.
Dalam proses Hall-Heroult, aluminum oksida dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na₃AlF₆) dalam bejana baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Selanjutnya elektrolisis dilakukan pada suhu 950 oC. Sebagai anode digunakan batang grafit.

Sumber: www.ibchem.com

Dalam proses elektrolisis dihasilkan aluminium di katode dan di anode terbentuk gas O₂ dan CO₂
Al₂O₃(l) ---> 2Al₃+(l) + 3O₂-(l)

Katode : Al₃+(l) + 3e ---> Al(l)
Anode : 2O₂-(l) ---> O₂(g) + 4 e
C(s) + 2O₂-(l) ---> CO₂(g) + 4e

Kegunaan

Sama ada dikira dari segi kuantiti atau nilai, penggunaan aluminium mengatasi kesemua logam kecuali besi, dan ia amatlah penting dalam hampir semua bahagian dalam ekonomi dunia.

Aluminium tulen mempunyai kekuatan tegangan yang rendah, tetapi sedia untuk membentuk aloi bersama dengan banyak unsur seperti tembaga, zink, magnesium, mangan dan silikon (contohnya, duralumin). Pada masa kini, hampir semua bahan yang dianggap aluminium adalah sebenarnya sejenis aloi aluminium. Aluminium tulen hanya ditemui apabila daya tahan kakisan adalah lebih penting daripada kekuatan atau kekerasan. Sedemikian juga, istilah "aloi" dalam penggunaan umum masa kini biasanya membawa maksud aloi aluminium.

Apabila digabung secara proses termomekanikal, aloi aluminium menunjukkan peningkatan memberangsangkan dari segi sifat mekanikal. Aloi aluminium membentuk komponen penting dalam pesawat udara danroket oleh sebab nisbah kekuatan kepada beratnya.

Apabila aluminium mengewap dalam vakum (hampagas) ia membentuk sejenis salutan yang memantul kedua-dua cahaya tampak dan inframerah. Salutan ini membentuk satu lapisan pelindung yang nipis iaitu aluminium oksida yang tidak merosot seperti apa yang terjadi pada salutan perak. Lebih terperinci, hampir semua cermin masa kini diperbuat daripada salutan pemantul nipis aluminium yang diletakkan di belakang permukaan sekeping kaca apung. Cermin teleskop juga disaluti satu lapisan nipis aluminium, tetapi disalut pada bahagian hadapan untuk mengelakkan pantulan dalaman, sungguhpun tindakan sedemikian akan menyebabkan permukaan lebih mudah terdedah kepada kerosakan.

Sebahagian daripada kegunaan-kegunaan aluminium dalam:

§  Pengangkutan (kenderaan, kapal terbang, jentera, kenderaan landasan, kapal laut, dsb.)

§  Pembungkusan (tin aluminum, kerajang aluminium, dsb.)

§  Rawatan air

§  Pembinaan (tingkap, pintu, sisian, dawai binaan, dsb.

§  Barangan pengguna tahan lama (perkakas, peralatan dapur, dsb.)

§  Talian penghantaran elektrik (berat pengalir aluminium adalah setengah daripada berat tembaga dengan kekonduksian yang sama dan lebih murah [1])

§  Jentera

§  besi waja MKM dan magnet Alnico, sungguhpun aluminium secara sendirinya adalah tidak bermagnet

§  Aluminium ketulenan unggul (SPA, 99.980% to 99.999% Al), digunakan dalam elektronik dan cakera padat.

§  Serbuk aluminium, agen pemperakan yang biasa digunakan dalam cat. Serpihan aluminium juga dimasukkan dalam cat alas, terutamanya kayu cat penyebu — semasa pengeringan, serpihan akan bertindan lalu membentuk lapisan kalis air.

§  Aluminium beranod adalah lebih stabil kepada pengoksidaan lanjut, dan digunakan dalam pelbagai bidang pembinaan.

§  Kebanyakan penenggelam haba komputer moden dalam unit pemprosesan pusat adalah diperbuat daripada aluminium kerana ia mudah diperbuat dan mempunyai kekonduksian haba yang baik. Penenggelam haba tembaga adalah lebih kecil tetapi adalah lebih mahal dan sukar untuk dikilangkan.

Aluminium oksida, alumina, dijumpai secara semulajadi dalam korundum (delima dan nilam), emeri, dan digunakan dalam pembuatan kaca. Delima dan nilam sintetik digunakan dalam laser untuk penghasilan cahaya koheren.

Aluminium teroksida dengan sangat bertenaga dan ini menyebabkannya digunakan dalam bahan api pepejal roket, termit, dan lain-lain komposisi piroteknik.

Aluminium juga adalah sejenis superkonduktor, dengan suhu genting superkonduktor 1.2 kelvin.

Kegunaan kejuruteraan

Aloi aluminium mempunyai bermacam-macam sifat dan adalah digunakan dalam struktur kejuruteraan. Sistem aloi dikelaskan menggunakan sistem nombor (ANSI) atau menggunakan nama untuk menunjukkan juzuk pengaloian utama (DIN dan ISO). Memilih aloi yang sesuai untuk aplikasi yang diberikan melibatkan pertimbangan antara lainnya, kekuatan, kemuluran, kebolehbentukan, kebolehkimpalan dan rintangankakisan.

Penggunaan aluminium yang kurang sesuai boleh mengakibatkan masalah, terutamanya berbanding dengan besi atau keluli, yang pada luarnya tampak lebih baik dari segi sifat, yang dianggap oleh pereka gerak hati, mekanik dan juruteknik. Pengurangan sebanyak dua pertiga berat bagi sebuah alat aluminium berbanding dengan alat besi dan keluli dengan saiz yang sama nampak agak menarik, akan tetapi ia haruslah mengambil kira pengurangan dua pertiga dari segi kekukuhan alat tersebut. Oleh itu, walaupun penggantian terus alat daripada besi atau keluli dengan pendua daripada aluminium mungkin masih dapat membekalkan kekuatan yang boleh diterima untuk menahan bebanan puncak, namun kebolehlenturan yang juga meningkat akan menyebabkan tiga kali lebih pemesongan pada alat tersebut.

Sekiranya kegagalan bukan menjadi masalah tetapi kelenturan berlebihan tidak dikehendaki kerana keperluan dalam kejituan kedudukan atau kecekapan dalam penghantaran kuasa, penggantian ringkas tiub atau saluran keluli menggunakan saluran aluminium sama saiz akan mengakibatkan darjah kelenturan yang tidak dikehendaki; sebagai contoh, kelenturan yang meningkat oleh bebanan kendalian yang diakibatkan oleh penggantian kerangka tiub keluli pada basikal dengan tiub aluminium berdimensi sama akan menyebabkan salah jajaran pada rangkaian kuasa dan juga penyerapan daya pengendalian. Jika ketegaran ditingkatkan melalui penebalan dinding tiub, ini akan meningkatkan berat pada kadar terus, dan ini akan menghilangkan kelebihan dalam keringanan alat apabila ketegaran dipulihkan semula.

Aluminium paling baik digunakan dengan mereka semula alat supaya sifat-sifat disesuaikan dengan penggunaan; sebagai contoh membuat basikal menggunakan tiub aluminium dengan diameter (ukur lilit) berukuran lebih besar, bukan dengan menebalkan dindingnya. Dengan cara ini, ketegaran boleh dipulihkan atau juga diperbaiki tanpa meningkatkan berat. Had proses ini ialah peningkatan dalam kerentanan kegagalan secara lengkok, di mana sisihan daya dari mana-mana arah selain daripada arah menerusi paksi tiub menyebabkan perlipatan dinding tiub.

Model terbaru kereta Corvette, antara lainnya, adalah contoh baik dalam perekaan semula alat untuk memanfaatkan kelebihan sifat aluminium. Anggota casis dan alat-alat ampaian buatan aluminium dalam kereta mempunyai dimensi keseluruhan yang besar untuk mencapai ketegaran tetapi diringankan dengan mengurangkan keluasan keratan rentas dan mengeluarkan logam-logam yang tidak diperlukan; dan hasilnya, ia bukan sahaja sama atau lebih tahan lama dan tegar daripada alat buatan keluli, malahan ia memiliki ciri-ciri bergaya yang disukai ramai. Sedemikian juga, kerangka basikal aluminium boleh direka secara optimum untuk membekalkan ketegaran apabila diperlukan, tetapi juga mempunyai kelenturan dari segi menyerap kejutan akibat hentakan pada jalan dan tidak menyampainya pada penunggang.

Kekuatan dan ketahanan aluminium berubah-ubah, bukan sahaja kerana komponen aloi-aloi tertentu, tetapi juga kerana proses pembuatan yang tertentu; dan disebabkan ini, ia dari semasa ke semasa telah memperolehi reputasi yang buruk. Misalnya, kekerapan tinggi kegagalan dalam kebanyakan kerangka basikal aluminium pada tahun 1970-an telah memburukkan reputasinya; tetapi jika direnung kembali, penggunaan komponen aluminium yang meluas dalam industri aeroangkasa dan kereta berprestasi tinggi, di mana tegasan tinggi ditempuhi dengan kadar kegagalan yang amat rendah, membuktikan bahawa komponen basikal buatan aluminium yang didirikan secara sempurna adalah sepatutnya amat baik.

Demikian juga, penggunaan aluminium dalam kereta, khususnya bahagian enjin yang perlu menahan keadaan yang lampau, telah menjadi semakin maju dengan masa. Seorang jurutera Audi mengulas mengenai enjin V12, yang menghasilkan lebih daripada 500 kuasa kuda (370 kW) dalam perlumbaan kereta Auto Union pada tahun 1930-an yang baru-baru ini dibina kembali oleh kilang Audi, bahawa aloi aluminium yang digunakan untuk membina enjin tersebut pada hari ini hanya digunakan untuk perabot halaman rumah dan alat-alat sedemikian. Malahkepala silinder dan kotak engkol Corvair, yang dibina seawal tahun 1960-an, telah memperoleh reputasi kegagalan dan penanggalan ulir pada lubang, malah sebesar lubang palam pencucuh, yang pada masa kini tidak lagi dikesani pada kepala silinder buatan aluminium.

Selalunya, kepekaan aluminium terhadap haba juga harus diambil kira. Malahan tatacara bengkel melibatkan pemanasan yang secara relatifnya agak rutin pun adalah disulitkan dengan kenyataan bahawa aluminium akan melebur tanpa bertukar menjadi merah terlebih dahulu, berbeza daripada keluli. Oleh itu, pengendalian pembentukan di mana penunu hembus digunakan akan memerlukan kepakaran kerana tidak terdapatnya tanda-tanda yang boleh dilihat yang akan memberi petunjuk bahawa bahan akan melebur. Aluminium juga akan mengumpul tegasan dan keterikan dalaman dalam keadaan lampau panas; walaupun tidaklah terus-menerus menjadi nyata, kecenderungan logam untuk merayap pada tegasan yang berkekalan mengakibatkan herotan pada tempoh berpanjangan. Contohnya peledingan atau peretakan yang biasa dilihat pada kepala silinder kereta buatan aluminium setelah enjin terlebih panas, kadang-kala setelah bertahun-tahun kemudian, ataupun kecenderungan kerangka aluminium basikal yang dikimpal untuk terpiuh keluar daripada jajaran oleh sebab tegasan yang terkumpul semasa proses kimpalan. Oleh sebab itu, kebanyakan penggunaan aluminium dalam industri aeroangkasa akan mengelakkan haba secara seluruhnya, iaitu dengan menggabungkan anggota menggunakan pelekat; ini juga digunakan dalam kebanyakan kerangka basikal aluminium pada tahun 1970-an, dengan akibat buruk apabila tiub aluminium terkakis sedikit, lalu melonggarkan ikatan pelekat, menjurus kepada kegagalan kerangka. Tegasan akibat pemanasan berlebihan aluminium boleh dipulihkan dengan mengolah haba pada anggota-anggota, dalam ketuhar dan perlahan-lahan menyejukannya, kesannya ialah penyepuhlindapan tegasan tersebut; tetapi boleh juga mengakibatkan sebahagian anggota menjadi terherot akibat tegasan-tegasan ini, dan oleh itu pengolahan haba kerangka basikal terkimpal, akan menyebabkan kebanyakkan bahagian tersalah jajar. Jika salah jajaran menjadi terlalu teruk, ia bolehlah dibentuk semula mengikut jajaran setelah disejukkan tanpa apa-apa kesan buruk.

Pendawaian rumah

Oleh kerana kekonduksian tinggi dan harga rendah berbanding dengan tembaga, aluminium diperkenalkan dalam pendawaian elektrik perumahan secara besar-besaran di Amerika Syarikat pada tahun 1960-an. Malangnya, kebanyakan lekapan pendawaian pada masa itu bukannya direka untuk wayar aluminium. Lebih khusus lagi:

§  Pekali pengembangan terma aluminium yang lebih besar, menyebabkan dawai untuk mengembang dan mengecut relatif dengan penyambung skru logam yang tidak sama, lama-kelamaan melonggarkan penyambungan tersebut.

§  Aluminium tulen mempunyai kecenderungan untuk "merayap" pada tekanan yang dikekalkan mantap (meningkat pada kadar lebih tinggi apabila suhu meningkat), dan menghasilkan darjah kelonggaran pada penyambung yang awalnya ketat.

§  Karatan galvani daripada logam yang berlainan meningkatkan rintangan elektrik pada penyambung.

Secara keseluruhan, sifat-sifat ini menyebabkan penyambungan antara pelekap elektrik dan dawai aluminium menjadi terlampau panas dan boleh mengakibatkan kebakaran. Natijahnya, dawai perumahan aluminium tidak mendapat sambutan ramai, dan dalam kebanyakan bidang kuasa undang-undang ia tidak dibenarkan dalam saiz yang kecil untuk pembinaan baru. Akan tetapi, dawai aluminium boleh digunakan dengan selamatnya dengan pelekap yang direka khas untuk mengelakkan pelonggaran dan pemanasan lampau. Pelekap lama jenis ini ditandai "Al/Cu", manakala yang lebih baru mempunyai tanda "CO/ALR". Jika tidak bertanda, maka pendawaian aluminium bolehlah ditamatkan dengan mencerutnya menjadi pengalir liut pendek dawai tembaga, yang boleh diperlakukan seperti lain-lain dawai tembaga. Kerinting yang dihasilkan sewajarnya, memerlukan tekanan tinggi yang dihasilkan oleh alat tukang yang sesuai, adalah cukup ketat bukan sahaja untuk menyingkirkan pengembangan terma aluminium, tetapi juga untuk mengekang oksigen atmosfera dan seterusnya mengelakkan kakisan antara logam-logan berlainan. Aloi baru yang digunakan untuk dawai binaan aluminium pada masa kini, adalah bersama dengan penamat-penamat aluminium. Penyambungan yang dihasilkan dengan bahan-bahan keluaran industri piawai ini adalah selamat dan boleh percaya sama seperti penyambung tembaga.

http://ryano-chemist.blogspot.com/2009/05/kimia-unsur-pembuatan-aluminium.html

http://ms.wikipedia.org/wiki/Aluminium