Sunday, 11 March 2012

Aluminium

Aluminium (atau aluminum,alumunium,almunium,alminium) ialah unsur kimia. Lambang aluminium ialah Al, dan nomor atomnya 13. Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium bukan tergolong pada jenis logam berat. Aluminium termasuk logam golongan utama (IIIA) yang bersifat amfoter dan ringan bersama magnesium dan platina

Aluminium merupakan logam yang paling banyak ditemukan di kerak bumi (8.1%) dan paling banyak ketiga, tetapi tidak pernah ditemukan secara bebas di alam. Selain pada mineral yang telah disebut di atas, ia juga ditemukan di granit dan mineral-mineral lainnya.

Sejarah

(Latin: alumen, alum) Orang-orang Yunani dan Romawi kuno menggunakan alum sebagai cairan penutup pori-pori dan bahan penajam proses pewarnaan. Pada tahun 1761 de Morveau mengajukan nama alumine untuk basa alum dan Lavoisier, pada tahun 1787, menebak bahwa ini adalah oksida logam yang belum ditemukan.

Wohler yang biasanya disebut sebagai ilmuwan yang berhasil mengisolasi logam ini pada 1827, walau aluminium tidak murni telah berhasil dipersiapkan oleh Oersted dua tahun sebelumnya. Pada 1807, Davy memberikan proposal untuk menamakan logam ini aluminum (walau belum ditemukan saat itu), walau pada akhirnya setuju untuk menggantinya dengan aluminium. Nama yang terakhir ini sama dengan nama banyak unsur lainnya yang berakhir dengan “ium”.

Aluminium juga merupakan pengejaan yang dipakai di Amerika sampai tahun 1925 ketika American Chemical Society memutuskan untuk menggantikannya dengan aluminum. Untuk selanjutnya pengejaan yang terakhir yang digunakan di publikasi-publikasi mereka.

Harga aluminium awalnya sangat mahal bahkan hampir sama dengan harga emas. Karena sifatnya yang ringan dan sangat kuat Napoleon III pernah memerintahkan membuat baju prajuritnya dari aluminium menggantikan baju besi. Dan karena harga aluminium yang sangat mahal ini dalam jamuan makan Napoleon III menggunakan sendok garpu dari aluminium sedangkan tamunya disediakan sendok garpu emas dan perak.

Sumber

Metoda untuk mengambil logam aluminium adalah dengan cara mengelektrolisis alumina yang terlarut dalam cryolite. Metoda ini ditemukan oleh Hall di AS pada tahun 1886 dan pada saat yang bersamaan oleh Heroult di Perancis. Cryolite, bijih alami yang ditemukan di Greenland sekarang ini tidak lagi digunakan untuk memproduksi aluminium secara komersil. Penggantinya adalah cariran buatan yang merupakan campuran natrium, aluminium dan kalsium fluorida.

Sifat-sifat

Aluminium murni, logam putih keperak-perakan memiliki karakteristik yang diinginkan pada logam. Ia ringan, tidak magnetik dan tidak mudah terpercik, merupakan logam kedua termudah dalam soal pembentukan, dan keenam dalam soal ductility.

Sifat-sifat penting yang dimiliki aluminium sehingga banyak digunakan sebagai material teknik:
- Berat jenisnya ringan (hanya 2,7 gr/cm³, sedangkan besi ± 8,1 gr/ cm³)
- Tahan korosi
- Penghantar listrik dan panas yang baik
- Mudah di fabrikasi/di bentuk
- Kekuatannya rendah tetapi pemaduan (alloying) kekuatannya bisa ditingkatkan

Sifat bahan korosi dari aluminium diperoleh karena terbentuknya lapisan aluminium oksida (Al2O3) pada permukaan aluminium. Lapisan ini membuat Al tahan korosi tetapi sekaligus sukar dilas, karena perbedaan melting point (titik lebur).
 
Aluminium umumnya melebur pada temperature ± 600 derajat C dan aluminium oksida melebur pada temperature 2000oC.

Kekuatan dan kekerasan aluminium tidak begitu tinggi dengan pemaduan dan heat treatment dapat ditingkatkan kekuatan dan kekerasannya. Aluminium komersil selalu mengandung ketidak murnian ± 0,8% biasanya berupa besi, silicon, tembaga dan magnesium.
 
 Sifat lain yang menguntungkan dari aluminium adalah sangat mudah difabrikasi, dapat dituang (dicor) dengan cara penuangan apapun. Dapat di-deforming dengan cara: rolling, drawing, forging, extrusi dll, menjadi bentuk yang rumit sekalipun.

Berikut adalah beberapa kelebihan aluminium dibanding logam-logam yang lain:

  1. Penghantar listrik dan panas yang baik walaupun tidak sebaik tembaga. Karena memiliki daya hantar listrik yang baik ini aluminiumdigunakan pada kabel listrik menggantikan tembaga yang harganya lebih
    mahal.
  2. Mempunyai warna yang stabil seolah-olah tidak berkarat. Hal ini disebabkan aluminium sangat cepat bereaksi dengan dengan oksigen yang terdapat di udara menghasilkan aluminium oksida. Oksida yang terbentuk tidak mudah terkelupas sehingga dapat melindungi permukaan aluminium yang ada dibagian bawah agar tidak terjadi oksidai berlanjut. Selain berupa lapisan tipis, oksida yang terbentuk merupakan lapisan tembus cahaya sehingga aluminium seolah-olah tidak berubah (tetap mengkilat).
  3. Permukaannya tidak perlu di cat karena sudah cukup bagus dan menarik.
  4. Serbuk aluminium yang sangat halus tampak mengkilat seperti logam aslinya sehingga sering dicampur pada minyak cat (vernis) menghasilkan cat metalik yang harganya relatif labih mahal dibanding cat biasa. Cat-cat metalik kebanyakan digunakan pada barang-barang mewah, karena dengan penambahan aluminium, cat dapat memantulkan cahaya yang lebih banyak.
  5. Tidak bereaksi dengan asam atau bahan kimia lain yang terdapat dalam bahan makanan. Oleh karena itu aluminium banyak digunakan sebagai bahan dasar pembuatan alat-alat rumah tangga misanya panci. Dan aluminium dijadikan kertas aluminium yang sangat tipis yang digunakan sebagai pembungkus rokok, gula, bumbu masak dan beberapa keperluan lain.
  6. Paduan 95% aluminium dengan 5% unsur lain seperti Cu, Mg, dan Mn dapat digunakan menggantikan fungsi besi walaupun tidak sekuat besi. Misalnya dalam pembuatan bingkai pintu dan jendela.

Kegunaan

Aluminium banyak digunakan sebagai peralatan dapur, bahan konstruksi bangunan dan ribuan aplikasi lainnya dimanan logam yang mudah dibuat, kuat dan ringan diperlukan.

Aluminium terdapat dalam penggunaan aditif makanan, antasida, buffered aspirin, astringents, semprotan hidung, antiperspirant, air minum, knalpot mobil, asap tembakau, penggunaan aluminium foil, peralatan masak, kaleng, keramik , dan kembang api.

Walau konduktivitas listriknya hanya 60% dari tembaga, tetapi Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Ia digunakan sebagai bahan transmisi karena ringan. Terang dan kuat. Merupakan konduktor yang baik juga buat panas. Dapat ditempa menjadi lembaran, ditarik menjadi kawat dan diekstrusi menjadi batangan dengan bermacam-macam penampang. Tahan korosi.

Aluminium digunakan dalam banyak hal. Kebanyakan darinya digunakan dalam kabel bertegangan tinggi. Juga secara luas digunakan dalam bingkai jendela dan badan pesawat terbang. Ditemukan di rumah sebagai panci, botol minuman ringan, tutup botol susu dsb. Aluminium juga digunakan untuk melapisi lampu mobil dan compact disks.

Aluminium murni sangat lunak dan tidak kuat. Tetapi dapat dicampur dengan tembaga, magnesium, silikon, mangan, dan unsur-unsur lainnya untuk membentuk sifat-sifat yang menguntungkan.

Campuran logam ini penting kegunaannya dalam konstruksi pesawat modern dan roket. Logam ini jika diuapkan di vakum membentuk lapisan yang memiliki reflektivitas tinggi untuk cahaya yang tampak dan radiasi panas. Lapisan ini menjaga logam dibawahnya dari proses oksidasi sehingga tidak menurunkan nilai logam yang dilapisi. Lapisan ini digunakan untuk memproteksi kaca teleskop dan kegunaan lainnya.

Paduan Aluminium

Dalam keadaan murni aluminium terlalu lunak, kekuatannya rendah untuk dapat dipakai pada berbagai keperluan teknik.
 
Dengan pemaduan teknik (alloying), sifat ini dapat diperbaiki, tetapi seringkali sifat tahan korosinya berkurang demikian pula keuletannya.
 
Sedikit mangan, silicon dan magnesium, masih tidak banyak mengurangi sifat tahan korosinya, tetapi seng, besi, timah putih, dan tembaga cukup drastis menurunkan sifat tahan korosinya.

Paduan aluminium dapat dibagi menjadi 2 kelompok:
1. Aluminium wronglt alloy (lembaran)
2. Aluminium costing alloy (batang cor)

Senyawa

Senyawa yang memiliki kegunaan besar adalah aluminium oksida, sulfat, dan larutan sulfat dalam kalium. Oksida aluminium, alumina muncul secara alami sebagai ruby, safir, corundumemery dan digunakan dalam pembuatan kaca dan tungku pemanas. 

Pengolahan Bijih Aluminium

Orang pertama yang berhasil memisahkan aluminium dari senyawanya adalah Orsted pada tahun 1825 dengan cara mereduksi aluminium klorida, namun belum dalam keadaan murni. Aluminium murni ditemukan oleh Wohler dalam bentuk serbuk berwarna abu-abu pada tahun 1827 dengan memodifikasi proses Orsted.

Kini proses yang digunakan untuk memperoleh aluminum secara besar-besaran digunakan proses Hall-Heroult. Cara ini ditemukan oleh dua orang yang umurnya sama (23 tahun) namun ditempat yang berbeda yakni Charles Martin Hall di Amerika dan Heroult di Paris pada tahun 1886. Proses ini menjadikan kedua orang ini kaya dalam waktu singkat dan meninggal dunia pada tahun yang sama pula (1914). Setelah ditemukan cara ini harga aluminium yang awalnya sangat mahal turun secara drastis.

Pemurnian Aluminium dengan Proses Martin-Heroult

imageGambar Bauksit

Biji aluminum yang penting sebagai sumber aluminum adalah bauksit. Bauksit yang dihasilkan dari tambang dihancurkan kemudian dihaluskan menjadi serbuk menggunakan alat-alat tertentu, biasanya Ballmil. Setelah halus ditambahkan larutan NaOH pekat untuk melarutkan Al2O3 yang ada dalam bauksit sedangkan zat lain tidak larut.

Al2O3(s) + 2NaOH(aq) ―→ 2NaAlO2(aq) + H2O(l)

Setelah dilakukan pemisahan larutan NaAlO2 diasamkan sehingga terbentuk endapan Al(OH)3.

NaAlO2(aq) + H2O(l) + HCl(aq) ―→ Al(OH)3(s) + NaCl(aq)

Endapan Al(OH)3 disaring kemudian dipanaskan pada suhu sekitar 1150°C sehingga terurai menjadi Al2O3 dan uap air.

Al(OH)3(s) ―→ Al2O3(s) + 3H2O(g)

Al2O3 inilah yang akan direduksi menjadi aluminium secara elektrolisis dalam suatu bejana yang disebut sel Hall-Heroult. Sebelum proses elektrolisis dilangsungkan alumina dilelehkan terlebih dahulu dalam kriolit. Fungsi kriolit disini untuk menurunkan titik leleh alumina yang awalnya sekita 2000°C menjadi 900°C.

Lelehan alumina yang diperoleh kemudian dimasukan ke dalam suatu bejana untuk proses elektrolisis yang disebut sel Hall-Heroult. Bejana yang digunakan terbuat dari besi dilapisi grafit yang sekaligus bertindak sebagai katoda. Sedangkan anoda digunakan batang-batang grafit yang dicelupkan ke dalam larutan.

Ketika arus listrik dijalankan ion-ion Al3+ yang ada dalam larutan akan bergerak menuju katoda, yang kemudian direduksi menjadi aluminium cair sedangkan ion-ion O2ˉ akan bergerak menuju anoda kemudian dioksidasi menjadi gas oksigen. Berikut reaksi yang terjadi dalam sel elektrolisis

Al2O3(l) ―→ 2Al3+(aq) + 3O2(aq)
Katoda : Al3+(l) + 3e ―→Al(l) × 4
Anoda : 2O2(l) ―→ O2(g) + 4e × 3
4Al3+(aq) + 6O2(aq) ―→ 4Al(l) + 3O2(g)

image
Gambar Sel Hall-Heroult untuk pembuatan aluminium dari elektrolisis lelehan Al2O3 dalam kriolit

Aluminium cair yang diperoleh dialirkan keluar dari sel kemudian suhu diturunkan suhu agar diperoleh aluminium padat. Aluminium yang diperoleh dalam bentuk cair karena suhu di dalam sel elektrolisis melebihi titik leleh aluminium yang hanya 660°C. 

Oksigen yang dihasilkan pada anoda dapat bereaksi dengan grafit yang digunakan membentuk gas karbon dioksida dan karbon monooksida. Akibatnya anoda lama-kelamaan akan berkurang dan perlu diganti pada saat-saat tertentu.

Penggunaan aluminium makin lama makin penting sejalan perkembangan teknologi. Hal ini didukung oleh oleh sifatnya yang menarik dengan harga yang relatif murah. Selain itu aluminium termasuk logam yang ringan bersama-sama dengan magnesium dan titanium.

Walaupun memiliki berbagai kelebihan namun logam aluminium maupun paduannya memiliki kekurangan, salah satunya yitu tidak bisa di las atau disolder. Hal ini tentu sangat merugikan, sebab jika sebagian kecil dari aluminium yang mengalami kerusakan maka semua bagian harus diganti dengan yang baru.

Reaksi antara aluminium dengan Fe2O3 dikenal dengan reaksi termit yang dihasilkan panas untuk pengelasan baja.
2Al(s) + Fe2O3(s) ―→ Al2O3(s) + Fe(l) ∆H = -852 kJ

Beberapa senyawa aluminium yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dan industri, antara lain:
  • Tawas, KAl(SO4)2.12H2O digunakan untuk mengendapkan kotoran pada penjernihan air. 
  • Aluminium sulfat Al2(SO4)3 digunakan dalam industri kertas dan mordan (pengikat dalam pencelupan). 
  • Zeolit Na2O Al2O3.2SiO2 digunakan untuk melunakkan air sadah. 
  • Aluminium Al2O3 untuk pembuatan aluminium, pasta gigi, industri keramik, dan industri gelas.

1 comment: