Kimia Industri

Bab ini bertanya tentang maksud aloi dan aloi superkonduktor, cara kaca dan seramik diperbuat, jenis-jenis kaca, serta contoh polimer semula jadi dan polimer sintetik m/s 183. Tetingkap dwikaca terdiri daripada dua panel kaca dengan ruang kosong di tengah, yang mengurangkan haba masuk dan menjadikan tingkap kalis bunyi m/s 183.

9.1 Aloi

Banyak benda di sekeliling kita diperbuat daripada aloi m/s 184. Aloi merupakan campuran beberapa jenis logam atau campuran logam dan bukan logam mengikut peratusan yang tertentu, dan aloi yang biasa ialah keluli, piuter, gangsa, loyang dan duralumin m/s 184. Keluli ialah 99% besi dan 1% karbon, keras dan kuat, dan digunakan untuk bangunan, jambatan, badan kenderaan dan landasan kereta api m/s 184. Piuter ialah 96% timah, 3% kuprum dan 1% antimoni, berkilau dan tahan kakisan, dan digunakan untuk barangan perhiasan seperti bingkai gambar m/s 184. Gangsa ialah 88% kuprum dan 12% timah dan digunakan untuk membuat tugu, ukiran logam, duit syiling dan pingat m/s 184. Loyang ialah 75% kuprum dan 25% zink, kuat, berkilat, mudah ditempa dan berwarna keemasan, dan digunakan untuk kunci, tombol pintu dan trompet m/s 184. Duralumin ialah 95% aluminium, 3% kuprum, 1% magnesium dan 1% mangan, ringan, kuat dan tahan kakisan m/s 184.

Kebanyakan logam tulen adalah lembut dan mudah terkakis, maka pengaloian dilakukan untuk membaiki sifat logam tulen m/s 185. Atom di dalam logam tulen tersusun secara teratur dan berlapis-lapis, dan lapisan atom mudah menggelongsor apabila dikenakan daya m/s 185. Apabila unsur lain dicampurkan, atom unsur asing yang berlainan saiz menyukarkan penggelongsoran lapisan atom, maka aloi lebih kuat dan keras berbanding logam tulen m/s 185. Komposisi setiap unsur dalam aloi boleh diubah mengikut kesesuaian penggunaannya m/s 185.

Dalam Eksperimen 9.1, pemberat 1 kg dilepaskan dari ketinggian 50 cm ke atas bola keluli pada bongkah kuprum dan kemudian bongkah gangsa, dan diameter lekuk diukur m/s 186. Dalam Eksperimen 9.2, paku besi dan paku keluli dibiarkan di dalam air selama seminggu untuk melihat paku yang mempunyai lapisan perang m/s 187.

Keluli digunakan untuk bangunan pencakar langit kerana sifatnya yang keras dan tahan kakisan, dan badan kapal terbang diperbuat daripada duralumin yang ringan dan kuat m/s 188. Beberapa alatan muzik diperbuat daripada loyang yang berkilat dan tahan kakisan m/s 188. Superkonduktor ialah bahan yang boleh mengalirkan arus elektrik pada kecekapan yang tinggi tanpa rintangan, dan menolak medan magnet sehingga bahan itu terapung di atas magnet m/s 188. Aloi superkonduktor digunakan dalam landasan kereta api berkuasa tinggi supaya kereta api bergerak secara terapung tanpa geseran dan sangat laju m/s 188. Aloi superkonduktor seperti niobium titanium dan niobium timah digunakan dalam mesin pengimejan resonans magnetik (MRI) m/s 188.

9.2 Kaca dan Seramik

Kaca dipercayai mula digunakan sekitar 5000 tahun S.M. dan diperbuat daripada silika, iaitu sebatian yang mengandungi silikon dioksida dan wujud secara semula jadi di dalam pasir m/s 189. Silika tulen dileburkan sekitar 1500°C sehingga menjadi cecair dan dibentuk menjadi kaca m/s 189. Kaca silika terlakur tahan terhadap haba dan lengai terhadap bahan kimia, dan kaca soda kapur yang mengandungi kalsium karbonat dan natrium karbonat mempunyai takat lebur yang rendah dan mudah dibentuk m/s 189. Kaca borosilikat mengandungi boron oksida dan mempunyai ketahanan yang sangat tinggi terhadap haba dan bahan kimia berbanding kaca soda kapur m/s 189. Kaca plumbum mengandungi plumbum(II) oksida dan mempunyai takat lebur yang rendah serta indeks biasan yang tinggi m/s 189.

Seramik terdiri daripada bahan bukan logam yang terbentuk hasil tindakan haba pada suhu yang tinggi, dan diperbuat daripada tanah liat yang komponen utamanya ialah aluminium silikat m/s 190. Seramik tahan haba dan tekanan yang tinggi, sangat keras, rapuh, lengai terhadap bahan kimia, tidak berkarat, dan merupakan penebat haba dan elektrik yang baik m/s 190.

Bikar dan kelalang kon diperbuat daripada kaca borosilikat kerana ketahanannya yang sangat tinggi terhadap haba dan bahan kimia, dan penutup kaca mentol diperbuat daripada kaca soda kapur kerana tahan haba dan mudah dibentuk m/s 191. Prisma kaca plumbum digunakan untuk mengkaji penyebaran cahaya kerana mempunyai indeks biasan yang tinggi m/s 191. Pinggan mangkuk diperbuat daripada seramik kerana tahan haba dan tidak terkakis, dan gigi palsu kerana seramik keras dan lengai terhadap bahan kimia m/s 191.

9.3 Polimer

Polimer ialah molekul besar berbentuk rantai yang terdiri daripada gabungan unit molekul kecil yang dikenal sebagai monomer, dan polimer dikelaskan kepada polimer semula jadi dan polimer sintetik m/s 192. Polimer semula jadi wujud secara semula jadi: kanji (monomer glukosa), protein (monomer asid amino) dan getah asli (monomer isoprena) m/s 193. Polimer sintetik ialah polimer buatan manusia yang menggunakan bahan kimia: polietena daripada etena, polistirena daripada stirena, perspeks daripada metil metakrilat, dan getah sintetik daripada neoprena m/s 193. Pempolimeran mencantumkan monomer melalui ikatan kimia menjadi polimer berbentuk rantai, dan penyahpolimeran memisahkan polimer kepada monomer-monomernya m/s 193. Pempolimeran penambahan melibatkan monomer jenis yang sama dengan pemecahan ikatan ganda dua menjadi ikatan tunggal, dan polietena dihasilkan dengan cara ini daripada etena m/s 193.

Lateks ialah susu getah asli yang didapati apabila batang pokok getah ditoreh, dan getah asli bersifat kenyal, lembut, tidak tahan haba, penebat elektrik yang baik serta tidak telap udara m/s 194. Di dalam lateks, molekul getah diselaputi membran protein yang dikelilingi cas negatif, jadi molekul getah menolak antara satu sama lain dan lateks kekal sebagai cecair m/s 194. Apabila asid ditambah, ion hidrogen meneutralkan cas negatif, molekul getah berlanggar, membran protein pecah dan getah menggumpal menjadi pepejal m/s 194. Lateks yang dibiarkan juga menggumpal kerana bakteria menghasilkan asid, dan penambahan alkali mengekalkan lateks sebagai cecair kerana ion hidroksida meneutralkan ion hidrogen m/s 194.

Getah asli lembut dan tidak tahan haba, jadi tayar daripada getah asli akan menjadi lembik dan mencair apabila terkena jalan raya yang panas m/s 196. Pemvulkanan ialah proses pemanasan getah bersama sulfur, dan Charles Goodyear menemui kaedah ini pada tahun 1839 m/s 196. Atom sulfur yang ditambah menghasilkan rangkai silang antara rantai polimer getah, jadi rantai sukar menggelongsor dan struktur molekul sukar diputuskan apabila dipanaskan m/s 196. Getah tervulkan keras dan lebih kenyal, tahan terhadap haba, penebat elektrik yang baik, tidak telap terhadap cecair dan udara, dan tidak bertindak balas dengan asid dan alkali m/s 197. Getah tervulkan sesuai untuk membuat tayar kenderaan, sarung tangan getah dan tapak kasut m/s 197.

Getah merupakan salah satu komoditi utama di Malaysia, dan Lembaga Getah Malaysia menjalankan penyelidikan dan pembangunan terhadap getah m/s 198. Asfalt Terubahsuai Getah Bekuan (CMA) menjadikan jalan raya tahan lebih lama, dan pad landasan daripada getah mengurangkan getaran dan bunyi antara landasan dengan enjin kereta api m/s 198.