Kalau kamu tertarik untuk mempelajari tentang materi padatan logam dalam ilmu kimia, simak pembahasannya di sini. Kami juga telah menyiapkan kuis berupa latihan soal dengan tingkatan yang berbeda-beda agar kamu bisa mempraktikkan materi yang telah dipelajari.
Lewat pembahasan ini, kamu bisa belajar mengenai Padatan Logam. kamu akan diajak untuk memahami materi dan tentang metode menyelesaikan soal.
Kamu juga akan memperoleh latihan soal interaktif yang tersedia dalam tiga tingkat kesulitan, yaitu mudah, sedang, dan sukar. Tertarik untuk mempelajarinya?
Sekarang, kamu bisa mulai mempelajari materi lewat uraian berikut. Apabila materi ini berguna, bagikan ke teman-teman kamu supaya mereka juga mendapatkan manfaatnya.
Kamu dapat download modul & contoh soal serta kumpulan latihan soal Padatan Logam dalam bentuk pdf pada link dibawah ini:
Definisi
Pengertan logam adalah unsur kimia yang mempunyai sifat-sifat kuat, liat, keras, penghantar listrik dan panas, serta mempunyai titik cair tinggi
Pengertian alloy: kombinasi, dalam dua atau lebih elemen, dan paling tidak salah satunya adalah logam, dan hasilnya memiliki properti metalik.
Pengertian baja adalah suatu alloy besi yang ditambahkan karbon dan logam lainnya.
1. Logam
Kekerasan dan kekuatan logam dapat ditingkatkan dengan cara memadukannya dengan unsur-unsur lainnya (biasanya logam juga).
Sifat Fisis
- Logam memiliki permukaan yang mengkilap
- Titik leleh dan didih yang tinggi
Susunan yang rapat dan adanya ikatan logam menyebabkan titik leleh dan titik didih logam tinggi - Memiliki kerapatan yang tinggi
Susunan atom yang rapat menyebabkan hampir tidak ada ruang kosong diantara atom-atom. - Lunak dan mudah dibentuk
atom-atom logam memiliki ukuran yang sama dan tersusun secara rapat membentuk lapisan-lapisan. Ketika permukaan logam diberi gaya, lapisan-lapisan ini akan bergeser dengan mudah dan akan tetap pada posisi yang baru.
- Konduktor panas dan listrik yang baik
Struktur logam terbentuk dari ion positif yang dikelilingi lautan elekton yang bebas bergerak (sea of mobile electron). Elektron-elektron inilah yang menyebabkan logam dapat bertindak sebagai konduktor panas dan listrik yang baik
2. Alloy
Kekerasan dan kekuatan logam dapat ditingkatkan dengan cara memadukannya dengan unsur-unsur lainnya (biasanya logam juga) dan campuran ini disebut Alloy.
Contoh Alloy
Perunggu merupakan alloy yang tersusun dari tembaga dan timah. Kuningan merupakan campuran tembaga dan seng.
- Ukuran atom yang berbeda pada alloy menyebabkan berubahnya struktrur atau susunan atom-atom pada logam murni
- Hal ini menyebabkan lapisan-lapisan atom lebih sulit bergeser ketika diberi gaya, sehingga suatu alloy memiliki kekerasan dan kekuatan yang lebih dibandingkan logam murninya.
- Metode alloy juga dapat membuat tampilan logam lebih baik, lebih tahan terhadap korosi dibandingkan logam murni, serta menurunkan titik leleh logam.
- Beberapa contoh Alloy
3. Ekstraksi Besi dan Daur ulang logam
Hematit merupakan bijih besi yang banyak sebagai bahan dasar ekstraksi besi. Hematit mengandung besi (III) oksida, $\mbox{Fe}_{2}\mbox{O}_{3}$ yang bercampur dengan pengotor seperti pasir dan tanah.
Ektrasksi besi dari hematit ini berlangsung pada tanur tinggi dengan suhu hingga $1800^{o}C$.
Tahapan reaksi
- Pembakaran karbon menghasilkan karbon dioksida
$\mbox{C}(s)+\mbox{O}_{2}(g)+\mbox{panas}\rightarrow\mbox{CO}_{2}(g)$ - Karbon dioksida bereaksi dengan karbon menghasilkan karbon monoksida
$\mbox{C}(s)+\mbox{CO}_{2}(g)\rightarrow2\mbox{CO}(g)$ - Reduksi besi(III) oksida pada hematit menjadi besi murni
$\mbox{Fe}_{2}\mbox{O}_{3}(s)+3\mbox{CO}(g)+\mbox{panas}\rightarrow2\mbox{Fe}(l)+3\mbox{CO}_{2}(g)$
Besi yang dihasilkan berwujud lelehan dan mengalir ke bagian bawah tanur. Gas buangan yang mengandung karbon dioksida, karbon monoksida dan nitrogen keluar melalui bagian atas tanur.
Penghilangan pengotor
- Kalsium karbonat terdekomposisi menjadi kalsium oksida dan karbon dioksida
$\mbox{CaCO}_{3}(s)\rightarrow\mbox{CaO}(s)+\mbox{CO}_{2}(g)$ - Kalsium oksida kemudian bereaksi dengan pengotor lainnya seperti silikon (VI) oksida yang ada pada bijih besi membentuk cairan yang disebut dengan slag.
$\mbox{CaO}(s)+\mbox{SiO}_{2}(s)\rightarrow\mbox{CaSiO}_{3}(l)$
Slag akan berada dibagian atas lelehan besi karena memiliki massa jenis yang lebih rendah dan mengalir keluar tanjur.
4. Baja
Baja merupakan suatu alloy besi yang ditambahkan karbon dan logam lainnya. Proses pembuatan baja berlangsung dalam dua tahap yaitu;
tahapan 1: menghilangkan pengotor dengan cara oksidasi
tahapan 2: menambahkan karbon atau logam lain dengan kadar tertentu untuk menghasilkan jenis baja yang berbeda.
Besi yang dihasilkan pada proses tanur tinggi masih terdapat pengotor yang membuat besi menjadi rapuh.
Komponen utama pengotor ini biasanya merupakan unsur-unsur non logam seperti karbon, silikon, sulfur dan fosfor.
Proses pembuatan baja.
- Menghilangkan pengotor
- besi yang mengandung pengotor dilelehkan terelebih dahulu
- oksigen ditiupkan pada tekanan yang tinggi kedalam lelehan besi untuk mengoksidasi pengotor-pengotor
- karbon dan sulfur akan teroksidasi menjadi karbon dioksida dan sulfur dioksida yang keluar sebagai gas. Silikon dan fosfor teroksidasi membentuk oksida padat.
- Kemudian kalsium karbonat dimasukkan kedalam kontainer. Kalsium karbonat akan terdekomposisi menjadi kalsium oksida yang kemudian bereaksi dengan silikon(IV) oksida dan oksida fosfor membentuk slag.
- Slag kemudian dikeluarkan dan meninggalkan besi murni
- Menambahkan karbon dan unsur lainnya
- Besi murni bersifat cukup lunak dan dapat meningkat kekerasan dan kekuatannya ketika ditamabahkan karbon. Alloy ini disebut baja karbon
- logam lain seperti kromium dan nikel juga dapat ditambahkan dengan proporsi yang tepat untuk menghasilkan sifat yang lebih baik.
Diagram alir pembuatan baja
Beberapa jenis baja dan kegunaannya
Contoh Soal Padatan Logam dan Pembahasannya
Pada proses ekstraksi besi, jelaskan peran kalsium karbonat serta sebagai apa ia keluar dan dimana letaknya nanti diantara lelehan besi?
Jawaban
Kalsium karbonat berperan mengikat pengotor seperti silikon dioksida membentuk kalsium silikat (disebut juga slag) dan karena massa jenisnya lebih rendah dari lelehan besi ia akan berada di bagain atas dan mengalir keluar.