SIFAT-SIFAT FISIS, KIMIA, DAN MEKANIKAL KERAMIK (Physic, Chemical, and Mechanical Properties of Ceramics)
Nama : Jansen Novri NPM : 1406533011 Mata Kuliah : Material Teknik dan Kekuatan Kapal
PROGRAM STUDI TEKNIK PERKAPALAN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA TAHUN AKADEMIK 2015/2016
Keramik adalah salah satu jenis material yang dikenal dalam ilmu material teknik. Keramik merupakan molekul non organik karena banyak disusun oleh unsur-unsur nonkarbon seperti silikon, oksigen, dan aluminium (SiO2, AlSi3O8), berwujud padatan di suhu ruang, bersifat metaloid yang disebabkan oleh keberadaan silikon, dan banyak dibentuk melalui ikatan ionik dan kovalen. Hal ini disebabkan oleh sifat unsur silikon yang merupakan unsur metaloid, sehingga dapat berekasi sebagai donor atau akseptor elektron terhadap unsur lain, maupun dalam penggunaan elektron bersama dengan unsur non-logam lainnya. Keramik dapat ditemui dalam kehidupan sehari-hari dalam produk ubin lantai, guci, vas bunga, mortar (alas penghancur pil obat), dan sebagainya. 1. Sifat Fisis. a. Massa Properti massa dapat direpresentasikan oleh massa jenis. Besar massa jenis keramik adalah 2,00-6,00 gram/cm3. Adanya interval massa jenis ini disebabkan oleh faktor alotropi. Alotropi adalah molekul sama yang dapat dijumpai pada dua atau lebih wujud yang berbeda. Alotropi keramik dapat dijumpai dalam bentuk kaca, kristobalit, tridimit, dan quartz. Relatif kecilnya massa jenis keramik dibandingkan dengan massa jenis logam disebabkan adanya ikatan kovalen pada keramik, yang menyebabkan banyak ruang kosong pada molekulnya karena gaya tarik-menarik antar unsur tidak terlalu kuat. b. Kondisi Termal Titik didih keramik cukup tinggi, sebesar 600oC-4000oC. Titik didih yang tinggi dari keramik disebabkan adanya ikatan kovalen raksasa dari unsur silikon yang memiliki sifat mirip dengan karbon yang memungkinkan silikon untuk melakukan ikatan kimia dengan banyak unsur karena memiliki empat lengan atom. Empat lengan atom ini digunakan silikon untuk berikatan dengan mudah karena silikon bersifat metaloid (dapat bereaksi dengan logam maupun non-logam). c. Kondisi Elektrik Keramik memiliki daya konduktivitas yang rendah dan cenderung berperan sebagai insulator. Sifat konduktivitas rendah didapat pada banyak keramik seperti SiO2 disebabkan ikatan yang dibentuk adalah ikatan kovalen non-polar yang memiliki skala elektrolit rendah dibanding dengan ikatan kovalen polar dan ionik. 2. Sifat Kimia a. Korosi Dalam kondisi normal, keramik sangat sulit untuk mengalami korosi. Keberadaan silikon sebagai major element dalam keramik memang dapat dikategorikan sebagai logam, akan tetapi elektron valensi yang cukup banyak menjadi penghalang bagi oksidator untuk
bertukar posisi dengan elektron pada silikon, ditambah dengan sifat silikon yang dapat membentuk ikatan raksasa dengan banyak unsur sehingga sangat sulit untuk mengubah susunan kestabilan molekul pada keramik dengan adanya substitusi oleh oksigen sebagai oksidator. Akan tetapi, korosi pada keramik dapat terjadi apabila terdapat unsur logam seperti natrium, alumunium, dan seng karena memiliki potensial oksidasi yang tinggi. b. Kelarutan Keramik dapat larut jika bereaksi dengan larutan elektrolit sangat kuat seperti HCl dan Mg(OH)2. Peran fluorin dapat berjalan karena dalam tabel periodik unsur, fluorin adalah oksidator terkuat disebabkan sangat dekatnya inti atom dengan elektron valensinya. Sedangkan peran yang dapat dijalankan oleh larutan eletrolit kuat adalah melakukan polarisasi muatan pada molekul keramik. Pada berbagai macam keramik, khususnya yang mengandung logam, keramik memungkinkan untuk dibentuk melalui ikatan ionik. Dengan adanya proses ionisasi pada larutan elektrolit, baik hasil muatan postif maupun negatif dapat mempengaruhi distribusi muatan keramik sehingga ikatan ionik yang dimiliki dapat putus. 3. Sifat Mekanikal a. Perbandingan Titik Leleh dan Modulus Young Alotropi menyebabkan adanya perbedaan titik leleh berbagai macam keramik.
Melalui grafik di atas, dapat terlihat bahwa titik leleh sebanding dengan Young Modulus pada suhu ruang. Hal ini kembali disebabkan oleh ikatan kimia yang dibentuk dalam keramik. Titik didih suatu molekul dapat dipengaruhi oleh jenis ikatan, rumus struktur molekul dan jumlah massa. Pada jenis ikatan ionik, gaya tarik intermolekuler sangat besar dipengaruhi oleh gaya listrik pada kedua molekul. Faktor rumus struktur mempengaruhi luasan permukaan untuk melakukan interaksi antar molekul, sedangkan jumlah massa berhubungan dengan faktor kerapatan molekul. Apabila ketiga hal ini dimiliki keramik dalam jumlah yang besar baik ikatan ionik, luasan permukaan, dan massa, maka keramik memiliki melting point yang tinggi untuk mengubah fasenya. Titik didih yang tinggi menggambarkan kekuatan ikatan di dalam molekul sehingga dibutuhkan energi yang juga besar untuk melepas ikatan atau sekadar melakukan ekspansi pada keramik.
Paper Reference: Ceramics : Properties 1 (Physics, Chemical, and Mechanical) Penulis: S.C. Bayne, School of Dentistry, University of Michigan J. Y. Thompson, Nova Southeastern College of Dental Medicine Diunduh dari: http://www-personal.umich.edu/~sbayne/dental-materials/022-CeramicsProp1/022-Handouts/22-Ceram-Prop1-Notes-CL.pdf
