Bab ini meliputi:
■Sumber/Terdapatnya, Ekstraksi, dan Kegunaan ■Sifat-sifat
■Unsur-unsur
■Senyawa-senyawa: ■Hidrida sederhana,
■halida dan kompleks halida
■Oksida, Asam-asam okso, Anion-anion Okso, dan Hidroksida
■Senyawa yang mengandung nitrogen
■Aluminium ke Thalium: Garam-garam dari Asam-asam Okso dan Kimia Larutan Aqueous
■Borida Logam 3. 1. Pendahuluan
Dalam unsur-unsur block-p, elektron-elektron s
dan p adalah merupakan elektron-elektron kulit valensi. Block dibagi secara diagonal menjadi logam dan non-logam. Sebab energi ionisasi lebih tinggi dari energi ionisasi block-s dan sebab pembentukan suatu kation yang stabil akan melibatkan kehilangan paling sedikit tiga elektron, maka tak satupun dari logam-logam golongan IIIA dapat membentuk senyawa ionik, seperti yang terjadi pada golongan IA dan IIA. Untuk unsur-unsur
elektronegatif dengan elektron valensi 5, 6, dan
khususnya 7, perolehan elektron untuk membentuk anion adalah merupakan sesuatu yang penting dari kimiawinya.
Unsur-unsur yang terdapat dalam golongan 3 secara jelas termasuk unsur non-logam, yaitu boron yang terdapat pada puncak. Unsur ini bersifat keras, rapuh, dan non-konduktif. Empat logam berikutnya yaitu aluminium, galium, indium, dan thalium, menunjukkan sejumlah variasi dalam sifat-sifatnya, seperti, boron adalah suatu non-logam, Al adalah logam tetapi menunjukkan banyak kesamaan kimia dengan B, dan unsur yang terakhir secara esensial bersifat sebagai logam. Hubungan diagonal antara aluminium dan berilium telah didiskusikan pada bab sebelumnya.
Diantara unsur-unsur golongan IIIA, bilangan oksidasi +3, M(III) adalah khas untuk unsur-unsur golongan 3 dengan kehilangan tiga elektron.
Senyawa-senyawa dengan bilangan oksidasi ini dapat dijumpai mulai dari BCl3 yang kovalen hingga TlCl3 yang adalah senyawa ionik yang besar. Tetapi ditemukan juga senyawa yang stabil dengan bilangan oksidasi +1, M(I) pada semua unsur, kecuali B, dan untuk Tl bilangan oksidasi ini lebih stabil.
TlCl3(s) → TlCl(s) + Cl2(g)
Reaksi peruraian di atas dapat terjadi pada temperatur ≥ 400C. Thalium menunjukkan kesamaan dengan unsur-unsur diluar golongan 3, dan dapat dibandingkan dengan logam-logam alkali, Ag, Hg, dan Pb. Hal ini
menghasilkan suatu observasi yang menyebabkan Dumas menggambarkannya sebagai ”duckbill platypus among elements”. Berbeda dari unsur-unsur di bawahnya, B dapat membentuk sejumlah besar senyawa yang disebut sebagai ”senyawa-senyawa kluster yang kekurangan elektron”, yang mempunyai ikatan yang tidak sesuai dengan teori ikatan valensi.
Oleh karena sifat-sifat logamnya yang luar biasa yang meliputi kekuatan, ductility, dan konduktifitas yang tinggi, menyebabkan aluminium sangat dibutuhkan untuk berbagai keperluan termasuk foil, kabel, paku, kontainer, dan applikasi yang membutuhkan penampilan tinggi seperti onderdil/bagian-bagian pesawat terbang dan komponen mesin. Galium, indium, dan talium digunakan untuk kebanyakan bagian dari keingintahuan, walaupun galium telah lama memperoleh applikasi di dalam industri mikroelektronik. Galium memiliki range liquid yang besar mulai dari 300C hingga 22500C. Talium adalah zat yang sangat beracun.
3. 2. Sumber/Terdapatnya, Ekstraksi, dan Kegunaan 3. 2. 1. Sumber/Terdapatnya
Kelimpahan relatif dari unsur-unsur golongan 3 ditunjukkan dalam gambar di bawah ini.
1. Boron
Sumber utama boron adalah borax,
Na2[B4O5(OH)4].8H2O ditemukan secara alami di daerah tandus seperti di padang pasir di barat daya AS, khususnya di Death Valley, California,
kernite, Na2[B4O5(OH)4].2H2O, dengan luas deposit yang diusahakan secara komersial di gurun Mojave, Kalifornia.
2. Aluminium adalah logam yang paling melimpah di perut bumi (8,3%) dan merupakan konstituen utama dari banyak mineral batuan termasuk aluminosilikat seperti mineral clay [misalnya,
kaolinite atau china clay [Al2(OH)4Si2O5],
montmorillonite, (bentonite dan vermiculite], mica, (misalnya, muscovite, phlogopite, dan
biotite), dan feldspar, dan dalam bauxite (oksida terhidrasi) dan dalam jumlah kecil juga ditemukan dalam cryolite Na3[AlF6], spinel (MgAl2O4),
garnet [Ca3Al2(SiO4)3, beryl (Be3Al2Si6O18), dan
adalah chrysotile (asbes putih), talc, soapstone, dan pyrophyllite. Kelimpahan Al hanya dilampaui oleh kelimpahan O (45,5%) dan Si (25,7%) dan hampir disamai oleh Fe (6,2%) dan Ca
(4,6%).Corundum (Al2O3) adalah merupakan satu dari zat-zat yang paling keras yang dikenal oleh karena itu banyak digunakan sebagai abrasif; banyak batuan berharga adalah merupakan bentuk tak murni dari Al2O3, seperti ruby (Cr), safir (Co), emerald oriental.
Galium, indium, dan thalium terdapat dalam jumlah trace (runutan) sebagai mineral-mineral sulfida berupa impurity dalam mineral aluminium. Walaupun Ga juga ditemukan bergabung dengan Al dalam bauxite. Ga (19 ppm) kelimpahan yang sama dengan N, Nb, Li, dan Pb; kelimpahan Ga kira-kira dua kali kelimpahan B (9 ppm) tetapi lebih sulit mengekstraksinya karena tidak ditemukannya bahan galian dengan kandungan utama Ga. Konsentrasi tertinggi (0,1 – 1%) terdapat dalam mineral tanah jarang seperti germanite (yaitu suatu kompleks sulfida dari Zn, Cu, Ge, dan As); konsentrasi dalam
sphalerite (ZnS), bauxite, atau batubara adalah kira-kira kurang dari seperseratus bagian. Ga sering terdapat bergabung dengan Zn atau Ge (tetangganya dalam sistem periodik), atau dengan Al dalam golongan yang sama. Sebelumnya, Ga dapat diperoleh dari emisi debu selama pemanggangan sulfida atau selama pembakaran batubara (hingga 1,5% Ga), tetapi kini Ga dapat diperoleh sebagai hasil samping dari industri Al. Oleh karena bauxite mengandung 0,003 – 0,01% Ga, maka perolehan
sempurna akan dapat menghasilkan 500 – 1000 ton Ga. Kelimpahan indium (0,21 ppm) sama dengan kelimpahan Sb dan Cd, sementara kelimpahan Tl (0,7
ppm) hampir sama dengan kelimpahan Tm dan kurang dari kelimpahan Mo, W, dan Tb (1,2 ppm). In dan Tl, keduanya adalah chalcophiles (dari bahasa
Yunani,chalcos = tembaga, philos = suka yang artinya ditemukan bergabung dengan tembaga khususnya dalam bentuk sulfida-sulfida tembaga), In cenderung bergabung dengan Zn yang ukurannya sama dalam bentuk mineral-mineral sulfidanya dan Tl yang lebih besar cenderung menggantikan Pb di dalam galena, PbS.
Kini, secara komersial, In diperoleh sebagai emisi debu selama pembakaran bahan galian sulfida Zn/Pb dan juga dari pembakaran sulfida Fe dan Cu. Sebelum tahun 1925 hanya 1 gr In yang dapat diperoleh tetapi kini produksinya melebihi 50.000.000 gr tiap tahunnya. Tl juga dapat diperoleh dari emisi debu selama pembakaran sulfida pada produksi asam sulfat dan juga dari peleburan bahan galian Zn/Pb. Prosedur ekstraksi logam ini sangat rumit karena pada waktu yang bersamaan dibutuhkan perolehan logam Cd. Oleh karena tidak ada penggunaan secara komersial untuk logam Tl ini, maka produksi dunia kurang dari 5 ton per tahun.
Ekstraksi
Ekstraksi boron dari senyawanya dapat dilakukan mereaksikan oksidanya dengan magnesium
B2O3(s) 3Mg(s) → 2B(s) + 3MgO(s)
Pemisahan untuk memperoleh unsur murni dari campuran ini pada kenyataannya adalah sulit. Telah ditemukan bahwa filament dari unsur boron memiliki kekuatan regang yang luar biasa, setara dengan kekuatan regang filament karbon. Filament boron dapat dibuat dengan cara melewatkan arus listrik melalui inti filament karbon yang sangat halus di dalam atmosfir diboran
(B2H6). Karbon memanaskan dan B2H6 dalam keadaan kontak dengan B2H6 sehingga akan terurai menjadi unsur-unsurnya.
B2H6(g) → 2B(s) + 3H2(g)
Pemisahan Al dari mineral-mineral tersebut di atas secara ekonomi belum tercapai kecuali dari bauxite
Al2O3, yang merupakan sumber Al yang sangat berguna. Bauxite terdapat secara luas di daerah tropis dan subtropis sebagai hasil dari pengikisan silica dan logam-logam lainnya dari aluminosilikat. Produksi logam Al
melibatkan dua langkah, yaitu: (a). Ekstraksi, pemurnian, dan dehidrasi bauxite, (b). elektrolisis Al2O3 yang
dilarutkan dalam leburan cryolite Na3AlF6.
Bauxite hampir secara universal diproduksi dengan proses Bayer yang melibatkan pelarutan di dalam NaOH aqueous, pemisahan dari impuriti yang tak larut (lumpur merah), pengendapan parsial dari trihidrat, dan kalsinasi pada temperatur 1200oC. Supaya bauxite bisa mendekati ”monohidrat” AlOOH, dibutuhkan konsentrasi NaOH yang lebih tinggi (200 – 300 g L-1), temperatur dan tekanan yang lebih tinggi (200 – 250oC, 35 atm)
dibanding jika mendekati Al(OH)3 (100 – 150 g L-1 NaOH, 120 – 140oC. Elektrolisis dilaksanakan pada 940 – 980oC di dalam sel (katoda) karbon-baja dengan anoda karbon. Pada awalnya, Al2O3 dilarutkan dalam leburan
cryolite (proses Heroult-Hall) tetapi karena cryolite adalah merupakan mineral tanah jarang dan produksi dari pertambangan di Greenland menghasilkan hanya kira-kira 30.000 ton dan ini tidak mencukupi kebutuhan dunia. Oleh karena itu, cryolite sintetis dibuat di dalam bejana yang dibungkus timbal dengan reaksi:
6HF + Al(OH)3 + 3NaOH → Na3AlF6 + 6H2O
Range komposisi elektrolit sebagai berikut: Na3AlF6 (80 – 85%), CaF2 (5 – 7%), AlF3 (5 – 7%), Al2O3 (2 – 8%). Mekanisme elektrolisis secara mendetail masih belum dipahami dengan sempurna tetapi kondisi operasi membutuhkan hingga 105 A pada 4,5 V dan kerapatan arus 0,7 A cm-2. Satu ton logam Al
membutuhkan 1,89 ton Al2O3, ≈ 0,45 ton material anoda karbon; 0,07 ton Na3AlF6 dan kira-kira 15.000 kwh energi listrik.
Aluminium adalah logam yang reaktif dan dengan cepat larut dalam larutan asam-asam encer, seperti asam klorida. Faktanya, reaksi aluminium dengan air
berlangsung spontan pada temperatur kamar.
2 Al(s) + 6 H2O(l) → 2 Al(OH)3(aq) + 3 H2(g)
Tetapi pembentukan secara instan suatu lapisan film sangat tipis dapat menyebabkan passifasi pada permukaan logam dan ini berguna mencegah reaksinya dengan air
4 Al(s) + 3 O2(g) → 2 Al2O3(s)
Fenomena permukaan pasif ini memberikan gambaran yang sangat
menguntungkan secara ekonomi, misalnya, kontainer yang terbuat dari aluminium bahkan bisa digunakan sebagai wadah asam nitrat pekat. Perlakuan elektrik terhadap permukaan oksida membuatnya menjadi impassif sehingga dapat digunakan menahan zat.
Permukaan aluminium yang teranodasi seperti ini populer pada penggunaan dekoratif warna. Logam aluminium juga digunakan secara luas dalam bidang konstruksi dan pembuatan barang-barang yang sangat beragam.
Aluminum akan menjadi tak berguna jika tidak ada permukaan oksida pasif tersebut.
Oksida aluminium menunjukkan sejumlah aplikasi. Dalam bentuk corundum, oksida ini memiliki sifat refraktori yang tinggi, tahan secara kimiawi, dan merupakan zat paling keras kedua setelah intan/berlian. Memiliki sifat abrasif yang sangat baik dan digunakan dalam pembuatan kontainer dan pipa-pipa untuk material korosif. Jika terdapat impuriti dari logam transisi walau dalam jumlah trace, maka corundum akan menjadi
berwarna dan dikenal sebagai sapphire jika warnanya biru dan ruby jika warnanya merah.Sapphire dan ruby sintetis dapat dibuat dengan cara meleburkan corundum di dalam nyala oksihidrogen dan menambahkan sejumlah trace pewarna (logam transisi).
Kecuali galium yang digunakan dalam industri mikroelektronik, ketiga logam lainnya diketahui hanya mempunyai kegunaan yang terbatas. Galium juga telah digunakan sebagai termometer cair karena galium mempunyai range liquid yang sangat besar. Beberapa alloy indium dapat menghantarkan panas dengan sangat baik dan telah digunakan di dalam poros untuk mesin jet.
Bauxite
Mineral bauxite adalah merupakan campuran dari oksida dan hidroksida aluminium, ditemukan oleh P. Berthier pada tahun 1821 di dekat Les Baux di Provence. Di negara beriklim sedang (seperti Eropa Mediterania) bauxite ditemukan terutama sebagai ”monohidrat” AlOOH (boehmite dan diaspore) sementara di negara tropis bauxite ditemukan lebih mendekati ”trihidrat” Al(OH)3 (gibbsite dan hydrargillite). Oleh karena
AlOOH kurang larut dalam NaOH aq dibanding Al(OH)3, maka hal ini menjadi kendala utama pada proses ekstraksi
untuk pembuatan Al. Kompoisi bauxite untuk industri adalah Al2O3 (40 – 60%), H2O (12 – 30%), SiO2 bebas dan kombinasi (1 – 15%), Fe2O3 (7 – 30%), TiO2 (3 – 4%), F, P2O3, V2O5 (0,05 – 0,2%).
Produksi dunia pada tahun 1975 lebih dari 80 juta ton dan terus meningkat. Cadangan bauxite dunia sangat besar, sekitar 5 x 109 ton di Australia Utara dan Barat, lebih dari 109 ton di Brazilia, Guinea, dan Jamaica, dan lebih dari 108 ton di banyak negara Afrika dan Amerika Tengah. Australia juga merupakan negara produsen alumina terbesar (19,3% dari produksi dunia) diikuti oleh AS (17,8%), Rusia (12,8%), Jamaica (8,4%), Jepang (5,9%), Jerman (4,7%), Suriname (4,3%), Kanada (4,3%), dan Perancis (4,1%). Bauxite mudah ditambang dengan metode open-cast karena bauxite terdapat dalam lapisan yang luas dan ketebalan 3 – 10 m. Bauxite digunakan juga pada pembuatan refraktori dan semen dengan kandungan alumina yang tinggi, dan sejumlah kecil digunakan pada pembuatan drying-agents dan katalisator dalam industri petrokimia.
Beberapa Penggunaan Logam Aluminium dan Alloy Aluminium murni adalah merupakan logam berwarna perak-keputihan dengan banyak sifat yang diinginkan seperti ringan, tidak toksik, tampakan yang menyenangkan, dan bisa sangat mengkilap. Al memiliki konduktifitas panas dan listrik yang tinggi, sangat tahan korosi, non-magnetik, non-sparking ( percikan), dan menempati urutan kedua setelah emas dalam hal dapat ditempa (lunak) dan menempati urutan keenam dalam hal
ductility (dapat dijadikan seperti kawat). Banyak alloy Al memiliki kekuatan mekanik dan kekuatan regang yang tinggi. Al dan alloynya dapat dicetak, digulung, ditempa, dapat diulur, dan dapat dijadikan sebagai pipa, tabung,
batangan/balok, kabel, pelat, lempengan, atau lapisan tipis (aluminium foil).
Sifat Al yang sangat tahan korosi bukan karena posisinya di dalam seri elektrokimia, tetapi dikarenakan pembentukan lapisan film sangat tipis berupa oksida yang inert di permukaannya. Kontak dengan grafit, Fe, Ni, Cu, Ag, atau Pb dapat menghilangkan sifat tahan korosi; efek kontak dengan baja, Zn, dan Cd tergantung pada pH dan kondisi exposure. Proteksi dapat dilakukan dengan anodisasi logam yaitu mecelupkannya ke dalam asam sulfat 15 – 20% dan menghubungkannya dengan terminal positif sehingga terlapisi dengan alumina
2Al + 3O2- - 6e- → Al2O3
Lapisan setebal 10 – 20 μm (film tipis) menghasilkan proteksi yang sangat baik antara pH 4,5 – 8,7 dan cocok untuk penggunaan arsitektural eksternal, tebal lapisan (50 – 100 μm) juga menyebabkannya tahan terhadap abrasi. Lapisan dapat diwarnai dengan senyawa-senyawa organik atau anorganik yang tepat di dalam bak dan jika
digabungkan dengan material yang fotosensitif akan menghasilkan citra fotografi dapat dikembangkan (dicetak). Dengan menggunakan larutan nitrat atau NH4HF2 akan menghasilkan logam memiliki tekstur sutra halus yang bisa diaplikasikan untuk material dekoratif.
Banyak dari penggunaan dari aluminium
ditemukan dalam kehidupan kita sehari-hari. Kita dapat mencatat bahwa konduktifitas listrik dari Al murni adalah 63,5% dari konduktifitas dari Cu murni dengan volume yang sama; dari sini dapat dianggap bahwa konduktifitas Al yang densitynya lebih rendah adalah 2,1 kali dari konduktifitas Cu. Jika dipasangkan dengan sifat tahan korosi dan kesiapan bekerjanya menyebabkannya ideal
untuk jaringan listrik dan lebih dari 90% jaringan transmissi listrik di AS adalah alloy Al.
Kini, aluminium banyak digunakan dalam industri konstruksi. Gedung pencakar langit pertama yang
menggunakan aluminium sebagai pelapis selesai dibangun pada tahun 1952 dan sejak saat itu logam Al menjadi material yang familiar digunakan untuk panel-panel bangunan, jendela, pintu, dan dekoratif.
Penggunaannya dalam pembuatan pesawat terbang juga banyak dilakukan. Satu unit Boeing 707 mengandung kira-kira 50 ton alloy Al dan rangka udara pesawat supersonik Concorde terbuat dari alloy khusus
Hiduminium RR58 dengan komposisi aproksimasi (% berat) sebagai berikut: Al 93,5, Cu 2,2, Mg 1,5, Fe 1,2, Ni 1,1, Si 0,2, dan lainnya 0,3 (Mn, Zn, Pb, dan Sn).
Pada industri ruang angkasa Al secara ekstensif digunakan dalam struktur kenderaan dan kulit, dalam bahan bakar dan tanki oksidator, dan pembalut
perlengkapan elektronik. Bubuk aluminium juga sering digunakan sebagai campuran dalam bahan bakar padat yang berfungsi untuk daya dorong ekstra pada saat peluncuran rocket. Satu dari satelit terbesar telah
mengirim aloft (Echo II, satu lingkaran dengan diameter 41 m yang dengan mudah dapat dilihat dari bumi dengan mata telanjang) yang terbuat dari aluminium foil dengan ketebalan 0,46 mm yang dilaminasi dengan plastik.
Beberapa alloy aluminium
Seri 1000 Al murni komersial (< 1% unsur-unsur lain); memberikan sifat-sifat yang baik kecuali kekuatan mekaniknya yang terbatas. Digunakan dalam peralatan
kimia, penukar panas, bangunan, dan keperluan dekoratif
Seri 2000 Alloy Cu (≈ 5%); memberikan kekuatan yang memuaskan dan kemampuan mekanik, tahan korosi yang terbatas. Digunakan untuk komponen yang membutuhkan perbandingan kekuatan : berat yang tinggi, misalnya, panel-panel truck-trailer, bagian-bagian struktur pesawat terbang.
Seri 3000 Alloy Mn (≈ 1,2%); kekuatannya moderat, kemampuan kerja yang tinggi. Digunakan untuk kepentingan masak-memasak, penukar panas, tanki penyimpanan, awning, furniture, marka/tanda-tanda lalu lintas, atap, dll
Seri 4000 Alloy Si (≤ 12%); TL dan koefisien ekspansi rendah. Digunakan sebagai material pembalut/pelapis dan pengisi untuk pengelasan; dapat dengan cepat teranodisasi untuk menarik warna abu-abu. Seri 5000 Alloy Mg (0,3 - 5%); kekuatan baik dan
kemampuan di las dengan tahan korosi yang sangat baik dalam atmosfir laut. Digunakan untuk ornamen dan dekoratif, standard lampu jalan, kapal, boat, dll Seri 6000 Alloy Mg/Si; kemampuan dibentuk baik
dan sangat tahan korosi. Digunakan dalam
bangunan, peralatan transportasi,
jembatan, rel, dan konstruksi pengelasan Seri 7000 Alloy Zn (3 – 8%) plus Mg; ketika
dipanaskan menjadi sangat kuat. Digunakan terutama untuk struktur pesawat terbang, peralatan mobil, dan peralatan yang membutuhkan
perbandingan kekuatan : berat yang tinggi. Serat Alumina dan Zirconia
Satu famili baru dari serat anorganik yang ringan adalah “Saffil” yang merupakan serat Al2O3 dan ZrO2, diproduksi oleh ICI pada tahun 1974 untuk kepentingan komersial. Serat ini tidak menunjukkan efek toksik (berbeda dari asbes), memiliki diameter ≈ 3 μm (diameter rambut manusia ≈ 70 μm) dan tiap serat sangat merata sepanjang ukuran panjangnya (2 – 5 cm). Serat ini adalah merupakan mikrokristalin (diameter 5 – 50 pm) dan baik kefleksibelannya maupun kelenturannya diikuti oleh kekuatan regang yang tinggi. Serat ini lembut seperti sutra dan dapat dibuat menjadi tali, benang, pakaian, selimut, serat anyaman, kertas dengan berbagai ketebalan, papan semi-keras-kaku dan keras-kaku, dll. Area
permukaan alumina Saffil adalah 100 – 150 m2g-1 yang disebabkan oleh adanya pori-pori yang kecil dengan diameter 2 – 10 pm antara mikrokristal dan hal ini meningkatkan sifat-sifatnya sebagai insulator, media filtrasi, dan katalis. Serat dapat tahan pada pemanasan hingga temperatur 1400oC (Al2O3) atau 1600oC (ZrO2), serat juga tahan terhadap serangan alkali pekat panas dan juga asam-asam pekat panas kecuali H2SO4 pekat, H3PO4 pekat, dan HF aq. Kombinasi sifat-sifat yang unik ini
memberikan dasar untuk penggunaan serat ini sebagai insulator temperatur tinggi, penahan panas, penghambat termal, dan ekspansi sambungan dan segel. Serat alumina dan zirconia juga memberi nilai dalam proteksi
thermocouple, pembungkus kabel listrik, dan pendukung unsur-pemanas dalam hubungan dengan penggunaannya dalam filtrasi temperatur tinggi dari liquid korosif. Kedua oksida ini distabilkan oleh penggabungan dengan
sejumlah kecil oksida-oksida anorganik lainnya yang berfungsi untuk meniadakan gangguan transformasi menjadi bentuk kristal lainnya.
Kebanyakan pengembangan yang dilakukan (Du Pont, 1980) adalah penggunaan serat alumina untuk menambah kekuatan logam-logam. Leburan logam-logam (misalnya, Al, Mg, Pb) atau alloynya dipaksa ke dalam cetakan yang mengandung hingga 70% (% volume) serat ά-Al2O3. Sebagai contoh, serat yang diperkuat oleh kandungan Al 55% (% volume) adalah 4 – 6 kali lebih keras dibanding yang tidak diperkuat Al bahkan hingga temperatur 370oC dan memiliki 2 – 4 kali habisnya kekuatan. Aplikasi yang potensial yang mana dibutuhkan kekerasan stuktural yang tinggi, tahan panas, dan ringan, misalnya, untuk helikopter, perumahan, mesin otomotif dan jet, struktur pesawat ruang angkasa, dan battere asam-timbal. Sebagai contoh, serat yang diperkaya dengan komposit Al atau Mg dapat menggantikan penggunaan baja dalam badan kenderaan tanpa
penurunan keselamatan, oleh karena komposit memiliki kekerasan baja tetapi dengan density hanya sepertiga.
Semen Portland
Nama ”Semen Portland” pertama kali digunakan oleh J. Aspdin dalam patennya
pada tahun 1824 sebab bila dicampur dengan air dan pasir maka bubuk akan
mengeras menjadi balok yang mirip dengan kapur alam yang tersebar luas di Isle
of Portland, England. Dua penemuan yang krusial yang menggiring ke produksi
semen yang kuat, tahan lama, dan hidraulik yang tidak akan hancur di dalam air
telah dibuat pada abad 18 dan 19. Pada tahun 1756 John Smeaton, melakukan
eksperimen dalam hubungannya dengan pembangunan Eddystone Lighthouse,
menemukan pentingnya penggunaan batu kapur (lime) yang mengandung
campuran lempung atau serpihan (misalnya,
aluminosilikat) dan pada awal1800an disadari bahwa pembakaran harus dilakukan pada
temperatur tinggi untuk
memperoleh suatu clinker yang kini dikenal mengandung kalsium silikat dan
aluminat. Pekerjaan engineering utama yang
menggunakan semen Portland adalah pada konstruksi terowongan dibawah sungai Thames
pada tahun 1828. Semen
temperatur tinggi yang pertama (1450 – 1600oC) dibuat pada tahun 1854 dan
tehnologi mengalami revolusi pada tahun 1899 dengan ditemukannya pembakar
berputar.
Senyawa-senyawa yang penting di dalam semen Portland adalah kalsium
silikat (Ca2SiO4) 26%, trikalsium silikat (Ca3SiO5) 51%, trikalsium aluminat
(Ca3Al2O6) 11%, dan spesies tetrakalsium
(Ca4Al2Fe2IIIO10 1% . Konstituen utama dari pasta semen lembab adalah suatu gel tobermorite
yang dapat
direpresentasikan secara skematik oleh persamaan berikut 2Ca2SiO4 + 4H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + Ca(OH)2
2Ca3SiO3 + 6H2O → 3CaO.2SiO2.3H2O + 3Ca(OH)2
Adhesi dari partikel tobermorite terhadap satu sama lain dan terhadap aggregat
yang diikat menghasilkan kekuatan semen yang disebabkan oleh pembentukan ikatan Si-O-Si-O.
Semen Portland dibuat dengan pemanasan campuran limestone (atau kapur, cangkang, dll) dengan aluminosilikat (dihasilkan dari
pasir, serpihan, dan
lempung) dalam jumlah yang terkontrol sehingga dapat menghasilkan komposisi
kira-kira sebagai berikut: CaO ≈70%, SiO2 ≈20%, Al2O3 ≈5%, Fe2O3 ≈3%.
Keberadaan Na2O, K2O, MgO, dan P2O5 adalah merupakan buangan dan
jumlahnya terbatas (tidak boleh banyak). Aplikasi Semikonduktor III-V
Senyawa 9 yang terbentuk dari Al, Ga, dan In dengan P, As, dan
Sb secara terus-menerus diteliti secara ekstensif oleh karena aplikasinya yang
beragam dalam industri elektronika, khususnya aplikasinya pada interkonversi
energi listrik dan optis (cahaya). Sebagai contoh, senyawa-senyawa 9 ini
diproduksi secara komersial sebagai light-emitting diode
(LED) yang terdapat
pada kalkulator, jam tangan, dan banyak instrumen display alpha-numerik; juga
digunakan dalam dioda IR, injeksi laser, detektor IR, fotokatoda, dan tabung
fotomultiplier. Suatu tehnologi kimiawi zat padat yang sangat baik telah
ditelurkan yang mana sifat-sifat kristal yang diinginkan