BAB 9 : KIMIA INDUSTRI

TEMA: PENEROKAAN UNSUR DALAM ALAM

Bidang pembelajaran:

9.1 Aloi

9.2 Kaca dan Seramik 9.3 Polimer

9.1 Aloi

Contoh aloi berdasarkan komposisi unsur dalam aloi

1. Aloi ialah campuran dua atau lebih jenis logam.

2. Aloi juga dihasilkan melalui beberapa campuran logam dan bukan logam.

3. Aloi-aloi yang dihasilkan adalah mengikut nisbah atau peratusan campuran yang tertentu.

4. Contoh-contoh aloi adalah seperti berikut:-

Aloi Komposisi Sifat Kegunaan

Keluli Besi 99%

Karbon 1%

 Keras dan kuat  Membina bangunan dan jambatan

 Membuat badan kenderaan dan landasan kereta api.

Piuter Timah 96%

Kuprum 3%

Antimoni 1%

 Permukaan yang berkilau

 Tahan kakisan

 Membuat barangan perhiasan seperti bingkai gambar dan cenderamata.

Gangsa Kuprum 88%

Timah 12%

 Keras

 Tahan kakisan

 Warna yang menarik

 Membuat tugu, ukiran logam, duit syiling, pingat,pisau dan lain-lain.

Loyang Kuprum 75%

Zink 25%

 Kuat

 Permukaan yang berkilat

 Mudah ditempa

 Warna keemasan

 Membuat kunci, tombol pintu, alatan muzik dan lain-lain.

Duralumin Aluminium 95%

Kuprum 3%

Magnesium 1%

Mangan 1%

 Ringan

 Kuat

 Tahan kakisan

 Membuat badan pesawat, kapal terbang, basikal lumba dan lain- lain.

BAB 9 : KIMIA INDUSTRI

5. Ciri-ciri logam tulen adalah:- a) Lembut

b) Tidak kuat c) Mudah terkakis

6. Berdasarkan ciri-ciri logam tulen yang dinyatakan, maka ianya tidak sesuai untuk menghasilkan bahan atau produk berdasarkan logam tulen semata-mata.

7. Hal ini kerana atom-atom di dalam logam tulen mempunyai saiz yang sama serta disusun secara rapat dan berlapis-lapis yang membentuk lapisan-lapisan atom.

8. Oleh itu, lapisan-lapisan atom dalam logam tulen ini mudah menggelongsor antara satu sama lain apabila dikenakan daya.

9. Apabila atom unsur asing sama ada logam atau bukan logam ditambahkan ke dalam logam tulen, maka ini akan mengganggu susunan lapisan-lapisan atom.

10. Apabila dikenakan daya ke atasnya, penggelongsoran antara lapisan atom tersebut sukar berlaku kerana saiz atom unsur asing adalah berbeza.

11. Proses penambahan atom unsur asing ini dikenali sebagai Pengaloian.

12. Tujuan pengaloian ialah:-

a) Menambah kekerasan logam b) Membaiki rupa bentuk logam c) Mencegah kakisan pada logam

Logam tulen Aloi

Lapisan atom logam tulen mudah menggelongsor apabila daya dikenakan.

Lapisan atom bagi campuran logam tulen dan unsur asing sukar menggelongsor apabila daya dikenakan.

Kegunaan Aloi dalam Kehidupan Harian

1. Superkonduktor ialah konduktor yang boleh mengalirkan arus elektrik pada kecekapan yang tinggi tanpa rintangan.

2. Suatu logam menunjukkan sifat superkonduktor apabila ia disejukkan di bawah suhu lampau secara mendadak dan menyebabkan logam tersebut kehilangan semua rintangan elektrik.

3. Aloi superkonduktor merupakan campuran antara beberapa unsur logam dan bukan logam.

4. Aloi superkonduktor mampu membenarkan arus elektrik mengalir tanpa kehilangan tenaga 5. Aloi superkonduktor mempunyai sifat yang sangat istimewa kerana aloi ini boleh menolak medan

magnet. Oleh itu, aloi superkonduktor boleh menyebabkan bahan superkonduktor terapung apabila diletakkan di atas magnet.

6. Sebagai contoh aloi superkonduktor digunakan untuk membina landasan keretapi untuk kereta api Maglev.

7. Kereta api Maglev boleh mencapai kelajuan pada tahap yang sangat tinggi kerana ia tidak mengalami daya geseran di antara keretapi dan landasan, maka ia bergerak secara terapung.

8. Kegunaan-kegunaan aloi superkonduktor dalam pelbagai bidang adalah seperti berikut:-

Bidang Kegunaan

Perubatan  Aloi superkonduktor seperti niobium titanium dan niobium timah digunakan dalam pembuatan peralatan mesin pengimejan resonans magnetik (MRI).

Pengangkutan  Aloi superkonduktor digunakan dalam pembuatan landasan kereta api berkuasa tinggi yang dapat mengelakkan geseran antara landasan dengan badan kereta api. Ini menyebabkan kereta api terapung dan dapat

meningkatkan kelajuannya.

 Duralumin digunakan dalam pembuatan badan kapal terbang kerana sifatnya ringan dan kuat.

Pembinaan  Keluli digunakan dalam pembinaan bangunan pencakar langit kerana sifatnya yang keras dan tahan kakisan.

Pembuatan peralatan  Loyang digunakan dalam pembuatan peralatan muzik seperti trompet dan seksofon kerana sifatnya yang berkilat dan tahan kakisan.

MRI Kereta api Maglev Trompet

Eksperimen untuk membanding ciri aloi dengan logam tulennya

Eksperimen 1

Tujuan : Mengkaji perbezaan kekerasaan di antara aloi dengan logam tulen Pernyataan

masalah

: Adakah aloi lebih keras berbanding dengan logam tulen?

Hipotesis : Aloi lebih keras daripada logam tulen

Pemboleh ubah a) Dimalarkan: Diameter bola keluli, ketinggian pemberat dari permukaan bongkah, saiz dan jisim pemberat

b) Dimanipulasikan: Jenis bongkah c) Bergerak balas: Diameter lekuk

Bahan : Bongkah kuprum, bongkah gangsa, pita selofan, benang

Radas : Bola keluli, pemberat 1 kg, kaki retort dan pengapit, pembaris, pembaris meter Prosedur 1. Sediakan susunan radas seperti ditunjukkan dalam rajah di bawah.

Susunan radas

2. Gantung pemberat 1 kg setinggi 50 cm dari bongkah kuprum.

3. Lepaskan pemberat supaya jatuh di atas bola keluli yang dilekatkan pada bongkah kuprum.

4. Perhatikan dan ukur diameter lekuk yang terbentuk pada permukaan bongkah kuprum dengan menggunakan pembaris.

5. Ulang eksperimen pada permukaan yang berlainan untuk mendapatkan diameter purata lekuk pada bongkah kuprum. Catatkan pemerhatian dalam Jadual 1.

6. Ulang langkah 2 hingga 5 dengan menggantikan bongkah kuprum dengan bongkah gangsa.

Keputusan :

Bongkah logam

Diameter lekuk (cm) Purata diameter (cm)

1 2 3

Kuprum 4.5 4.3 4.4 4.3

Gangsa 3.2 3.1 3.0 3.1

Jadual 1

Perbincangan 1. Diameter lekuk pada bongkah gangsa adalah lebih kecil berbanding dengan lekuk pada bongkah kuprum.

2. Semakin kecil diameter lekuk, semakin keras bongkah logam tersebut.

3. Oleh itu, gangsa lebih keras daripada kuprum.

Kesimpulan 1. Hipotesis diterima.

2. Aloi (gangsa) lebih keras daripada logam tulen (kuprum)

Eksperimen 2

Tujuan : Mengkaji perbezaan ketahanan terhadap kakisan di antara aloi dengan logam tulen

Pernyataan masalah

: Adakah aloi lebih tahan terhadap kakisan berbanding dengan logam tulen?

Hipotesis : Aloi lebih tahan terhadap kakisan berbanding logam tulen Pemboleh ubah a) Dimalarkan: Saiz paku, jenis larutan, jangka masa eksperimen

b) Dimanipulasikan: Jenis paku

c) Bergerak balas: Kehadiran lapisan perang pada paku atau kehadiran karat Bahan : Paku besi, paku keluli, air

Radas : Tabung uji, rak tabung uji Prosedur

Susunan radas

1. Sediakan dua tabung uji dan labelkan sebagai A dan B.

2. Masukkan 10 ml air ke dalam tabung uji A dan B.

3. Masukkan paku besi ke dalam tabung uji A dan paku keluli ke dalam tabung uji B.

4. Letakkan kedua-dua tabung uji di rak tabung uji dan biarkan selama seminggu.

5. Selepas seminggu, rekodkan pemerhatian anda dalam Jadual 2 Keputusan :

Jenis paku Kehadiran lapisan perang pada paku

Paku besi Ada

Paku keluli Tiada

Jadual 2

Perbincangan 1. Terdapat lapisan berwarna perang pada paku besi, manakala paku keluli tiada perubahan.

2. Lapisan berwarna perang menunjukkan paku besi berkarat dan tidak tahan terhadap kakisan.

3. Oleh itu, paku keluli lebih tahan terhadap kakisan berbanding paku besi.

Kesimpulan 3. Hipotesis diterima.

4. Aloi (paku keluli) lebih tahan terhadap kakisan berbanding logam tulen (paku besi)

9.2 Kaca dan Seramik

Kaca

1. Kaca diperbuat daripada silika.

2. Silika wujud secara semulajadi di dalam pasir.

3. Kaca terbentuk apabila pasir dalam silika dipanaskan hingga suhu tinggi sehingga lebur dan kemudiannya disejukkan dengan pantas.

4. Ciri-ciri umum kaca adalah:- a) Lutsinar

b) Rapuh c) Keras

d) Lengai secara kimia

e) Penebat haba dan elektrik yang baik f) Rintangan terhadap haba dan kimia g) Rintangan terhadap tekanan dan kerosakan

Aplikasi kaca dalam kehidupan harian

1. Jenis kaca, komposisi dan kegunaannya ditunjukkan dalam jadual berikut:-

Kaca Komposisi Ciri-ciri Kegunaan

Kaca silika terlakur  Silika  Tahan terhadap haba

 Lengai terhadap bahan kimia

 Cermin

 Kanta

 Gentian optik

Kaca soda kapur  Silika

 Kalsium karbonat

 Natrium karbonat

 Takat lebur rendah

 Mudah dibentuk

 Mentol

 Tingkap

 Botol Kaca borosilikat  Silika

 Boron oksida

 Natrium oksida

 Aluminium oksida

 Ketahanan yang sangat tinggi terhadap haba dan bahan kimia

 Radas kaca makmal

 Lampu kereta

 Alatan memasak

Kaca plumbum  Silika

 Plumbum (II) oksida

 Natrium oksida

 Takat lebur rendah

 Mempunyai indeks biasan yang tinggi

 Kanta

 Prisma kaca

 Lampu Aplikasi kaca

Seramik

1. Seramik diperbuat daripada tanah liat yang telah dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi.

2. Kandungan utama seramik ialah aluminium silikat.

3. Ciri-ciri umum seramik ialah:- a) Sangat keras dan kuat b) Rapuh

c) Lengai terhadap bahan kimia d) Tidak terkakis

e) Penebat haba dan elektrik yang baik f) Tahan haba dan tekanan yang tinggi

Aplikasi seramik dalam kehidupan harian

1. Kegunaan dan contoh-contoh seramik berdasarkan sifat-sfatnya ditunjukkan dalam Jadual berikut:-

Sifat-sifat Kegunaan Contoh-contoh

Keras dan kuat Bahan binaan Jubin, batu bata, simen

Menarik, mudah dibentuk dan dikilatkan

Peralatan rumah dan barang perhiasan rumah

Pasu, sinki, tab mandi,

Lengai secara kimia dan tidak mengkakis

Perkakasan dapur Periuk, pinggan, mangkuk

Takat lebur tinggi dan penebat haba

Penebat Lapisan relau, bahagian enjin

Penebat elektrik Bahagian penebat dalam peralatan elektrik

Penebat dalam ketuhar dan kabel elektrik

Lengai terhadap badan kimia dan kuat

Alatan dalam perubatan dan pergigian

Gigi dan tulang palsu

Aplikasi seramik

9.3 Polimer

Polimer semula jadi dan polimer sintetik

1. Polimer ialah gabungan beberapa unit kecil atau monomer yang membentuk satu rantai molekul besar.

2. Monomer ialah unit-unit kecil yang membentuk polimer.

3. Polimer dikelaskan kepada dua iaitu:- i. Polimer semulajadi

ii. Polimer sintetik

4. Polimer semulajadi

 Ialah polimer yang wujud secara semulajadi.

 Terhasil daripada benda hidup.

 Contoh dan kegunaan polimer semulajadi:-

Polimer Monomer Kegunaan

Kanji Glukosa Membekalkan tenaga

Protein Asid amino Membina dan membaiki sel serta tisu badan Getah asli Isoprena Menghasilkan produk berasaskan getah

5. Polimer sintetik

 Ialah polimer buatan manusia.

 Diperbuat daripada bahan kimia seperti petroleum.

 Contoh dan kegunaan polimer sintetik:-

Polimer Monomer Kegunaan

Polietena Etena Membuat botol plastik, beg palstik, baldi

Polistirena Stirena Membuat kotak pembungkusan, papan kenyataan Perspeks Metil metakrilat Membuat kanta, cermin kereta, tingkap pesawat Getah sintetik Neoprena Membuat tayar kereta, tapak kasut, sarung tangan

Proses Pempolimeran dan Penyahpolimeran

1. Pempolimeran ialah proses penggabungan monomer-monomer untuk menghasilkan polimer yang bermolekul besar dan berantai panjang melalui ikatan kimia.

2. Manakala penyahpolimeran ialah proses pemisahan molekul berantai panjang polimer kepada monomer-monomernya melalui tindak balas kimia.

3. Pempolimeran penambahan pula ialah proses di mana monomer-monomer yang sama bergabung membentuk polimer tanpa hasil sampingan.

4. Monomer-monomer yang sama itu akan memutuskan ikatan ganda dua di antara mereka dan menjadi ikatan tunggal.

5. Sebagai contoh, etena mempunyai ikatan ganda dua di antara atom karbonnya.

6. Apabila tindak balas pempolimeran tambahan berlaku, ikatan ganda dua itu diputuskan dan membentuk ikatan tunggal dengan monomer etena yang lain untuk menjadi rantai panjang polimer ini dikenali sebagai polietena.

Pempolimeran tambahan

Getah asli

1. Getah asli diperoleh daripada batang pokok getah dalam bentuk susu getah atau dikenali sebagai lateks.

2. Lateks ini kemudiannya diproses menjadi getah asli.

3. Getah asli merupakan sejenis polimer yang terbentuk daripada gabungan monomer isoprena.

4. Ciri-ciri getah asli:- a. Kenyal b. Lembut

c. Tidak tahan haba

d. Penebat elektrik yang baik e. Tidak telap udara

Struktur zarah getah

1. Di dalam lateks, terdapat molekul-molekul getah yang diselaputi oleh membran protein yang bercas negatif.

2. Dalam keadaan biasa, zarah-zarah getah yang mempunyai cas yang sama akan menolak antara satu sama lain

3. Ini akan menghalang zarah-zarah getah daripada menggumpal. Maka lateks akan wujud sebagai cecair.

Tindakan Asid dan Alkali terhadap Lateks

Tindakan Asid terhadap Lateks Tindakan Alkali terhadap Lateks

Tindakan Asid terhadap Lateks Tindakan Alkali terhadap Lateks Apabila asid ditambahkan ke dalam lateks,

 Ion-ion hidrogen yang bercas positif akan meneutralkan cas negatif di permukaan membran protein.

 Apabila tiada cas negatif, ini menyebabkan molekul-molekul getah akan berlanggar antara satu sama lain.

 Ini mengakibatkan membran protein pecah dan rantai polimer terlepas keluar.

 Rantai polimer dalam molekul getah akan bergabung dan lateks bergumpal dalam bentuk pepejal.

Apabila alkali ditambahkan ke dalam lateks

 Ion-ion hidroksida daripada alkali akan meneutralkan ion hidrogen daripada asid.

 Apabila tiada asid, maka cas-cas negatif kekal pada membran protein.

 Ini menyebabkan molekul-molekul getah akan sentiasa menolak antara satu sama lain dan tidak berlanggar.

 Oleh itu, molekul getah terhalang daripada menggumpal dan lateks kekal dalam keadaan cecair.

Aktiviti 1

Tujuan :Mengkaji ciri-ciri getah asli Bahan : Kepingan getah, air

Radas : Tabung didih, kaki retort dan pengapit, penunu Bunsen Prosedur :

Prosedur Pemerhatian

A. Kekenyalan getah asli

1. Regang dan pulaskan getah asli kemudian lepaskan.

2. Pemerhatian dicatatkan.

Getah asli meregang dan kembali kepada bentuk asal apabila dilepaskan

B. Kesan haba terhadap getah asli 1. Potong sedikit kepingan getah asli

dan masukkan ke dalam tabung didih yang berisi air.

2. Kemudian, panaskan secara perlahan-lahan menggunakan penunu Bunsen.

3. Uji kekenyalaan kepingan getah apabila menjadi sejuk.

Getah asli melebur dan menjadi melekit apabila dipanaskan.

Getah asli menjadi rapuh apabila sejuk.

Kesimpulan 1. Getah asli adalah kenyal,

2. Getah asli mudah melebur dan melekit apabila dipanaskan dan menjadi rapuh selepas disejukkan.

Aktiviti 2

Tujuan : Mengkaji kesan asid dan alkali terhadap lateks

Hipotesis : Asid menyebabkan lateks bergumpal manakala alkali dapat mencegah lateks daripada bergumpal

Pemboleh ubah

a) Dimalarkan: Isipadu lateks b) Dimanipulasikan: Asid dan alkali

c) Bergerak balas: Lateks bergumpal atau tidak bergumpal Bahan : Lateks, asid etanoik, larutan ammonia

Radas : Bikar, penitis, rod kaca Prosedur

Susunan radas

1. Sediakan tiga buah bikar dan labelkan sebagai P, Q dan R.

2. Tambahkan 10 titis asid etanoik ke dalam bikar P dan dikacau.

3. Tambahkkan 10 titis larutan ammonia ke dalam bikar Q dan dikacau.

4. Biarkan bikar R tanpa ditambah asid dan alkali.

5. Perhatikan perubahan yang berlaku di dalam ketiga-tiga bikar dan catatkan pemerhatian dalam Jadual 1.

Pemerhatian :

Bikar Pemerhatian

P Lateks bergumpal

Q Lateks tidak bergumpal

R Lateks bergumpal

Jadual 1

Perbincangan 1. Apabila asid etanoik ditambahkan ke dalam lateks, ion-ion hidrogen yang bercas positif akan meneutralkan cas negatif di permukaan membran protein. Molekul getah akan berlanggar dan menyebabkan membran protein pecah. Molekul getah bergabung dan lateks bergumpal.

2. Apabila larutan ammonia ditambahkan ke dalam lateks, ion-ion hidroksida daripada alkali akan meneutralkan ion hidrogen daripada asid. Maka cas-cas negatif kekal pada membran protein dan menyebabkan molekul-molekul getah akan sentiasa menolak antara satu sama lain. Lateks kekal dalam keadaan cecair.

3. Lateks yang dibiarkan akan terdedah kepada udara yang mengandungi bakteria.

Tindakan bakteria menghasilkan asid dan meneutralkan membran protein.

Membran protein pecah dan molekul getah bergabung dan akhirnya lateks bergumpal

Kesimpulan 1. Hipotesis diterima

2. Asid (asid atanoik) akan menyebabkan asid bergumpal manakala alkali (larutan ammonia) dapat menghalang lateks daripada bergumpal.

Pemvulkanan getah

1. Pemvulkanan ialah proses penambahan sulfur ke dalam getah asli melalui pemanasan.

2. Di dalam proses pemvulkanan, atom-atom sulfur ditambahkan ke dalam rantai panjang molekul polimer getah asli

3. Getah yang diperoleh melalu proses ini disebut getah tervulkan.

Pemvulkanan getah

4. Proses ini menyebabkan terbentuknya rangkai silang sufur di antara molekul-molekul polimer getah asli.

5. Rantai polimer getah tervulkan ini lebih keras dan tahan terhadap haba yang tinggi.

6. Rantai polimer getah tervulkan yang terbentuk sukar untuk menggelongsor apabila dikenakan daya ke atasnya.

7. Struktur rantai polimer getah tervulkan juga sukar diputuskan walaupun dikenakan haba ke atasnya.

8. Ciri-ciri getah tervulkan adalah:- a) Lebih keras dan kenyal b) Tahan terhadap haba c) Penebat elektrik yang baik d) Tidah mudah teroksida di udara e) Tidak telap terhadap cecair dan udara f) Tidak bertindak balas dengan asid dan alkali

9. Kegunaan getah tervulkan adalah seperti:- a) Tayar kenderaan

b) Tapak kasut c) Sarung tangan d) Paip getah

Produk-produk getah tervulkan

Teknologi terkini berasaskan getah

1. Beberapa penemuan terbaru telah dihasilkan melalui teknologi terkini dengan berasaskan getah dan sifatnya yang istimewa.

2. Banyak penyelidikan yang telah dilakukan oleh Lembaga Getah Malaysia (LGM) untuk menghasilkan produk berasaskan getah dalam pelbagai bidang khususnya dalam bidang pembuatan dan pembinaan.

3. Contoh-contoh produk berasaskan getah dengan menggunakan teknologi terkini:- a) Asfalt Terubahsuai Getah Bekuan (CMA)

 Digunakan sebagai konkrit asfalt untuk penurapan jalan raya.

 Jalan raya yang dihasilkan lebih tahan lama, tahan kepada haba tinggi, dapat

mengurangkan bunyi bising di antara tayar kenderaan dan jalan dan dapat mengurangkan kesan keretakan jalan raya.

b) Getah Colour

 Adalah cat lukisan yang dihasilkan daripada lateks

 Digunakan dalam seni visual c) Pad landasan kereta api

 Pad diperbuat daripada getah

 Diletakkan di antara landasan dengan enjin kereta api untuk mengurangkan getaran dan bunyi bising.