Kimia Terapan dalam Bidang Teknik Sipil
1. MATERIAL
Di bidang industri, ilmu Kimia seringkali sangat dibutuhkan. Mesin-mesin besar di industri membutuhkan logam yang baik dengan sifat tertentu yang sesuai dengan kondisi dan bahan-bahan yang digunakan. Semen, kayu, cat, pipa PVC, dan beton dihasilkan melalui riset yang berdasarkan ilmu Kimia. Kain sintetis yang Anda gunakan juga merupakan hasil penerapan ilmu Kimia.
1.a Pipa PVC
Polivinil klorida (IUPAC: Poli(kloroetanadiol)), biasa disingkat PVC, adalah polimer termoplastik urutan ketiga dalam hal jumlah pemakaian di dunia, setelah polietilena dan polipropilena. Di seluruh dunia, lebih dari 50% PVC yang diproduksi dipakai dalam konstruksi. Sebagai bahan bangunan, PVC relatif murah, tahan lama, dan mudah dirangkai. PVC bisa dibuat lebih elastis dan fleksibel dengan menambahkan plasticizer, umumnya ftalat. PVC yang fleksibel umumnya dipakai sebagai bahan pakaian, perpipaan, atap, dan insulasi kabel listrik.
PVC diproduksi dengan cara polimerisasi monomer vinil klorida (CH2=CHCl). Karena 57% massanya adalah klor, PVC adalah polimer yang menggunakan bahan baku minyak bumi terendah di antara polimer lainnya. Proses produksi yang dipakai pada umumnya adalah polimerisasi suspensi.
Pada proses ini, monomer vinil klorida dan air diintroduksi ke reaktor polimerisasi dan inisiator polimerisasi, bersama bahan kimia tambahan untuk menginisiasi reaksi. Kandungan pada wadah reaksi terus-menerus dicampur untuk mempertahankan suspensi dan memastikan keseragaman ukuran partikel resin PVC. Reaksinya adalah eksotermik, dan membutuhkan mekanisme pendinginan untuk mempertahankan reaktor pada temperatur yang dibutuhkan. Karena volume berkontraksi selama reaksi (PVC lebih padat dari pada monomer vinil klorida), air secara kontinu ditambah ke campuran untuk mempertahankan suspensi.
Ketika reaksi sudah selesai, hasilnya, cairan PVC, harus dipisahkan dari kelebihan monomer vinil klorida yang akan dipakai lagi untuk reaksi berikutnya. Lalu cairan PVC yang sudah jadi akan disentrifugasi untuk memisahkan kelebihan air. Cairan lalu dikeringkan dengan udara panas dan dihasilkan butiran PVC. Pada operasi normal, kelebihan monomer vinil klorida pada PVC hanya sebesar kurang dari 1 PPM.
Proses produksi lainnya, seperti suspensi mikro dan polimerisasi emulsi, menghasilkan PVC dengan butiran yang berukuran lebih kecil, dengan sedikit perbedaan sifat dan juga perbedaan aplikasinya. Produk proses polimerisasi adalah PVC murni. Sebelum PVC menjadi produk akhir, biasanya membutuhkan konversi dengan menambahkan heat stabilizer, UV stabilizer, pelumas, plasticizer, bahan penolong proses, pengatur termal, pengisi, bahan penahan api, biosida, bahan pengembang, dan pigmen pilihan.
2.b Semen
Dalam perkembangan zaman semen diciptakan untuk memenuhi pesanan akan bangunan yang kian meningkat. Salah satu terapan kimia dalam bidang teknik sipil adalah pembuatan semen. Karena itu perlu dikaji lebih khusus, semen merupakan bahan dasar dari sebuah bangunan. Maka perlu kita ketahui kandungan semen : Trikalsium silikat Dikalsium silikat Trikalsium aluminat Tetrakalsium aluminofe Gipsum 1.c BETON
Beton adalah sebuah bahan bangunan komposit yang terbuat dari kombinasi aggregat dan pengikat semen. Bentuk paling umum dari beton adalah beton semen Portland, yang terdiri dari agregat mineral (biasanya kerikil dan pasir), semen dan air.
Biasanya dipercayai bahwa beton mengering setelah pencampuran dan peletakan. Sebenarnya, beton tidak menjadi padat karena air menguap, tetapi semen berhidrasi, mengelem komponen lainnya bersama dan akhirnya
membentuk material seperti-batu. Beton digunakan untuk membuat perkerasan jalan, struktur bangunan, fondasi, jalan, jembatan penyeberangan, struktur parkiran, dasar untuk pagar/gerbang, dan semen dalam bata atau tembok blok. Nama lama untuk beton adalah batu cair.
Dalam perkembangannya banyak ditemukan beton baru hasil modifikasi, seperti beton ringan, beton semprot (eng: shotcrete), beton fiber, beton berkekuatan tinggi, beton berkekuatan sangat tinggi, beton mampat sendiri (eng: self compacted concrete) dll. Saat ini beton merupakan bahan bangunan yang paling banyak dipakai di dunia.
1.c Cat Kayu dan Tembok
Cat digunakan untuk memperindah ruangan dengan warna yang menarik. Cat yang biasanya sering dipakai adalah cat kayu dan cat tembok. Daya lekat antara cat tembok dan cat kayu berbeda. Cat kayu mempunyai daya rekat yang lebih kuat daripada cat tembok . Bahan kimia yang ada dalam cat tembok di anataranya adalah kalsium karbonat (CaCo), titanium dioksida (TiO), PVAC (Poly Vinly Acrylic), kaolin, pigmen, dan air. Kalsium karbonat dan titanium dioksida digunakan ebagai bahan baku utama dalam cat tembok. PVAC digunakan sebagai bahaBahan Kimia Dalam Cat Cat
digunakan untuk memperindah ruangan dengan warna yang menarik. Cat yang biasanya sering dipakai adalah cat kayu dan cat tembok. Daya lekat antara cat tembok dan cat kayu berbeda.
Cat kayu mempunyai bahan Kimia. Dalam Cat Cat digunakan untuk memperindah ruangan dengan warna yang menarik. Cat yang biasanya sering dipakai adalah cat kayu dan cat tembok. Daya lekat antara cat tembok dan cat kayu berbeda. Cat kayu mempunyai daya rekat yang lebih kuat daripada cat tembok . Bahan kimia yang ada dalam cat tembok di anataranya adalah kalsium karbonat (CaCo), titanium dioksida (TiO), PVAC (Poly Vinly Acrylic), kaolin, pigmen, dan air. Kalsium karbonat dan titanium dioksida digunakan ebagai bahan baku utama dalam cat tembok. PVAC digunakan sebagai bahan pengental dan perekat. Adapun kaolin digunakan sebagai bahan pengisi dan pigmen sebagai bahan untuk memberikan warna yang diinginkan.
Bahan baku cat kayu hampir sama dengan bahan baku pada cat tembok. Perbedaannya, pada cat kayu ditambahkan lateks (getah karet) dan sebagai pelarutnya digunakan terpentin bukan air. Terpentin digunakan sebagai pelarut karena dapat melarutkan lateks. a rekat yang lebih kuat daripada cat tembok . Bahan kimia yang ada dalam cat tembok di anataranya adalah kalsium karbonat (CaCo), titanium dioksida (TiO), PVAC (Poly Vinly Acrylic), kaolin, pigmen, dan air. Kalsium karbonat dan titanium dioksida digunakan ebagai bahan baku utama dalam cat tembok. PVAC digunakan sebagai bahan pengental dan perekat. Adapun kaolin digunakan sebagai bahan pengisi dan pigmen sebagai bahan untuk memberikan warna yang diinginkan. Bahan baku cat kayu hampir sama dengan bahan baku pada cat tembok. Perbedaannya, pada cat kayu ditambahkan lateks (getah karet) dan sebagai pelarutnya digunakan terpentin bukan air. Terpentin digunakan sebagai pelarut karena dapat melarutkan lateks. n pengental dan
perekat. Adapun kaolin digunakan sebagai bahan pengisi dan pigmen sebagai bahan untuk memberikan warna yang diinginkan.
Bahan baku cat kayu hampir sama dengan bahan baku pada cat tembok. Perbedaannya, pada cat kayu ditambahkan lateks (getah karet) dan sebagai pelarutnya digunakan terpentin bukan air. Terpentin digunakan sebagai pelarut karena dapat melarutkan lateks. Cat digunakan untuk memperindah ruangan dengan warna yang menarik. Cat yang biasanya sering dipakai adalah cat kayu dan cat tembok. Daya lekat antara cat tembok dan cat kayu berbeda. Cat kayu mempunyai daya rekat yang lebih kuat daripada cat tembok . Bahan kimia yang ada dalam cat tembok di anataranya adalah kalsium karbonat (CaCo), titanium dioksida (TiO), PVAC (Poly Vinly Acrylic), kaolin, pigmen, dan air.
Kalsium karbonat dan titanium dioksida digunakan ebagai bahan baku utama dalam cat tembok. PVAC digunakan sebagai bahan pengental dan perekat. Adapun kaolin digunakan sebagai bahan pengisi dan pigmen sebagai bahan untuk memberikan warna yang diinginkan. Bahan baku cat kayu hampir sama dengan bahan baku pada cat tembok. Perbedaannya, pada cat
kayu ditambahkan lateks (getah karet) dan sebagai pelarutnya digunakan terpentin bukan air. Terpentin digunakan sebagai pelarut karena dapat melarutkan lateks.
Keramik adalah material-material padat anorganik nonlogam. Material tersebut dapat berupa kristalin atau nonkristalin. Keramik nonkristalin meliputi gelas dan material lain dengan struktur tidak beraturan (amorf), sedangkan yang kristalin memiliki struktur beraturan. Keramik dapat memiliki struktur jaringan kovalen, ikatan ion, atau gabungan keduanya. Secara umum bersifat keras, getas, dan stabil terhadap suhu sangat tinggi. Contoh umum keramik, misalnya semen, keramik cina, bata tahan api, insulator listrik, dan suku cadang mesin seperti.
Bahan-bahan keramik berasal dari berbagai bahan kimia meliputi silikat, oksida logam, karbida (karbon dan logam), nitrida (nitrogen dan logam), atau alumina (Al2O3). Simak Tabel 3. untuk mengetahui sifat-sifat bahan keramik.
Tabel 3 Sifat-Sifat Bahan Keramik dengan Baja Lunak Sebagai Pembanding
Material Titik Leleh (°C) Kerapatan (g/cm3) Kekerasan (Mohs) Modulus Elastisitas Koefisien Termal Al2O3 2050 3,8 9 34 8,1 SiC 2800 3,2 9 65 4,3 ZrO2 2660 5,6 8 24 6,6 BeO 2550 3,0 9 40 10,4 Baja lunak 1370 7,9 5 17 15 a. Aplikasi Keramik
Objek-objek keramik banyak yang lebih tegar dan kuat ketika dibentuk dari campuran kompleks dua atau lebih material. Campuran seperti ini dinamakan komposit. Komposit lebih efektif dibentuk melalui penambahan fiber keramik ke dalam material keramik. Pembentukan
fiber keramik dapat diilustrasikan, misalnya dengan silikon karbida (SiC) atau karborundum.
Komposit keramik secara luas digunakan sebagai alat pemotong logam. Misalnya, alumina diperkuat dengan silikon karbida yang digunakan untuk memotong dan pengeras logam paduan berbasis nikel. Material keramik juga digunakan untuk roda penggiling dan ampelas sebab memiliki kekerasan yang tinggi. Beberapa keramik, seperti kuarsa (kristal SiO2) merupakan piezo elektric. Kuarsa ini dapat membangkitkan potensial listrik jika bahan tersebut ditekan secara mekanik.
Salah satu kegunaan material keramik yang sangat populer adalah keramik untuk lantai (tile ceramic) dengan permukaan mengkilap. Selain memiliki nilai estetika yang indah, keramik juga dapat melindungi panas dari bumi sehingga lantai tetap terasa dingin.
Superkonduktor adalah bahan yang kehilangan tahanan listrik jika didinginkan sampai suhu tertentu. Ini berarti, arus listrik yang mengalir pada bahan superkonduktor tidak akan kehilangan panas, tidak seperti arus listrik dalam bahan konduktor biasa (banyak panas terbuang). Sekali arus dilewatkan ke dalam bahan superkonduktor, secara terusmenerus listrik mengalir tanpa batas dan tanpa hambatan. Sifat menarik lainnya dari superkonduktor adalah memiliki diamagnetis sempurna yang menolak semua medan magnet secara sempurna.
Senyawa, seperti itrium-barium-tembaga oksida (YBa2Cu3O7)
bersifat superkonduktor pada 95 K dan HgBa2Ca2Cu3O8 + x memiliki tahanan nol
pada 1 atm dan 133 K. Superkonduktor dengan sifat-sifat dapat menghantarkan arus listrik dengan tahanan nol dapat menghemat energi di dalam banyak aplikasi, seperti generator listrik, motor listrik, dan pada chip komputer yang lebih cepat dan lebih kecil.
