Pembelajaran 1.2: Alloy

Pembelajaran 1.2

Alloy

Ketika dua jenis logam dipanaskan bersama atau suatu logam dicampur dengan suatu unsur non-logam, maka salah satu hal berikut ini akan terjadi:

  1. Pembentukan suatu senyawa ion.
  2. Pembentukan alloy interstisial
  3. Pembentukan alloy substitusional
  4. Campuran sederhana

Mana yang akan terjadi bergantung pada kealamiahan kimia dari dua unsur yang bercampur dan juga pada ukuran relatif dari atom logam dan atom yang ditambahkan.

Senyawa Ion

Hal pertama yang perlu dipertimbangkan adalah kealamiahan kimia dari kedua unsur yang bercampur. Jika suatu unsur dengan elektronegatifitas tinggi (misalnya F 4,0; Cl 3,0; atau O 3,5) ditambahkan pada suatu logam dengan elektronegatifitas rendah (misalnya Li 1,0; Na 0,9), produk yang dihasilkan adalah ion bukan logam.

Alloy Interstisial

Hal berikut yang dipertimbangkan adalah ukuran relatif atom. Struktur kebanyakan logam adalah kisi tertata-rapat dari atom-atom atau ion-ion bulat. Sehingga akan terdapat banyak lubang-lubang tetrahedral dan oktahedral. Jika unsur-unsur yang ditambahkan ini mempunyai atom-atom ukuran kecil maka kesemuanya akan terakomodasi ke dalam lubang-lubang tanpa mengubah struktur logam. Hidrogen cukup kecil untuk menempati lubang tetrahedral, tetapi kebanyakan unsur-unsur lain menempati lubang-lubang oktahedral yang lebih besar.

Atom-atom masuk akan menempati posisi interstisial dalam kisi logam daripada menggantikan atom-atom logam. Komposisi kimia dari senyawa tipe ini bervariasi bergantung pada berapa banyak lubang-lubang yang ditempati. Aloy-alloy ini disebut larutan padat interstisial dan terbentuk dengan berbagai ragam logam dengan hidrogen, boron, karbon, nitrogen dan unsur-unsur lainnya. Faktor yang paling penting adalah ukuran dari atom-atom yang masuk. untuk lubang-lubang oktahedral agar ditempati, rasio radius atom yang lebih kecil/ atom yang lebih besar harus dalam batasan 0,414–0,732. Pengisian posisi insterstisial tidak mengubah secara signifikan terhadap struktur logam. masih tetap seperti logam, dan masih mengkonduksi panas dan listrik. Akan tetapi pengisian bebrapa lubang mempunyai pengaruh yang besar terhadap sifat-sifat fisika khususnya kekerasan, kemudahan ditempau dan diulur. Hal ini dikarenakan pengisian lubang-lubang membuat lebih sulit untuk satu lapisan ion logam untuk menyelinap ke lapisan lainnya.

Alloy Substitusional

Jika dua logam bercampur sempurna satu sama lainnya, keduanya dapat membentuk suatu larutan padat. Contohnya adalah Cu/ Ni, Cu/Au, K/Rb, K/Cs dan Rb/Cs. Dalam kasus ini salah satu atom menggantikan atom lainya secara random dalam kisi. Hume-Rothery telah menunjukan bahwa untuk pencampuran sempurna ketiga aturan berikut harus ditaati:

  1. Ukuran kedua logam harus mirip - radius logam keduanya tidak berbeda lebih dari 14-15%.
  2. Kedua logam harus mempunyai struktur kristal yang sama.
  3. Sifat kimia logam-logamnya harus mirip - khususnya jumlah elektron valensi harus sama.

Senyawa-senyawa Hume-Rothery ini mempunyai struktur yang berkaitan dengan rasio jumlah elektron valensi dan jumlah atom (Tabel 1.6). Perhatikan alloy Cu dan Au. Radius logamnya berbeda hanya 12,5%, keduanya mempunyai struktur ccp dan keduanya mempunyai sifat yang mirip karena keduanya berada dalam golongan vertikal yang sama dalam sistem periodik. Sehingga kedua logam bercampur sempurna. Sedangkan alloy Sn dan Pb, radius kedua logam berbeda hanya 8,0% dan keduanya berada dalam golongan IV, sehingga mempunyai sifat yang mirip. Akan tetapi struktur keduanya berbeda sehingga kedua logam ini bercampur sebagian. Solder merupakan alloy dari Sn dan Pb dimana sekitar 30% merupakan Sn, tetapi dapat juga mempunyai kandungan 2-63% Sn. Sifat yang mirip juga ditemukan pada alloy Na/K dan alloy Al/Cu. Radius logam Na dan K berbeda 22,0%, sehingga walaupun mempunyai kemiripan struktur dan kimiawi keduanya hanya membentuk larutan padatan hanya pada kisaran komposisi yang terbatas.

Tabel 1.6. Beberapa senyawa interlogam dengan beragam rasio Σ e.v/Σ atom

Jumlah electron valensi/jumlah atom

Formula Ideal

Fasa-β (tipe bcc)

3/2

3/2

3/2

3/2

CuZn

Cu3Al

AgZn

Ag3Al

Fasa -γ (tipe kubus)

 

Cu5Zn8

Cu9Al4

21/13

21/13

Fasa -ε (tipe hcp)

 

CuZn3

Cu3Si

Ag5Al3

Au5Al3

7/4

7/4

7/4

7/4

 

Superkonduktivitas

Logam-logam merupakan koduktor listrik yang baik dan konduktivitasnya ini meningkat ketika temperatur diturunkan. Pada tahun 1911 ilmuwan Belanda Heike Kamerlingh Onnes menemukan bahwa logam-logam seperti Hg dan Pb menjadi superkonduktor pada temperatur yang dekat nol absolut. Suatu superkonduktor mempunyai tahanan (tipe listrik yang nol atau mendekati nol. Karenanya superkonduktor dapat menghantar arus listrik tanpa kehilangan energy dan pada prinsipnya arus dapat mengalir selamanya. Ada temperatur kritis Tc dimana resistanturun dengan tajam dan terjadi superkonduksi. Suatu superkonduktor juga menolak medan magnetik internal (akibat dari elektron tak-berpasangan), sehingga superkonduktor adalah diamagnetik. Dalam banyak kasus perubahan sifat magnetik lebih mudah dideteksi daripada peningkatan konduktivitas listrik, oleh karena aliran dari arus tinggi atau medan listrik kuat dapat merusak keadaan superkonduktif.

 

Intisari

Alloy adalah campuran logam dan non logam dengan pemanasan pada suhu tertentu.

Alloy interstitial terjadi ketika atom-atom masuk menempati posisi interstisial dalam kisi logam daripada menggantikan atom-atom logam.

Alloy substansional adalah jika dua logam bercampur sempurna membentuk suatu padatan dimana ukuran kedua logam memiliki kemiripan dengan perbedaan radius tidak lebih dari 15%, mempunyai struktur kristal yang sama, dan sifat kimia logam yang mirip dan jumlah electron valensinya sama.

Superkonduktor adalah logam yang dapat menghantarkan listrik tanpa kehilangan.

Last modified: Wednesday, 22 July 2020, 3:15 PM