Ikatan Kovalen

Ikatan Kovalen

Ikatan Kovalen adalah ikatan yang terjadi karena pemakaian pasangan elektron secara bersama oleh 2 atom yang berikatan. Ikatan kovalen terjadi akibat ketidakmampuan salah 1 atom yang akan berikatan untuk melepaskan elektron (terjadi pada atom-atom non logam).

Pembentukan ikatan kovalen terbentuk dari atom-atom unsur yang memiliki afinitas elektron tinggi serta beda keelektronegatifannya lebih kecil dibandingkan ikatan ion. Atom non logam cenderung untuk menerima elektron sehingga jika tiap-tiap atom non logam berikatan maka ikatan yang terbentuk dapat dilakukan dengan cara mempersekutukan elektronnya dan akhirnya terbentuk pasangan elektron yang dipakai secara bersama. Pembentukan ikatan kovalen dengan cara pemakaian bersama pasangan elektron tersebut harus sesuai dengan konfigurasi elektron pada unsur gas mulia yaitu 8 elektron (kecuali He berjumlah 2 elektron).

Menurut jumlah pasangan elektron yang digunakan bersama-sama, ikatan ini dibagi menjadi:

1. Ikatan kovalen tungggal

Tunggal di sini bermakna elektron yang dishare bersama antar 2 atom yang beriktatan berjumlah sepasang. Masing-masing atom menyumbangkan 1 elektron. Coba sobat amati struktur lewis dari senyawa metana (CH₄) seperti gambar di bawah ini:

untuk mencapai kestabilan atom C perlu 4 buah elektron dan atom H memerlukan 1 buh elektron untuk tiap atomnya. Aton karbon bisa mengikat 4 atom karbon secara bersamaan. Setiap ikatan atom C dengan tom H melibatkan sepasang elektron sehingga dinamakan ikatan kovalen tunggal. Contoh lain ikatan seperti ini ada pada senyawa asam klorida HCl, asam bromida HBr, amonia NH₃.

2. Ikatan kovalen ganda (rangkap 2)

 

 

Sobat hitung saat belajar biologi pasti akrab dengan senyawa berbentuk gas seperti CO₂ dan O₂. Keduanya dibutuhkan makhluk hidup terutama manusia, hewan, dan tumbuhan. Karbodioksida (CO₂) dan oksigen adalah contoh dari ikatan kovalen ganda yaitu ikatan kovalen yang setiap ikatan antar atomnua melibatkan 2 pasang elektron (4 buah). Untuk mencapai kondisi stabil, atom karbon (C) memerlukan 4 buah karena ia telah memiliki 4 buah elektron valensi. Atom O memerlukan 2 buah eletron untuk mencapai kestabilan. Oleh karena itu, 1 atom karbon akan mengikat 2 buah atom oksigen. Masing-masing ikatan C dengan O melibatkan 2 pasang elektron (ikatan kovalen ganda).

3. Ikatan kovalen rangkap tiga (3)

Sejalan dengan definisi ikatan kovalen tunggal dan rangkap, ikatan ini disebut rangkap tiga karena setip ada ikatan antar atom melibatkan 3 pasang (6 buah) elektron valensi. Berikut proses pembentukan ikatan kovalen rangkap 3 pada senyawa unsur N2:

• Atom Nitrogen memiliki nomor atom 7 dengan konfigurasi 2,5
• Atom Nitrogen memiliki 5 elektron valensi dan guna mencapai kestabilan atomnya akan cenderung menerima 3 buah elektron.
• Ketika satu atom N berikatan dengan 1 atom sejenis maka terbentuk satu ikatan kovalen. Masing-masing atom menyumbangkan 3 elektron untuk digunakan bersama. Jadi ada 3 pasang (3 buah) elektron yang digunakan. 

4. Ikatan kovalen koordinasi

Ikatan kovalen koordinasi adalah ikatan yang terbentuk dari pemakaian pasangan elektron bersama yang berasal dari salah satu atom yang memiliki pasangan elektron bebas. Contoh senyawa yang memiliki ikatan kovalen koordinasi adalah HNO₃, NH₄Cl, SO₃, dan H₂SO₄.

Ciri-ciri dari ikatan kovalen koordinasi adalah pasangan elektron bebas dari salah satu atom yang dipakai secara bersama-sama.

Penyimpangan Pada Kaidah Oktet dan Duplet

Ikatan kovalen merupakan ikatan antar atom (unsur) kimia nonlogam untuk mencapai kestabilan dengan memenuhi aturan oktet maupun duplet. Akan tetapi pada kenyataannya ada penyimpangan dari aturan ini. Contohnya seperti pada senyawa PCl5. Ketika unsur phospor direaksikan dengan klorin akan menghasilkan senyawa PCl3 dan PCl5 bergantung pada jumlah klorin yang digunakan bereaksi. Melihat konfigurasinya, atom phospor memiliki elektron valensi 5 dan cenderung menerima 3 elektron untuk mencapai kestabilan. Untuk senyawa PCl3 memenuhi kaidah oktet, akan tetapi untuk PCl5 menyimpang. Untuk setip atom klorin telah memiliki 8 elektron tetapi atom Phospor total mempunyai 10 elektron.

 

Sifat-sifat senyawa kovalen sebagai berikut

1. Pada suhu kamar umumnya berupa gas (misal H2, O2, N2, Cl2, CO2), cair (misalnya H2O dan HCl), ataupun berupa padatan.
2. Titik didih dan titik lelehnya rendah, karena gaya tarik menarik antar molekulnya lemah meskipun ikatan antar atomnya kuat.
3. Larut dalam pelarut non polar dan beberapa diantaranya dapat berinteraksi dengan pelarut polar.
4. Larutannya dalam air ada yang menghantarkan arus listrik (misal HCl) tetapi sebagian besar tidak dapat menghantarkan arus listrik, baik padatan, leburan, ataupun larutannya.

Gugus Fungsi Senyawa Karbon

GUGUS FUNGSI SENYAWA KARBON 

Banyak senyawa karbon yang mempunyai kemiripan sifat yang dapat diketahui dari reaksi-reaksinya. Hal ini disebabkan oleh gugus fungsional yang terdapat dalam molekul senyawa karbon. Gugus fungsional adalah kelompok atom yang memberikan beberapa sifat kimia yang khas dari senyawa yang molekulnya mengandung gugus tersebut.

Gugus fungsi merupakan bagian aktif dari senyawa karbon yang menentukan sifat-sifat senyawa karbon. Gugus fungsi tersebut berupa ikatan karbon rangkap dua, ikatan karbon rangkap tiga, dan atom/ gugus atom. Meskipun senyawa-senyawa karbon mempunyai unsure dasar sama yaitu karbon, tetapi sifat-sifatnya jauh berbeda satu dengan yang lainnya. Perbedaan ini disebabkan oleh gugus fungsi yang diikat berbeda. Ketiga senyawa tersebut dibedakan oleh gugus –H, gugus – C = C -, dan gugus – OH. Gugus inilah yang membedakan sifat ketiganya, baik sifat fisika dan sifat kimia. Senyawa-senyawa karbon yang mempunyai gugus fungsional yang sama dikelompokkan dalam satu golongan.

Pada abad ke-18 diketahui senyawa hidrokarbon hanya dapat diperoleh dari makhluk hidup sehingga senyawa hidrokarbon disebut senyawa organik. Di Kelas X Anda telah belajar sifat khas atom karbon yang dapat berikatan dengan atom karbon dan atom-atom lain selain atom hidrogen. Sifat inilah yang menjadikan senyawa karbon melimpah di alam dengan berbagai sifat fisika dan sifat kimia. Senyawa hidrokarbon memiliki sifat tertentu akibat adanya atom selain atom karbon dan hidrogen di dalamnya. Atom-atom tersebut dinamakan gugus fungsional senya a hidrokarbon.

Gugus fungsional pada senyawa hidrokarbon tersebut berperan penting dalam kereaktifannya terhadap senyawa atau atom lain. Oleh karena itu, para Kimiawan banyak mensintesis senyawa hidrokarbon yang mengandung gugus fungsi berbeda-beda untuk dimanfaatkan dalam berbagai aplikasi. Kosmetik untuk wanita, cuka yang digunakan pada makanan, dan pengawet bahan biologis merupakan contoh aplikasi zat yang mengandung senyawa hidrokarbon dengan gugus fungsi yang berbeda.

Atom karbon, di samping memiliki kemampuan berikatan dengan atom karbon lain, juga dapat berikatan dengan atom unsur-unsur lain. Dalam hidrokarbon, atom karbon dapat berikatan dengan atom hidrogen membentuk senyawa hidrokarbon. Selain itu, atom karbon dapat juga berikatan dengan atom-atom lain, seperti oksigen, nitrogen, fosfor, belerang, dan halogen. Atom atau gugus atom yang terikat pada senyawa hidrokarbon dapat menentukan sifat-sifat senyawa karbon. Atom atau gugus karbon tersebut lebih reaktif dari yang lainnya, dinamakan gugus fungsi. Dengan kata lain, gugus fungsi adalah bagian reaktif dari senya a karbon yang menentukan sifat fisika dan kimia senyawa karbon. Jika atom halogen (F, Cl, Br, I) terikat pada senyawa hidrokarbon maka senyawa yang terbentuk akan memiliki sifat-sifat fisika dan kimia yang ditentukan oleh gugus tersebut.

Berikut beberapa contoh gugus fungsi yaitu:

1. ALKOHOL 

Merupakan kelompok senyawa karbon yang memiliki gugus fungsi hidroksil (-OH) dengan rumus umum R-OH atau CnH2n+1OH. Senyawa ini mempunyai nama IUPAC alkanol karena dianggap sebagai urutan alkana dengan mensubstitusi satu atom H dengan gugus –OH. Untuk penamaan -na dirubah menjadi -nol.

R - OH

2. ETER 

Atau dapat disebut alkoksi alkana berdasarkan aturan IUPAC, yang dianggap sebagai turunan alkana, mempunyai rumus umum R-O-R’ atau CnH2n+2O. Bila R=R’ disebut eter sederhana, sedangkan bila R bukan R’ disebut eter majemuk. R dan R' merupakan alkil. 

R - O - R'

3. ALDEHIDA 

Senyawa karbonil (-C=O). Aldehid merupakan singkatan dari alkohol dehidrogenatus. Senyawa ini dianggap turunan dari alkana sehingga disebut alkanal dan mempunyai rumus umum CnH2nO. Aldehid dapat diperoleh dengan jalan oksidasi alkohol primer. untuk tatanama yaitu akhiran -na ditambahkan -l menjadi -nal.

4. KETON 

Termasuk senyawa karbonil (-C=O). Senyawa ini dianggap turunan dari alkana sehingga disebut alkanal dan mempunyai rumus umum CnH2nO. Seperti halnya eter, R yang sama dengan R’ disebut katon sederhana, sedangkan R yang tidak sama dengan R’ disebut keton majemuk. R dan R' merupakan alkil.

5. ASAM KARBOKSILAT 

(Alkanoat) memiliki rumus umum CnH2nO2 atau R-COOH. Gugus karboksilat (-COOH) merupakan gabungan dari gugus karbonil dan hidroksil. Senyawa ini dianggap turunan alkana dan diberi nama asam alkanoat atau dengan nama yang lebih lama, asam alkana karboksilat.

6. ESTER 

Memiliki rumus umum CnH2nO2 atau R-COO-R’. Nama IUPAC dari ester adalah alkyl alkanoat. Kebanyakan senyawa ester berbau harum, karena itu banyak digunakan sebagai pengharum (esens). Ester dibuat dari asam dan alkohol melalui reaksi esterifikasi yang berupa reaksi setimbang.

7. ALKILAMINA 

Suatu senyawa karbon yang berikatan dengan gugus -NH2.

R – NH₂

8. HALOALKANA 

Suatu senyawa karbon atau alkil yang berikatan dengan salah satu unsur halogen.

R - X

 

x = unsur-unsur halogen atau VIIA ( F, Cl, Br, I, At)

Kimia Polimer

PENGERTIAN POLIMER

Polimer berasal dari bahasa yunani Polys dan Meros, Polys berarti banyak dann meros berarti bagian. Polymer = “Banyak Bagian”. Polimer adalah molekul besar  yang terbangun oleh susunan unit ulangan kimia yang kecil, sederhana dan terikat oleh ikatan kovalen. Unit ulangan ini biasanya setara atau hampir setara dengan monomer yaitu bahan awal dari polimer.

Polimer didefinisikan sebagai makromolekul yang dibangun oleh pengulangan kesatuan kimia yang kecil dan sederhana yang setara dengan monomer, yaitu bahan pembuat polimer. Akibatnya, molekul-molekul polimer umumnya mempunyai massa molekul yang sangat besar. Hal inilah yang menyebabkan polimer memperlihatkan sifat sangat berbeda dari molekul-molekul biasa meskipun susunan molekulnya sama. Pada umumnya polimer dikenal sebagai materi yang bersifat non-konduktif atau isolator. Kemajuan dalam riset polimer telah menemukan berbagai polimer yang bersifat konduktif maupun semikonduktif. Bahan komposit diartikan sebagai gabungan dari 2 material atau lebih yang berbeda sifatnya dan akan membentuk sifat fisis yang baru. Komposit polimer-karbon terbentuk dari gabungan polimer dengan karbon yang membentuk sebuah material yang mempunyai sifat yang baru yaitu mempunyai resistansi tertentu dan nilai resistansinya berubah apabila terkena gas. Polimer mempunyai banyak variasi sifat, dan itulah mengapa polimer mempunyai banyak sekali kegunaan dalam kehidupan sehari-hari. Di era modern, hampir setiap bagian hidup manusia melibatkan polimer. Termasuk jenis polimer antara lain plastik, elastomer, serat, cat dan bahan pelapis. Penggunaan polimer dalam perkakas rumah tangga, alat transportasi, alat komunikasi dan alat elektronika sangat besar cakupannya.

 

2.  JENIS – JENIS POLIMER 

Poly Ethylene (PE) 

Polietilena (disingkat PE)  adalah termo plastik atau merupakan polimer plastik yang sifatnya ulet (liat), massa jenis rendah, lentur, sukar rusak apa bila lama dalam keadaan terbuka di udara maupun apabila terkena tanah lumpur, tetapi tidak tahan panas. Kegunaan polietena adalah untuk memproduksi lembaran untuk kantong plastik, pembungkus halaman, ember, dsb.   

Poly Propylene (PP)

Polipropilena atau polipropena (PP) adalah sebuah polimer termo-plastik yang dibuat oleh industri kimia dan digunakan dalam berbagai aplikasi, diantaranya digunakan ntuk dipakai ada packingmakanan kering atau snack.

Poly Vinly Chlorine (PVC) 

Plastik ini juga tahan serta kedap terhadap minyak dan bahan organik. Ada dua tipe plastik PVC yaitu bentuk kaku dan bentuk fleksibel. Plastik bentuk kaku digunakan untuk membuat konstruksi bangunan, mainan anak-anak,  pipa PVC (paralon), meja, lemari. Adapun plastik bentuk fleksibel, jenis ini digunakan untuk membuat selang plastik dan isolasi listrik.

Teflon (PTFE)

Teflon tersusun dari monomer-monomer tetrafluorotena. Teflon bersifat sangat ulet, kenyal, tahan terhadap zat kimia, tak mudah terbakar, isolator listrik yang baik, dan mampu melumasi diri serta tidak menempel. Panci untuk memasak/menggoreng menggunakan pelapis teflon, sehingga tidak memerlukan minyak yang banyak, tidak mudah gosong, serta mudah mencucinya.

Polistirena 

Polistirena tersusun atas monomer stirena. Polistirena digunakan untuk membuat gelas minuman ringan, isolasi, dan untuk kemasan makanan.

Oriented Polystyrene (OPP)

Sangat Bening,Kurang Tahan Panas.

High Density Polyethylene (HDPE) 

Bahan Plastik Yang Berwarna Putih susu Atau Putih Bersih.

Karet Bahan  

Adalah Karet Yang Berupa Karet Gelang Bersifat Transparant,Kuat dan Elastis. 

Low Density Polyethylene (LDPE) 

Bahan Plastik Yang digunakan Untuk Pelapis Kaleng. 

Polyethylene Terephthalate (PET) 

Adalah Polimer Jernih Dan kuat Dengan Sifat-sifat Penahan Gas Dan Kelembaban.

Lunchbox Polystyrene 

Bahan Plastik Yang Digunakan Untuk Packing Makanan Ringan,Nasi,Dll. 

 

Klasifikasi polimer

Berdasarkan asal polimer:

1. Polimer alam: polimer yang tersedia secara alami di alam. Contoh: karet alam (dari monomer-monomer 2-metil-1,3-butadiena/isoprena), selulosa (dari monomer-monomer glukosa), protein (dari monomer-monomer asam amino), amilum.
2. Polimer sintetik: polimer buatan hasil sintetis indukstri/pabrikan. Contoh: nilon (dari asam adipat dengan heksametilena), PVC (dari vinil klorida), polietilena, poliester (dari diasil klorida dengan alkanadiol).

Berdasarkan strukturnya

1.     Polimer linear

Polimer linear terdiri dari rantai panjang atom-atom skeletal yang dapat mengikat gugus substituen.Polimer ini biasanya dapat larut dalam beberapa pelarut, dan dalam keadaan padat pada temperatur normal.Polimer ini terdapat sebagai elastomer, bahan yang fleksibel (lentur) atau termoplastik seperti gelas).

 Contoh : Polietilena, poli(vinil klorida) atau PVC, poli(metil metakrilat) (juga dikenal sebagai PMMA, Lucite, Plexiglas, atau perspex), poliakrilonitril (orlon atau creslan) dan nylon 66.

 

2.    Polimer bercabang

  Polimer bercabang dapat divisualisasi sebagai polimer linear dengan percabangan pada struktur dasar yang sama sebagai rantai utama.

 

 3. Polimer jaringan tiga dimensi (three-dimension network)  

Polimer jaringan tiga dimensi adalah polimer dengan ikatan kimianya terdapat antara rantai, seperti digambarkan pada gambar berikut. Bahan ini biasanya di”swell” (digembungkan) oleh pelarut tetapi tidak sampai larut. Ketaklarutan ini dapat digunakan sebagai kriteria dari struktur jaringan. Makin besar persen sambung-silang (cross-links) makin kecil jumlah penggembungannya (swelling). Jika derajat sambung-silang cukup tinggi, polimer dapat menjadi kaku, titik leleh tinggi, padat yang tak dapat digembungkan, misalnya intan (diamond).    

           

Polimer linear dan bercabang memiliki sifat :

        1. Lentur

        2. Berat Molekul relatif kecil

        3. Termoplastik

Berdasarkan kegunaanya

• Polimer komersial (commodity polymers)

Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari. Contoh : Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida (PVC), melaminformaldehid

• Polimer teknik (engineering polymers)

Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di negara maju.Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang-barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi. Contoh : Nylon, polikarbonat, polisulfon, polieste.

• Polimer fungsional (functional polymers)

Polimer  ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuan khusus dengan produksinya dalam skala kecil

Contoh : kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer peka cahaya, membran, biopolymer.

Berdasarkan sifat terhadap panas (termalnya) :

a.  Polimer Termoplastik: polimer yang mempunyai sifat tidak tahan terhadap panas. Jenis plastik ini tidak memiliki ikatan silang antar rantai polimernya, melainkan dengan struktur molekul linear atau bercabang. Contoh: PVC, polietilena

b.  Polimer Termosetting: polimer polimer yang mempunyai sifat tahan terhadap panas, jika polimer ini dipanaskan, maka tidak dapat meleleh. Sehingga tidak dapat dibentuk ulang kembali. Contoh: melamin, selulosa.

Berdasarkan rantai penyusunnya:

a.  Kopolimer: Polimer yang tersusun dari ikatan dua atau lebih unit monomer yang berbeda, sebagai gambarannya -[A-B-A-B-A-B]-.

b.  Homopolimer: Polimer yang tersusun dari unit monomer identik/monomer yang sama, sebagai gambarannya -[A-A-A-A-A-A]-.

Berdasarkan model reaksi polimerisasinya:

a.  Polimer Adisi yaitu monomer molekul ikatan satu sama lain tanpa kehilangan setiap atom lainnya. monomer alkena adalah kelompok terbesar dari polimer dalam kelas ini. 

b. Polimer Kondensasi, yaitu: biasanya dua monomer yang berbeda dikombinasikan dengan hilangnya sebuah molekul kecil, biasanya air. Poliester dan poliamida (nilon) berada di kelas ini polimer. 

Berdasarkan Jenis Monomernya

1. Homopolimer

        Homopolimer adalah polimer yang monomernya sejenis. Contohnya, selulosa dan protein.

(-P-P-P-P-P-P-P-P-)n. Pada polimer adisi homopolimer, ikatan rangkapnya terbuka lalu berikatan membentuk polimer yang berikatan tunggal.

2. Kopolimer

        Kopolimer atau disebut juga heteropolimer adalah polimer yang monomernya tidak sejenis. Contoh dakron, nilon-66, melamin (fenol formaldehida). Proses pembentukan polimer berlangsung dengan suhu dan tekanan tinggi atau dibantu dengan katalis, namun tanpa katalis strukyur molekul yang terbentuk tidak beraturan. Jadi, fungsi katalis adalah untuk mengendalikan proses pembentukan striktur molekul polimer agar lebih teratur sehingga sifat-sifat polimer yang diperoleh sesuai dengan yang diharapkan. Contoh struktur rantai molekul polimer tidak beraturan (produk polimerisasi tanpa katalis) adalah sebagai berikut :

(-P-S-S-P-P-S-S-S-P-S-P-)n.

Kopolimer tidak beraturan

    Pada proses pembentukan polimer yang digunakan katalis, struktur molekul yang terbentuk akan beraturan. Contoh struktur rantai molekul polimer teratur (produk polimerisasi dengan katalis) adalah sebagai berikut :

 

Sistem blok :

(-P-P-P-S-S-S-P-P-P-S-S-S-)n

Kopolimer blok

        Sistem berseling :

(-P-S-P-S-P-S-P-S-P-S-P-S-P-)n

Kopolimer berseling

 

Sifat polimer

 

A. Sifat Thermal

Sifat polimer terhadap panas ada yang menjadi lunak jika dipanaskan dan keras jika didinginkan, polimer seperti ini disebut termoplas.

Contohnya : plastik yang digunakan untuk kantong dan botol plastik.

Sedangkan polimer yang menjadi keras jika dipanaskan disebut termoset, contohnya melamin

B. Sifat Kelenturan

Polimer akan mempunyai kelenturan yang berbeda dengan polimer sintetis. Umumnya polimer alam agak sukar untuk dicetak sesuai keinginan,sedangkan polimer sintetis lebih mudah dibuat cetakan untuk menghasilkan bentuk tertentu. Karet akan lebih mudah mengembangdan kehilangan kekenyalannya setelah terlalu lama kena bensin atau minyak.

C. Ketahanan terhadap Mikroorganisme

Polimer alam seperti wool, sutra, atau selulosa tidak tahan terhadap mikroorganisme atau ulat (rayap).Sedangkan polimer sintetis lebih tahan terhadap mikroorganisme atau ulat.

D. Sifat Lainnya

Sifat polimer yang lainnya bergantung pemakainnnya untuk kemasan atau alat-alat industri. Untuk tujuan pengemasan harus diperhatikan :

·           Toksisitasnya

·           Daya tahan terhadap air, minyak atau panas

·           Daya tembus udara (oksigen)

·           Kelenturan

·           Transparan

Aplikasi Polimer

1. Polimer komersial (commodity polymers). Polimer ini dihasilkan di negara berkembang, harganya murah dan banyak dipakai dalam kehidupan sehari hari, Contohnya yaitu: Polietilen (PE), polipropilen (PP), polistirena (PS), polivinilklorida(PVC), melamin formaldehid.
2. Polimer teknik (engineering polymers). Polimer ini sebagian dihasilkan di negara berkembang dan sebagian lagi di negaramaju. Polimer ini cukup mahal dan canggih dengan sifat mekanik yang unggul dan daya tahan yang lebih baik. Polimer ini banyak dipakai dalam bidang transportasi (mobil, truk, kapal udara), bahan bangunan (pipa ledeng), barang- barang listrik dan elektronik (mesin bisnis, komputer), mesin-mesin industri dan barang-barang konsumsi. Contohnya: Nylon, polikarbonat, polisulfon, poliester.
   
3. Polimer fungsional (functional polymers). Polimer ini dihasilkan dan dikembangkan di negara maju dan dibuat untuk tujuankhusus dengan produksinya dalam skala kecil. Contohnya yaitu: kevlar, nomex, textura, polimer penghantar arus dan foton, polimer pekacahaya, membran, biopolimer.

Material Keramik

Pengertian Keramik

Keramik berasal dari bahasa Yunani Keramos yang berarti periuk atau belanga yang terbuat dari tanah (Astuti, 1997 dalam Trisnawanti, 2008). Keramik adalah semua benda-benda yang terbuat dari tanah liat/lempung yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran suhu tinggi. Pengertian keramik yang lebih luas dan umum adalah “Bahan yang dibakar tinggi” termasuk didalamnya semen, gips, metal dan lainnya. Sebelum diproses menjadi keramik, segi penting sifat bubuk mineralnya adalah ukuran partikel (yang mengganti sifat akhir) serta distribusi sifat partikel (mempengaruhi rapatan). Adapun sifat keramik antara lain:

a.    Tidak korosif

b.    Ringan

c.    Keras

d.   Stabil pada suhu tinggi.

Keramik memiliki struktur organik dan non organik  seperti gelas  tetapi kebanyakan memiliki struktur kristal. Struktur mikro keramik selalu kompleks dan dibedakan oleh adanya batas butir (grain boundaries), renik (pores), ketidakmurnian dan kondisi multifasa yang membuatnya lebih bervariasi. Pada daerah batas butir energi bertambah sehingga ketidakmurnian cenderung berkumpul di  sana. Ketidakmurnian merupakan fasa kedua dan ketiga, antara partikel  penyusun (konstituen)  ke dalam batas butir. Dengan adanya penambahan ketidakmurnian dan zat aditif lainnya, mikrostruktur dapat berubah, jika diamati pada batas butirnya maupun  porositasnya. Kondisi mikrostruktur ini menggambarkan keadaan terhadap sifat fisis dan kimia dari keramik.

 

Bahan Dasar Keramik

Pada dasarnya bahan dasar keramik antara lain :

1. Tanah Liat (lempung)

Tanah liat (lempung) sebagai bahan pokok untuk pembuatan keramik, merupakan salah satu bahan yang kegunaannya sangat menguntungkan bagi manusia karena bahannya yang mudah didapat dan pemakaian hasilnya yang sangat luas. Kira-kira 70% atau 80% dari kulit bumi terdiri dari batuan merupakan sumber tanah liat. Tanah liat banyak ditemukan di areal pertanian terutama persawahan. Dilihat dari sudut ilmu kimia, tanah liat termasuk hidrosilikat alumina dan dalam keadaan murni mempunyai rumus: Al₂O₃.2SiO₂.2H₂O  dengan perbandingan berat dari unsur-unsurnya: Oksida Silinium (SiO₂) 47%, Oksida Aluminium (Al₂O₃) 39%, dan Air (H₂O) 14% (Gatot, 2003 dalam Abdullah, 2005).

Bentuknya seperti lempengan kecil-kecil hampir berbentuk segi enam dengan permukaan yang datar. Bentuk kristal; seperti ini menyebabkan tanah liat bila dicampur dengan air mempunyai sifat liat (plastis), mudah dibentuk karena kristal-kristal ini meluncur di atas satu dengan yang lain denga air sebagai pelumasnya (Astuti, 1997 dalam Trisnawanti, 2008).

Mineral liat terbentuk dari hasil hancuran iklim terhadap mineral primer atau batuan yang mengandung mineral  feldspar, mika, piroksin dan eamfibol. Pada dasarnya mineral liat dapat dibedakan atas 2 kelompok senyawa, yaitu liat silikat dan liat bukan silikat. Liat silikat kemudian dibedakan pila dalam 3 tipe yaitu : tipe 1:1, 2:1, dan tipe 2:2. Tipe dalam hal ini menunjukkan perbandingan antara Si-tetraeder dengan Al-oktaeder. Dengan mengetahui tipe mineral liat juga dapat ditentukan tingkat hancuran suatu tanah. Tanah yang mengandung liat 1:1 menunjukkan suatu tanah yang lebih tua daripada tanah berliat tipe 2:1. Karena Si telah habis tercuci. Disamping liat silikat amorfus, yaitu alofan. Liat bukan silikat merupakan kelompok senyawa hidrus oksida besi dan aluminum. Nama hidrus oksida mencerminkan asosiasi antara molekul air dan oksida (Hakim, 1986).

Tanah liat memiliki sifat-sifat yang khas yaitu bila dalam keadaan basah  mempunyai sifat plastis tetapi bila dalam keadaan kering akan menjadi keras, sedangkan bila dibakar akan menjadi padat dan kuat. Pada umumnya, masyarakat memanfaatkan tanah liat (lempung) sebagai bahan baku pembuatan bata dan gerabah. 

2. Kuarsa (SiO₂ )

Kuarsa (mineral silika) adalah salah satu komponen utama dalam pembentukan keramik dan banyak terdapat di permukaan bumi (sekitar 60%). Bentuk umum fasa kristal kuarsa adalah tridimit, quartz dan kristobalit, tergantung pada temperaturnya. Jenis kristal silika yang ada di alam adalah kuarsa, sedangkan tridimit dan kristobalit jarang dijumpai. Kuarsa memiliki keplastisan rendah dan titik lebur tinggi sekitar 1728°C, tetapi hasil pembakarannya kuat dan keras. Bahan baku kuarsa dapat diperoleh dari batuan atau pasir kuarsa dengan kandungan silika tinggi.

3. Feldspar

Feldspar adalah suatu kelompok mineral yang berasal dari batu karang yang ditumbuk dan dapat memberikan sampai 25 % flux (pelebur) pada badan keramik. Bila keramik dibakar, feldspar akan meleleh (melebur) dan membentuk leburan gelas yang menyebabkan partikel tanah dan bahan lainnya melekat satu sama lain. Pada saat membeku, bahan ini memberikan kekuatan pada badan keramik. Feldspar tidak larut dalam air, mengandung alumina, silika dan flux yang digunakan untuk membuat gelasir suhu tinggi.

Feldspar pada saat ini nerupakan group mineral dengan jumlah mineral yang paling besar di kerak bumi, membentuk sekitar 60% batuan terrestrial (Indiani, 2009). Kebanyakan feldspar yang tersedia berupa sodium feldspar, potassium feldspar dan feldspar campuran. Feldspar kebanyakan digunakan pada aplikasi-aplikasi industri yang membutuhkan kandungan feldspar yang berupa alumina dan alkali.

Rumus kimia feldspar secara umum adalah XAl(Al,Si)Si₂O₈ dengan X adalah potassium, sodium, kalsium atau barium. Secara khusus rumus kimia feldspar dapat dilihat pada Tabel 1.

Jenis Feldspar	Rumus Kimia
Albite	Na(Si,Al)O
Anorthite	Ca(Si,Al)O
Orthoclase	K(Si,Al)O
Celsian	Ba(Si,Al)O

Table 2.1. Jenis-jenis feldspar Sumber: K. McPhee (1959) dalam Indiani (2009)

4. Serbuk Kaca/Cullet

Cullet adalah serbuk kaca yang sangat kecil. Kaca biasanya dihasilkan dari campuran silicon atau bahan dioksida (SiO₂) yang merupakan benda amorf, dibentuk melalui prosesan pemadatan dari peleburan tanpa kristalisasi. Kaca kadang-kadang dianggap sebagai cairan kental (viskos) kareana bukan kristalin atau amorf. Akan tetapi hanya beberapa cairan yang dapat membentuk kaca. Pada suhu tinggi, kaca merupakan cairan sejati, dan pada fase cair ini struktur dari bahan-bahan anorganik belum beraturan dan atom-atomnya selalu bergerak terus-menerus.

Sifat-Sifat Keramik

Sifat-sifat dari keramik dipengaruhi oleh perubahan mikrostruktur pada batas butiran maupun pada porositasnya. Sifat-sifat keramik antara lain :

1.    Keras, kuat, tetapi bersifat getas atau mudah pecah.

2.    Tahan terhadap korosi.

3.    Kapasitas panas yang baik dan konduktivitas panas yang rendah.

4.    Sifat listriknya dapat menjadi isolator, semikonduktor, konduktor bahkan superkonduktor.

5.    Dapat bersifat magnetik dan non magnetik.

Jenis Bahan Keramik Menurut Kepadatan (Anonim, 2007)

 Gerabah (Earthenware)

Dibuat dari semua jenis bahan tanah liat yang plastis dan mudah dibentuk dan dibakar pada suhu maksimum 1000°C. Keramik jenis ini struktur dan teksturnya sangat rapuh, kasar dan masih berpori. Agar supaya kedap air, gerabah kasar harus dilapisi glasir, semen atau bahan pelapis lainnya. Gerabah termasuk keramik berkualitas rendah apabila dibandingkan dengan keramik batu (stoneware) atau porselin. Bata, genteng, paso, pot, anglo, kendi, gentong dan sebagainya termasuk keramik jenis gerabah. Genteng telah banyak dibuat berglasir dengan warna yang menarik sehingga menambah kekuatannya. 

Keramik Batu (Stoneware) 

Dibuat dari bahan lempung plastis yang dicampur dengan bahan tahan api sehingga dapat dibakar pada suhu tinggi (1200°-1300°C). Keramik jenis ini mempunyai struktur dan tekstur halus dan kokoh, kuat dan berat seperti batu. Keramik jenis termasuk kualitas golongan menengah.

Porselin (Porcelain)

Porselin adalah jenis keramik bakaran suhu tinggi yang dibuat dari bahan lempung murni yang tahan api, seperti kaolin, alumina dan silika. Oleh karena badan porselin jenis ini berwarna putih bahkan bisa tembus cahaya, maka sering disebut keramik putih. Pada umumnya, porselin dipijar sampai suhu 1350°C atau 1400°C, bahkan ada yang lebih tinggi lagi hingga mencapai 1500°C. Porselin yang tampaknya tipis dan rapuh sebenarnya mempunyai kekuatan karena struktur dan teksturnya rapat serta keras seperti gelas. Oleh karena keramik ini dibakar pada suhu tinggi maka dalam bodi porselin terjadi penggelasan atau vitrifikasi. Secara teknis keramik jenis ini mempunyai kualitas tinggi dan bagus, disamping mempunyai daya tarik tersendiri karena keindahan dan kelembutan khas porselin. Juga bahannya sangat peka dan cemerlang terhadap warna-warna glasir.

Keramik Baru (New Ceramic)

Adalah keramik yang secara teknis, diproses untuk keperluan teknologi tinggi seperti peralatan mobil, listrik, konstruksi, komputer, cerobong pesawat, kristal optik, keramik metal, keramik multi lapis, keramik multi fungsi, komposit keramik, silikon, bioceramic, dan keramik magnit. Sifat khas dari material keramik jenis ini disesuaikan dengan keperluan yang bersifat teknis seperti tahan benturan, tahan gesek, tahan panas, tahan karat, tahan suhu kejut seperti isolator, bahan pelapis dan komponen teknis lainnya. 

Tahap Pembuatan Keramik

Ada beberapa tahapan proses yang harus dilakukan untuk membuat suatu produk keramik, yaitu:

1. Pengolahan bahan

Tujuan pengolahan bahan ini adalah untuk mengolah bahan baku dari berbagai material yang belum siap pakai menjadi badan keramik plastis yang telah siap pakai. Pengolahan bahan dapat dilakukan dengan metode basah maupun kering, dengan cara manual ataupun masinal. Didalam pengolahan bahan ini ada proses-proses tertentu yang harus dilakukan antara lain pengurangan ukuran butir, penyaringan, pencampuran, pengadukan (mixing), dan pengurangan kadar air. Pengurangan ukuran butir dapat dilakukan dengan penumbukan atau penggilingan dengan ballmill. Penyaringan dimaksudkan untuk memisahkan material dengan ukuran yang tidak seragam. Ukuran butir biasanya menggunakan ukuran mesh. Ukuran yang lazim digunakan adalah 60 – 100 mesh. Pencampuran dan pengadukan bertujuan untuk mendapatkan campuran bahan yang homogen/seragam. Pengadukan dapat dilakukan dengan cara manual maupun masinal dengan blunger maupun mixer. Pengurangan kadar air dilakukan pada proses basah, dimana hasil campuran bahan yang berwujud lumpur dilakukan proses lanjutan, yaitu pengentalan untuk mengurangi jumlah air yang terkandung sehingga menjadi badan keramik plastis. Proses ini dapat dilakukan dengan diangin-anginkan diatas meja gips atau dilakukan dengan alat filterpress. Tahap terakhir adalah pengulian. Pengulian dimaksudkan untuk menghomogenkan massa badan tanah liat dan membebaskan gelembung-gelembung udara yang mungkin terjebak. Massa badan keramik yang telah diuli, disimpan dalam wadah tertutup, kemudian diperam agar didapatkan keplastisan yang maksimal.

2. Pembentukan

Tahap pembentukan adalah tahap mengubah bongkahan badan tanah liat plastis menjadi benda-benda yang dikehendaki. Ada tiga keteknikan utama dalam membentuk benda keramik: pembentukan tangan langsung (handbuilding), teknik putar (throwing), dan teknik cetak (casting). 

Dalam membuat keramik dengan teknik pembentukan tangan langsung, ada beberapa metode yang dikenal selama ini: teknik pijit (pinching), teknik pilin (coiling), dan teknik lempeng (slabbing).

Pembentukan dengan teknik putar adalah keteknikan yang paling mendasar dan merupakan kekhasan dalam kerajinan keramik. Karena kekhasannya tersebut, sehingga keteknikan ini menjadi semacam icon dalam bidang keramik. Dibandingkan dengan keteknikan yang lain, teknik ini mempunyai tingkat kesulitan yang paling tinggi. Seseorang tidak begitu saja langsung bisa membuat benda keramik begitu mencobanya. Diperlukan waktu yang tidak sebentar untuk melatih jari-jari agar terbentuk ’feeling’ dalam membentuk sebuah benda keramik. Keramik dibentuk diatas sebuah meja dengan kepala putaran yang berputar. Benda yang dapat dibuat dengan keteknikan ini adalah benda-benda yang berbentuk dasar silinder: misalnya piring, mangkok, vas, guci dan lain-lain. Alat utama yang digunakan adalah alat putar (meja putar). Meja putar dapat berupa alat putar manual mapupun alat putar masinal yang digerakkan dengan listrik. Secara singkat tahap-tahap pembentukan dalam teknik putar adalah: centering (pemusatan), coning (pengerucutan), forming (pembentukan), rising (membuat ketinggian benda), refining the contour (merapikan).

Dalam keteknikan ini, produk keramik tidak dibentuk secara langsung dengan tangan; tetapi menggunakan bantuan cetakan/mold yang dibuat dari gipsum. Teknik cetak dapat dilakukan dengan 2 cara: cetak padat dan cetak tuang (slip). Pada teknik cetak padat bahan baku yang digunakan adalah badan tanah liat plastis sedangkan pada teknik cetak tuang bahan yang digunakan berupa badan tanah liat slip/lumpur. Keunggulan dari teknik cetak ini adalah benda yang diproduksi mempunyai bentuk dan ukuran yang sama persis. Berbeda dengan teknik putar atau pembentukan langsung,

3. Pengeringan

Setelah benda keramik selesai dibentuk, maka tahap selanjutnya adalah pengeringan. Tujuan utama dari tahap ini adalah untuk menghilangkan air plastis yang terikat pada badan keramik. Ketika badan keramik plastis dikeringkan akan terjadi 3 proses penting: (1) Air pada lapisan antarpartikel lempung mendifusi ke permukaan, menguap, sampai akhirnya partikel-partikel saling bersentuhan dan penyusutan berhenti; (2) Air dalam pori hilang tanpa terjadi susut; dan (3) air yang terserap pada permukaan partikel hilang. Tahap-tahap ini menerangkan mengapa harus dilakukan proses pengeringan secara lambat untuk menghindari retak/cracking terlebih pada tahap 1 (Norton, 1975/1976). Proses yang terlalu cepat akan mengakibatkan keretakkan dikarenakan hilangnya air secara tiba-tiba tanpa diimbangi penataan partikel tanah liat secara sempurna, yang mengakibatkan penyusutan mendadak. Untuk menghindari pengeringan yang terlalu cepat, pada tahap awal benda keramik diangin-anginkan pada suhu kamar. Setelah tidak terjadi penyusutan, pengeringan dengan sinar matahari langsung atau mesin pengering dapat dilakukan.

4. Pembakaran

Pembakaran merupakan inti dari pembuatan keramik dimana proses ini mengubah massa yang rapuh menjadi massa yang padat, keras, dan kuat. Pembakaran dilakukan dalam sebuah tungku/furnace suhu tinggi. Ada beberapa parameter yang mempengaruhi hasil pembakaran: suhu sintering/matang, atmosfer tungku dan tentu saja mineral yang terlibat (Magetti, 1982). Selama pembakaran, badan keramik mengalami beberapa reaksi-reaksi penting, hilang/muncul fase-fase mineral, dan hilang berat (weight loss). Secara umum tahap-tahap pembakaran maupun kondisi api furnace dapat dirinci dalam tabel.

Pembakaran biscuit

Pembakaran biskuit merupakan tahap yang sangat penting karena melalui pembakaran ini suatu benda dapat disebut sebagai keramik. Biskuit (bisque) merupakan suatu istilah untuk menyebut benda keramik yang telah dibakar pada kisaran suhu 700 – 1000oC. Pembakaran biskuit sudah cukup membuat suatu benda menjadi kuat, keras, kedap air. Untuk benda-benda keramik berglasir, pembakaran biskuit merupakan tahap awal agar benda yang akan diglasir cukup kuat dan mampu menyerap glasir secara optimal.

5. Pengglasiran
Pengglasiran merupakan tahap yang dilakukan sebelum dilakukan pembakaran glasir. Benda keramik biskuit dilapisi glasir dengan cara dicelup, dituang, disemprot, atau dikuas. Untuk benda-benda kecil-sedang pelapisan glasir dilakukan dengan cara dicelup dan dituang; untuk benda-benda yang besar pelapisan dilakukan dengan penyemprotan. Fungsi glasir pada produk keramik adalah untuk menambah keindahan, supaya lebih kedap air, dan menambahkan efek-efek tertentu sesuai keinginan.

Aplikasi Keramik Dalam Kehidupan Sehari-Hari 

 
1. Komponen Dapur/Oven (furnace) : Refraktori padat, Isulator, Refraktori cor, Penanganan logam cair, Elemen pemanas, Perkakas oven;
2. Komponen Mesin Otomotif : Busi, Sil pompa, Katup, Rotor turbocharger, piston;
3. Komponen Gas Turbin : Ruang Bakar, Sudu-sudu turbin, Pemindah panas;
4. Penahan Panas : Dinding pesawat ulang alik, Isolator panas, Lapisan penahan panas, Bahan tahan api;
5. Komponen tahan aus : Alat-alat potong, Penempa (die), Kran (nozzle), Sil dan plunyer pompa, Lining dan alat Miling, Abrasif, Pelumas padat, Alat ukur standar;
6. Keramik Tangguh : benang (fiber), Whisker (fiber), Peralatan golf, Lempengan tahan peluru, Bantalan, pisau dan gunting;
7. Keramik Optik : benang optic, Lensa, Laser, Alumina translusen, Dioda, Keramik luminesen;
8. Pelapis Keramik: Tahan aus, Tahan korosi, Penghalang panas, Dielektrik, Pelumas, Katalis;
9. Keramik Elektromagnetik: Elemen magnet, Kapasitor, Resistor, IC substrat, Sensor oksigen, Sel bahan baker, Pompa oksigen, Superkonduktor, Elektroda, Varistor, Pizoelektrik, Isulator, Termistor, Semikonduktor, Konduktor ion;
10. Keramik Bangunan : Atap, lantai, Kaca jendela, Semen dan Beton, Gelas keramik, Terakota, Gerabah, Batu bata;
11. Biokeramik: Pengganti tulang, Pengganti gigi, Katup jantung, Porselin gigi;
12. Saringan dan Selaput Keramik : Selaput pemisah cairan, Selaput pemisah gas, Saringan logam cair;
13. Keramik Nuklir : Bahan bakar nuklir, Moderator, Pelindung, Kapsul gelas, Pembungkus bahan bakar nuklir.