1. Pengertian Kaca dan Fakta Seputar Kaca

Kaca adalah salah satu produk industri kimia yang paling akrab dengan

kehidupan kita sehari-hari. Tetapi seberapa banyakkah yang kita ketahui tentang

senyawa unik ini? Inilah beberapa fakta tentang kaca. Kaca adalah material yang

dapat dibentuk pada temperatur di atas 2300 °F atau 1261 °C. Untuk menghindari

pengkristalan harus melewati  proses pengkristalan secepat mungkin.

Kaca merupakan bahan lutsinar, kuat, tahan hakis, lengai, dan secara

biologi merupakan bahan yang tidak aktif, yang boleh dibentuk menjadi

permukaan yang tahan dan licin. Ciri-ciri ini menjadikan kaca sebagai bahan yang

sangat berguna. Komponen utama kaca ialah silika. Silika ialah galian yang

mengandungi silikon dioksida. Nama IUPAC silikon dioksida ialah silikon(IV)

oksida. Silika wujud secara semulajadi dalam pasir. Kaca merupakan bahan pejal

sekata, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan dengan

cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kekisi kristal biasa

terbentuk.

Kaca biasanya terdiri daripada silikon dioksida (SiO2), yang merupakan

sebatian kimia yang serupa dengan kuarza, atau dalam bentuk polihabluran, pasir.

Silika tulen mempunyai tahap lebur sekitar 2000 Selsius, jadi dua bahan lain

sering dicampurkan kepada pasir dalam pembuatan kaca. Satu daripadanya adalah

soda (sodium karbonat Na2CO3), atau potasy, setara dengan sebatian kalium

karbonat, yang menurunkan tahap lebur kepada sekitar 1000 Selsius.

Bagaimanapun, bahan soda menjadikan kaca larut, jadi kapur (kalsium oksida,

CaO) merupakan bahan ketiga, ditambah untuk menjadikan kaca tidak larut.

Komposisi kaca adalah sebagai berikut

1. pasir silika

2. sodium oksida

3. kalsium oksida / kapur

Namun ribuan campuran kimia yang berbeda dapat digunakan untuk membuat

kaca.

Dipandang dari segi fisika kaca merupakan zat cair yang sangat dingin.

Disebut demikian karena struktur partikel-partikel penyusunnya yang saling

berjauhan seperti dalam zat cair namun dia sendiri berwujud padat. Ini terjadi

akibat proses pendinginan (cooling) yang sangat cepat, sehingga partikel-partikel

silika tidak “sempat” menyusun diri secara teratur. Dari segi kimia, kaca adalah

gabungan dari berbagai oksida anorganik yang tidak mudah menguap , yang

dihasilkan dari dekomposisi dan peleburan senyawa alkali dan alkali tanah, pasir

serta berbagai penyusun lainnya. Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding

dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama

dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO2) dan proses pembentukannya.

Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah:

Padatan amorf (short range order).

Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.

Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu)

Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 1012 Pa.s)

Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida.

Karena itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.

Efektif sebagai isolator.

Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

Sebagaimana bahan-bahan yang sangat banyak digunakan dalam peradaban

modern, riwayat penemuan kaca tidaklah jelas sama sekali. Salah satu rujukan

yang paling tua mengenai bahan ini dibuat oleh Pliny, yang menceritakan

bagaimana pedagang-pedangang phoenisia purba menemukan kaca tatkala

memasak makanan. Periuk yang digunakannya secara tidak sengaja diletakkan di

atas massa trona di suatu pantai. Penyatuan yang terjadi antara pasir dan alkali

menarik perhatian dan orang Mesir telah berusaha menirunya. Sejak tahun 6000

atau 5000 sebelum Masehi, orang mesir telah membuat permata tiruan dari kaca

dengan ketrampilan yang halus dan keindahan yang mengesankan. Kaca jendela

sudah mulai disebut-sebut sejak tahun 290. Silinder kaca jendela tiup ditemukan

oleh para pendeta pada abad kedua belas. Dalam abad tengah, Venesia memegang

monopoli sebagai pusat industi kaca. Di jerman dan inggris, kaca baru mulai

dibuat pada abad ke-16. Secara keseluruhan sebelum tahun 1900, industri ini

merupakan seni yang dilengkapi oleh rumus-rumus rahasia yang dijaga ketat.

Proses pembuatannya-pun bersifat empiris dan hanya berdasarkan pada

pengalaman.

Pada tahun 1914, di Belgia dikembangkan proses Fourcault untuk menarik

kaca plat secara kontiniu. Selama 50 tahun berikutnya para ilmuwan dan insinyur

telah berhasil menciptakan berbagai modifiklasi terhadap proses penarikan kaca

dengan tujuan untuk memperkecil distorsi optik kaca lembaran (kaca jendela) dan

menurunkan biaya pembuatan.

Reaksi yang terjadi dalam pembuatan kaca secara ringkas adalah sebagai berikut:

Na2CO3 + aSiO2 ? Na2O.aSiO2 + CO2

CaCO3 + bSiO2 ? CaO.bSiO2 + CO2

Na2SO4 + cSiO2 + C ? Na2O.cSiO2 + SO2 + SO2 + CO

Walaupun saat ini terdapat ribuan macam formulasi kaca yang dikembangkan

dalam 30 tahun terakhir ini namun gamping, silika dan soda masih merupakan

bahan baku dari 90 persen kaca yang diproduksi di dunia.

Kuarsa (SiO2), salah satu bentuk polimorfi silika

Secara umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan:

1. Silika lebur. Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon

tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni.

Secara salah kaprah, kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass).

Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan

tinggi. Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi

daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi

ultraviolet. Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk

spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.

2. Alkali silikat. Alkali silikat adalah satu-satunya kaca dua komponen yang

secara komersial, penting. Untuk membuatnya, pasir dan soda dilebur

bersama-sama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda

juga dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) banyak dipakai

sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang serta

memberi sifat tahan api.

3. Kaca soda gamping. Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95

persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk

membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang

pecah belah.

4. Kaca timbal. Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti

kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass).

Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks

refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai

82% (densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang

memberikan kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga

digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame

neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance)

listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.

5. Kaca borosilikat. Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20%

B2O3, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na2O. Kaca jenis ini

mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan

dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Perabot

laboratorium yang dibuat dari kaca ini dikenal dengan nama dagang

pyrex. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi,

pipa lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).

6. Kaca khusus. Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca

keselamatan,fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk

kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir

yang diinginkan.

7. Serat kaca (fiber glass). Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus,

yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai

kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih rendah.

2. Jenis- jenis Kaca Antara lain :

Kaca Forming,  Jenis kaca yang dilebur atau dipanaskan kemudian

dicetak sesuai model yang diinginkan.

Kaca Es,  Jenis kaca ini agak buram dan tidak terlalu tembus pandang,

dengan warna umumnya netral atau putih, tetapi ada juga yang warna-

warni.

Kaca Melton, Permukaan kaca jenis ini menghadirkan aneka ragam

tekstur, hingga berbentuk dan agak timbul, atau tampak seperti diukir.

Kaca Sandblasting, Jenis kaca ini agak buram dengan tekstur permukaan

halus dan warna agak ke abu-abuan.

Kaca Patri, Kaca ini dirakit dengan timah atau kuningan yang

membentuk sebuah desain dengan sistem patrian, Kaca Patri atau Stained

Glass banyak menghiasi rumah ibadah seperti masjid dan gereja, juga

rumah pribadi, Permukaan kaca ini tampak seperti dilukis warna-warni,

hingga membiaskan warna ke dalam ruangan bila diterpa sinar mentari

keindahannya juga akan tampak pada malam hari dengan pantulan sinar

lampu dari dalam bangunan atau rumah.

Kaca Raindown, Populer untuk menghiasi interior properti komersial,

jenis kaca ini seperti dialiri air pada permukaannya, seolah menghadirkan

ekosistem air di dalam ruangan, Bersifat tidak tembus pandang, kaca ini

bisa menjadi partisi atau penghias di ruangan.

3. Pembuatan Kaca

Salah satu ciri kaca adalah ia lutsinar. Sifat lutsinar disebabkan kaca terdiri

daripada bahan yang tidak mempunyai keadaan perubahan garisan atomik

dalam tenaga cahaya. Juga disebabkan kaca adalah sekata pada tahap

gelombang yang lebih besar daripada cahaya, ketidaksekataan menyebabkan

cahaya terbias, menghalang pemancaran imej.

Kaca tulen boleh dijadikan begitu lutsinar sehinggakan beratus kilometer kaca

boleh ditembusi gelombang cahaya infra dalam kabel gentian optik.

Kaca biasa mempunyai campuran bahan lain untuk mengubah cirinya.

Kaca bertimah hitam adalah lebih berkilauan, kerana peningkatan index

pantulannya, sementara boron ditambah bagi mengubah ciri terma dan

elektriknya, seperti Pyrex. Menambah barium juga meningkatkan indeks

pantulannya, dan serium digunakan dalam kaca yang menyerap tenaga infra.

Logam oksida juga ditambah bagi menukarkan warna kaca. Peningkatan soda

atau potash menurunkan lagi tahap lebur, sementara mangan ditambah bagi

menyingkirkan warna yang tidak dikehendaki. Kaca berwarna dihasilkan

dengan bercampur dengan sedikit oksida logam peralihan. Misalnya, oksida

mangan akan menghasilkan warna ungu, oksida kuprum dan kromium

memberikan warna hijau, dan oksida kolbalt memberikan warna biru.

Soda atau sodium karbonat, Na2CO3 yang menurunkan tahap lebur

kepada sekitar 1000 C. Bagaimanapun, bahan soda menjadikan kaca larut,

jadi kapur (kalsium oksida, CaO) biasanya ditambah untuk menjadikan kaca

tidak larut. Kaca kadang-kala terbentuk secara semula jadi daripada lava

gunung berapi dalam bentuk obsidia.

untuk kaca datar maka ada beberapa proses yang dilakukan agar bisa

nampak seperti sekarang ini. Pengerjaannya sama seperti kaca lengkung yang

saat ini kita manfaatkan untuk kaca mobil, etalase dan kaca lengkung rumah.

Ternyata proses pembuatan kaca dari awal hingga akhir tidak semudah hasil

yang telah kita lihat, namun ada beberapa tahap yang harus dilalui hingga

berbentuk seperti sekarang ini.

Kaca dibuat dengan mencampur pasir dengan abu soda dan kapur atau

dengan oksida timah. Bangsa Mesir kuno dianggap sebagai orang-orang

pertama yang membuat kaca. Di alam juga ada bahan pembuat kaca,

antaralain :

Tiga bahan dasar dicampur dengan cullet (pecahan kaca), dolomite dan

saltcake, kemudian dilelehkan dalam tungku pembakaran. Panas sangat tinggi

membuat bahan-bahan itu menyatu dan mencair, lalu keluar tungku dan

mengalir ke sebuah ruang yang terapung. Disini, kaca mengapung di atas

lelehan timah. Setelah agak mendingin, kaca dialirkan ke pipa air yang

dingin. Pendinginan lebih lanjut terjadi dengan penyemprotan air pada kaca

yang juga berfungsi memperkuatnya. Bila kaca sudah benar-benar dingin,

baru dipotong sesuai kebutuhan.

4. Bahan Baku Pembuatan Kaca

Untuk membuat berbagai jenis kaca, digunakan pasir kaca dalam jumlah yang

besar. Sebagai fluks bagi silika ini, dipakai soda abu, kerak garam, batu gamping

dan gamping. Di samping itu, banyak pula dipakai oksida timbal, abu mutiara

(kalsium karbonat), saltpeter, boraks, asam borat, asam trioksida, feldspar, dan

fluorspar bersama berbagai jenis oksida, karbonat serta garam-garam logam lain

untuk membuat kaca berwarna. Dalam operasi penyelesaian, banyak pula dipakai

berbagai produk lain seperti abrasif dan asam fluorida. Antaralain :

Pasir yang digunakan untuk membuat kaca haruslah kuarsa yang hampir

murni. Oleh karena itu, lokasi pabrik kaca biasanya ditentukan oleh lokasi

endapan pasir kaca. Kandungan besinya tidak boleh melebihi 0,45% untuk

barang gelas pecah belah atau 0,015% untuk kaca optic, sebab kandungan

besi ini bersifat merusak warna kaca pada umumnya.

Soda (Na2O) terutama didapat dari soda abu padat (Na2CO3). Sumber

lainnya adalah bikarbonat, kerak garam, dan natriun nitrat. Yang tersebut

terakhir ini sangat berguna untuk mengoksidasi besi dan untuk

mempercepat pencairan. Sumber gamping (CaO) yang terpenting adalah

batu gamping dan gamping bakar dari dolomite (CaCO3. MgCO3) yang

berfungsi untuk memberikan MgO pada campuran.

Feldspar mempunyai rumus umum R2O. Al2O3.6SiO2, dimana R2O dapat

berupa Na2O atau K2O atau campuran keduanya. Sebagai sumber Al2O3,

feldspar mempunyai banyak keunggulan dibanding produk lain, karena

murah, murni, dan dapat dilebur. Dan seluruhnya terdiri dari oksida

pembentuk kaca. Al2O3 sendiri digunakan hanya bila biaya tidak

merupakan masalah. Feldspar juga merupakan sumber Na2O atau K2O dan

SiO2. Kandungan aluminanya dapat menurunkan titik cair kaca dan

memperlambat terjadinya devitrifikasi.

Borax adalah bahan campuran yang menambahkan Na2O dan boron

oksida kepada kaca. Walaupun jarang dipakai dalam kaca jendela atau

kaca lembaran, boraks sekarang banyak digunakan didalam berbagai jenis

kaca pengemas. Ada pula kaca borat berindeks tinggi yang mempunyai

nilai dispersi lebih rendah dan indeks refraksi lebih tinggi dari semua kaca

yang telah dikenal. Kaca ini banyak digunakan sebagai kaca optik.

Disamping daya fluksnya yang kuat, boraks tidak saja bersifat

menurunkan koefisien ekspansi tetapi juga menungkatkan ketahanannya

terhadap aksi kimia. Asam borat digunakan dalam tumpak yang

memerlukan hanya sedikit alkali. Harganya hampir dua kali boraks.

Kerak garam (salt cake), sudah lama digunakan sebagai bahan tambahan

pada pembuatan kaca, demikian juga beberapa sulfat lain seperti

ammonium sulfat dan barium sulfat, dan sering ditentukan pada segala

jenis kaca. Kerak garam ini diperkirakan dapat membersihkan buih yang

mengganggu pada tanur tangki. Sulfat ini harus dipakai bersamakarbon

agar tereduksi menjadi sulfite. Arsen trioksida dapat pula ditambahkan

untuk menghilangkan gelombang-gelombang dalam kaca. Nitrat, baik dari

natrium maupun kalium digunakan untuk mengoksidasi besi sehingga

tidak terlalu kelihatan pada kaca produk. Kalium nitrat atau karbonat

digunakan pada berbagai jenis kaca meja, kaca dekorasi, dan kaca optik.

Kulet (cullet) adalah kaca hancuran yang dikumpulkan dari barang-

barang rusak, pecahan beling dan berbagai kaca limbah. Bahan ini dapat

dipakai 10% atau bahkan sampai 80% dari muatan bahan baku.

Blok refraktori untuk industri kaca dikembangkan khusus berhubung

dengan kondisi yang hebat yang harus dialami dalam penggunaannya.

Zirkon, alumina, mulit (mullite), mulit alumina sinter dan zirkonia

alumina-silika, alumina, krom-alumina elektrokast banyak digunakan

sebagai refraktor pada tangki kaca.