kimia dalam elektronika

Tugas Kimia Dasar

Nama : Argo Satrio Wicaksono

NIM : 020900242

Prodi : ELINS

Manfaat Mempelajari Ilmu Kimia Dalam Bidang Elektronika

Instrumentasi

1.Pengertian

1.1 Ilmu kimia

Ilmu kimia adalah ilmu yang mempelajari mengenai komposisi dan sifat zat atau materi dari

skala atom hingga molekul serta perubahan atau transformasi serta interaksi mereka untuk

membentuk materi yang ditemukan sehari-hari. Kimia juga mempelajari pemahaman sifat

dan interaksi atom individu dengan tujuan untuk menerapkan pengetahuan tersebut pada

tingkat makroskopik.

1.2 Elektronika Instrumentasi

Elektronika dan Instrumentasi merupakan cabang ilmu/ rekayasa yang menggabungkan

antara pengetahuan elektronika dan instrumentasi yang diperlukan dalam suatu industri.

Elektronika adalah ilmu yang mempelajari alat listrik arus lemah yang dioperasikan dengan

cara mengontrol aliran elektron atau partikel bermuatan listrik dalam suatu alat seperti

komputer, peralatan elektronik, termokopel, semikonduktor, dan lain sebagainya. Ilmu yang

mempelajari alat-alat seperti ini merupakan cabang dari ilmu fisika, sementara bentuk

desain dan pembuatan sirkuit elektroniknya adalah bagian dari teknik elektro, teknik

komputer, dan ilmu/ teknik elektronika dan instrumentasi.

2. Manfaat mempelajari ilmu kimia dalam bidang elins

Argo Satrio Wicaksono – Sekolah Tinggi Teknologi Nuklir Yogyakarta

http://wapedia.mobi/id/Pengetahuan

http://wapedia.mobi/id/Sifat_kimia

http://wapedia.mobi/id/Molekul

http://wapedia.mobi/id/Atom

http://wapedia.mobi/id/Materi

http://wapedia.mobi/id/Ilmu

Ilmu Kimia disebut juga 'Central Science' karena peranannya yang sangat penting diantara

ilmu pengetahuan lainnya. Tidak ada ilmu pengetahuan alam yang tidak bergantung pada

ilmu kimia. Pengembangan dalam bidang kedokteran, farmasi, geologi, pertanian,

elektronika dan sebagainya dapat berjalan seiring dengan kemajuan yang dicapai dalam

ilmu kimia.

Namun demikian, ilmu kimia juga memerlukan ilmu-ilmu lain seperti matematika,

fisika dan biologi. Matematika diperlukan untuk memahami beberapa bagian ilmu

kimia seperti : hitungan kimia, laju reaksi, thermo kimia dan lain-lain.

Fisika diperlukan untuk mempelajari antara lain Thermodinamika, perubahan materi,

sifat fisis zat dan lain lain. Biologi sangat erat hubungannya dalam bio kimia.

Keterkaitan ilmu kimia dengan ilmu lainnya, telah melahirkan beberapa cabang

dalam ilmu kimia, contohnya : biokimia (biologi dan kimia), kimia fisika (kimia dan

fisika), Thermo kimia (thermodinamika dan kimia), elektro kimia (elektronik dan

kimia) dan kimia nuklir (kimia dan nuklir).

Ilmu kimia dikembangkan berlandaskan percobaan (eksperimen) di laboraturium,

serta melalui penerapan konsep-konsep matematika, sehingga ilmu kimia masih

terus berkembang.

Manfaat mempelajari ilmu kimia adalah pemahaman yang lebih baik terhadap alam

sekitar dan berbagai proses yang berlangsung di dalamnya. Dalam ilmu kimia kita

ketahui bahwa materi dapat berubah secara fisis atau kimia. Dengan belajar ilmu

kimia, kita dapat mengubah bahan alam menjadi produk yang lebih berguna untuk

memenuhi kebutuhan hidup manusia, dan kita dapat mengerti kebutuhan hidup

manusia, dan kita dapat mengerti barbagai gejala alam yang kita jumpai dalam

kehidupan kita sehari-hari.

Bidang elektronika instrumentasi tidak dapat lepas dari istilah “listrik”. Listrik dapat dipelajari

melalui ilmu kimia, mengenai bagaimana listrik itu dapat dihasilkan. Reaksi redoks yang

dikenal dalam ilmu kimia dapat terbagi menjadi dua, yaitu reaksi redoks yang berlangsung

spontan (dengan sendirinya) dan reakasi redoks yang tidak spontan (perlu bantuan dari

luar). Reaksi redoks spontan dapat menghasilkan energi listrik. Sementara itu, reaksi redoks

tidak spontan memerlukan energi listrik . Energi listrik yang dihasilkan oleh reaksi redoks

spontan dapat digunakan untuk menjalankan reaksi redoks tidak spontan.


Dalam bidang elektronika instrumentasi (elins) ilmu kimia juga dapat bermanfaat dalam

pembuatan produk-produk yang berkaitan dalam bidang elins itu sendiri. Penggunaan arus

listrik lemah dalam bidang elins tidak pernah lepas dari bahan atau peralatan seperti bahan

semikonduktor, kabel listik (pembungkus/isolatornya), sel elektrokimia dan lain sebagainya.

Semua itu di buat dengan menggunakan pemahaman dari ilmu kimia.

Bahan-bahan Kimia yang Digunakan Dalam Bidang Elektronika Instrumentasi

A. Pemanfaatan bahan-bahan kimia

1. Pembuatan Bahan Semikonduktor

Hampir semua alat maupun perkakas sedikit atau banyak bertumpu pada teknologi

elektronika. Oleh sebab itu, hampir semua aspek kehidupan manusia dipengaruhi oleh

penggunaan bahan semikonduktor dalam produk-produk elektronik. Penggunaan

semikonduktor dalam berbagai peralatan elektronik akan meningkat seiring dengan semakin

canggihnya produk elektronik. Semikonduktor diperkirakan paling banyak dipakai oleh

industri komputer (57 %), peralatan komunikasi (17 %), peralatan elektronik rumah tangga

(15 %) dan sisanya sekitar 11 % untuk keperluan lainnya, seperti peralatan militer, otomotif

dan mesin industri. Reaktor penelitian seringkali dilengkapi dengan berbagai fasilitas, salah

satunya adalah fasilitas doping untuk memproduksi bahan semikonduktor. Pembuatan

bahan baru dengan struktur yang berbeda dari bahan aslinya dapat dilakukan dengan teknik

irradiasi neutron. Karena penyerapan neutron itu, maka kestabilan inti atom bahan menjadi

terganggu dan bahan akan berubah menjadi isotop lain dengan sifat fisika yang berbeda

dari unsur aslinya. Teknik ini ternyata dapat dimanfaatkan untuk memproduksi bahan

semikonduktor, terutama mengubah karakteristik silikon (Si) murni menjadi silikon yang

tercangkok dengan phosphor (P) dengan kadar tertentu, sehingga berperan sebagai bahan

semikonduktor yang sangat baik. Fasilitas doping dengan transmutasi neutron (neutron

doping facility) pada suatu reaktor nuklir dapat digunakan untuk melakukan irradiasi neutron


pada sampel semikonduktor Si yang umumnya terdapat di alam dengan nomor atom 30.

Karena proses irradiasi ini maka sebagian sangat kecil inti atom 30Si akan menyerap

neutron dan berubah menjadi inti atom radioaktif 31Si, selanjutnya 31Si meluruh menjadi

31P. Dengan teknik irradiasi neutron ini dapat diperoleh bahan semikonduktor Si yang

tercangkok P melalui reaksi inti sebagai berikut :

30Si + 1n Æ [31Si]* —> 31P + b-

Dalam abad modern saat ini, semikonduktor merupakan komponen yang sangat

penting dan merupakan bagian utama dari hampir semua rangkaian elektronik.

Semikonduktor Si dengan dopan P ini banyak digunakan untuk pembuatan

transistor, thyristor tegangan tinggi maupun CCD untuk kamera video. Komputer

elektronik generasi baru dikembangkan dengan menggunakan mikroprosesor yang

makin renik sehingga secara fisik tampil dengan ukuran yang lebih kecil, namun

dengan kecepatan kerja yang jauh lebih tinggi. Semakin reniknya komponen

elektronik juga menuntut semakin murninya bahan semikonduktor yang

digunakannya. Teknologi irradiasi neutron ternyata mampu memenuhi tuntutan

tersebut, bahkan merupakan metode terbaik yang ada saat ini untuk memproduksi

bahan semikonduktor dengan tingkat kemurnian sangat tinggi.

Perkembangan teknologi telah mengantarkan elektronika beralih dari orde mikro ke

nano, yang berarti komponen elektronika kelak dapat dibuat dalam ukuran seribu

kali lebih kecil dibandingkan generasi mikroelektronika sebelumnya. Proses

pembuatan bahan semikonduktor dengan teknik irradiasi neutron dapat dilakukan

dengan hasil yang sangat baik, sehingga mendukung ke arah terealisasinya

teknologi nano elektronika di masa mendatang. Kadar dopan P dapat diatur dengan

teknik pengaturan waktu irradiasi yang tepat. Komponen elektronik seperti transistor

biasanya sangat peka terhadap pengotoran, misal pengotoran Si pada saat

pabrikasi. Dengan teknik irradiasi neutron, kehadiran pengotor-pengotor lainnya

yang tidak dikehendaki dalam produksi komponen berbahan semikonduktor dapat

dihindari sejak sebelum proses irradiasi.

2. Polimerisasi Radiasi

Penggunaan teknologi irradiasi yang cukup besar adalah dalam proses kimia suatu industri.

Karena membawa energi yang cukup tinggi, radiasi dapat bertindak sebagai katalis untuk


merangsang terjadinya perubahan kimia suatuÆÒhan, salah satunya adalah untuk merubah

bahan kimia sejenis cairan dari senyawa organik dalam golongan monomer menjadi polimer.

Salah satu sifat dari monomer ini adalah apabila menerima paparan radiasi dapat berubah

menjadi bahan baru yang disebut polimer, yaitu bahan padat yang sangat keras pada suhu

kamar. Teknik pembuatan polimer dengan bantuan radiasi ini disebut polimerisasi radiasi.

Dalam bidang industri, teknologi polimerisasi radiasi dapat dipakai untuk memproduksi

plastik bermutu tinggi karena sifatnya yang sangat kuat serta tahan terhadap panas.

Secara umum dapat dikatakan bahwa polimerisasi merupakan usaha untuk

memadukan beberapa unsur menjadi satu zat yang berpadu. Pemanfaatan polimer

hasil irradiasi dalam industri yang paling banyak adalah untuk pembuatan bahan

isolasi kabel listrik. Irradiasi menyebabkan rantai molekul panjang pada polimer

bergandengan pada tempat-tempat tertentu yang prosesnya dikenal sebagai

pengikatan silang (crosslinking). Energi radiasi dapat merangsang terjadinya ikatan

silang antar polimer sehingga terbentuk jaringan tiga dimensi yang dapat mengubah

sifat polimer. Peristiwa inilah yang sebenarnya menyebabkan bahan isolasi kabel

lebih tahan terhadap panas dan listrik tegangan tinggi.

Kabel tidak pernah dapat dipisahkan dari listrik. Hampir pada setiap barang

elektronik dapat kita jumpai kabel di dalamnya. Secara umum, kabel yang kita kenal

biasanya terdiri atas satu atau lebih logam konduktor yang dibungkus dengan bahan

isolator. Kabel jenis ini sering kita temui baik untuk transmisi arus listrik maupun

pengiriman pulsa listrik dalam telekomunikasi. Isolasi kabel listrik umumnya dibuat

dari bahan plastik polietilen atau polivinil chlorida (PVC). Kedua polimer ini

merupakan jenis linier, yaitu polimer yang melunak atau leleh apabila dipanaskan.

Kelemahan bahan isolasi ini tentu tidak diinginkan untuk kabel yang digunakan pada

alat atau instalasi tertentu.

Logam-logam konduktor yang saat ini digunakan untuk kabel transmisi listrik masih

memiliki tahanan-dalam, sehingga menyebabkan sebagian arus listrik yang

dialirkannya berubah menjadi panas yang dikenal sebagai pemanasan Joule.

Semakin tinggi temperatur, semakin tinggi pula tahanan-dalamnya, sehingga

semakin banyak energi listrik yang dialirkannya berubah menjadi panas. Karena

pemanasan Joule itu pula, maka kuat arus yang mengalir dalam kabel harus

dibatasi. Itulah sebabnya, barang-barang elektronik tertentu, komputer misalnya,


dilengkapi dengan kipas angin untuk mengeluarkan panas yang terjadi dalam sirkuit-

sirkuitnya.

Plastik PVC yang dibuat dari bahan polimer hasil irradiasi dapat mempertahankan

kepadatannya pada temperatur yang jauh lebih tinggi dibandingkan plastik PVC

biasa (hasil proses kimia). Dengan teknologi irradiasi ini, bahan isolasi kabel menjadi

lebih kuat, lebih elastis, dan lebih tahan terhadap minyak serta larutan kimia lainnya.

Kelebihan ini dapat dicapai tanpa menyebabkan perubahan sifat kelistrikan maupun

daya isolasinya.

Teknologi irradiasi juga dapat memodifikasi polietilen menjadi produk polimer yang

dapat menyusut volumenya apabila diberi perlakuan panas yang sering disebut

sebagai heat shrinkable tube. Produk ini banyak digunakan dalam industri listrik

untuk mengisolasi sambungan-sambungan listrik. Heat shrinkable tube juga sering

digunakan dalam industri telekomunikasi untuk membungkus satuan-satuan kabel

seperti satuan kabel telepon, agar terlindung dari pengaruh luar, lebih awet, aman

serta dapat ditanam di bawah tanah.

Teknologi irradiasi sangat efisien dan ekonomis untuk pembuatan polimer bahan

isolasi kabel berdiameter kecil yang banyak dipakai dalam industri elektronika yang

memerlukan akurasi tinggi, seperti komputer dan pesawat telekomunikasi. Untuk

beberapa jenis produk barang elektronik, penggunaan kabel bermutu tinggi ini

seringkali menjadi syarat mutlak, sehingga produk yang dihasilkannya benar-benar

dapat diandalkan dan berdaya saing.

Lapisan permukaan sangat tipis (membran) pada baterai perak oksida yang

digunakan dalam jam digital maupun kalkulator, demikian juga permukaan floppy

disks dan pita rekam video tape, diproses menggunakan teknologi irradiasi. Peneliti

dari Jepang telah berhasil membuat membran polimer dari selulosa yang digunakan

untuk sistim akustik mikrofon atau pembesar suara. Membran berkualitas tinggi ini

sedang dikembangkan nilai komersialnya untuk pembuatan sound systems dan alat

musik bermutu tinggi. Dalam bidang energi, polimer elektrolit padat (solid polymer

electrolyte) dapat digunakan untuk pembuatan sel fotoelektro kimia. Polimer ini

dibuat dari polietilen oksida (PEO) yang dikopel dengan kalium jodida (KJ) dan

jodium (J2). Penelitian dalam bidang ini masih terus dikembangkan untuk


mendapatkan suatu sistim polimer elektrolit padat yang kelak dapat digunakan

sebagai baterai untuk keperluan sistim pembangkit listrik bertenaga matahari (solar

energy).

3. Sel elektrokimia

Sel elektrokimia adalah suatu system yang atas dua electrode, yaitu katode dan anode,

serta larutan elektrolit. Larutan elektrolit berfungsi sebgai penghantar electron. Berdasarkan

prinsip kerjanya, sel elktrokimia terbagi atas sel volta atau sel galvani dan sel elktrlisis.

3.1. Sel volta

Sel volta adalah sel elektrokimia yang menghasilkan arus listrik. Pada sel ini digunakan

electrode negatif dari batang seng yang di celupkan dalam larutan ZnSO4 dan electrode

positif batang tembaga yang dicelupkan dalam larutan CuSO4.

3.1.1 Sel Volta Primer

Contoh-contoh sel volta primer seperti sel kering seng karbon (sel lechance/baterai), baterai

alkaline, baterai merkuri, baterai perokoksida. Perbedaan dari contoh tersebut terdapat pada

anode dan katode yang digunakannya.

3.1.2 Sel volta sekunder

Sebagai sel volta, reaksi redoks dalam aki menghasilkan arus listrik. Lama-kelamaan zat

kimia yang bertindak sebagai katode maupun anode akan habis. Apabila zat tersebut habis,

sel aki akan mati. Dengan mengalirkan arus listrik kedalam sel aki tersebut, maka zat

semula akan terbentuk kembali sehingga sel aki dapat berfungsi lagi. Sel volta yang

demikian dinamakan sel volta sekunder. Beberapa contoh sel volta sekunder adalah aki

timbal, sel nikel-kadmium, dan sel perak seng.

3.1.3 Sel bahan bakar


Sel bahan bakar digunakan sebagai pembangkit energi listrik untuk keperluan tertentu.

Misalnya sebagai sumber energi listrik pesawat ruang angkasa. Pesawat Chalenger dan

Columbia menggunakan sel bahan bakar gas oksigen hydrogen. Pada sel bahan bakar

oksigen hydrogen, gas oksigen sebagai katode dan gas hydrogen sebagai anode. Gas

hydrogen dan oksigen masing-masing dimaksukkan ke dalam electrode karbon yang

berpori. Pada masing-masing electrode digunakan katalis dari serbuk platina.

3.2 Sel elektrolisis

Dalam sel elektroisis, terjadi perubahan energi listri menjadi energi kimia. Biasanya

senyawa yang di elektrolisis berupa senyawa yang bersifat elektrolit. Sel elektrolisis banyak

di gunakan dalam pelapisan logam.


kimia dalam elektronika

Documents