KUMPULAN SOAL PRA-UTSPENGENALAN BAHAN DAN KOROSI 2013/2014

Materi: a. Pengenalan bahan b. Struktur atom dan ikatan kimia c. Struktur kristal d. Mechanical properties

Pengenalan bahan 1. a. Jelaskan perbedaan antara material science dan material engineering.

b. Apakah tujuan seorang chemical engineer mempelajari pengetahuan bahan? Jelaskan dan berikan contoh penggunaan pengetahuan bahan dalam teknik kimia.

2. Sebutkan dan jelaskan perbedaan dari tiga jenis penggolongan material secara konvensional beserta contohnya. Apakah penyebab perbedaan sifat antara ketiganya?

Struktur atom dan ikatan kimia 3. Apakah gagasan yang terdapat pada teori atom Bohr dan teori atom mekanika kuantum? Jelaskan

bagaimana teori atom Bohr dapat disempurnakan oleh teori atom mekanika kuantum. 4. Dari ketiga unsur di bawah ini, susunlah konfigurasi elektronnya dan tentukan letak unsur tersebut

pada sistem periodik unsur pada kondisi netral. a. Te b. Ga c. Ni+2

5. a. Apakah yang disebut dengan elektron valensi pada atom? Jelaskan mengapa keberadaan elektron valensi ini dapat menyebabkan ikatan kimia antar atom. b. Jelaskan pengaruh ikatan antaratom yang terdapat pada suatu senyawa terhadap sifat fisis senyawa tersebut. (jawaban pada paper & photo 2)

6. a. Sebutkan perbedaan yang terdapat antara ikatan ionik, kovalen dan metal beserta contohnya. b. Dari senyawa SiO2, CaCl2 dan Fe2O3, siapakah yang memiliki sifat ionik terbesar? (Diketahui elektronegatifitas unsur Si, O, Ca, Cl dan Fe berturut-turut adalah 1,9; 3,5; 1,3; 3,0; dan 1,8)

7. a. Sebutkan dan jelaskan perbedaan dari setiap secondary bonding. b. Senyawa-senyawa berikut ini: - N2

- H2O - HCl Perkirakan urutan titik didih dari ketiga senyawa berikut ini pada kondisi normal (25 °C dan 1 atm) serta jelaskan alasannya.

Struktur kristal 8. a. Jelaskan perbedaan utama antara struktur single crystal, polycrystalline dan amorphous.

b. Bagaimanakah tahapan pembentukan suatu polycrystalline? Jelaskan dengan gambar. 9. a. Apakah yang disebut dengan unit sel, bilangan koordinasi dan atomic packing factor pada strukur

kristal? b. Jelaskan bagaimanakah korelasi antara jari-jari atom (R) dengan sisi unit sel (a) pada struktur kristal FCC dan BCC.

10. Tentukan bilangan koordinasi yang terbentuk pada senyawa CsCl, Al2O3 dan SiO2 jika diketahui bahwa radius ion pada kation dan anion yang terbentuk adalah sebagai berikut. - Cs+ = 167 pm - O2- = 140 pm - Cl- = 181 pm - Si4+ = 40 pm - Al3+ = 53,5 pm

11. Apakah yang disebut dengan fenomena polymorphism dan allotropy? Carilah contoh dari unsur/senyawa yang mengikuti fenomena tersebut (selain intan dan grafit) dan jelaskan penyebabnya.

12. a. Jelaskan apakah yang disebut dengan sistem kristal beserta parameter yang mempengaruhinya. b. Gambarkan arah kristal [101] dan [210] serta bidang kristal (101) dan (110).

Mechanical structure 13. a. Sebut dan jelaskan keempat jenis beban mekanis pada material. Jenis beban yang manakah yang

paling banyak digunakan pada pengujian sifat material? b. Sebutkan organisasi yang memberikan standar pengujian pada bahan konstruksi peralatan pada industri kimia.

14. Jelaskan metode yang dilakukan pada pengujian material dengan pemberian beban berupa tarikan. Parameter apakah yang diperhatikan pada pengujian material tersebut?

15. a. Jelaskan apakah yang disebut dengan deformasi. Apakah perbedaan antara deformasi elastis, deformasi plastis dan deformasi parsial? b. Jelaskan fenomena mikroskopis yang terjadi pada suatu material pada saat mengalami deformasi elastis dan deformasi plastis.

16. a. Gambarkan dan jelaskan tahapan uji yang tedapat pada diagram engineering stress-strain. Apakah yang disebut dengan yield strength dan tensile strength? b. Apakah perbedaan dari diagram engineering stress-strain dengan diagram true stress-strain?

17. a. Apakah yang disebut dengan slip/dislokasi dan viscous flow (aliran kental) pada defomasi plastis material? b. Jelaskan beberapa faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya slip. c. Sebutkan beberapa perlakuan yang bisa diberikan untuk memodifikasi sifat bahan yang terkait dengan slip.

18. Sebutkan dan jelaskan 3 sifat material yang dapat diuji dengan menggunakan metode pemberian beban tarikan. => Tegangan, Regangan, Modulus Elastis.

JAWABAN

2. 1.logam Logam adalah unsur kimia yang memiliki sifat kuat, keras, liat, merupakan penghantar panas dan

listrik, serta mempunyai titik lebur tinggi. Logam di bedakan dua bagian yaitu:a. ferro; Besi merupakan logam yang penting dalam bidang teknik, tetapi besi murni terlalu lunak

dan rapuh sebagai bahan kerja, bahan konstruksi dll. Oleh karena itu besi selalu bercampur dengan unsur lain, terutama zat arang/karbon (C). Logam ferro meliputi: besi (iron), baja (steel), dan besi cor (cast iron).

b. Non-ferro; logam non ferro murni, platina, emas dan perak tidak dipadukan karena sudah memiliki sifat yang baik, misalnya ketahanan kimia dan daya hantar listrik yang baik serta cukup kuat, sehingga dapat digunakan dalam keadaan murni. Tetapi karena harganya mahal, ketiga jenis logam ini hanya digunakan untuk keperluan khusus. Misalnya dalam teknik proses dan laboratorium di samping keperluan tertentu seperti perhiasan dan sejenisnya. Logam non ferro adalah logam selain logam besi, seperti, aluminum, tembaga, magnesium, dan paduan-paduannya.

2.non logamNon logam adalh unsure kimia yang memiliki sifat elastic, cair, tidak dapat menghantar arus listrik, peka terhadap api, dan mudah pecah. Seperti; Polimer, keramik, etc.

3.kompositKomposit adalah suatu jenis bahan baru hasil rekayasa yang terdiri dari dua atau lebih bahan dimana sifat masing-masing bahan berbeda satu sama lainnya baik itu sifat kimia maupun fisikanya dan tetap terpisah dalam hasil akhir bahan tersebut (bahan komposit). Bahan komposit memiliki banyak keunggulan, diantaranya berat yang lebih ringan, kekuatan dan kekuatan yang lebih tinggi, tahan korosi dan memiliki biaya perakitan yang lebih murah karena berkurangnya jumlah komponen dan baut-baut penyambung. Penggunaan komposit ialah komponen pesawat terbang, komponen mesin, jembatan, kapal layar, dll.

5. a). elektron valensi adalah elektron-elekron sebuah atom yang dapat ikut membentuk ikatan kimia dengan atom lainnya. keberadaan elektron valensi ini dapat menyebabkan ikatan kimia antar atom karena Jumlah elektron valensi menentukan perilaku ikatan atom tersebut dengan atom lainnya. Atom cenderung bereaksi dengan satu sama lainnya melalui pengisian (ataupun pengosongan) elektron valensi terluar atom. Ikatan kimia dapat dilihat sebagai transfer elektron dari satu atom ke atom lainnya. Namun, banyak pula unsur yang menunjukkan perilaku valensi berganda, atau kecenderungan membagi elektron dengan jumlah yang berbeda pada senyawa yang berbeda. Sehingga, ikatan kimia antara unsur-unsur ini cenderung berupa pembagian elektron daripada transfer elektron.

b). Gaya antarmolekul yang dihasilkan mempengaruhi sifat fisis senyawa, diantaranya titik didih dan titik leleh, wujud zat, kekentalan, kelarutan dan berntuk permukaan cairan.

Sifat Fisis Senyawa IonBeberapa sifat senyawa ion, antara lain:

Memiliki Titik Didih dan Titik Leleh yang Tinggi

Ion positif dan negatif dalam kristal senyawa ion tidak bebas bergerak karena terikat oleh gaya elektrostatik yang kuat. Diperlukan suhu yang tinggi agar ion-ion memperoleh energi kinetik yang cukup untuk mengatasi gaya elektrostatik.

Keras Tetapi RapuhBersifat keras karena ion-ion positif dan negatif terkait kuat ke segala arah oleh gaya elektrostatik. Bersifat rapuh dikarenakan lapisan-lapisan dapat bergeser jika dikenakan gaya luar. Ion sejenis dapat berada satu di atas yang lainnya, sehingga timbul tolak-menolak yang sangat kuat yang menyebabkan terjadinya pemisahan.

Berupa Padatan pada Suhu Ruang Larut Dalam Pelarut Air, Tetapi Umumnya Tidak Larut Dalam Pelarut Organik Tidak Menghantarkan Listrik Dalam Fasa Padat, Tetapi Menghantarkan Listrik Pada Fasa

CairZat dikatakan dapat menghantarkan listrik apabila terdapat ion-ion yang dapat bergerak bebas membawa muatan listrik.SIFAT FISIS SENYAWA KOVALENBeberapa sifat fisis senyawa kovalen, antara lain:

Berupa Gas, Cairan atau Padatan Lunak Pada Suhu RuangDalam senyawa kovalen, molekul-molekulnya terikat oleh gaya antarmolekul yang lemah sehingga molekul-molekul tersebut dapat bergerak relatif bebas.

Bersifat Lunak Dan Tidak Rapuh Mempunyai Titik Leleh dan Titik Didih Yang Rendah Umumnya Tidak Larut Dalam Air, Tetapi larut Dalam Pelarut Organik Pada Umumnya Tidak Menghantarkan Listrik

Senyawa Kovalen tidak memiliki ion atau elektron yang dapat bergerak bebas untuk membawa muatan listrik, sehingga pada umumnya tidak menghantarkan listrik. Kecuali beberapa senyawa kovalen polar yang larut dalam air, karena dapat terhidrolisis membentuk ion-ion.SIFAT FISIS LOGAMBeberapa sifat fisis logam, antara lain:

Berupa Padatan Pada Suhu RuangAtom-atom logam tergabung oleh ikatan logam yang sangat kuat membentuk struktur kristal yang rapat, sehingga tidak memiliki kebebasan untuk bergerak. Pada umumnya logam pada suhu kamar berwujud padat, kecuali raksa (Hg) berwujud cair.

Bersifat Keras, Tetapi Lentur / Tidak Mudah Patah Jika DitempaAdanya elektron-elektron bebas menyebabkan logam bersifat lentur. Hal ini dikarenakan elektron-elektron bebas akan berpindah mengikuti ion-ion positif yang bergeser sewaktu dikenakan gaya luar.

Mempunya Titik Leleh dan Titik Didih Yang TinggiDiperlukan energi dalam jumlah besar untuk memutuskan ikatan logam yang sangat kuat antar atom-atom logam.

Penghantar Listrik yang BaikAdanya elektron-elektron bebas yang dapat membawa muatan listrik, menyebabkan logam menghantarkan listrik jika diberi suatu beda potensial.

Mempunyai Permukaan Yang Mengkilap Memberi Efek Foto Listrik dan Efek Termionik

Kedua efek tersebut merupakan suatu peristiwa lepasnya elektron dari logam apabila elektron bebas pada ikatan logam memperoleh energi yang cukup dari luar. Jika energi yang datang berasal dari berkas cahata maka disebut efek foto listrik, tetapi jika dari pemanasan maka disebut efek termionik.

6. a). Ikatan Metal Terbentuknya ikatan metal pada dasarnya mirip dengan ikatan kovalen yaitu menurunnya energi total pada waktu terbentuknya ikatan.Perbedaannya adalah bahwa ikatan metal terjadi pada sejumlah besar atom sedangkan ikatan kovalen hanya melibatkan sedikit atom bahkan hanya sepasang. Perbedaan yang lain adalah bahwa ikatan metal merupakan ikatan tak berarah sedangkan ikatan kovalen merupakan ikatan berarah. Kumpulan dari sejumlah besar atom yang membentuk ikatan ini menyebabkan terjadinya tumpang-tindih tingkattingkat energi. Atom metal memiliki elektron valensi yang tidak begitu kuat terikat pada intinya.Oleh karena itu jarak rata-rata elektron valensi terhadap inti atom metal bebas bisa lebih besar dari jarak antar atom pada padatan metal. Hal ini berarti bahwa dalam padatan, elektron valensi selalu lebih dekat dengan salah satu inti atom lain dibandingkan dengan jarak antara elektron valensi dengan inti atom induknya dalam keadaan bebas. Hal ini menyebabkan energi potensial dalam padatan menurun.

1.          Ionic Bonding (Ikatan Ion).Adalah ikatan yang terbentuk oleh adanya gaya tarik-menarik antara muatan positif dan negatif. Ikatan ion ini sangat stabil, khususnya bila menyangkut ion bervalensi ganda Contohnya bila Mg2+ dan oksigen (O2-) membentuk MgO, makaa untuk mencairkan MgO tersebut dibutuhkan energi sebesar ~ 136.000 kalori atau dengan kata lain MgO tersebut harus dipanaskan sampai temperatur sekitar 2.8000C sebelum mempunyai cukup energi dan mencair.  Contoh lain ikatan ion misalnya antara Na+ dan Cl- ; ikatan yang terjadi melalui gaya coulomb antar ion positif dan ion negatif.2.          Covalent Bonding  (ikatan kovalen).Adalah ikatan kimia yang sangat kuat dimana gaya interatomik ditimbulkan dari penggunaan bersama elektron (dimana elektron saling berbagi) di tempat tertentu membentuk ikatan,   Contohnya :  H2  ,  F2 ,   dst. 3. Metal Bonding (ikatan logam).Adalah ikatan kimia dimana gaya interatomik terbentuk karena penggunaan elektron bersama-sama tetapi tanpa memiliki arah yang tertentu

b).

7. a). Secondary Bonding; 1. London dispersion force; terikan antara dipole terinduksi (induced dipole) pada molekul non-polar karena adanya tolakan awan electron negative. Energy ikatan yang terlemah.2. Polar molecule-inducced dipole bonding; 3. Permanent dipoles interaction; interaksi antara unsur-unsur yang mempunyai dipole permanen (molekul polar)4. Hydrogen bonding; ikatan antar molekul karena gaya elektrostatik antara atom hydrogen dan atom yang memiliki elektronegativitas tinggi (O, N, F) pada molekul lain. Contoh H2O

16. Diagram Engineering Strain-stress

a). Tegangan luluh atas σuy (upper yield stress) Tegangan maksimum sebelum bahan memasuki fase daerah landing peralihan deformasi elastis ke plastis. Tegangan luluh bawah σly (lower yield stress)

Tegangan rata-rata daerah landing sebelum benar-benar memasuki fase deformasi plastis. Bila hanya disebutkan tegangan luluh (yield stress), maka yang dimaksud adalah tegangan ini.

Regangan luluh εy (yield strain)Regangan permanen saat bahan akan memasuki fase deformasi plastis.

Regangan elastis εe (elastic strain)Regangan yang diakibatkan perubahan elastis bahan. Pada saat beban dilepaskan regangan ini akan kembali ke posisi semula.

Regangan plastis εp (plastic strain)Regangan yang diakibatkan perubahan plastis. Pada saat beban dilepaskan regangan ini tetap tinggal sebagai perubahan permanen bahan.

b). Tegangan sejati , regangan sejati (true stress, true strain)Dalam beberapa kasus definisi tegangan dan regangan seperti yang telah dibahas di atas tidak dapat dipakai. Untuk itu dipakai definisi tegangan dan regangan sejati, yaitu tegangan dan regangan berdasarkan luas penampang bahan secara real time. Detail definisi tegangan dan regangan sejati ini dapat dilihat pada Gbr.7.

Gbr.7 Tegangan dan regangan berdasarkan panjang bahan sebenarnya