Sifat Fisik AluminiumTable 5, menunjukan sifat fisik aluminiumNama, Simbol, dan Nomor Aluminium, Al, 13Sifat  FisikWujud PadatMassa jenis 2,70 gram/cm3

Massa jenis pada wujud cair 2,375 gram/cm3

Titik lebur 933,47 K, 660,32 oC, 1220,58 oF

Titik didih 2792 K, 2519 oC, 4566 oFKalor jenis (25 oC) 24,2 J/mol KResistansi listrik (20 oC) 28.2 nΩ mKonduktivitas termal (300 K) 237 W/m KPemuaian termal (25 oC) 23.1 µm/m KModulus Young 70 GpaModulus geser 26 GpaPoisson ratio 0,35Kekerasan skala Mohs 2,75Kekerasan skala Vickers 167 MpaKekerasan skala Brinnel 245 Mpa

Sifat Mekanik AluminiumSifat teknik bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh

konsentrasi bahan dan perlakuan yang diberikan terhadap bahan tersebut. Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh

fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Namun, pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium.

Kekuatan tensilKekuatan tensil adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian

tensil. Kekuatan tensil ditunjukkan oleh nilai tertinggi dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya necking. Kekuatan tensil bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi di lapangan, namun dapat dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan.

Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan  umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 MPa (paduan 7075).

KekerasanKekerasan gabungan dari berbagai sifat yang terdapat dalam suatu bahan yang

mencegah terjadinya suatu deformasi terhadap bahan tersebut ketika diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas, kekuatan tensil, ductility, dan sebagainya. Kekerasan dapat diuji dan diukur dengan berbagai metode. Yang paling umum adalah metode Brinnel, Vickers, Mohs, dan Rockwell.

Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu sekitar 65 skala Brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan, aluminium perlu dipadukan dengan logam lain dan/atau diberi perlakuan termal atau fisik. Aluminium dengan 4,4% Cu dan diperlakukan quenching, lalu disimpan pada temperatur tinggi dapat memiliki tingkat kekerasan Brinnel sebesar 135.

DuctilityDuctility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan

seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa terjadinya retakan. Dalam suatu pengujian tensil, ductility ditunjukkan dengan bentuk neckingnya; material dengan ductility yang tinggi akan mengalami necking yang sangat sempit, sedangkan bahan yang memiliki ductility rendah, hampir tidak mengalami necking. Sedangkan dalam hasil pengujian tensil, ductility diukur dengan skala yang disebut elongasi. Elongasi adalah seberapa besar pertambahan panjang suatu bahan ketika dilakukan uji kekuatan tensil. Elongasi ditulis dalam persentase pertambahan panjang per panjang awal bahan yang diujikan.

Aluminium murni memiliki ductility yang tinggi. Aluminium paduan memiliki ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni, karena ductility berbanding terbalik dengan kekuatan tensil, serta hampir semua aluminum paduan memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari pada aluminium murni. 

1. Senyawa-senyawa Aluminium dan Paduan Aluminium

1.      Aluminium oksidaAluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksigen, dengan rumus kimia Al2O3. Nama mineralnya adalah alumina, dan dalam bidang pertambangan, keramik dan teknik material senyawa ini lebih banyak disebut dengan nama alumina.

Aluminium oksida dapat bereaksi dalam suasana asam dan basa (amfoter), tetapi tidak dalam suasana netral.

Al2O3(s)+ 5H+(aq)     à  2A13+(aq) + 3H2O

A12O3(s)+ 2OH-(aq) à 2[A1(OH)4]-(aq)

Aluminium oksida adalah insulator (penghambat) panas dan listrik yang baik. Umumnya Al2O3 terdapat dalam bentuk kristalin yang disebut corundum atau α-aluminum oksida. Al2O3 dipakai sebagai bahan abrasif dan sebagai komponen dalam alat pemotong, karena sifat kekerasannya.

Aluminium oksida berperan penting dalam ketahanan logam aluminium terhadap perkaratan dengan udara. Logam aluminium sebenarnya amat mudah bereaksi dengan oksigen di udara. Aluminium bereaksi dengan oksigen membentuk aluminium oksida, yang terbentuk sebagai lapisan tipis yang dengan cepat menutupi permukaan aluminium. Lapisan ini melindungi

logam aluminium dari oksidasi lebih lanjut. Ketebalan lapisan ini dapat ditingkatkan melalui proses anodisasi. Beberapa alloy (paduan logam), seperti perunggu aluminium, memanfaatkan sifat ini dengan menambahkan aluminium pada alloy untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi.

Al2O3 yang dihasilkan melalui anodisasi bersifat amorf, namun beberapa proses oksidasi seperti plasma electrolytic oxydation menghasilkan sebagian besar Al2O3 dalam bentuk kristalin, yang meningkatkan kekerasannya.

Oksida aluminium dapat diperoleh dari pemanasan hidroksida dibawah 600°C larut dalam asam maupun basa, dengan kata lain bersifat amfoter.

2.      Aluminium Hidroksida

Al(OH)3 yang berwarna putih dan bersifat sukar larut dalam air. Maka itu, bila ditambahkan basa akan diperoleh endapan putih-gelatin.

Al3+(aq) + 3 OH(aq)à   Al(OH)3(s)

Hidroksida aluminium juga bersifat amfoter.

Al2O3(s)+ 6H3O+ à2 Al3+(aq)+  9 H2O(l)

Al2O3(s)+ 2 OH- +3H2O à    2 [Al(OH)4]-(aq)

Ion tetrahidroksoaaluminat(III)

Al(OH)3(s)+ 3 H3O+   à Al3+(aq) + 6 H2O(l)

Al(OH)3(s)+ OH-  à 2 [Al(OH)4](aq)

Ion tetrahidroksoaaluminat(III)

1. D.    Aluminium dan Paduan 1. 1.      Paduan Aluminium-Silikon

Paduan aluminium dengan silikon hingga 15% akan memberikan kekerasan dan kekuatan tensil yang cukup besar, hingga mencapai 525 Mpa  pada aluminium paduan yang dihasilkan pada perlakuan panas. Jika konsentrasi silikon lebih tinggi dari 15%, tingkat kerapuhan logam akan meningkat secara drastis akibat terbentuknya kristal granula silika.

1. 2.      Paduan Aluminium-Magnesium

Keberadaan magnesium hingga 15,35% dapat menurunkan titik lebur logam paduan yang cukup drastis, dari 660 oC hingga 450 oC. Namun, hal ini tidak menjadikan aluminium paduan dapat ditempa menggunakan panas dengan mudah karena korosi akan terjadi pada suhu di atas 60 oC. Keberadaan magnesium juga menjadikan logam paduan dapat bekerja dengan baik pada temperatur yang sangat rendah, di mana kebanyakan logam akan mengalami failure pada temperatur tersebut.

1. 3.      Paduan Aluminium-Tembaga

Paduan aluminium-tembaga juga menghasilkan sifat yang keras dan kuat, namun rapuh. Umumnya, untuk kepentingan penempaan, paduan tidak boleh memiliki konsentrasi tembaga di atas 5,6% karena akan membentuk senyawa CuAl2 dalam logam yang menjadikan logam rapuh.

1. 4.      Paduan Aluminium-Mangan

Penambahan mangan memiliki akan berefek pada sifat dapat dilakukan pengerasan tegangan dengan mudah (work-hardening) sehingga didapatkan logam paduan dengan kekuatan tensil yang tinggi namun tidak terlalu rapuh. Selain itu, penambahan mangan akan meningkatkan titik lebur paduan aluminium.

1. 5.      Paduan Aluminium-Seng

Paduan aluminium dengan seng merupakan paduan yang paling terkenal karena merupakan bahan pembuat badan dan sayap pesawat terbang. Paduan ini memiliki kekuatan tertinggi  dibandingkan paduan lainnya,  Aluminium dengan 5,5% seng dapat memiliki kekuatan tensil sebesar 580 MPa dengan elongasi sebesar 11% dalam setiap 50mm bahan. Bandingkan dengan aluminium dengan 1% magnesium yang memiliki kekuatan tensil sebesar 410 MPa namun memiliki elongasi sebesar 6% setiap 50 mm bahan.

1. 6.      Paduan Aluminium-Lithium

Lithium menjadikan paduan aluminium mengalami pengurangan massa jenis dan peningkatan modulus elastisitas; hingga konsentrasi sebesar 4% lithium, setiap penambahan 1% lithium akan mengurangi massa jenis paduan sebanyak 3% dan peningkatan modulus elastisitas sebesar 5%. Namun aluminium-lithium tidak lagi diproduksi akibat tingkat reaktivitas lithium yang tinggi yang dapat meningkatkan biaya keselamatan kerja.

1. 7.      Paduan Aluminium-Skandium

Penambahan skandium ke aluminium membatasi pemuaian yang terjadi pada paduan, baik ketika pengelasan maupun ketika paduan berada di lingkungan yang panas. Paduan ini semakin jarang diproduksi, karena terdapat paduan lain yang lebih murah dan lebih mudah diproduksi dengan karakteristik yang sama, yaitu paduan titanium. Paduan Al-Sc pernah digunakan sebagai bahan pembuat pesawat tempur Rusia, MIG, dengan konsentrasi Sc antara 0,1-0,5% (Zaki, 2003, dan Schwarz, 2004).

1. 8.      Paduan Aluminium-Besi

Besi (Fe) juga kerap kali muncul dalam aluminium paduan sebagai suatu “kecelakaan”. Kehadiran besi umumnya terjadi ketika pengecoran dengan menggunakan cetakan besi yang tidak dilapisi batuan kapur atau keramik. Efek kehadiran Fe dalam paduan adalah berkurangnya kekuatan tensil secara signifikan, namun diikuti dengan penambahan kekerasan dalam jumlah yang sangat kecil. Dalam paduan 10% silikon, keberadaan Fe sebesar 2,08% mengurangi kekuatan tensil dari 217 hingga 78 MPa, dan menambah skala Brinnel dari 62 hingga 70. Hal ini terjadi akibat terbentuknya kristal Fe-Al-X, dengan X adalah paduan utama aluminium selain Fe.

1. 9.      Aluminium Paduan Cor

Komposisi utama aluminium paduan cor pada umumnya adalah tembaga, silikon, dan magnesium. Al-Cu memberikan keuntungan yaitu kemudahan dalam pengecoran dan memudahkan pengerjaan permesinan. Al- Si memmberikan kemudahan dalam pengecoran, kekuatan, ketahanan pada temperatur tinggi, dan pemuaian yang rendah. Sifat pemuaian merupakan sifat yang penting dalam logam cor dan ekstrusi, yang pada umumnya merupakan bagian dari mesin. Al-Mg juga memberikan kekuatan, dan lebih baik dibandingkan Al-Si karena memiliki ketahanan yang lebih tinggi hinggalogam mengalami deformasi plastis (elongasi). Namun konsentrasi lebih dari 10% dapat mengurangi kemudahan dalam pengecoran.

1. E.     Pembuatan Aluminium

Aluminium terutama diproduksi untuk pembuatan alloy yang ringan. Di USA saja aluminium diproduksi lebih dari 1 juta ton per tahunnya. Pengolahan logam aluminium dibagi menjadi 2 tahap, yaitu tahap pemurnian dan tahap elektrolisis. Pengolahan ini dinamakan proses Hall, sesuai dengan nama penemunya yaitu Charles Martin Hall (1863-1914).

Secara rinci proses pengolahan aluminium dijelaskan sebagai berikut:

1. Tahap Pemurnian

Aluminium diproduksi dari bauksit yang mengandung pengotor Fe2O3. Pengotor ini harus dihilangkan dengan cara melarutkan bauksit tersebut dalam NaOH(aq). Besi oksida (Fe2O3) yang bersifat basa tidak larut dalam larutan NaOH, perhatikan reaksi berikut:

Al2O3(s) + 2OH-(aq) + H2O à 2[Al(OH)4]-(aq)

Atau

Al2O3(s)+ 2NaOH(aq) + 3H2O(ℓ) à 2NaAl(OH)4 (aq)

Pengotor dipisahkan dengan penyaringan. Selanjutnya, aluminium diendapan dari filtrat dengan mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.

2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) à 2Al(OH)3(s)+ Na2CO3(aq) + H2O(ℓ)

Atau

2NaAl(OH)4-(aq) + CO2(g) à 2Al(OH)3(s)+ CO3

2-(aq) + H2O(ℓ)

Endapan A1(OH)3 disaring, dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh A12O3 murni (alumina).

2A1(OH)3(s)+ A12O3(s)à A12O3(s)+ 3H2O(g)

1. Tahap Elektrolisis

Selanjutnya pada tahap kedua, reduksi A!2O3 dilakukan melalui elektrolisis menurut proses Hall Heroult. Metode elektrolisis itu ditemukan secara terpisah tetapi hampir bersamaan pada tahun 1886 oleh dua orang peneliti muda, yaitu Charles M. Hall di Amerika Serikat dan Paul Deroun di Perancis. Kita ingat bahwa Al2O3 mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, yaitu lebih dari 2000oC. Oleh karena itu elektrolisis lelehan Al2O3 murni tidak ekonomis. Dalam proses Hall Heroult, Al2O3 dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana dari baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Dengan cara itu elektrolisis dapat dilangsungkan pada suhu 950oC. Sebagai anode digunakan batang grafit. Elektrolisis menghasilkan aluminium di katode, sedangkan di anode terbentuk gas oksigen dan karbon dioksida. Sebenarnya reaksi elektrolisis ini berlangsung rumit dan belum sepenuhnya dipahami, tetapi dengan mengacu pada hasil akhirnya dapat dituliskan sebagai berikut:

Al2O3(ℓ) à 2A13+(ℓ) + 3O2-(ℓ)

Selain Hall, ada juga Proses Bayer, yang dikembangkan oleh Karl Josef Bayer, seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman. Proses ini biasanya digunakan untuk memperoleh alumunium murni. Bauksit halus yang kering dimasukan kedalam pencampur, diolah dengan soda api (NaOH) dibawah pengaruh tekanan dan pada suhu dibawah atas titik didih. NaOH bereaksi dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut.

Setelah proses selesai, tekanan dikurangi dan ampas yang terdiri dari oksida besi yang tak larut, silikon, titanium dan kotoran lainya ditekan melalui saringan dan dikesampingkan. Cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium dipompa ke dalam tangki pengendapan, kemudian dibubuhkan Kristal hiroksida alumunium terpisah dari larutan. Hiroksida alumunium kemudian disaring dan dipanaskan sampai mencapai suhu 980oC. Alumina siap dilebur.

Logam alumunium dihasilkan melalui proses elektrolisa dimana alumina berubah menjadi oksigen dan alumunium. Alumina murni dilarutkan ke dalam eriolit cair (natrium alumunium flourida) dalam dapur elektrolit. Arus listrik dialirkan dalam campuran melalui elektrodakarbon. Pada saat tertentu, alumunium disadap dari sel dan logam cair tersebut dipindahkan ke dapur penampung untuk dimurnikan atau untuk keperluan paduan, setelah itu dituang ke dalam ingot untuk diolah lebih lanjut.

1. F.     Beberapa Pemanfaatan Aluminium dan Senyawanya

Logam aluminium banyak dimanfaatkan dalam berbagai bidang. Logam aluminium bersifat ringan tapi kuat, tidak bersifat magnet, dan tidak beracun. Logam ini merupakan penghantar panas dan listrik yang baik serta dapat memantulkan apnas dan cahaya. Logam aluminium tahan dari serangan korosi meskipun secara elektrolisis mudah mengalami korosi. Permukaan aluminium segera bereaksi dengan udara membentuk aluminium oksida yang membuatnya terlindung dari korosi. Selain itu, aluminium juga murah dan dapat didaur ulang.

Beberapa alat tranpostasi seperti mobil, pesawat terbang, truk, kereta api dan sepeda menggunakan logam aluminium sebagai bahan badan atau rangka. Botol minuman ringan dan makanan kaleng juga mengandung aluminium. Peralatan masak seperti wajan dan panci terbuat dar aluminium karena sifatnya menghantar panas, sedangkan jaringan transmisi listrik memanfaatkan aluminium sebagai bahannya karena ringan, mudah menghantarkan listrik dan murah.

Selain itu, aluminium juga digunakan sebagai:

1. Thermit (campuran A1 dan Fe2O3) digunanakan untuk mengelas logam.2. Aluminium sulfat (A12(SO4)3. 17H2O) digunakan pada pewarnaan tekstil.3. K2SO4A12(SO4)3. 24H2O atau KAI(SO4)2. 12H2O yang dikenal dengan tawas

digunakan untuk menjernihkan air.4. Sebagai bahan pembersih bersama dengan padatan N3OH. Jika keduanya

ditambahkan air, akan dihasilkan panas yang dapat membantu melelehkan lemak dan minyak pernyumbat dan kemudian dapat terlarut dalam NaOH(aq).

5. Bubuk aluminium digunakan untuk menjalankan roket.

Beberapa kegunaan aluminium dan paduannya di industri, antara lain :

1. Sebagai pelapis pada reaktor stainless steel (tahan korosi)2. Digunakan pada industri otomotif, yaitu untuk badan mobil dan velg3. Pipa refrigeran  (paduan Al dan Cu)4. Beberapa jenis roda gigi menggunakan paduan Al-Cu. Penggunaan paduan Cu untuk

mendapatkan tingkat kekerasan yang cukup dan memperpanjang usia benda akibat fatigue.

 

1. G.    Bahaya dan Keamanan Penggunaan Aluminium

Aluminium memiliki resiko apabila masuk kedalam tubuh manusia berlebih dan dapat berakibat buruk bagi lingkungan. Dampaknya seperti:

•      Dapat menyebabkan Alzheimer (ganguan daya ingat)

•      Poly Aluminium Chloride menyebabkan iritasi pada mata

Akibatnya terhadap kesehatan :

Mata : Menyebabkan iritasi mata jika tidak dibersihkan

Kulit: Menyebabkan iritasi kulit ringan jika kontak berkepanjangan

Tertelan : Menyebabkan gangguan pencernaan

Terhirup : Jika dalam bentuk uap dapat menyebabkan iritasi pada saluran pernafasanKarsinogenik: Tidak ada efek

Teratogenik: Tidak ada efek

Reproduksi: Tidak ada efek

•      Aluminium dapat mengurangi pertumbuhan tanaman pada tanah asam.

Perlu tindakan yang aman dalam menggunakan bahan kimia seperti aluminium, yaitu dengan cara:

ü  Hati-hati saat menggunakan padatan aluminium, karena padatan aluminium mudah terbakar

ü  Patuhi aturan yang berlaku saat menyimpan dan menggunakan aluminium

ü  Memakai kacamata pelindung dan bekerja dengan aluminium pada ruangan yang berventilasi baik.

ü  Apabila terkena mata dan kulit segera cuci dengan air bersih, dan apabila terhirup dengan jumlah banyak segera hubungi tim medik