Tugas Kimia DasarNama : Argo Satrio Wicaksono NIM : 020900242Prodi : 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

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

1

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

2

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

3

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

4

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

5

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

6

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.

7