Sifat Kimia dan Fisika Aluminium, Serta Fungsi dan Kegunaannya

Aluminium (Al) adalah suatu unsur kimia dalam golongan boron yang memiliki nomor atom 13. Unsur kimia ini tidak bersifat magnetik, berwarna perak putih sedikit kusam, lunak dan lembut. Setelah oksigen dan silikon, aluminium merupakan unsur kimia terbesar ke-3 di kerak bumi. Unsur kimia ini sangat jarang ditemukan dalam bentuk logamnya, nyaris semua ditemukan dalam bentuk senyawa, dimana sebagian besar berupa senyawa yang diberi nama bauksit.

Aluminium merupakan salah satu logam bermassa jenis rendah yang sangat tahan terhadap oksidasi/korosi. Ini dikarenakan terbentuknya lapisan oksida halus (saat alminium terpapar udara) yang menghalangi oksidasi lebih lanjut terhadap lapisan logam di bagian yang lebih dalam. Reaksi kimianya sebagai berikut :

Al (s)  +  O2 (g)   →  Al2O3 (s)         ……………………..(i)

Dari reaksi kimia (i), lapisan oksida aluminium yang seketika terbentuk di udara terbuka bersifat sangat rapat dan sulit ditembus lebih lanjut oleh gas oksigen, sehingga oksidasi lanjutan menjadi hampir terhenti, dan berlangsung dengan sangat lambat. Hal inilah yang menyebabkan logam aluminium menjadi innert (kebal) terhadap udara dan sebagian zat-zat kimia.

Tak seperti terhadap udara, oksida aluminium bereaksi cepat dengan HCl, membentuk larutan AlCl3.

Al2O3 (s)  +  6 HCl  → 2 AlCl3 (l)  +  3 H2O  (aq)     ………………(ii)

Lepasnya lapisan tipis Al2O3 dipermukaan kulit logam aluminium menyebabkan mudahnya logam aluminium bereaksi dengan larutan HCl, seperti persamaan reaksi berikut.

2 Al (s)  +  6 HCl   →   2 AlCl3 (l)  +  3 H2 (g)      ……………………..(iii)

Reaksi (iii) berlangsung cepat dan menghasilkan panas yang terus meningkat. Reaksi berlangsung makin cepat seiring makin naiknya temperatur cairan. Laju reaksi menurun jika cairan diencerkan menggunakan air.

Sifat Fisika Aluminium

Aluminium adalah logam yang relatif lunak, ringan, ulet, tahan lama, dan mudah ditempa. Logam yang baru ditempa / dicetak memiliki penampilan keperakan mengkilap, lama-kelamaan warna memudar menjadi perak abu-abu kusam.

Uluminium memiliki massa jenis 2,70 g/cm3. Aluminium merupakan konduktor panas dan listrik yang baik, memiliki 60% konduktivitas tembaga, sedangkan massa jenisnya hanya 30% dari massa jenis tembaga. Meskipun konduktivitasnya lebih rendah dari tembaga, namun dalam hal umur pemakaian, aluminium lebih unggul, karena ketahanan terhadap korosi yang jauh lebih baik.

Sifat Kimia Aluminium

Aluminium memiliki nomor atom 13, dan massa atom 26,98. Hampir semua ion aluminium bervalensi +3, dan hampir semua senyawa yang larut  tak berwarna, sedangkan senyawa tak larut berwarna putih abu-abu.

Ketahanan terhadap korosi aluminium sangat baik karena terbentuknya lapisan tipis aluminium oksida ketika logam yang baru dibentuk terkena udara. Lapisan tipis ini sangat efektif mencegah oksidasi lebih lanjut, karena kerapatan pori-porinya sulit ditembus oleh molekul oksigen dan air.

Aluminium tak bereaksi dengan larutan asam nitrat encer, bereaksi sangat lambat dalam HNO3 pekat panas. Dalam larutan bersifat asam dan mengandung ion klorida, aluminium bereaksi dengan air dan asam membentuk larutan aluminium klorida, larutan garam aluminium lainnya, dan gas hidrogen. Pengaruh ion klorida yang menyebabkan terlarutnya lapisan tipis Al2O3 menyebakan lapisan luar logam aluminium menjadi rentan teroksidasi. Panas yang timbul akibat reaksi Al dengan asam menyebabkan Al juga bereaksi dengan air, menyebabkan munculnya lumpur berwarna abu-abu yang merupakan senyawa Al(OH)3. Reaksi dengan air pada suhu tinggi sebagai berikut :

2 Al (s)  +  6 H2O (aq)   →  2 Al(OH)3 (s)  + 3 H2 (g)   …………………….(iv)

Kemampuan menghasilkan gas hidrogen ini membuat aluminium digunakan dalam proses produksi gas hidrogen komersial.

Sumber Aluminium di Alam

Di kerak bumi, aluminium adalah unsur logam dengan persentase terbesar (8,3% dari keseluruhan jumlah logam) dan unsur kimia ke-3 yang ketiga terbesar dari seluruh unsur-unsur kimia (setelah oksigen dan silikon).

Karena memiliki afinitas yang kuat terhadap oksigen, aluminium hampir tidak pernah ditemukan dalam keadaan unsur (logam), melainkan hampir selalu ditemukan dalam bentuk oksida atau silikat. Feldspars, kelompok yang paling umum dari mineral dalam kerak bumi, yang aluminosilikat. logam aluminium asli hanya dapat ditemukan sebagai fase kecil dalam lingkungan oksigen fugasitas rendah, seperti interior gunung berapi tertentu.

Aluminium ditemukan di mineral berjenis beryl, cryolite, garnet, spinel, pirus, dan batuan berjenis bauksit. Campuran mineral lain dalam batuan yang mengandung Al2O3 menghasilkan batu-batu permata ruby, safir, dan batu perhiasan jenis lainnya.

Meskipun aluminium adalah unsur kimia umum yang ditemukan secara luas di bumi, namun tak semua mineral aluminium bisa ekonomis jika dibuat menjadi logam. Hampir semua logam aluminium yang dihasilkan dibuat dari batuan berjenis bauksit (AlOx (OH) 3-2x). Bauksit terjadi sebagai hasil pelapukan batuan dasar yang mengandung besi dan silika rendah pada kondisi iklim tropis. Saat ini sumber bauksit terbesar di Indonesia berada di Kepulauan Riau dan beberapa tempat di Pulau Sumatera.

Produksi dan Pemurnian Aluminium

Proses Bayer dan proses Hall-Héroult

Aluminium diproduksi menggunakan bahan baku bauksit. Bauksit bukanlah mineral, namun merupakan gugus batuan. Bauksit (Bauxite) adalah batu yang terbentuk dari tanah laterit yang telah sangat kehabisan silika dan bahan terlarut lainnya di iklim tropis atau subtropis basah. Batuan inilah yang digunakan sebagai bijih utama untuk bahan baku pembuatan logam aluminium. Hampir semua aluminium yang pernah diproduksi diekstrak dari bauksit.

Komposisi Bauksit

Bauksit tidak memiliki komposisi tertentu. Batuan ini terdiri dari campuran oksida hidrat aluminium, aluminium hidroksida, mineral lempung, dan bahan tidak larut seperti kuarsa, hematit, magnetit, siderit, dan gutit. Mineral aluminium di bauksit dapat mencakup gibbsite Al (OH)3, boehmite AlO(OH), dan diaspore AlO(OH).

Proses Produksi Aluminium

Di era awal 1800-an aluminium merupakan logam yang sangat sulit diproduksi menggunakan cara-cara yang biasa. Tingginya suhu yang dibutuhkan untuk mereduksi alumina (Al2O3) menjadi logam aluminium (Al) membuat logam ini (saat itu) memiliki harga jual yang lebih mahal dibanding dengan logam perak.

Hingga akhirnya metode pembuatan logam aluminium berubah dengan ditemukannya metode baru oleh Paul Heroult dan Charles Hall. Atas temuan 2 peneliti yang independen satu dan lainnya ini, proses pembuatan aluminium saat ini diberi nama proses Hall-Heroult. Penemuan baru ini diikuti oleh penemuan metode pemurnian alumina dari batuan oleh Karl Joseph Bayer, menyebabkan aluminium bisa diproduksi secara besar-besaran. 2 penemuan ini membuat harga logam aluminium menjadi turun dan justru bisa lebih murah dibanding harga logam zinc sekalipun.

Proses Bayer

Langkah pertama dalam produksi aluminium adalah menghancurkan (crushing) dan menghaluskan (milling) bauksit dan memurnikannya menggunakan Proses Bayer. Dalam Proses Bayer, bauksit dicuci dalam larutan panas natrium hidroksida, yang melarutkan aluminium dari bauksit. Aluminium yang larut kemudian dipisahkan dari pertikel padat tak larut menggunakan proses penyaringan.

Al2O3 (s) + 2 NaOH (l) → 2 NaAlO2 (l) + H2O (aq)         ………………………(v)

2 Al(OH)3 (s) + 2 NaOH (l)  → 2NaAlO2 (l)  + 4 H2O (aq)   ………………………(vi)

2 AlO(OH) (s) +  2 NaOH (l)   →  2 NaAlO2 (l) +  2 H2O (aq)   …………………..(vii)

Proses berikutnya mengendapkan senyawa aluminium dari larutan menjadi aluminium hidroksida, Al (OH)3. Proses ini dilakukan dengan cara pengenceran menggunakan air pada suhu kamar.

2 H2O (aq) + NaAlO2 (l) → Al (OH)3 (s) + NaOH (l)   ……………………….(viii)

Endapan aluminium hidroksida kemudian dikalsinasi untuk membentuk alumina, Al2O3. Kalsinasi adalah proses dehidrasi Al(OH)3 menggunakan panas, sehingga produk akhirnya menjadi aluminium trioksida.

Proses Hall-Heroult

Aluminium direduksi dari alumina menggunakan proses Hall-Heroult. Dalam Proses Hall-Heroult, alumina yang terlarut dalam media cair dari kriolit (Na3AlF6) dan kalsium fluorida di elektrolisis pada suhu 950 – 980 0 C, menghasilkan logam aluminium.

Al 3+ + 3 e- → Al    ………………(ix)

Dalam proses Hall-Heroult, biaya tenaga listrik menjadi 20%-40% dari total biaya produksi aluminium. Oleh karena itu, biasanya pabrik pemrosesan dan pembuatan aluminium harus berdekatan dengan lokasi bahan baku.

Proses Hall-Heroult hanya mampu memproduksi aluminium dengan tingkat kemurnian sedikit di atas 99%. Pemurnian lanjutan bisa dilakukan menggunakan proses Hoopes. Proses ini melibatkan elektrolisis aluminium cair dengan natrium, barium dan aluminium fluorida. Aluminium yang dihasilkan menggunakan proses Hoopes memiliki kemurnian hingga 99,99%.

Daur Ulang Aluminium

Secara teori 100% aluminium bisa didaur ulang tanpa kehilangan beratnya. Namun dalam praktek, proses daur-ulang menyebabkan susutnya berat yang signifikan. Daur ulang melibatkan proses pencairan aluminium, sebuah proses yang membutuhkan hanya 5% dari energi yang digunakan untuk memproduksi aluminium dari bijih. Dalam proses ini aluminium mengalami kehilangan berat hingga 15% dari berat bahan baku. Hilangnya berat disebabkan terjadinya oksidasi oleh udara selama berlangsungnya proses pelelehan, menjadi oksida aluminium (Al2O3). Persentase penurunan berat juga disebabkan jenis aluminium yang di daur ulang. Aluminium plat tipis memiliki tingkat resiko kehilangan berat yang jauh lebih besar dibanding aluminium yang lebih plat tebal.

Meskipun aluminium hasil daur ulang memiliki kadar yang lebih rendah dibanding aluminium hasil produksi, namun Aluminium hasil daur ulang masih mempertahankan sifat fisik yang sama dengan aluminium hasil pabrikasi. Hasil aluminium daur ulang disebut dengan istilah aluminium sekunder. Aluminium sekunder diproduksi dalam berbagai format dan digunakan di 80% dari suntikan paduan. Penggunaan lain yang penting adalah ekstrusi.

Sampah putih yang merupakan limbah dari produksi aluminium primer dan dari daur ulang sekunder masih mengandung sejumlah aluminium yang dapat diekstraksi industri. Proses ini menghasilkan billet aluminium, bersama-sama dengan bahan limbah yang sangat kompleks. Limbah proses aluminium sangat sulit dikelola. Limbah yang terkena air akan melepaskan campuran gas (termasuk, antara lain, hidrogen, asetilena, dan amonia), yang secara spontan menyatu saat kontak dengan udara; kontak limbah dengan udara lembab akan melepaskan gas amonia. Meskipun adanya kesulitan-kesulitan ini, limbah sisa pemrosesan aluminium bisa digunakan sebagai pengisi dalam aspal, beton, dan sebagai bahan baku pembuatan bata tahan api.

Berbagai Penggunaan Aluminium

Logam aluminium digunakan di hampir semua aspek kehidupan. Logam-logam aluminium digunakan di dunia fisik dan kimia. Di fisik, aluminium digunakan dalam struktur pesawat terbang, rangka-rangka etalase, rangka pintu dan jendela, peralatan-peralatan dapur, sebagai pembungkus (aluminium foil), dan sebagainya.

Di dunia kimia, logam aluminium digunakan sebagai reduktor dalam berbagai ekstraksi ion logam dari larutannya.

Sama halnya dengan zinc, aluminium juga bisa digunakan sebagai reduktor emas dalam proses sianidasi. Dalam proses ekstraksi emas thiosulfat, aluminium mampu mereduksi ion emas lebih cepat dibanding zinc. Aluminium juga bisa digunakan dalam proses reduksi ion tembaga dan merkuri dari larutannya.

Karena proses produksi aluminium menggunakan panas tinggi, maka pada dasarnya logam aluminium menyimpan potensi kalor tersembunyi yang sangat besar. Kalor ini disebut dengan istilah “kalor laten”, yang sewaktu-waktu bisa dilepaskan pada kondisi yang tepat. Kalor laten ini bisa dimanfaatkan dalam proses pengolahan metalurgi mineral yang menggunakan cara pyrometallurgy.

Senyawa aluminium juga digunakan secara luas di berbagai bidang. Aluminium klorida dan aluminium sulfat digunakan sebagai koagulan dalam proses penjernihan dan pemurnian air. Aluminium hidroksida digunakan sebagai bagian dari obat maag. Senyawa-senyawa aluminium lainnya digunakan sebagai amplas dan batu bata tahan api.

Reaksi Merkuri dan Senyawanya dengan Aluminium

Aluminium bereaksi sangat cepat dengan logam merkuri dan berbagai senyawa merkuri. Aluminium membentuk amalgam dengan merkuri.

Amalgamasi antara aluminium menghasilkan 2 tahapan reaksi sebagai berikut :

Al  +  Hg  → AlHg ……………..(x)

Ikatan amalgamasi dari reaksi (x) tak stabil, dimana panas yang muncul bisa menyebabkan merkuri tersibak dari permukaan aluminium. Munculnya permukaan aluminium ke udara menyebabkan terjadinya oksidasi aluminium menjadi alumina.

2 Al + 3 O2 → 2 Al2O3 …………………..(xi)

Segera setelah terbentuknya lapisan Al2O3 di permukaan, merkuri kembali mengamalgamasi, sehingga lapisan Al2O3 tersingkir kembali (akibat berat dan sifat merkuri yang cair). Dengan tersingkirnya lapisan Al2O3, membuka peluang teroksidasinya kembali lapisan aluminium baru oleh udara, menjadi Al2O3. Proses ini terus berlangsung makin cepat seiring meningkatnya suhu logam akibat proses oksidasi oleh udara. Proses terus berlangsung hingga menghabiskan seluruh logam aluminium akibat dioksidasi oleh udara. Senyawa-senyawa larut dan tak larut dari merkuri juga mudah bereaksi dengan aluminium, yang mengakibatkan tereduksinya ion merkuri menjadi logamnya.

Oleh karena kerasnya reaksi antara aluminium dengan merkuri, maka merkuri maupun senyawa-senyawanya dilarang diangkut menggunakan pesawat terbang, dikarenakan sebagian besar dari komponen bodi pesawat terbang terbuat dari bahan aluminium.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

Comment moderation is enabled. Your comment may take some time to appear.