MENILAI KEGUNAAN BAHAN KOMPOSIT

DEFINISI BAHAN KOMPOSIT

Bahan komposit ialah bahan baharu yang dihasilkan daripada campuran dua atau lebih bahan seperti logam,bukan logam,aloi,kaca,seramik,dan polimer.Bahan yang terhasil ini mempunyai sifat gabungan bahan asalnya.Pada umumnya,bahan komposit mempunyai sifat yang lebih baik daripada bahan asalnya.

CONTOH BAHAN KOMPOSIT DAN KOMPONENNYA 

Contoh bahan komposit:

• Konkrit yang diperkukuhkan 
• Superkonduktor
• Gentian optik
• Gentian kaca
• Kaca fotokronik

Bahan komposit	Komponen
Kaca fiber	Kaca - keras tetapi rapuh  Plastik - kenyal dan fleksibel
Kaca fotokronik	Kaca – lutsinar  Bahan fotokronik – argentuk halida (eg. AgCl)
Konkrit	Simen – kuat tetapi rapuh  Keluli – kekuatan tarik yang tinggi

KEGUNAAN BAHAN KOMPOSIT

Wajar.Kerana:

• Kemajuan kini telah mendorong peningkatan dalam permintaan terhadap bahan komposit. Perkembangan bidang sains dan teknologi mulai menyulitkan bahan konvensional seperti logam untuk memenuhi keperluan aplikasi baru. Bidang angkasa lepas, perkapalan, automobile dan industri pengangkutan merupakan contoh aplikasi yang memerlukan bahan-bahan yang berdensiti rendah, tahan karat, kuat, kukuh dan tegar. Dalam kebanyakan bahan konvesional seperti keluli, walaupun kuat ianya mempunyai densiti yang tinggi dan rapuh.

NANOTEKNOLOGI

DEFINISI NANOTEKNOLOGI

• Nanoteknologi adalah sains,kejuruteraan,dan teknologi yang dijalankan di skala nano,iaitu sekitar 1 hingga 100 nanometer. Nanosains dan nanoteknologi adalah kajian dan pemakaian perkara yang sangat kecil dan boleh digunakan di semua bidang sains lain seperti kimia,biologi,fizik,bahan sains dan kejuruteraan.

CONTOH NANOTEKNOLOGI

• UBAT

Satu aplikasi nanoteknologi dalam bidang perubatan yang sedang dibangunkan melibatkan penggunaan nanopartikel untuk menyampaikan dadah, haba, cahaya atau bahan lain kepada jenis sel khusus, seperti sel-sel kanser. Zarah-zarah dihasilkan supaya mereka tertarik kepada sel-sel yang berpenyakit, yang membolehkan rawatan sel-sel tersebut. Teknik ini mengurangkan kerosakan kepada sel yang sihat di dalam tubuh dan membolehkan pengesanan awal penyakit. Contohnya, nanopartikel yang menyebarkan ubat kemoterapi secara langsung ke sel kanser sedang dibangunkan.

• ELEKTRONIK

Nanoelektronik memegang beberapa jawapan mengenai memperluas keupayaan peranti elektronik yang boleh diperluaskan sementara mengurangkan berat badan dan penggunaan kuasa mereka. Ini termasuk meningkatkan skrin paparan pada peranti elektronik dan meningkatkan ketumpatan cip memori. Nanoteknologi juga boleh mengurangkan saiz transistor yang digunakan dalam litar bersepadu. Seorang penyelidik berpendapat mungkin mungkin untuk meletakkan kekuatan semua komputer saat ini di telapak tangan anda.

Kejayaan-kejayaan cemerlang dalam nanoteknologi telah menghasilkan alat-alat solek dan losen-loesen pelindung cahaya matahari yang lebih baik, serta seluar kalis air.

• PRODUK PENGGUNA

Nanoteknologi telah menemui jalan masuk ke banyak produk pengguna yang anda gunakan setiap hari, dari pakaian hingga losyen kulit. Mereka termasuk:

Nanopartikel perak dalam kain yang membunuh bakteria yang membuat pakaian tahan bau.

Produk penjagaan kulit yang menggunakan nanopartikel untuk menyampaikan vitamin lebih mendalam ke dalam kulit.

• PERSEKITARAN

Nanoteknologi sedang digunakan dalam beberapa aplikasi untuk memperbaiki alam sekitar. Ini termasuk membersihkan pencemaran yang sedia ada, meningkatkan kaedah pembuatan untuk mengurangkan pencemaran baru, dan membuat sumber tenaga alternatif lebih berkesan. Aplikasi berpotensi termasuk:

►Membersihkan bahan kimia organik mencemarkan air bawah tanah. Para penyelidik telah menunjukkan bahawa nanopartikel besi dapat berkesan dalam membersihkan pelarut organik yang mencemarkan air bawah tanah. Nanopartikel besi menyebar ke seluruh badan air dan mengurai pelarut organik di tempatnya. Kaedah ini boleh menjadi lebih berkesan dan kos kurang ketara daripada kaedah rawatan yang memerlukan air dipam keluar dari tanah.
►Menjana kurang pencemaran semasa pembuatan bahan. Para penyelidik telah menunjukkan bahawa penggunaan nanoclusters perak sebagai katalis akan dapat mengurangkan secara signifikan hasil sampingan pencemaran yang dihasilkan dalam proses yang digunakan untuk menghasilkan propylene oxide. Propylene oxide digunakan untuk menghasilkan bahan-bahan biasa seperti plastik, cat, detergen dan bendalir brek.

BARANG-BARANG SUKAN 






Jika anda seorang peminat tenis atau golf, anda akan senang mendengar bahawa walaupun barangan sukan telah diperbaiki oleh nanoteknologi. Aplikasi nanoteknologi semasa di arena sukan termasuk:

Meningkatkan kekuatan tenis tenis dengan menambahkan nanotube ke bingkai yang meningkatkan kawalan dan kuasa apabila anda memukul bola.
Mengisi sebarang ketidaksempurnaan dalam bahan-bahan aci kelab golf dengan nanopartikel; ini meningkatkan keseragaman bahan yang membentuk batang dan dengan itu meningkatkan ayunan anda.
Mengurangkan kadar di mana kebocoran udara dari bola tenis supaya mereka mengekalkan lantunan mereka lebih lama.

MENGAPLIKASIKAN KEGUNAAN KACA DAN SERAMIK

KEGUNAAN KACA DAN SERAMIK,JENIS KACA,SIFAT KACA DAN SERAMIK

Kaca : Merupakan bahan keras yang lutsinar yang dihasilkan apabila silikat yang lakur disejukkan dengan cepat.

Seramik : Bahan yang diperbuat daripada tanah liat dan proses pembuatannya memerlukan haba yang tinggi.Seramik tahn haba dan tidak mudah melebur.Seramik banyak digunakan untuk menghasilkan barang dapur seperti pinggan dan mangkuk.

SIFAT-SIFAT SERAMIK

• Keras,tahan hakisan,lengai secara kimia,tahan mampatan
• Penebat haba dan elektrik yang sangat baik
• Takat lebur yang sangat tinggi
• Tiada tindak balas kimia
• Keras dan kuat tetapi rapuh
• Bersifat semikonduktor dan boleh menyimpan cas

KEGUNAAN SERAMIK

MEMAHAMI ALOI

MENGHUBUNGKAN SUSUNAN ATOM DALAM LOGAM DENGAN SIFAT KEMULURAN DAN KEBOLEHTEMPAAN LOGAM

■ Susunan atom di dalam logam 

►Logam tulen biasanya mempunyai ketumpatan yang tinggi, takat lebur dan takat didih yang tinggi,konduktor haba dan elektrik yang baik,berkilat (berkilau), boleh ditempa dan mulur.
►Logam tulen terdiri daripada atom-atom yang sama jenis dan sama saiz.
►Dalam keadaan pepejal, atom-atom tersusun dengan rapat, padat dan teratur.

Susunan atom dalam logam tulen

► Susunan atom ini memberi logam tulen sifat kemuluran dan kebolehtempaan apabila daya dikenakan.

KEMULURAN LOGAM

kemuluran logam 

► Lapisan-lapisan atom ini mudah menggelongsor atas satu sama lain apabila dikenakan daya.Maka logam bersifat mulur dan boleh diregang.

KEBOLEHTEMPAAN LOGAM

►Terdapat letidaksempurnaan yang membenarkan kehadiran ruang kosong dalam susunan atom logam yang teratur. Apabila diketuk, atom-atom akan menggelongsor ke kedudukan baharu. Maka,logam boleh ditempa atau bentuknya dapat diubah.


■ Persamaan antara aloi dengan logam tulen.

► Kedua-duanya adalah konduktor haba dan elektrik yang baik.

■ Perbezaan antara aloi dengan logam tulen.

Perbezaan	Aloi	Logam tulen
Rupa bentuk	Mempunyai permukaan yang sangat berkilat	Mempunyai permukaan yang berkilat
Ketertempaan	Tidak boleh ditempa	Boleh ditempa
Kemuluran	Tidak mulur	Mulur
Kekerasan	Keras	Lembut
Kekuatan	Kuat	Lemah
Ketahanan terhadap kakisan	Ya	Tidak

DEFINISI ALOI 

•  Aloi adalah campuran dua atau lebih logam (seperti gangsa atau loyang) atau logam dengan sedikit bukan logam (seperti keluli).

TUJUAN PENGALOIAN

■ Pengaloian

► Proses pencampuran atom asing ke dalam logam tulen.

► Apabila bendasing (atom asing) ditambahkan kepada logam tulen, sifat logam tulen akan berubah.

► Utuk memperbaiki kelemahan dan struktur logam tulen.
■ Pengaloian mengubah sifat sesuatu logam.

► Menambah kekerasan logam
◉ Aluminium ditambah dengan magnesium dalam komposisi dalam komposisi yang sesuai untuk menghasilkan aloi yang bersifat keras dan ringan.

► Mencegah kakisan
◉ Kromium dan nikel ditambah dalam ke dalam besi dengan kuantiti yang kecil untuk menghasilkan keluli nirkarat yang tahan karat.

► Membaiki rupa bentuk logam
◉ Kuprum ditambah dengan zink dalam amaun yang kecil, aloi loyang yang mempunyai permukaan yang berkilat, akan terhasil.

CONTOH CONTOH ALOI DAN KOMPOSISI,SIFAT SERTA KEGUNAANNYA

Contoh	Komposisi dan Sifat	Kegunaan
Keluli	Besi 99.9% Karbon 0% Keras dan kuat	Membina rumah, jambatan,mesin, kenderaan dan sebagainya
Pinter	Timah 97% Antimoni dan kuprum 3% Permukaan yang berkilat Tahan hakisan	Membuat barangan perhiasan seperti bingkai gambar
Gangsa	Kuprum 88% Timah 12% Keras Tidak berkarat	Membuat duit syiling, pisau dan sebagainya.
Loyang	Kuprum 75% Zink 25% Kuat Permukaan berkilat Mudah ditempa	Membuat kunci, alatan muzik dan sebagainya.
Duralamin	Aluminium 95% Kuprum 3% Magnesium 1% Mangan 1% Ringan  Kuat  Tahan hakisan	Membuat badan kenderaan seperti bas, kapal terbang, kereta api dan sebagainya

 

MENGHUBUNGKAN SUSUNAN ATOM DALAM ALOI DENGAN SIFAT KEKUATAN DAN KEKERASANNYA, MENGHUBUNGKAN SIFAT ALOI DENGAN KEGUNAANNYA 








SUSUNAN ATOM DALAM ALOI 

• Kehadiran atom asing yang berlainan saiz mengganggu susunan atom logam tulen yang teratur. Hal ini menyukarkan penggelongsoran lapisan atom logam tulen jika daya dikenakan. Maka,aloi lebih kuat dan lebih keras daripada logam tulennya.

MENAMBAH KEKUATAN  DAN KEKERASAN LOGAM TULEN

• Logam tulen lebih lembut daripada aloi.
• Atom asing mengganggu susunan atom logam tulen yang teratur.Hal ini menyukarkan penggelongsoran lapisan atom logam tulen jika daya dikenakan.
• Sebagai contoh, atom karbon dalam aloi keluli mengganggu susunan atom besi yang teratur.Hal ini menyukarkan penggelongsoran lapisan atom besi jika daya dikenakan.

SIFAT ALOI DENGAN KEGUNAANNYA 

MENSINTESISKAN PEMBUATAN AMMONIA DAN GARAMNYA

AMMONIA

Ammonia merupakan sumber yang membekalkan unsur nitrogen. Ammonia dihasilkan melalui tindak balas antara gas nitrogen dan gas hidrogen. Unsur nitrogen penting untuk tumbesaran tumbuh-tumbuhan.
Ammonia wujud dalam 3 bentuk :

1. Garam ammonium yang dihasilkan daripada tindak balas antara ammonia dengan asid.
2. Asid nitrik yang dihasilkan daripada pengoksidaan ammonia.
3. Garam nitrat yang diperoleh daripada asid nitrik melalui tindak balas kimia.

Garam ammonium, asid nitrik dan garam nitrat merupakan bahan mentah yang penting dalam industri pembuatan pelbagai jenis bahan kimia yang berasaskan nitrogen. 

KEGUNAAN AMMONIA 

KEGUNAAN UTAMA AMMONIA : Penghasilan baja bernitrogen termasuklah ammonium sulfat (NH4)2SO4, ammonium nitrat ‎NH4NO3, ammonium fosfat (NH4)3PO4 dan urea CO(NH2)2.

• Membuat baja kimia.
• Membuat bahan letupan.
• Membuat gentian sintetik.
• Membuat asid nitrik.
• Sebagai agen penyejuk.
• Mencegah pembekuan susu getah.
• Membuat bahan pencuci.

SIFAT SIFAT AMMONIA  

Sifat Fizik

• Bersifat alkali
• Berbau sengit
• Gas tak berwarna 
• Sangat larut didalam air
• Kurang tumpat daripada udara 

Sifat Kimia 

• Ammonia bertindak balas dengan gas hidrogen klorida untuk menghasilkam wasap putih ammonium klorida yang tebal 
• Ammonia meneutralkan pelbagai jenis asid untuk menghasilkan garam ammonium 
• Ion hidroksida daripada larutan ammonia bertindak balas dengan ion logam untuk menghasilkan mendakan hidroksida logam 
• Ammonia terbakar dalam oksigen tetapi tidak terbakar dalam udara 

 PROSES PEMBUATAN AMMONIA SECARA INDUSTRI 

• Ammonia dihasilkan di kilang secara besar-besaran melalui Proses Haber dengan menggunakan gas nitrogen dan gas hidrogen

• Rajah menunjukkan penghasilan ammonia melalui proses Haber :

Proses Haber

• Gas nitrogen diperoleh melalui proses penyulingan berperingkat ke atas udara cecair.
• Gas hidrogen diperoleh daripada gas asli.
• Nisbah 1 mol gas nitrogen kepada 3 mol gas hidrogen dialirkan ke dalam sebuah reaktor.
• Campuran gas ini dimampatkan di bawah tekanan 200 atmosfera pada suhu 450 ℃ hingga 550 dan dimangkinkan dengan serbuk besi bagi mempercepatkan tindak balas.
• Ammonia yang terhasil disejukkan menjadi cecair dan diasingkan daripada gas hidrogen dan gas nitrogen yang belum lagi bertindak balas. Gas-gas ini dikitar semula fengan mengalirkan ke dalam reaktor bersama dengan bersama gas nitrogen dan gas hidrogen yang baharu untuk tindak balas selanjutnya.

FAKTOR-FAKTOR YANG MEMPENGARUHI PENGHASILAN GARAM AMMONIA

• ·         Terdapat tiga faktor yang mempengaruhi penghasilan ammonia secara optimum

          -Suhu                                            -Tekanan                                 -Mangkin

AKTIVITI MENYEDIAKAN BAJA AMMONIUM 
Aktiviti : 
Penyediaan Baja Ammonium Sulfat
Tujuan: Menyediakan baja ammonium sulfat 
Bahan: 
» Kertas litmus merah
» Larutan ammonia 2mol dm-3
» Asid sulfurik cair 1mol dm-3
» Air suling
» Kertas turas
Radas:
» Bikar 100cm3
» Rod kaca
» Tungku kaki tiga
» Penunu Bunsen
» Kasa dawai
» Corong turas
» Silinder penyukat
» Mangkuk penyejat

Prosedur:

1. 25cm3 asid sulfurik disukat dengan silinder penyukat. Asid ini dituang ke dalam bikar 100cm3.
2. Larutan ammonia dititis setitik demi setitik ke dalam bikar itu sementara larutan dikacau dengan rod kaca.
3. Larutan yang terhasil diuji dengan kertas litmus merah dari semasa ke semasa. Penitisan larutan ammonia dihentikan sekiranya kertas litmus bertukar kepada biru (atau semasa larutan mengeluarkan bau ammonia).
4. Kemudian, larutan dituang ke dalam mangkuk penyejat.
5. Larutan dididihkan sehingga tepu.
6. Larutan tepu disejukkan pada suhu bilik. Hablur-hablur putih ammonium sulfat akan terbentuk.
7. Hablur-hablur garam itu dituras dan dibilas dengan air suling yang sejuk.
8. Hablur-hablur yang terbentuk dikeringkan dengan kertas turas.

Persamaan kimia:  


H2SO4(ak) + 2NH3(ak) → (NH4)2SO4(ak) 

Analisis:

► Larutan ammonia adalah berlebihan ketika kertas litmus merah mula bertukar warna.

► Larutan tepu perlu disejukkan pada suhu bilik supaya penghabluran dapat berlaku.

► Hablur-hablur garam dibilas dengan sedikit air suling yang sejuk untuk menyingkirkan bendasing seperti larutan ammonia.

Kesimpulan:


► Baja ammonium sulfat dapat disediakan melalui tindak balas antara larutan ammonia dengan asid sulfurik cair, dan kemudiannya melalui penghabluran.

MEMAHAMI PEMBUATAN ASID SULFURIK

 ASID SULFURIK 

Asid sulfurik adalah asid mineral yang kuat. Daripada jenis asid diprotik yang berkebolehan menghasilkan 2 ion hidrogen, asid sulfurik mempunyai formula kimia  H2SO4.

Asid Sulfurik

 KEGUNAAN ASID SULFURIK

KEGUNAAN UTAMA: Penghasilan baja fosfat

• Membuat polimer 
• Elektrolit dalam akumulator asid-plumbum
• Pigmen cat 
• Sebagai agen penanggal oksida logam dalam pembersihan permukaan logam sebelum proses penyaduran logam 
• Membuat detergen
• Membuat baja
• Membuat pestisid

PROSES PEMBUATAN ASID SULFURIK SECARA INDUSTRI 

Dikenali sebagai : Proses Sentuh  

PERINGKAT 1

·         Pembakaran serbuk sulfur dalam udara (gas oksigen) untuk menghasilkan gas sulfur dioksida.

   S(ce) + O₂(g) à SO₂(g)

PERINGKAT 2

·         Menghasilkan gas sulfur trioksida, SO₃

·         Campuran gas sulfur dioksida,  SO₂ dan udara dialirkan ke atas vanadium (V) oksida,V₂O₅

·         Vanadium (V) oksida, V₂O₅ adalah mangkin

·         Pada suhu 450-500°C dan di bawah tekanan satu atmosfera   

             2SO₂(g) + O₂(g) à 2SO₃(g)

         PERINGKAT 3

·         Menghasilkan asid sulfurik,H₂SO₄

·         Gas sulfur trioksida SO₃ dilarutkan dalam asid sulfurik pekat,  H₂SO₄ untuk membentuk oleum,H₂SO₄ untuk membentuk oleum, H₂S₂O₇

·         SO₃(g) + H₂SO₄(ce) à H₂S₂O₇(ce)

·         Kemudian, air ditambah kepada oleum, H2S2O7 untuk mencairkannya untuk menghasilkan asid sulfurik,H₂SO₄

   H₂S₂O₇(ce) + H₂O(ce) à 2H₂SO₄(ce)

SULFUR DIOKSIDA MENYEBABKAN PENCEMARAN ALAM SEKITAR 

Punca

• Pembakaran sulfur dalam Proses Sentuh
• Pengekstrakan logam daripada bijih sulfida
• Pembakaran bahan api fosil (petroleum,gas asli, arang batu)

Kesan

• Penyakit peparu
• Bronkitis
• Batuk
• Sakit dada
• Sesak nafas
• Pembentukan hujan asid      

Cara Penyelesaian

• Mengurangkan pembebasan gas sulfur dioksida ke atmosfera
• Teknologi yang dapat menyingkirkan kandungan sulfur dalam bahan api fosil harus digalakkan

MENILAI KEGUNAAN POLIMER SINTETIK

                      

Definisi Polimer 

     Rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dan dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul lain yang dinamakan monomer.

CONTOH POLIMER SEMULAJADI

• Protein
• Kanji
• Getah asli
• Selulosa

CONTOH POLIMER SINTETIK DAN KEGUNAANNYA

MENGENAL PASTI MONOMER DALAM POLIMER SINTETIK 

Monomer	Polimer sintetik	Kegunaan
Etena	Politena (polietena)	Beg plastik,beg membeli belah,bekas plastik
Propena	Polipropena	Paip,tali,permaidani
Kloroetena	Polivinil klorida (polikloroetena)	Paip air,penebat elektrik,baju hujan
Stirena (feniletena)	Polistirena (polifeniletena)	Bekas pembungkus,pelambung bot,cawan
Metil metakrilat (Metil-2-metilpropenoat)	Perspeks (polimetil-2-metilpropenoat)	Gentian optik,pemantul cahaya,kanta plastik
Tetrafluoroetena	Teflon (politetrafluoroetena)	Minyak pelincir automotif,pelindung permaidani,selaput pada pengelap cermin kereta

KEGUNAAN POLIMER SINTETIK DALAM KEHIDUPAN HARIAN 

Tidak wajar. Kerana:

• Polimer sintetik adalah tidak terbiodegradasikan. Pelupusan polimer sintetik memerlukan tapak pembuangan yang amat besar.
• Bahan bahan mentah bagi polimer sintetik diperoleh daripada petroleum. Keadaan ini menghabiskan sumber yang tidak boleh diperbaharui.
• Pembuangan polimer sintetik yang tidak betul juga memusnahkan keindahan alam semula jadi,menyebabkan banjir kilat dan mengancam hidupan liar.