9.6 Bahan Komposit

1. Bahan komposit ialah bahan yang dihasilkan daripada gabungan dua ✌ atau lebih bahan-bahan berbeza seperti aloi, logam, kaca, polimer dan seramik.
2. Sifat-sifat bahan komposit adalah lebih baik 👍 daripada komponen asalnya.

Kegunaan Komposit

1. Jenis Bahan Komposit : Konkrit yang diperkukuh

Komponen : Simen, batu kerikil, pasir, air, besi atau keluli

Sifat Istimewa : 

• Lebih kuat 👊 dan keras
• Tahan beban yang berat 💯
• Mudah diacukan kepada pelbagai bentuk

Kegunaan : Digunakan untuk membina bangunan yang tinggi 🌁, jambatan dan pelantar minyak 

2. Jenis Bahan Komposit : Superkonduktor

Komponen : Kuprum (II) oksida, barium karbonat dan natrium oksida dipanaskan membentuk sejenis seramik dikenali sebagai perovoskit 

Sifat Istimewa : Tiada rintangan elektrik 

Kegunaan : Digunakan dalam kereta api laju 🚅, sistem penyimpanan tenaga bermagnet, generator, transformer dan cip komputer 💻

3. Jenis Bahan Komposit : Gentian optik 🔌

Komponen : Kaca, kuprum dan aluminium

Sifat Istimewa : 

• Dapat menghantar data 📲 dalam kapasiti yang tinggi dan cepat ⚡
• Stabil secara kimia dan kurang gangguan interferens

Kegunaan :

• Digunakan dalam kabel komunikasi 📞
• Digunakan dalam endoskop untuk memeriksa organ di dalam badan manusia 👨

4. Jenis Bahan Komposit : Gentian kaca 🚴

Komponen : Plastik yang diperkukuh dengan gentian kaca

Sifat Istimewa :

• Mempunyai kekuatan regangan yang tinggi
• Mempunyai ketumpatan yang rendah
• Mudah diwarnakan 
• Mudah diacukan dan dibentukkan

Kegunaan : Digunakan untuk membuat tangki penyimpan air 💧, raket badminton, bot 🚣dan papan peluncur salji 🏂

5. Jenis Bahan Komposit : Kaca fotokromik 👓

Komponen : Bahan fotokromik seperti argentum klorida digabungkan dengan kaca atau polimer lut sinar

Sifat Istimewa : Peka terhadap cahaya 🌞

Kegunaan : Digunakan untuk membuat kanta optik 🔍, tingkap kereta 🚘, tingkap bangunan 🏢, panel paparan maklumat 📺, kanta kamera 📷, suis optik dan meter untuk mengukur keamatana cahaya

9.5 Kaca dan Seramik

Komponen utama kaca ialah silika atau silikon dioksida, SiO2 yang diperoleh daripada pasir ⛺.

Sifat-sifat Kaca :

• Lut sinar dan membiaskan cahaya 🌞
• Keras tetapi rapuh 
• Penebat haba dan elektrik yang baik ⚡ 
• Senang dibersihkan 💙

Kebanyakan kaca dihasilkan melalui campuran leburan silika dengan sebatian yang lain.

A. Kegunaan Kaca

Jenis Kaca : Kaca Soda Kapur

Komposisi : 70% SiO2 + 20% Na2O + 5% CaO + 5% Oksida lain

Sifat :

• Takat lebur rendah (700°C)
• Mudah diubah bentuk
• Tidak tahan haba dan bahan kimia 😖
• Mudah pecah 💔

Kegunaan : Membuat kaca tingkap 🏢, mentol 💡, cermin, bekas kaca

Jenis Kaca : Kaca Silika Terlakur

Komposisi : 99% SiO2 + 1% B2O3

Sifat : 

• Takat lebur sangat tinggi (1700°C) 😥
• Tidak mudah berubah bentuk
• Tidak mudah ❌ mengembang atau mengecut dengan perubahan suhu 
• Lut sinar kepada sinar ultraungu

Kegunaan : Membuat alatan kaca makmal, kanta optik, teleskop, cermin 🏡, gentian optik

Jenis Kaca : Kaca Plumbum

Komposisi : 55% SiO2 + 30% PbO + 10% K2O + 3% Na2O + 2% Al2O3

Sifat :

• Takat lebur rendah (600°C)
• Indeks biasan yang tinggi 😎
• Bersinar 💎
• Ketumpatan yang tinggi

Kegunaan : Membuat barangan hiasan 💍, barangan kristal, prisma

Jenis Kaca : Kaca Borosilikat

Komposisi : 80% SiO2  + 15% B2O3 + 4% Na2O + 1% Al2O3

Sifat : 

• Takat lebur tinggi (800°C) 🔥
• Tahan haba dan mempunyai rintangan terhadap bahan kimia
• Mengembang dan mengecut sedikit sahaja apabila suhu berubah 👌
• Lut sinar kepada cahaya dan inframerah tetapi tidak ❌ kepada ultraungu

Kegunaan : Membuat alatan memasak 🍳, alatan kaca makmal, lampu kereta 🚗, saluran paip kaca

Seramik diperbuat daripada tanah liat yang telah dipanaskan pada suhu yang sangat tinggi.

Kebanyakan seramik mengandungi silikon, oksigen dan aluminium.

Sifat-sifat Seramik :

• Keras tetapi rapuh
• Tahan kakisan
• Tahan pemanasan 🌞 dan mampatan 
• Permukaan kasar

B. Kegunaan Seramik

Penggunaan : Bahan binaan 🏬

Sifat Seramik : Keras dan kuat 💪

Contoh : Batu bata, Jubin, Simen

Penggunaan : Bahan hiasan 💐

Sifat Seramik : Menarik 👀 dan tahan lama

Contoh : Pasu, Tembikar, Porselin

Penggunaan : Bidang perubatan dan pergigian 😁

Sifat Seramik : Lengai, keras dan tahan mampatan

Contoh : Tangan, kaki dan gigi palsu 🙌

Penggunaan : Bahan rumah tangga 🏡

Sifat Seramik : Lengai secara kimia dan tidak karat

Contoh : Pinggan dan mangkuk 🍵

9.4 Polimer Sintetik

1. Polimer ialah molekul berantai panjang yang terbentuk daripada gabungan banyak unit ulangan kecil yang berantai panjang yang dikenali sebagai monomer.
2. Monomer bersambung melalui ikatan kovalen menjadi satu rantai yang panjang melalui proses pempolimeran.
3. Polimer dapat dibahagikan kepada polimer semula jadi dan polimer sintetik.
4. Polimer semula jadi : kanji 🌾, selulosa 🌿, kapas, protein 🐟, sutera 🐛, getah asli 
5. Polimer sintetik : Politena, Polipropena, Polivinil Klorida, Polistirena, Perspeks
6. Polimer sintetik ialah polimer buatan manusia yang dihasilkan daripada bahan kimia melalui kaedah pempolimeran.

A. Monomer bagi Polimer Sintetik

Polimer Sintetik : Politena 🍝

Monomer : Etena

Kegunaan : Beg plastik, bekas plastik, penebat untuk dawai elektrik
Struktur :

Polimer Sintetik : Polipropena 🍼

Monomer : Propena

Kegunaan : Paip, botol, karpet, bateri kereta 🚗, tali
Struktur :

Polimer Sintetik : Polivinil Klorida ☔

Monomer : Kloroetena

Kegunaan : Kulit sintetik, paip air, baju hujan 👘
Struktur :

Polimer Sintetik : Polistirena 🍴

Monomer : Stirena

Kegunaan : Cawan pakai buang 🍜, pinggan, garpu
Struktur :

Polimer Sintetik : Perspeks 🚘

Monomer : Metil metakrilat

Kegunaan : Cermin keselamatan, cermin pesawat, tingkap kenderaan 🚈, kanta plastik
Struktur :

Pempolimeran ialah proses penyambungan monomer-monomer yang banyak 🙌 untuk membentuk polimer. Pempolimeran terbahagi kepada pempolimeran penambahan dan pempolimeran kondensasi.           

Contoh pempolimeran tambahan :

Contoh pempolimeran kondensasi :

B. Pencemaran

Pencemaran alam sekitar yang disebabkan pelupusan polimer sintetik :

• Pembuangan polimer sintetik seperti bekas dan botol plastik 🍼 boleh menyebabkan sistem saliran dan sungai 🌊 tersumbat 🚫 serta berlaku banjir kilat ⚡.
• Pembakaran 🔥 polimer sintetik membebaskan gas hidrogen klorida, HCl yang boleh mengakibatkan masalah hujan asid.
• Berlaku kesan rumah hijau akibat daripada pembebasan karbon dioksida, CO2 yang menyebabkan perubahan cuaca bumi 🌍 dan pengurangan hasil pertanian 🌴.

C. Cara Mengatasi Pencemaran

Cara-cara mengurangkan pencemaran alam sekitar yang disebabkan polimer sintetik.

• Mengurangkan, menggunakan dan mengitar semula polimer sintetik 👍.
• Menggunakan polimer terbiodegradasi. 

9.3 Aloi

A. Susunan Atom dalam Logam

Logam tulen mempunyai sifat-sifat yang berikut :

• Berkilat 💎
• Ketumpatan tinggi
• Konduktor elektrik ⚡ dan haba 🌞 yang baik 👍

1. Logam tulen terdiri daripada jenis atom yang sama dengan saiz yang sama.
2. Dalam keadaan pepejal, atom-atom tersusun secara padat dan teratur.
3. Susunan-susunan atom dalam logam tulen.

Kemuluran logam : Logam adalah mulur (boleh ditarik menjadi wayar) kerana atom-atom mempunyai saiz yang sama. Apabila satu daya 👐 dikenakan, atom-atom mudah menggelongsor 🎿 ke atas satu sama lain.
Kebolehtempaan logam : Terdapat ruang-ruang kosong dalam susunan atom logam yang teratur. Apabila logam diketuk 🔨, atom-atom yang sama saiz mudah berubah kekedudukan baharu. Maka, logam boleh ditempa (boleh diketuk kepada pelbagai bentuk tanpa retak).

B. Susunan Atom dalam Aloi

1. Aloi ialah satu campuran dua atau lebih unsur  mengikut komposisi yang tetap dengan unsur utamanya ialah logam.
2. Aloi boleh mengandungi campuran logam dengan logam atau campuran logam dengan bukan logam.
3. Sifat-sifat logam tulen boleh ditambahbaik 😃 dengan menukarkan logam tulen kepada aloi.
4. Tujuan pengaloian :

• Memperbaik rupa logam tulen 🌝
• Menambah kekerasan 🌑
• Menahan kakisan 

Aloi lebih kuat dan lebih keras 💪 daripada logam tulennya kerana kehadiran atom asing yang berbeza saiz mengganggu 😩 susunan logam tulen yang teratur. Gelongsoran antara atom menjadi sukar, lalu menjadikannya lebih keras. 

1. Gangsa 🏆

Komposisi : 90% Kuprum + 10% Stanum

Sifat : Kuat dan keras + Tidak mudah terkakis 😠 + Permukaan berkilat 

Kegunaan : Duit syiling + Pingat

2. Loyang 🎷

Komposisi : 70% Kuprum + 30% Zink

Sifat : Kuat 💪 dan keras  daripada kuprum

Kegunaan : Alat elektrik 🎤 + Alatan muzik + Barangan hiasan

3. Duralumin 🚀

Komposisi : 93% Aluminium + 3% Kuprum + 3% Magnesium + 1% Mangan

Sifat : Ringan ⛅+ kuat 👊

Kegunaan : Pembuatan badan kapal terbang + Basikal lumba 🚵 + Kabel elektrik ringan

4. Piuter 💐

Komposisi : 96% Stanum + 3% Kuprum + 1% Antimoni 2

Sifat : Berkilau 🙈 + Berkilat 💍 + Kuat

Kegunaan : Barangan perhiasan + Cenderamata

C. Eksperimen

Tujuan : Mengkaji kekerasan logam tulen dan aloinya

Pernyatan Masalah : Adakah aloi lebih keras daripada logam tulennnya? 😕

Hipotesis : Gangsa lebih keras daripada kuprum 😁

Pemboleh ubah :

• Pemboleh ubah dimanipulasikan : Jenis bongkah 
• Pemboleh ubah bergerak balas : Diameter lekuk
• Pemboleh ubah dimalarkan : Jisim pemberat 

Radas : Kaki retort dan pengapit, pemberat 1 kg, bebola keluli 🎱, pembaris meter dan benang

Bahan : Bongkah kuprum, bongkah gangsa dan pita selofan

Prosedur :

1. Sebiji bola keluli dilekatkan pada permukaan bongkah kuprum dengan menggunakan pita selofan.
2. Pemberat 1 kg ☝ digantung setinggi 50 cm di atas bebola keluli seperti dalam rajah di atas.
3. Pemberat itu dilepaskan 🙌 supaya jatuh pada bebola keluli.
4. Diameter lekuk yang terhasil pada permukaan bongkah kuprum diukur dan direkodkan 📝.
5. Langkah 1 hingga 4 diulang sebanyak 2 kali ✌ pada tempat yang berlainan pada bongkah kuprum untuk mendapatkan purata diameter lekuk yang terbentuk.
6. Langkah 1 hingga 5 diulang dengan menggunakan bongkah gangsa untuk menggantikan bongkah kuprum.

Keputusan :

1. Bongkah : Kuprum

    Diameter lekuk (cm) : 1. 0.8 , 2. 0.6 , 3. 0.7

    Purata : 0.7

2. Bongkah : Gangsa

    Diameter lekuk (cm) : 1. 0.5 , 2. 0.6 , 3. 0.4

    Purata : 0.5

Kesimpulan :

1. Hipotesis diterima 💯.
2. Gangsa lebih keras daripada kuprum 😯.

Perbincangan :

1. Purata diameter lekuk pada bongkah gangsa lebih kecil berbanding purata diameter lekuk pada bongkah kuprum.
2. Semakin keras bongkah, semakin kecil purata diameter lekuk yang dihasilkan 😉.

9.2 Ammonia dan Garamnya

A. Pembuatan Asid Nitrik

1. Terdapat banyak kegunaan ammonia. Satu ☝ daripada kegunaan ammonia ialah untuk membuat asid nitrik melalui Proses Ostwald.
2. Penghasilan asid nitrik memerlukan keadaan yang berikut 👉 :

• Suhu : 800°C 🔥
• Tekanan : 10 atmosfera
• Mangkin : Platinum

B. Pembuatan Ammonia

1. Ammonia NH3 dihasilkan dalam industri melalui Proses Haber.
2. Bahan-bahan mentah untuk penghasilan ammonia, NH3 ialah gas nitrogen H2 dan gas oksigen, O2.
3. Gas nitrogen, N2 diperoleh daripada penyulingan berperingkat ke atas udara cecair.
4. Gas hidrogen, H2 diperoleh daripada gas asli. 
5. Dalam penghasilan ammonia, NH3, gas nitrogen, N2 dan gas hidrogen, H2 dicampurkan mengikut nisbah isi padu 1 N2 : 3 H2 ke dalam pemampat.                        Persamaan Kimia : N2 (g) + 3H2 (g) ⇌ 2NH3 (g)
6. Penghasilan ammonia,NH3, memerlukan keadaan yang berikut 👉 :

• Suhu : 450°C 🔥
• Tekanan : 200 atmosfera
• Mangkin : Besi

C. Kegunaan Ammonia

Ammonia yang berformula NH3 ialah sebatian yang sangat berguna 😄 dalam industri. Contohnya :

• Membuat baja bernitrogen 🌳 dalam bentuk ammonium sulfat, ammonium nitrat dan urea.
• Dalam bentuk cecair, ammonia digunakan sebagai bahan penyejuk dalam peti sejuk.
• Sebagai bahan mentah untuk pembuatan asid nitrik dalam Proses Ostwald.
• Ditukarkan kepada asid nitrik untuk digunakan dalam pembuatan bahan letupan 💣.
• Sebagai alkali untuk mencegah ❌ pengumpulan susu getah apabila susu getah perlu disimpan dalam bentuk cecair.
• Menghasilkan ammonium klorida yang digunakan dalam pembuatan sel kering.

D. Penyediaan Baja Ammonium

1. Baja ammonium 🌱 ialah baja bernitrogen yang dapat membekalkan unsur nitrogen untuk tumbuhan.
2. Baja-baja ammonium dihasilkan melalui tindak balas peneutralan antara larutan ammonia NH3 dengan larutan asid.
3. Baja berlainan mengandungi peratusan nitrogen mengikut jisim yang berbeza.
4. Peratusan nitrogen mengikut jisim boleh dihitung dengan menggunakan rumus berikut : (Jisim nitrogen / Jisim molekul relatif baja) x 100% 

1. Urea, CO(NH2)2 

• Tindak balas peneutralan : Larutan Ammonia + Karbon Dioksida
• Persamaan Kimia : 2NH3 (g) + CO2 (g) ➝ CO(NH2) (p) + H2O (ce)
• ( 2(14) / (12 + 16 + 2(14) + 4(1) ) ) x 100 % = 46.7%
• Mengandungi 46.7% nitrogen 😲

2. Ammonium Nitrat, NH4NO3

• Tindak balas peneutralan : Larutan Ammonia + Asid Nitrik
• Persamaan Kimia : NH3 (ak) + HNO3 (ak) ➝ NH4NO3 (ak)
• ( 2(14) / (2(14) + 4(1) + 3(16)) ) x 100 % = 35%
• Mengandungi 35% nitrogen 😯

3. Ammonium Sulfat, (NH4)2SO4

• Tindak balas peneutralan : Larutan Ammonia + Asid Sulfurik
• Persamaan Kimia : 2NH3 (ak) + H2SO4 (ak) ➝ (NH4)2SO4 (ak)
• ( 2 (14) / ( 2(14) + 8(1) + 32 + 16(4)) ) x 100 % =  21.2%
• Mengandungi 21.2% nitrogen 😮

Baja yang mengandungi lebih banyak nitrogen adalah lebih baik. Daripada kiraan di atas, ianya menunjukkan bahawa baja Urea, CO(NH2)2 adalah baja yang terbaik 😱 antara ketiga-tiga baja tersebut ❗

9.1 Asid Sulfurik

A. Pembuatan Asid Sulfurik 

1.  Asid Sulfurik, H2SO4 dihasilkan dalam industri  melalui Proses Sentuh.
2. Bahan-bahan mentah untuk penghasilan asid sulfurik, H2SO4 ialah Sulfur, Udara 💨 dan Air 💧.
   
   
   
   
   

Peringkat 1 : Pembentukan SULFUR DIOKSIDA

Sulfur lebur dibakar di dalam udara kering untuk menghasilkan sulfur dioksida, SO2. Gas yang terbentuk ditulenkan dan disejukkan.

Persamaan Kimia : S (ce) + O2 (g) ⟶ SO2 (g)

Peringkat 2 : Pembentukan SULFUR TRIOKSIDA

Sulfur dioksida, SO2 dan gas oksigen, O2 yang berlebihan disalurkan melalui mangkin vanadium (V) oksida, V2O5 pada suhu 450°C dan tekanan 1 atmosfera untuk menghasilkan sulfur trioksida, SO3. 

Persamaan Kimia : 2SO2 (g) + O2 (g) ⇌ 2SO3 (g)

Kira-kira 99.5% sulfur dioksida, SO2 ditukarkan kepada sulfur trioksida, SO3 melalui tindak balas berbalik itu.

Peringkat 3 : Pembentukan OLEUM

Mula-mula, sulfur trioksida, SO3 dilarutkan di dalam asid dulfurik, H2SO4 pekat untuk membentuk oleum, H2S2O7.

Persamaan Kimia : SO3 (g) + H2SO4 (ce) ⟶ H2S2O7 (ce) 

Peringkat 4 : Pencairan OLEUM

Kemudian, oleum, H2S2O7 dicairkan dengan air untuk menghasilkan asid sulfurik, H2SO4 pekat dalam kuantiti yang banyak.

Persamaan Kimia : H2S2O7 (ce) + H2O (ce) ⟶ 2H2SO4 (ce)

Kedua-dua tindak balas dalam peringkat ketiga dan keempat adalah setara dengan mencampurkan sulfur trioksida, SO3 secara langsung ke dalam air.

❗❌ SO3 (g) + H2O (ce) ⟶ H2SO4 (ce) ❌❗

Walau bagaimanapun,tindak balas ini tidak dilakukan dalam industri kerana sulfur trioksida, SO3 bertindak balas terlalu cergas 😅 dengan air 💦. Tindak balas ini akan menghasilkan haba 🌞 dan wasap asid sulfurik, H2SO4 yang banyak. Wasap ini mengakis, tidak mudah dikondensasikan, dan mencemarkan udara.

B. Pencemaran

1. Punca utama kehadiran sulfur dioksida, SO2 di udara adalah melalui pembakaran bahan api fosil 🔥 seperti petrol dan hasil sampingan daripada Proses Sentuh.
2. Sulfur dioksida, SO2 larut dalam air hujan ☔ untuk membentuk asid sulfurus, H2SO3 yang menyebabkan hujan asid.                                                                                        Persamaan Kimia : 2SO2 (g) + O2 (g) + 2H2O (ce) ⟶ 2SO3 (g)
3. Sulfur trioksida, SO3 juga terbentuk apabila sulfur dioksida, SO2 bertindak balas dengan gas oksigen, O2 dalam udara ⛅.                                                                                    Persamaan Kimia : 2SO2 (g) + O2 (g) ⟶ 2SO3 (g)
4. Apabila sulfur trioksida, SO3 larut dalam air hujan, asid sulfurik, H2SO4 yang terbentuk akan menyebabkan hujan asid 😵.                                                                                     Persamaan Kimia : 2SO3 (g) + H2O (ce) ⟶ 2H2SO4 (ak)
5. Kesan hujan asid terhadap alam sekitar :

• Hujan asid mengakis bangunan 🏢, tugu 🗽 dan arca yang dibuat daripada marmar.
• Hujan asid mengaratkan struktur bangunan dan jambatan yang diperbuat daripada logam.
• Hujan asid meningkatkan keasidan tasik 🌅 dan sungai yang menyebabkan kematian hidupan akuatik 🐟.
• Hujan asid mengurangkan pH tanah 🗾. Tanah yang berasid tidak sesuai untuk pertumbuhan tanaman 🌳.

C. Cara Mengatasi Pencemaran

1. Mengehadkan pelepasan gas pencemar udara ke atmosfera dengan menggunakan bahan api 💣rendah kandungan sulfur yang secara tidak langsung, gas sulfur dioksida, SO2 dapat dikurangkan.
2. Memperkenalkan pemasangan 'scrubbers' di cerobong asap di kilang-kilang 🏭 untuk menapis gas sulfur dioksida, SO2.
3. Penggunaan sistem denitrifikasi dan dinyahsulfur, contohnya arang batu 🌑 direnyukkan dan dicampurkan dengan batu kapur. Oleh itu, kandungan sulfur dalam arang batu akan bertindak balas dengan kalsium 😁 karbonat dan menghasilkan kalsium sulfat dan gypsum sebagai hasil sampingan.
4. Mempertingkatkan lagi teknologi 'flash smelting' 🌠 yang sering digunakan oleh pelebur kuprum. Maka, pembebasan sulfur dioksida, SO2 global dapat dikurangkan sehingga 5-10 ton setahun.
5. Mengadakan kempen kesedaran 📢 dalam kalangan masyarakat tentang bahayanya sulfur dioksida. Anda boleh lakukannya! 😉

D. Kegunaan Asid Sulfurik

Asid sulfurik, H2SO4 menghasilkan kebanyakan barang dalam kehidupan kita. Contohnya :

• Pembuatan Cat 🏡
• Penghasilan Baja 🌱
• Pembuatan Gentian Sintetik ⛳
• Pembuatan Racun Perosak 🐀
• Menggelapkan Warna pada Bahan Kulit 💼
• Sebagai Elektrolit dalam Bateri Kereta 🚗