MENILAI KEGUNAAN BAHAN KOMPOSIT

MAKSUD BAHAN KOMPOSIT

Bahan komposit ialah bahan yang dibuat melalui gabungan dua atau lebih bahan seperti logam , aloi , kaca , seramik dan polimer . Pada zaman purba , manusia menggunakan tanah liat, kayu , batu bata , kaca atau logam .

konkrit dan simen

gentian kaca

damar polyester

CONTOH BAHAN KOMPOSIT DAN KOMPONEN

MEWAJARKAN KEGUNAAN BAHAN KOMPOSIT

Kegunaan bahan komposit amatlah wajar pada zaman kini terutama masa hadapan kerana bahan baharu yang tercipta akan memberi kesan dalam beberapa aspek dalam kehidupan kita . Contohnya , bahan baharu bio sebagai pengganti anggota dalam badan yang mampu memanjangkan hayat manusia .Selain itu , bahan baharu yang dapat menyimpan dan menghantar kuantiti maklumat yang besar untuk akses yang lebih mudah . Disamping itu , bahan komposit yang lebih bermutu dapat membuat kenderaan yang lebih ringan dan kuat untuk mengurangkan penggunaan bahan api . 

NANOTEKNOLOGI

MAKSUD NANOTEKNOLOGI 

Nanoteknologi ( nanotek ) merupakan cabang sains yang menumpukan kepada jirim - jirim pada saiz antara 1 hingga 100 nanometer. Pada dasarnya , nanoteknologi ialah perluasan-perluasan sains yang sedia ada ke skala nano yang terpenting bahawa semakin kecil objek-objek , semakin besar nisbah antara luas permukaan dan isipadu . Fenomena ini telah memungkinkan penciptaan bahan-bahan yang legap menjadi lutsinar ( tembaga ) , bahan bahan yang stabil menjadi bahan boleh bakar (aluminium) , pepejal menjadi ceair pada suhu bilik ( emas) dan penebat menjadi konduktor ( silikon ) . Kejayaan cemerlang nanoteknologi menghasilkan alat-alat solek seperti losen pelindung cahaya matahari yang lebih baik serta seluar kalis air .

Struktur-struktur nano terdiri daripada 3 jenis berdasarkan bilangan dimensinya :

• satu dimensi : permukaan objek antara 0.1 dan 100 nm
• dua dimensi : nanotiub yang mempunyai diameter antara 0.1 dan 100 nm
• tiga dimensi  : zarah dengan saiz antara 0.1 dan 100 

CONTOH NANOTEKNOLOGI

BIDANG PERUBATAN

Molekul skala nano yang pelbagai fungsi mengesan kanser dan menghantar ubat terus ke sel sasaran . 

BIDANG KOSMETIK

Penggunaan lipsomes dalam formula dadah dan kosmetik . Liposom adalah vesikel berbentuk sphera dengan membran yang diperbuat daripada dua lapis fosfolipid yang digunakan untuk menghantar bahan genetik kedalam sel . Ia boleh menyampaikan sel-sel aktif hingga ke lapisan bawah kulit dan dapat menyampaikan bahan aktif lebih cepat untuk pemulihan yang lebih cepat .

BIDANG SUKAN

Nanopartikel digunakan untuk membuat peralatan sukan yang lebih kuat , baik dan cekap . 

AEROGEL 
Aerogel ialah bahan berasaskan silikon dan mempunyai kepadatan terendah di dunia . Ia terbentuk dari 99.8% udara dan buih dengan ketumpatan 3miligram per sentimeter padu . Versi terbaru dan paling ringan dalam bahan ini mempunyai kepadatan 1.9 mg per cm3 dihasilkan oleh Laboratium National Lawrence Livermore . Ia digelar blue smoke atau frozen smoke . 

NANOTIUB

Nanotiub

ALAT PENJAGAAN MUKA DARI GABUNGAN NANO OXYGEN DAN NANO BIOWHITE

NANO FACE MOISTURIZER

KEBAIKAN NANOTEKNOLOGI

BIDANG PERUBATAN

Melalui nanoteknologi , enjin nano telah dicipta untuk perubatan . Contohnya , penderita darah tinggi , tidak perlu lagi disuntik dengan ubat . Hanya sembur sahaja ke bahagian tertentu .

BIDANG INDUSTRI

Aplikasi nanoteknologi dalam industri sangat luas . Nanoteknologi dapat membuat kapal angkasa dari bahan komposit yang sangat ringan tetapi memiliki kekuatan yang tinggi . 

ROKET DARIPADA BAHAN KOMPOSIT (ELEKTRON)

MENGAPLIKASI KEGUNAAN KACA DAN SERAMIK

KACA

• Kaca terbentuk apabila silikon dioksida dileburkan dan kemudian dicampurkan dengan bahan seperti plumbum (II) oksida , boron oksida , natrium karbonat atau kalsium karbonat.
• Bahan umum untuk membuat kaca ialah pasir (silikon dioksida atau silika).Pasir boleh didapati dengan banyaknya di kerak bumi .
• Secara umumnya , kaca boleh dibentuk dengan memanaskan satu campuran silikon dioksida dengan karbonat logam sehingga suhu melebih 1500C . 

SIFAT FIZIK KACA

• lut sinar 
• keras tetapi rapuh
• tidak telap kepada cecair
• penebat haba
• penebat elektrik
• lengai secara kimia

KEGUNAAN KACA

• membuat kanta optik 
• teleskop
• cermin
• membuat tingkap
• membuat alatan memasak
• alatan kaca memasak
• lampu kereta
• saluran paip kaca
• membuat barangan hiasan kristal

SERAMIK

Seramik diperbuat daripada tanah liat dan aluminium silikat dan pasir . 

KEGUNAAN SERAMIK

• bahan binaan
• alatan dapur
• bahagian penebat dalam alatan elektrik
• perkakas pergigian dalam perubatan
• barang perhiasan dan alatan rumah

JENIS KACA DAN SIFATNYA

SIFAT SERAMIK

• sangat kuat dan keras
• rapuh
• lengai secara kimia dan tidak mengkakis
• penebat haba dan elektrik yang baik
• takat lebur yang sangat tinggi dan tahan haba 
• berliang tetapi boleh dijadikan tidak telap dengan menggilapkannya

                          SENI SERAMIK

JUBIN SERAMIK

MENILAI KEGUNAAN POLIMER SINTETIK

MAKSUD POLIMER 

Polimer ialah rangkaian atom yang panjang dan berulang-ulang dihasilkan daripada sambungan beberapa molekul yang lain dinamakan monomer . Monomer - monomer ini barangkalinya serupa atau mungkin juga mempunyai satu atau lebih kumpulan kimia yang diganti . Perbezaan - perbezaan ini mungkin boleh mempengaruhi sifat-sifat polimer seperti keterlarutan , kebolehan untuk dilenturkan atau kekuatan . Dalam protein , perbezaan - perbezaan ini membolehkan polimer menjadi suatu struktur tertentu , bukannya menjadi lingkaran rawak . Sungguhpun kebanyakan polimer bersifat organik , terdapat juga yang berkeadaan sebaliknya iaitu polimer sintetik .

POLIMER SEMULAJADI

Polimer semulajadi ialah polimer yang diperoleh daripada benda hidup seperti tumbuhan dan haiwan . Contohnya , 

• Protein
• Karbohidrat
• Getah asli                                                        
• Kanji
• Selulosa
• Kapas
• Sutera
• DNA

Polimer	Monomer
Getah asli	Isoprena
Kanji	Glukosa
Protein	Asid amino

POLIMER SINTETIK DAN KEGUNAANNYA

Polimer sintetik ialah polimer buatan manusia melalui tindak balas kimia yang melibatkan pempolimeran monomer dalam industri . Contohnya ialah :

MONOMER DALAM POLIMER SINTETIK

• Monomer etena menjadi polimer polietena
• Monomer stirena menjadi polimer polistirena
• Monomer amida menjadi polimer pelekat epoksi
• Monomer propena menjadi polimer polipropena
• Monomer metil metakrilat menjadi polimer perspek

KEGUNAAN POLIMER SINTETIK DALAM KEHIDUPAN SEHARIAN 

Penggunaan polimer sintetik sangat wajar dalam  kerana polimer sintetik dapat memudahkan kehidupan manusia seperti bahan binaan berserta sifatnya yang tidak karat , tidak mudah reput dengan adanya air , oksigen , bahan kimia lain atau matahari . Oleh itu , saintis terus membuat penyelidikan untuk menghasilkan polimer yang terkini untuk industri .

MEMAHAMI ALOI

Aloi ialah campuran dua atau lebih logam ( seperti gangsa atau loyang ) atau logam dengan campuran sedikit bukan logam ( seperti keluli ) dalam keadaan lebur .

    Susunan zarah logam yang rapat menyebabkan logam kurang kuat dan mudah menggelongsor

SIFAT FIZIKAL LOGAM TULEN

• mulur (boleh ditarik sehingga halus dan dibengkokkan 
• boleh ditempa - boleh berubah bentuk tanpa retak apabila dikenakan daya 
• boleh digilap- berkilat apabila digilap
• ketumpatan yang tinggi
• takat lebur dan didih yang tinggi
• konduktor haba dan elektrik yang baik

TUJUAN PENGALOIAN

• Memperbaiki rupa bentuk logam supaya lebih cantik
• Menambah kekerasan logam 
• Mencegah hakisan logam 

CONTOH - CONTOH ALOI

KOMPOSISI DAN SIFAT ALOI

HUBUNGKAIT SUSUNAN ATOM DALAM ALOI

Aloi ialah lebih kuat dan keras berbanding logam tulen . Berikut adalah dua contoh kegunaan aloi dalam industri .

                                       
                 PENGHASILAN SYILING

PENGHASILAN BESI ALOI DALAM INDUSTRI

MENSINTESISKAN PEMBUATAN AMMONIA DAN GARAMNYA

 Ammonia dihasilkan melalui gas nitrogen dan gas hidrogen . Ammonia wujud dalam 3 bentuk .

• Garam ammonium yang dihasilkan daripada tindak balas antara ammonia dengan asid.

• Asid nitrik yang dihasilkan daripada pengoksidaan ammonia.

• Garam nitrat yang diperoleh daripada asid nitrik melalui tindak balas kimia

KEGUNAAN AMMONIA

• Membuat baja bernitrogen untuk tumbesaran tumbuhan .

• Membuat bahan letupan.

• Membuat gentian sintetik seperti nilon . 

• Digunakan sebagai bahan mentah dalam penyediaan asid nitrik.

• Sebagai agen penyejuk dalam peti sejuk .

• Digunakan untuk menghasilkan ammonium klorida yang digunakan sebagai elektrolit dalam sel kering 

• Membuat bahan pencuci . 

• Digunakan untuk mencegah penggumpalan lateks .

SIFAT AMMONIA

• Gas tidak berwarna

• Ammonia mempunyai bau yang sangat sengit dan rasa seperti logam alkali atau sabun , jika dihidu , air mata boleh mengalir . 

• Kurang tumpat daripada udara  

• Sangat larut dalam air 

• Gas ammonia boleh ditukarkan menjadi cecair pada tekanan 8 - 10 atm

• Gas ammonia mendidih pada suhu -35C pada tekanan 1atm

• Gas beralkali

PROSES PEMBUATAN AMMONIA SECARA INDUSTRI

   

 

Ammonia dihasilkan melalui tindak balas antara gas nitrogen dengan gas hidrogen dalam nisbah 1:3 mengikut isipadu . 

   Gas hidrogen yang diperlukan diperolehi daripada pemprosesan gas asli 

   Gas nitrogen pula diperolehi daripada penyulingan berperingkat udara cecair .    

PROSES HABER

Pada tahun 1918 , Fritz Haber (1868 -1934 ) telah dikurniakan dengan hadiah Nobel kerana ciptaannya dalam proses Haber . Proses Haber dapat mengatasi masalah kekurangan makanan selepas Perang Dunia pertama . 

FRITZ HABER

                   

SEMASA PROSES HABER :

1. Campurkan gas nitrogen yang kering dan gas hidrogen tulen dengan nisbah 1:3 dan gas dimampatkan di ruang mampatan pada tekanan 200atm
2. Campuran ini kemudian dialirkan melalui lapisan serbuk ferum yang dipanaskan sebagai mangkin dalam ruang tindak balas pada suhu 450C  - 550C . 
3. Ammonia terhasil dalam ruang tindak balas tetapi tindak balas ini adalah berbalik .
4. Tindakbalas penghasilan ammonia ini adalah eksotermik dan membebaskan haba . Ammonia kemudian dialirkan ke ruang penyejukkan , dicecairkan dan disingkirkan untuk memperoleh hasil yang lebih tinggi . 
5. Nitrogen dan hidrogen yang tidak bertindak balas dikitar semula dan dialirkan kembali ke dalam reaktor bersama dengan sumber nitrogen dan hidrogen yang baru .

👉 Tindak balas eksotermik ialah tindak balas yang membebaskan tenaga kepada persekitaran . Proses Haber merupakan tindak balas eksotermik . Tenaga yang dibebaskan boleh menguraikan ammonia yang terbentuk kerana tindak balas penyediaan ammonia adalah berbalik dan eksotermik . Oleh sebab itulah , suhu yang sederhana tinggi pada 450C hingga 550C digunakan . 

FAKTOR PENGHASILAN AMMONIA

• Suhu
• Tekanan
• Kehadiran mangkin

 PERSAMAAN TINDAK BALAS

AKTIVITI UNTUK MENYEDIAKAN BAJA AMMONIUM

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 
• silinder penyukat
• mangkuk penyejat

PROSEDUR

1. 25cm padu asid sulfurik disukat dengan silinder penyukat . Asid ini dituang ke dalam bikar 100cm padu
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 dituras dan dibilas dengan air suling yang sejuk .
8. Hablur-hablur terbentuk dikeringkan dengan kertas turas . 

PERSAMAAN KIMIA :

H₂SO₄ (ak) + 2NH₃ (ak) = (NH₄) 2SO₄ (ak)

MEMAHAMI PEMBUATAN ASID SULFURIK

    Asid sulfurik yang nama lamanya ialah minyak vitriol ialah asid minyak yang kuat . Formula kimianya ialah H₂SO₄

KEGUNAAN ASID SULFURIK

• Pembuatan baja iaitu ammonium sulfat
• Pembuatan detergen dalam sabun
• Pembuatan cat dan pewarna
• Pembuatan racun perosak
• Pembuatan bahan plastik ( nilon )
• Membuat polimer
• Elektrolit dalam akumulator asid-plumbum
• Sebagai agen penaggal oksida logam dalam pembersihan permukaan logam sebelum proses penyaduran logam
• Membuat gentian sintetik

STATISTIK PENGGUNAAN ASID SULFURIK

MENERANGKAN PROSES PEMBUATAN ASID SULFURIK SECARA INDUSTRI

1.  Leburan sulfur dibakar di dalam udara kering untuk menghasilkan sulfur dioksida , SO₂ 
2. Gas yang terhasil ditulen dan disejukkan . S ( ce ) + O₂ ( g ) = SO₂ ( g ) 
3. Sulfur dioksida SO₂ ,  dan gas oksigen O₂ yang berlebihan disalurkan melalui mangkin vanadium ( V ) oksida V₂O₅ pada suhu 400C - 500C dan tekanan 1atm untuk menghasilkan sulfur trioksida SO₃ . 2SO₂ ( g ) + O₂ ( g ) = 2SO₃ ( g ) .
4. Kira kira 99.5% sulfur dioksida ditukarkan menjadi sulfur trioksida melalui tindak balas berbalik itu .
5. Sulfur trioksida , SO₃ dilarutkan dalam asid sulfurik , H₂SO₄  pekat untuk membentuk oleum  H₂S₂O₇  ( ce ) .  SO₃  ( g ) + H₂SO₄ ( ce ) = H₂S₂O₇ ( ce ) . 
6. Oleum , H₂S₂O₇ dicairkan dengan cecair menghasilkan asid sulfurik H₂SO₄ pekat dalam kuantiti yang banyak . H₂S₂O₇ ( ce ) + H₂O (ce ) = 2H₂SO₄ ( ce ) . 

        FORMULA KIMIA . 

1. S ( ce ) + O₂ ( g ) = SO₂ ( g ) 
2. 2SO₂ ( g ) + O₂ ( g ) = 2SO₃ ( g ) .
3. SO₃  ( g ) + H₂SO₄ ( ce ) = H₂S₂O₇ ( ce ) .
4. H₂S₂O₇ ( ce ) + H₂O (ce ) = 2H₂SO₄ ( ce ) . 

PUNCA SULFUR SO₂

Hampir semua sulfur dioksida berpunca daripada

• kenderaan ( hasil pembakaran bahan api fosil )
• sumber industri ( terbebas melalui industri menyebabkan pencemaran  udara )

PUNCA LAIN 

• letusan gunung berapi
• pengekstrakan logam 
• pembakaran bahan api fosil seperti arang batu dan petroleum
• pembakaran hasil buangan seperti rayon

MENERANGKAN BAHAWA SULFUR DIOKSIDA MENYEBABKAN PENCEMARAN ALAM SEKITAR

Gas sulfur dioksida telah menyebabkan hujan asid berlaku . Berikut ialah cara hujan asid terbentuk .

Gas sulfur dioksida melarut dalam air hujan dan menghasilkan asid sulfurus . 

Sulfur juga bertindak balas dengan oksigen di udara untuk menghasilkan sulfur trioksida .

Sulfur trioksida yang melarut dalam air hujan menghasilkan asid sulfurik .

Asid sulfurus dan asid sulfurik menyebabkan hujan asid dengan nilai pHnya lebih rendah daripada 5.6

Hujan asid ini berbahaya kerana ia boleh menghakis dan merosakkan bangunan yang diperbuat daripada logam , batu marmar atau konkrit .

Hujan asid juga akan mengalir ke sungai , tasik dan lautan seterusnya akan menukarkan nilai pH air dan menyebabkan hidupan akuatik mati . 

Hujan asid juga menukarkan nilai pH tanah dan menyebabkan kualiti tanam terjejas . 

LANGKAH MENGATASI HUJAN ASID 

• Tasik yang tercemar boleh dipulih melalui proses liming di mana batu kapur merupakan bahan utama dan diletakkan ke dalam air tasik yang berasid untuk dineutralkan; eg. tasik-tasik di West Wales, Canada telah menjalankan proses membaik pulih tasik-tasik yang telah tercemar, pH tasik ini 5.5 - 7.0.
• Menghadkan pelepasan gas pencemar udara ke atmosfera dengan menggunakan bahan api yang rendah kandungan sulfur dan secara tidak langsung boleh mengurangkan gas sulfur dioksida.
• Memperkenalkan pemasangan 'scrubbers' di cerobong asap di kilang-kilang untuk menapis gas sulfur dioksida.
• Penggunaan sistem denitrifikasi dan dinyahsulfur, contohnya arang batu direnyukkan dan dicampurkan dengan batu kapur, dengan ini, kandungan sulfur dalam arang batu akan bertingdak balas dengan kalsium karbonat dan menghasilkan kalsium sulfat dan gypsum sebagai hasil sampingan.
• Mempertingkatkan lagi teknologi 'flash smelting' yang sering digunakan oleh pelebur kuprum, pembebasan sulfur dioksida global dapat dikurangkan 5-10 ton setahun.
• Menggalakkan pemasangan pengubah bermangkin (catalytic converter) pada enjin kenderaan, ini dapat mengurangkan gas NO_x sebanyak 90% di mana gas pencemar dapat diubah sebelum dilepaskan ke atmosfera. Ini bertujuan untuk mengurangkan gas karbon monoksida dan nitrogen oksida asap ekzos.
• Dari segi perundangan, boleh ditingkatkan lagi mengenai pengawalan pencemaran alam sekitar.
• Sebagai individu, kita perlu sentiasa memastikan kenderaan kita dalam keadaan yang baik memandangkan bilangan kenderaan berdaftar di Malaysia adalah semakin meningkat.
• Bagi meningkatkan kesedaran dalam masyarakat, perlu adakan kempen, ceramah atau pun aktiviti kemasyarakatan bagi memastikan setiap individu dalam sesuatu masyarakat memainkan peranan untuk memelihara alam sekitar.