Aluminium (Al) Anorganik

Aluminium ditemukan sekitar 160 tahun yang lalu, mulai diproduksi skala industri sekitar 90 tahun kemudian. Aluminium adalah logam berwarna putih keperakan yang lunak. 

Pada tahun 1782, seorang ilmuwan Prancis bernama Lavoiser telah menduga bahwa aluminium merupakan logam yang terkandung di dalam alumina.Pada tahun 1807, ahli kimia Inggris bernama Humphrey Davy berhasil memisahkan alumina secara elektrokimia logam dan yang diperoleh dari pengujian tersebut adalah aluminium. Pada tahun 1821, biji sumber aluminium ditemukan di Prancis Selatan, tepatnya di kotaLesbaux, yang dinamakan bauksit. Pada tahun 1825, ahli kimia Denmark, Orsted berhasil memisahkan aluminium murni dengan cara memanaskan aluminium chloride dengan kalium amalgam dan kemudian memisahkan merkuri dengan cara destilasi.

Serikat bernama Charles Martin – Hall menemukan dengan cara melarutkan alumina (Al2O3) dalam lelehan kliorit (Na3AlF6) pada temperatur 960 OC dalam bentuk kotak yang dilapisi logam karbon dan kemudian melewatkan arus listrik melalui ruang tersebut. Cara ini dikenal dengan proses Hall – Heroult, karena ini terjadi pada tahun yang sama dengan seorang Prancis yang bernama Paul Heroult, Pada tahun 1886, mahasiswa Oberlin College di Ohio, Amerika. Pada tahun 1888, ahli kimia Jerman Karlf Josef Bayern menemukan cara memperoleh alumina dari bauksit secara pelarutan kimia. Sampai saat ini cara Bayer masih digunakan untuk memproduksi alumina dari bauksit secara industry dan disebut dengan proses Bayer. (Davis, Jr, 1993).

Secara industri Paul Heroult di perancis  dan C. M. Hall di amerika serikat secara terpisah telah memperoleh logam aluminum dari alumina dengan cara elektrolisa dari garamnya yang terfusi. Sampai sekarang proses Heroult Hal masih dipakai untuk memproduksi aluminium.

Salah satu kekurangan dari aluminium adalah sangat mudah tergores, jadi logam yang di lapisi aluminium harus sering di cek, tapi jika tidak pernah di cek maka goresan yang terjadi pada logam yang di lapisi aluminium akan mudah korosi karna dengan mudahnya air dan oksigen menembusnya.

Sampai sekarang alumunium banyak digunakan orang diantaranya sebagai pelapisan logam, karna alumunium tidak mudah terkena korosi, alumunium juga punya kelemahan yaitu; tidak tahan terhadap benturan, mudah tergores dan sukar untuk dilas.Selain itu ada yang harus di perhatikan dalam penggunaan aluminium yaitu dampak terhadap lingkungan dan kesehatan manusia.Diantaranya pencemaran air, udara dan tanah yang menyebabkan banyak penyakit bagi makhluk hidup disekitarnya.

Keberadaan Dan Ekstraksi
a.  Keberadaan Aluminium
Aluminum, Al, merupakan anggota golongan 13 berada sebagai aluminosilikat di kerak bumi dan lebih melimpah daripada besi. Mineral aluminum yang paling penting dalam metalurgiadalah bauksit, AlOx(OH)3-2x (0 < x < 1). Aluminium murni adalah logam berwarna putih keperakan dengan banyak karakteristik yang diinginkan. Aluminium ringan, tidak beracun (sebagai logam), nonmagnetik dan tidak memercik. Aluminium sangat lunak dan kurang keras. Aluminium adalah logam aktif seperti yang ditunjukkan pada harga potensial reduksinya dan tidak ditemukan dalam bentuk unsur di alam. Aluminium adalah unsur ketiga terbanyak dalam kulit bumi, tetapi tidak ditemukan dalam bentuk unsur bebas. Walaupun senyawa aluminium ditemukan paling banyak di alam, selama bertahun-tahun tidak ditemukan cara yang ekonomis untuk memperoleh logam aluminium dari senyawanya.

Aluminium terdapat melimpah dalam kulit bumi, yaitu sekitar 7,6 %.  Dengan kelimpahan sebesar itu, aluminium merupakan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon, serta merupakan unsur logam yang paling melimpahtetapi tidak ditemukan dalam bentuk unsur bebas di alam. Mineral aluminium yang bernilai ekonomis adalah bauksit yang merupakan satu-satunya sumber aluminium.Bauksit mengandung aluminium dalam bentuk aluminium oksida (Al2O3).Kriloit digunakan pada peleburan aluminium, sedangkan tanah liat banyak digunakan untuk membuat batubata, keramik. Di Indonesia, bauksit banyak ditemukan di pulau Bintan dan di tayan(Kalimantan Barat). 

Kelimpahan Aluminium dalam kulit bumi (ppm) sebesar 81,300.  Aluminium ialah logam paling berlimpah. Aluminium (Al) adalah unsur logam yang biasa dijumpai dlm kerak bumi yang terdapat dalam batuan seperti felspar dan mika.Umumnya juga dalam bentuk aluminium silikat dan campurannya dalam logam lain seperti natrium, kalium, furum, kalsium & magnesium.  Aluminium murni adalah logam berwarna putih keperakan dengan banyak karakteristik yang diinginkan.

Unsur yang terpenting pada golongan IIIA adalah aluminium. Kelimpahan aluminium terdapat dalam berbagai senyawaan, seperti batu manikam (Al2O3), tanah liat (Al2(SiO3)3), kriolit (NaF.AlF3), bauksit (Al2O3.2 H2O). Bauksit merupakan bahan terpenting untuk memperoleh aluminium antara lain terdapat di Kepulauan Riau, dan Pulau Bintan.

b.  Ekstraksi
Aluminium terutama diproduksi untuk pembuatan alloy yang ringan. Di USA saja aluminium diproduksi lebih dari 1 juta ton per tahunnya.Pengolahan logam aluminium dibagi menjadi 2 tahap, yaitu tahap pemurnian dan tahap elektrolisis. Pengolahan ini dinamakan proses Hall, sesuai dengan nama penemunya yaitu Charles Martin Hall (1863-1914).

Secara rinci proses pengolahan aluminium dijelaskan sebagai berikut:·         

Tahap Pemurnian Alumina

Aluminium diproduksi dari bauksit yang mengandung pengotor Fe2O3. Pengotor ini harus dihilangkan dengan cara melarutkan bauksit tersebut dalam NaOH(aq). Besi oksida (Fe2O3) yang bersifat basa tidak larut dalam larutan NaOH, perhatikan reaksi berikut:

Al2O3(s) + 2OH-(aq) + H2O → 2[Al(OH)4]-(aq)

Atau

Al2O3(s)+ 2NaOH(aq) + 3H2O(ℓ) → 2NaAl(OH)4 (aq)

Pengotor dipisahkan dengan penyaringan.Selanjutnya, aluminium diendapan dari filtrat dengan mengalirkan gas CO2 dan pengenceran.

2NaAl(OH)4(aq) + CO2(g) → 2Al(OH)3(s)+ Na2CO3(aq) + H2O(ℓ)

Atau

2NaAl(OH)4-(aq) + CO2(g) → 2Al(OH)3(s)+ CO32-(aq) + H2O(ℓ)

Endapan A1(OH)3 disaring, dikeringkan lalu dipanaskan sehingga diperoleh A12O3murni (alumina).

2A1(OH)3(s)+ A12O3(s)→ A12O3(s)+ 3H2O(g).

Tahap Elektrolisis (mendapatkan aluminium murni)
Selanjutnya pada tahap kedua, reduksi Al2O3 dilakukan melalui elektrolisis menurut proses Hall Heroult. Metode elektrolisis itu ditemukan secara terpisah tetapi hampir bersamaan pada tahun 1886 oleh dua orang peneliti muda, yaitu Charles M. Hall di Amerika Serikat dan Paul Deroun di Perancis.Kita ingat bahwa Al2O3 mempunyai titik leleh yang sangat tinggi, yaitu lebih dari 2000oC.Oleh karena itu elektrolisis lelehan Al2O3 murni tidak ekonomis. Dalam proses Hall Heroult, Al2O3dilarutkan dalam lelehan kriolit (Na3AlF6) dalam bejana dari baja berlapis grafit yang sekaligus berfungsi sebagai katode. Dengan cara itu elektrolisis dapat dilangsungkan pada suhu 950oC. Sebagai anode digunakan batang grafit.Elektrolisis menghasilkan aluminium di katode, sedangkan di anode terbentuk gas oksigen dan karbon dioksida. Sebenarnya reaksi elektrolisis ini berlangsung rumit dan belum sepenuhnya dipahami, tetapi dengan mengacu pada hasil akhirnya dapat dituliskan sebagai berikut:

Al2O3(ℓ) → 2A13+(ℓ) + 3O2-(ℓ)

Reaksinya adalah:

Katoda: AlF4-+ 3e-  →Al + 4F-

Anoda: 2 AlOF54-+ C  →CO2 + AlF63- + AlF4-+ 4 e-

Secara sederhana, reaksi pada elektroda dapat dituliskan sebagai berikut,

Katoda: 2 Al3+ + 6 e- →2 Al

Anoda: 3O2-  →O2+ 6 e-

Oksigen yang terbentuk pada suhu operasi dapat mengoksidasi anoda.

Reaksi secara keseluruhan dapat ditulis sebagai berikut:

2Al2O3(dalamKriolit) + 3 C(s)  → 4 Al(l) + 3 CO2(g)

Selain Hall, ada juga Proses Bayer, yang dikembangkan oleh Karl Josef Bayer, seorang ahli kimia berkebangsaan Jerman. Proses ini biasanya digunakan untuk memperoleh alumunium murni. Bauksit halus yang kering dimasukan kedalam pencampur, diolah dengan soda api (NaOH) dibawah pengaruh tekanan dan pada suhu dibawah atas titik didih. NaOH bereaksi dengan bauksit menghasilkan aluminat natrium yang larut.

Setelah proses selesai, tekanan dikurangi dan ampas yang terdiri dari oksida besi yang tak larut, silikon, titanium dan kotoran lainya ditekan melalui saringan dan dikesampingkan. Cairan yang mengandung alumina dalam bentuk aluminat natrium dipompa ke dalam tangki pengendapan, kemudian dibubuhkan Kristal hiroksida alumunium terpisah dari larutan. Hiroksida alumunium kemudian disaring dan dipanaskan sampai mencapai suhu 980⁰C. Alumina siap dilebur.

Logam alumunium dihasilkan melalui proses elektrolisa dimana alumina berubah menjadi oksigen dan alumunium. Alumina murni dilarutkan ke dalam eriolit cair (natrium alumunium flourida) dalam dapur elektrolit.Arus listrik dialirkan dalam campuran melalui elektrodakarbon. Pada saat tertentu, alumunium disadap dari sel dan logam cair tersebut dipindahkan ke dapur penampung untuk dimurnikan atau untuk keperluan paduan, setelah itu dituang ke dalam ingot untuk diolah lebih lanjut

Sifat  kimia aluminium :
1.   Logam aluminium bersifat amfoter.
Yaitu bisa bersifat basa dan asam. Bereaksi dengan asam kuat membebaskan gas hidrogen, sedangkan dengan basa kuat membentuk aluminat menurut persamaan reaksi:

2Al(s)+ 6H3O+(aq) → 2 Al3+(aq)+ 6 H2O (l) + 3 H2(g)

2 Al (s)+ 2 OH (aq) + 6 H2O(l) → 2 [Al(OH)4]-(aq)+ 3 H2(g)

Dalam air, ion aluminium terdapat sebagai ion heksaakuaaluminium(III), [Al(H2O)6]3+, tetapi mengalami reaksi hidrolisis secara bertahap hingga menjadi ion tetraakuadihidroksoaluminium(III) menurut, persamaan reaksi:

[Al(H2O)6]3+(aq)+ H2O(l)  → [Al(H2O)5(OH)]2+(aq)+ H3O(aq)

[Al(H2O)5(OH)]2+(aq)+ H2O(l)  → [A1(H2O)4(OH)2]+(aq)+ H3O+(aq)

Jadi, larutan garam aluminium bersifat asam dengan tetapan ionisasi asam hampir sama dengan asam asetat. Campuran dalam antiperspiran (antipeluh) yang biasa disebut aluminium hidrat terdiri atas garam-garam klorinida dan kedua ion kompleks hidrokso tersebut. Ion aluminium dalam kedua senyawa inilah yang berperan mengkerutkan pori-pori permukaan kulit.

Dengan adanya HNO3  pekat menyebabkan aluminium tidak dapat mengalami reaksi. Hal ini dipengaruhi oleh kuatnya daya oksidasi dari HNO3 sehingga terbentuk oksida yang dapat melapisi logam sebagai logam yang terlindungi.

2. Aluminium merupakan unsur yang sangat reaktif dan reduktor yang baik dengan potensial reduksi Eo= -1,67 V sehingga mudah dioksidasi.

3.  Aluminium dapat direaksi dengan air, menghasilkan hidrogen dan juga menghasilkan aluminium oksida yang bersifat ulet dan menempel pada logam yang dapat melindungi masuknya air serta oksigen.

Reaksi : 2 Al (s)  +  3 H2O → Al2O3 (s)  +  3 H2 (g)

Oksida ini khusus dibuat untuk melapis tipis aluminium di anoda dalam sel elektrolitik (Aluminium Anodis).

4.  Reaksi Termit
Sifat afinitas terhadap oksigen dari aluminium yang akan secara spontan akan melepaskan sejumlah kalor yang cukup untuk melelehkan hasil reaksinya.

Al (s)  +  Fe2O3 (s) → Al2O3 (aq)  +  2 Fe (aq)

Kalor yang dihasilkan mencapai 3000oC

5.  Aluminium Anhidrat dari halida adalah senyawa yang memiliki kecendrungan membentuk molekul dimer yang terbentuk oleh pasangan 2 satuan ARX3 (khususnya dalam uap larutan). Aluminium klorida atau garam aluminium terlarut dalam air dan menghasilkan Ion heksa aqua aluminium (III) Biasa disebut ion Al3+

AlCl3 (s)  +  6 H2O → [Al(H2O)6]3+(aq)  +  3 Cl-(aq)

Ion Al3+  yang kecil dengan muatan besar menarik elektron dari ikatan O-H dari air (H2O). Sehingga Aluminium dapat berperan sebagai donor proton.

[Al(H2O)6]3+(aq)  +  H2O  →  [Al(H2O)5 (OH)]2+(aq)   +  H3O+(aq)

Dengan basa yang lebih kuat dari air (H2O) seperti S-2 atau CO32-akan terbentuk endapan hidroksida.

2 [Al(H2O)6]3+(aq)  +  3 S2-(aq) → 2[Al(OH)3(H2O)3](s)  +  3 H2S (g)

Reaksi yang sama akan terjadi jika kedalam larutan Al3+ tersebut ditambahkan basa yang lebih kuat seperti NaOH.

[Al(H2O)6]3+(aq)  +  3 OH-(aq) →   [Al(OH)3(H2O)3](s)  +  3 H2O(l)

Apabila OH-  memiliki kelebihan maka endapan akan melarut.

[Al(OH)3(H2O)3](s)  +  OH-(aq) →[Al(H2O)2(OH)4]-(aq)+  H2O(l)

Bila reaksi terjadi di atas ditambahkan asam akan dapat berjalan sebaliknya.

[Al(H2O)2(OH)4]-(aq)  +  H3O+    → [Al(OH)3(H2O)3](s)  +  H2O(l)

[Al(OH)3(H2O)3](s)  +  H3O+   →  [Al(OH)2(H2O)4](aq)  +  H2O(l)

Sifat-sifat penting yang dimiliki aluminium sehingga banyak digunakan sebagai material teknik adalah sebagai berikut:

a. Ringan
Memiliki bobot sekitar 1/3 dari bobot besi dan baja, atau tembaga dan banyak digunakan dalam industri transportasi seperti angkutan udara.Berat jenisnya ringan (hanya 2,7 gr/cm³, sedangkan besi ± 8,1 gr/ cm³)

b.Tahan terhadap korosi
Sifatnya durabel sehingga baik dipakai untuk lingkungan yang dipengaruhi  oleh unsur-unsur seperti air, udara, suhu dan unsur-unsur kimia lainnya, baik di  ruang angkasa atau bahkan sampai ke dasar laut.

c. Konduktor listrik
Aluminium dapat menghantarkan arus listrik dua kali lebih besar jika dibandingkan dengan tembaga.Karena Aluminium tidak mahal dan ringan, maka Aluminium sangat baik untuk kabel-kabel listrik overhead maupun bawah tanah (Surdia, T. 1992).

d. Konduktor panas
Sifat ini sangat baik untuk penggunaan pada mesin-mesin/alat-alat pemindah panas sehingga dapat memberikan penghematan energi.

e. Memantulkan sinar dan panas
Aluminium dapat dibuat sedemikian rupa sehingga memiliki kemampuan pantul yang tinggi yaitu sekitar 95% dibandingkan dengan kekuatan pantul sebuah cermin. Sifat pantul ini menjadikan Aluminium sangat  baik untuk peralatan penahan radiasi panas.

f.  Non magnetic
Aluminium sangat baik untuk penggunaan pada peralatan elektronik, pemancar radio/TV dan lain-lain. Dimana diperlukan faktor magnetisasi negatif.

2. Selain sifat-sifat material teknik, aluminium pun memiliki sifat mekanik seperti:

1.Kekerasan
Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu sekitar 65 skala Brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan, aluminium perlu dipadukan dengan logam lain dan/atau diberi perlakuan termal atau fisik.

2.  Kekuatan tensil
Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah, yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan. Dengan dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tensil hingga 580 Mpa (paduan 7075).

3.  Ductility
Ductility didefinisikan sebagai sifat mekanis dari suatu bahan untuk menerangkan seberapa jauh bahan dapat diubah bentuknya secara plastis tanpa terjadinya retakan.Aluminium murni memiliki ductility yang tinggi. Aluminium paduan memiliki ductility yang bervariasi, tergantung konsentrasi paduannya, namun pada umumnya memiliki ductility yang lebih rendah dari pada aluminium murni, karena ductility berbanding terbalik dengan kekuatan tensil, serta hampir semua aluminum paduan memiliki kekuatan tensil yang lebih tinggi dari pada aluminium murni.

3. Sifat Fisika Aluminium
Massa atom                 : 26,9815 sma 
Nomor atom                 : 13
Jari-jari atom                : 1,43
Konfigurasi Elektron   : 2 8 3

Dalam senyawa mempunyai bilangan oksidasi +3
Titik didih                  : 2740 K
Titik lebur                  : 933,5 K
Massa jenis                : 2,70 g/cm3

Kapasitas panas            : 0,9 J/g.
Potensial ionisasi          : 5,986 volt
Elektronegatifitas         : 1,61
Konduktivitas listrik : 37,7 x 106 ohm-1cm-1

Harga entalpi pembentukan:
10,7 KJ/mol
Harga entalpi penguapan:
290,8 kJ/m
Volume atom: 10,0 cm3/mol

Senyawa-Senyawa Aluminium

1. Aluminium oksida (Al2O3 / Alumina)
Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimiadari aluminiumdan oksigen, dengan rumus kimia Al2O3. Nama mineralnyaadalah alumina, dan dalam bidang pertambangan, keramikdan teknik material senyawa ini lebih banyak disebut dengan nama alumina.

Aluminium oksida adalah insulator (penghambat) panas dan listrikyang baik.Umumnya Al2O3 terdapat dalam bentuk kristalin yang disebut corundum atau α-aluminum oksida.Al2O3dipakai sebagai bahan abrasif dan sebagai komponen dalam alat pemotong, karena sifat kekerasannya.

Aluminium oksida berperan penting dalam ketahanan logam aluminium terhadap perkaratan dengan udara.Logam aluminium sebenarnya amat mudah bereaksi dengan oksigen di udara.Aluminium bereaksi dengan oksigen membentuk aluminium oksida, yang terbentuk sebagai lapisan tipis yang dengan cepat menutupi permukaan aluminium.Lapisan ini melindungi logam aluminium dari oksidasi lebih lanjut. Ketebalan lapisan ini dapat ditingkatkan melalui proses