PENDAHULUAN
Gelas adalah benda yang
transparan, lumayan kuat, biasanya tidak bereaksi dengan barang
kimia, dan tidak aktif secara
biologi yang bisa dibentuk dengan permukaan yang sangat halus dan kedap air. Oleh karena sifatnya yang sangat ideal gelas banyak digunakan di banyak bidang kehidupan. Tetapi gelas bisa pecah menjadi pecahan yang tajam. Sifat kaca ini bisa dimodifikasi dan bahkan bisa diubah seluruhnya dengan proses kimia atau dengan pemanasan.
Ada beberapa sifat gelas yang bisa dikatakan memiliki kelebihan dibanding dengan material lainnya, antara lain:
1. Sifat estetika atau keindahan
2. Sifat tembus pandang secara optik (transparan)
3. Sifat elastic
4. Sifat ketahanan terhadap zat/reaksi kimia
Gelas termasuk kelompok vitroida atau termogel, yang merupakan senyawa kimia dengan susunan yang kompleks. Senyawa tersebut diperoleh dengan membekukan lelehan yang lewat dingin. Gelas ialah produk yang “amorf dan bening dengan kekerasan dan elastisitas yang cukup, tetapi sangat rapuh.
Definisi Teknik
Gelas mempunyai beberapa definisi teknis yang tergantung dari proses pembentukan gelas, struktur atom dan keadaan thermodinamis nya.
Secara empiris:
· Gelas adalah material non-organik hasil dari proses pendinginan tanpa melalui proses kristalisasi.
Definisi berdasarkan struktur:
· Gelas adalah benda padat yang tidak mempunyai struktur seperti halnya keramik atau logam.
Dari definisi di atas dapat disimpulkan bahwa ada beberapa metode yang dapat dilakukan untuk membuat gelas, yaitu:
1. proses pendinginan dengan cepat
2. proses polimerisasi
I. Pembuatan Gelas
Pembuatan, Gelas dibuat dari campuran pasir, soda, batu. kapur,
natrium sulfat, feldspar, senyawa boron dan aluminium serta bahan aditif lain, tergantung pada jenisnya. Dalam oven, campuran dileburkan
misalnya pada temperatur 600
oC. Leburan tersebut didinginkan sampai Pembuatan gelas kira-kira 1100
oC. Produk-produk jadi atau setengah jadi (misalnya pelat, pipa, benda berongga, batang dan barang yang dipres) dapat dibuat langsung dari leburan tersebut.
Hal penting dalam pembuatan bahan itu adalah pendinginan bertahap dan perlahan-lahan.Mula-mula bahan didinginkan sampai temperatur transformasi(perubahan dari plastis ke elastis). Setelah perubahan tersebut, bahan didinginkan lagi hingga tuntas. Dengan cara demikian tidak akan terjadi tegangan dalam bahan yang dapat mengakibatkan retak secara tiba-tiba pada bahan ketika digunakan. thermodinamik dari pembentukan gelas –kelakuan liquid pada pendinginan
terdapat dua tipe cara dimana liquid dapat didinginkan. salah satunya adalah mengkristalkan pada/dibawah temperatur leleh, atau dapat cukup dibawah pendinginan. Tampa kristalisasi, untuk membentuk gelas. Karakter Volume-temperatur untuk liquid mengikuti kedua cara tersebut ditunjukkan pada gambar 18.2. kelakuan kebanyakan liquid pembantuk non gelas adalah sama untuk perubahan dangan kurva abcd
II. Sifat-sifat Gelas
Sifat-sifat: Gelas merupakan bahan yang dapat ditembus oleh cahaya tampak dan sinar infra merah, tetapi tidak oleh sinar ultraviolet. Gelas yang mengandung Pb tidak dapat dilewati oleh sinar Rontgen. Pemanasan akan menyebabkan pemuaian gelas yang besarnya sangat berbeda satu sama lain (tergantung koefisien pemuaian). Bila pemanasan atau pendinginan berlangsung terlalu cepat atau terkonsentrasi pada satu titik, akan terjadi tegangan. Karena gelas bersifat rapuh, tegangan tersebut dapat menimbulkan retakan. Bahan aditif khusus seperti boron oksida dapat membuat gelas kimia lebih tahan terhadap bahan kimia dan perubahan temperatur. Kuarsa memiliki sifat tennis yang lebih baik karena koefisien pemuaiannya sangat kecil. Gelas merupakan isolator listrik yang baik dan penghantar panas yang buruk (terutama glass wool). Gelas kimia akan berubah sifatnya setelah digunakan bertahun-tahun atau dalam waktu yang lebih singkat lagi bila dipakai untuk temperatur yang lebih dari 150oC. Perubahan ini dimulai dengan terjadinya kristalisasi pada beberapa tempat dan akhimya pada seluruh tempat. Dengan demikian, gelas menjadi lebih rapuh dan tidak dapat digunakan.
III. Jenis Gelas
Macam/jenis gelas tergantung dari senyawa penyusun yang ditambahkan pada senyawa utama, telah dikatakan diatas bahwa senyawa utama penyusun gelas adalah SiO2, sedangkan senyawa tambahannya yaitu : soda (Na2CO3), magnesium oksida (MgO), alumunium oksida (Al2O3), boron, barium, turium oksida, besi, cerium(IV)oksida, dan lain-lain. Penambahan senyawa tersebut dapat merubah sifat gelas, sebagai contoh :
· penambahan soda akan menjadikan gelas soluble
· penambahan magnesium oksida dan alumunium oksida akan menjadikan daya tahan terhadap senyawa kimia bertambah
· penambahan boron akan merubah sifat thermal dan elektrik
· penambahan barium akan meningkatkan index bias
· penambahan thurium atau lanthanum oksida akan memberikan index bias yang tinggi dan rendah dispersi, sehingga biasa dibuat untuk lensa
· penambahan besi akan menjadikan gelas dapat menyerap energi infrared
· penambahan cerium akan menjadikan gelas dapat menyerap gelombeng UV
jenis-jenis gelas
· gelas silikat dan borat
◦ Na2O3-B2O3-SiO2 : pyrek dan vycor
· gelas khalkogenid dan semikondukting
◦ Si-As-Te : sistem optik pesawat terbang
· gelas logam
◦ Fe75P15C10
◦ Co78P22
· gelas-keramik
◦ Li2O-SiO2
Faktor-faktor yang menyebabkan pembentukan struktur gelas
a. Gelas oksida—elektronegatifitas dan jenis ikatan
Pembentuk gelas oksida umumnya adalah SiO2, B2O3, GeO2 dan P2O5, semua unsur tersebut memiliki elektronegatifitas menengah. Senyawa tersebut tidak cukup elektropositif untuk membentuk struktur ionik, seperti MgO dan NaCl, tetapi juga tidak cukup elektronegatif untuk membentuk ikatan kovalen, seperti CO2. Sebaliknya, ikatan selalu campuran antara ionik dan kovalen dan struktur paling baik berada pada struktur polimer tiga dimensi. Oksida senyawa lain yang berada disekitar golongan ini pada tabel periodik juga menunjukkan kecenderungan membentuk gelas. Beberapa seperti As2O3 dan Sb2O3 membentuk gelas jika didinginkan sangat cepat, yang lainnya seperti Al2O3, Ga2O3, Bi2O3 dan TeO2 adalah pengkondisi pembentukan gelas. Oksida tersebut diatas tidak membentuk gelas sendirian, tetapi mengandung bukan oksida pembentuk gelas.
b. Viskositas
Faktor dimana pembentukan gelas adalah viskositas dari liquid dibawah titik leleh tidak diragui. Pembentukan gelas oksida semuanya dibentuk liquid yang sangat kuat. Kebanyakan senyawa anorganik dimana tidak membentuk gelas, larut pada kondisi liquid. Misalnya viskositas dari liquid H2O pada 0’C atau lelehan LiCl pada 613’C adalah 2x10-2 poise. Viskositas relatif dalam mempengaruhi struktur dan ikatan, dengan demikian, lelehan silika boleh diberatkan seperti amorp, struktur polimer dengan ikatan kuat Si—O dan ini adalah alasan untuk tingginya viskositas. Di lain pihak untuk membentuk liquid menjadi kristal, beberapa ikantan kuat harus diputus dan dibentuk dan sesuai perubahan atom. Jelasnya proses ini membutuhkan tempat dengan kesulitan pada visko, liquid polimer daripada mereka mengerjakan pada kondisi fluid, ionik atau molekular liquid.
Viskositas adalah parameter penting dalam pembuatan dan penggunaan gelas :
· Viskositas mempengaruhi pemil;ihan kondisi peleehan, misalnya temperatur pelelehan dan waktu untuk mencampur bahan dasar pada pemanasan untuk mendapatkan lelehan homogen, jika lelehan sangat visko pada sebuah temperatur, maka ia membutuhkan waktu yang lama untuk melarutkan atau melelehkan semua material.
· Untuk mendapatkan produk yang berkualitas bagus, hal itu perlu untuk melelehkan dengan baik, misalnya untuk menghilangkan gelembung gas, kebagusan meningkat dengan turunnya viskositas
c. Pengaruh struktur—hukum Zachariasen (1932)
Zachariasen berpendapat kemempuan relatif pembentukan gelas dari simpel oksida dan diakhiri dimana kondisi ideal untuk pembentukan gelas adalah material dapat dijadikan pembentukan hubungan struktur tiga dimensi tampa pemesanan jarak jauh. Untuk mendapatkan syarat ini, dia mengembangkan sebuat kumpulan hukum dimana mempunyai pengaruh yang besar pada sub plajaran gelas. Sejak struktur gelas tidak diketahui, hukum diaplikasikan pada struktur kristal dari oksida relevan dari dimana gelas bisa tau tidak bisa dibentuk. Ini adalah alasan asumsi sejak ikatan sama, hubungan polihedral, dan lain-lain, adalah disukai untuk mempengaruhi pada kristal dan kondisi liquid (glassy).
Hukum Zachariasen mengikuti :
· Sebuah atom oksigen disambung, lebih, dua atom lebih
· Jumlah koordinasi dari atom lain sedikit/kecil
· Polihedral koordinasi, dibentuk dengan atom oksigen sekitar ataom lain, bagian pojok dan tidak mata atau wajah
· Ikatan polihedral untuk membentuk hubungan tiga dimensi.
d. Kriteria sun dan rawson
Korelasi lain telah diusulkan antara macam struktur dan kecenderungan pembantukan gelas dari simpel oksida. Sun mengusulkan dimana senyawa oksigen kekuatan ikatan penting, dia menegaskan bahwa oksida pembentuk gelas mempunyai kekuatan ikatn lebih dari 330 kJ mol-1. Dimana ion dimodifikasi, dimana bukan bagian dari hubungan struktur, mempunyai kekuatan ikatan untuk oksigen mengikuti nilai ini. Rawson kemudian memodifikasi kiteria sun dan menghubungakn kecenderungan pembentukan gelas pada rasio kekuatan ikat : temperatur leleh. Ju7mlah rasio untuk kedua kekuatan ikat dan energi thermal dapat memutus ikatan , dimana bedasarkan temperatur. Hal tersebut tidak mungkin untuk kristal gelas B2O3 dan ini dapat dipahami dari kriteria rawson, sejak B2O3 mempunyai titik lelh rendah yang relatif, 400’C. kriteria ini juga menjelaskan kenapa, dlam sistem binary, komposisi pembentukan gelas selalu terdapat disekitar hentian leleh rendah. Sebagai contoh adalah sistem CaO-Al2O3, CaO maupun Al2O3 dapat membentuk gelas tetapi komposisi antara CaAl2O4 dan Ca3Al2O6 dapat membentuk gelas. Komposisi ini adlah pada daerah titik leleh rendah dengan temperatur liquid pada daerah 1400-1600’C.
Indramayu Time
