Kaca dan seramik

Halaman ini meliputi satu standard kandungan Tingkatan 4 daripada bab Bahan Buatan dalam Industri: kaca dan seramik. Peperiksaan bertanya bahan mentah, jenis kaca utama dengan sifat istimewa dan kegunaannya, sifat am seramik, dan bagaimana sifat setiap bahan menyesuaikannya dengan kegunaan tertentu. Ini topik sifat dan kegunaan, jadi kaitkan setiap sifat dengan satu kegunaan dalam jawapan anda.

Kaca: bahan mentah dan jenis

Bahan mentah utama kaca ialah pasir (silika, SiO₂), yang dileburkan dengan bahan lain dan kemudian disejukkan. Bahan tambahan yang berbeza memberi jenis kaca yang berbeza, setiap satu dengan sifat dan kegunaannya sendiri:

• Kaca silika lakur (kuarza), hampir silika tulen. Ia mempunyai takat lebur yang sangat tinggi dan boleh menahan perubahan suhu mengejut, serta menghantar cahaya ultraungu. Ia digunakan untuk kanta suhu tinggi, gentian optik dan peralatan makmal.
• Kaca soda-kapur, silika dengan natrium oksida dan kalsium oksida. Ia kaca yang paling murah dan paling lazim, tetapi mudah melembut apabila dipanaskan. Ia digunakan untuk tingkap, botol, balang dan gelas minuman.
• Kaca borosilikat, silika dengan boron oksida. Ia menahan haba dan perubahan suhu mengejut (kejutan haba) dan mengembang sangat sedikit, jadi ia digunakan untuk perkakas memasak dan perkakas kaca makmal.
• Kaca kristal plumbum, silika dengan plumbum(II) oksida. Ia tumpat, mempunyai indeks biasan tinggi dan berkilau, jadi ia digunakan untuk perkakas kaca hiasan, prisma dan kanta.

Seramik: bahan mentah dan sifat

Seramik dibuat terutamanya daripada tanah liat (seperti kaolin), yang dibentuk semasa basah dan kemudian dikeraskan dengan pemanasan pada suhu tinggi. Sifat amnya ialah ia:

• keras tetapi rapuh;
• lengai secara kimia (tidak bertindak balas dengan kebanyakan asid dan alkali);
• mempunyai takat lebur yang sangat tinggi dan menahan suhu tinggi;
• penebat elektrik dan haba yang baik;
• kuat di bawah mampatan.

Kegunaan seramik

Kerana sifat-sifat ini, seramik digunakan untuk penebat elektrik, jubin dan bata, perkakas makan dan tembikar, palam pencucuh, dan komponen tahan haba. Dalam setiap kes, sifat dipadankan dengan keperluan: kelengaiannya menyesuaikannya dengan perkakas makan, keupayaan penebatnya dengan kelengkapan elektrik, dan rintangan habanya dengan lapisan relau dan jubin.

Contoh penyelesaian

Soalan. Satu sampel kaca soda-kapur 200 g dibuat daripada 150 g silika, 30 g natrium oksida dan 20 g kalsium oksida. Hitung (a) peratus jisim silika dan (b) peratus jisim kalsium oksida dalam kaca itu.

Langkah 1, Sediakan peratus untuk silika. Peratus jisim = (jisim komponen ÷ jumlah jisim) × 100.

Langkah 2, Hitung untuk silika. = (150 g ÷ 200 g) × 100 = 0.75 × 100 = 75 %.

Langkah 3, Hitung untuk kalsium oksida. = (20 g ÷ 200 g) × 100 = 0.10 × 100 = 10 %.

Jawapan. (a) Peratus jisim silika ialah 75 %. (b) Peratus jisim kalsium oksida ialah 10 %. (Sebagai semakan, silika 75 % + natrium oksida 15 % + kalsium oksida 10 % menjumlahkan keseluruhan sampel.)

Soalan latihan

Soalan. (a) Nyatakan bahan mentah utama kaca dan bahan mentah utama seramik. (b) Terangkan mengapa kaca borosilikat, dan bukannya kaca soda-kapur, digunakan untuk membuat bikar makmal. (c) Beri satu sifat seramik yang menjadikannya sesuai untuk digunakan sebagai penebat elektrik.

Jawapan. (a) Bahan mentah utama kaca ialah pasir (silika, SiO₂); bahan mentah utama seramik ialah tanah liat (seperti kaolin). (b) Kaca borosilikat menahan haba dan perubahan suhu mengejut (kejutan haba) dan mengembang sangat sedikit, jadi ia tidak retak apabila dipanaskan dengan kuat, manakala kaca soda-kapur akan retak; ini menjadikan borosilikat sesuai untuk bikar yang dipanaskan. (c) Seramik ialah penebat elektrik yang baik (tidak mengalirkan elektrik), jadi ia sesuai untuk penebat elektrik.

Petua peperiksaan

Pemeriksa mahu anda mengaitkan sifat dengan kegunaan, bukan sekadar menyenaraikan sifat. Bagi kaca, pelajari satu sifat dan kegunaan tersendiri bagi setiap jenis: silika lakur untuk suhu tinggi, soda-kapur untuk bekas harian murah, borosilikat untuk perkakas memasak dan kaca makmal, kristal plumbum untuk barang hiasan dan optik. Bagi seramik, ingat kelompok keras, rapuh, lengai, tahan haba, penebat. Apabila diminta memilih bahan, namakan sifat yang menyesuaikannya dengan tugas, “borosilikat kerana ia menahan kejutan haba” memperoleh markah; “borosilikat kerana ia lebih baik” tidak.

Menaakul tentang bahan dan kegunaannya

Seluruh bab ini menghargai kemahiran yang sama: membaca satu kegunaan dan memilih bahan yang sifatnya menyesuaikannya. Perkakas dapur yang bergerak dari peti sejuk ke ketuhar perlu bertahan perubahan suhu mengejut, yang menunjuk kepada kaca borosilikat. Palam pencucuh atau lapisan relau perlu menahan suhu tinggi dan tidak mengalirkan elektrik, yang menunjuk kepada seramik. Barang hiasan yang perlu berkilau menunjuk kepada kaca kristal plumbum. Jika anda sentiasa bertanya “sifat apa yang dituntut kegunaan ini?” dan kemudian menamakan kaca atau seramik yang menyediakannya, anda boleh menjawab dengan yakin walaupun pada contoh asing. Ia juga membantu mengingati mengapa kaca dan seramik digunakan begitu meluas: ia murah dibuat daripada bahan mentah yang banyak, lengai secara kimia dan tahan lama, itulah sebab ia muncul di mana-mana daripada tingkap ke radas makmal.

Kedudukan dalam bab

Ini standard kandungan 8.5 bab Bahan Buatan dalam Industri, dan ia melengkapkan tinjauan bab tentang bahan buatan yang penting. Kukuhkannya dengan nota ulang kaji bab dan latih soalan sifat-dan-kegunaan serta komposisi dalam contoh penyelesaian. Dalam kelas 1-ke-1 Kimia SPM dalam talian kami, diajar dalam bahasa Inggeris, dari RM50/jam, dengan percubaan satu jam berbayar, guru kami memastikan anda boleh memadankan setiap jenis kaca dan setiap sifat seramik dengan kegunaan yang betul, kerana pemadanan itulah yang memperoleh markah dalam 4541.

Ringkasan pantas

• Kaca dibuat daripada pasir (silika, SiO₂) yang dileburkan dengan bahan lain.
• Jenis: silika lakur (suhu tinggi), soda-kapur (murah, harian), borosilikat (haba/kejutan haba), kristal plumbum (tumpat, berkilau).
• Seramik dibuat daripada tanah liat yang dikeraskan dengan pemanasan suhu tinggi.
• Seramik keras, rapuh, lengai, tahan haba dan penebat yang baik.
• Sentiasa padankan sifat dengan kegunaan dalam jawapan anda.