8.1 - Aloi dan Kepentingannya

Maksud dan Contoh Aloi

• Aloi ialah campuran dua atau lebih unsur yang unsur utamanya ialah logam.
• Contoh aloi dan kegunaannya termasuk:
  • gangsa untuk Tugu Negara, pingat dan piala;
  • piuter untuk cenderamata;
  • duralumin untuk badan kapal terbang;
  • keluli nirkarat untuk sudu dan garpu;
  • loyang untuk kunci;
  • keluli untuk badan kereta.

Perbandingan Aloi dengan Logam Tulen

Eksperimen 8.1: Membandingkan aloi dengan logam tulen

• Tujuan: Mengkaji perbandingan sifat aloi dengan logam tulen.
• Pernyataan masalah: Adakah aloi lebih tahan terhadap kakisan dan lebih keras berbanding dengan logam tulen?
• Bahan: Kepingan keluli nirkarat, kepingan besi, air suling, blok gangsa dan blok kuprum.
• Radas: Bikar 100 cm³, silinder penyukat 100 cm³, kertas pasir, bebola keluli, pemberat 1 kg, kaki retort dan pengapit, pembaris meter serta pita selofan.

Bahagian A — sifat tahan kakisan

• Hipotesis: Keluli nirkarat lebih tahan terhadap kakisan berbanding dengan besi.

• Pemboleh ubah:

  • Dimanipulasikan: jenis kepingan.
  • Bergerak balas: pengaratan kepingan.
  • Dimalarkan: saiz kepingan dan isi padu air suling.

• Prosedur:

  1. Bersihkan kepingan keluli nirkarat dan kepingan besi dengan kertas pasir. Perhatikan dan catat keadaan kedua-dua permukaan.
  2. Rendam setiap kepingan dalam bikar berasingan yang mengandungi 80.0 cm³ air suling.
  3. Biarkan kedua-dua bikar selama seminggu.
  4. Keluarkan kepingan, perhatikan permukaannya dan catat keputusan.

• Keputusan yang direkodkan: Keadaan permukaan setiap kepingan selepas dibersihkan dan selepas seminggu di dalam air suling.

Bahagian B — sifat kekerasan

• Prosedur:
  1. Lekatkan bebola keluli pada permukaan blok gangsa dengan pita selofan.
  2. Gantung pemberat 1 kg setinggi 50.0 cm dari permukaan blok.
  3. Jatuhkan pemberat ke atas bebola keluli.
  4. Ukur diameter lekuk yang terbentuk.
  5. Ulang tiga kali pada bahagian berlainan blok dan hitung purata diameter lekuk.
  6. Ulang prosedur dengan blok kuprum.
• Keputusan yang direkodkan: Empat diameter lekuk, dalam cm, dan puratanya bagi setiap blok.

Sifat dan Susunan Zarah

• Berbanding dengan logam tulen, aloi mempunyai permukaan berkilat, ketahanan kakisan dan kekerasan yang lebih tinggi; logam tulen pula pudar, mudah kakis dan kurang keras.
• Proses pengaloian boleh mencegah kakisan serta mengubah logam tulen supaya menjadi lebih keras dan kukuh.
• Logam tulen terdiri daripada satu jenis atom yang sama saiz dan tersusun secara teratur.
• Apabila daya dikenakan, lapisan atom logam tulen mudah menggelongsor di atas satu sama lain. Oleh itu, logam tulen:
  • mulur — mudah ditarik menjadi dawai halus;
  • boleh ditempa — mudah dibentuk apabila atom menggelongsor untuk mengisi ruang kosong dan membentuk struktur baharu.
• Aloi mengandungi atom asing yang berbeza saiz daripada atom logam tulen.
• Atom asing mengganggu susunan atom yang teratur dan menyukarkan lapisan atom daripada menggelongsor apabila daya dikenakan. Oleh itu, aloi menjadi lebih keras dan kukuh.

Komposisi, Sifat dan Kegunaan Aloi

Peratusan komposisi mungkin berbeza antara sampel aloi yang sama.

Aloi dan komposisi	Sifat dan kegunaan
Duralumin: 93% aluminium, 3% kuprum, 3% magnesium, 1% mangan	Sifat: Lebih kuat daripada aluminium tulen; ketumpatan rendah; tidak berkarat. Kegunaan: Badan kapal terbang, kabel elektrik, basikal lumba.
Gangsa: 90% kuprum, 10% stanum	Sifat: Lebih kuat daripada kuprum tulen; tidak berkarat; berkilat . Kegunaan: Pingat, tugu, piala.
Loyang: 70% kuprum, 30% zink	Sifat: Lebih kuat daripada kuprum tulen; tidak berkarat; berkilat. Kegunaan: Alatan muzik, tombol pintu, kunci.
Keluli: 98% besi, 0.2–2% karbon	Sifat: Keluli karbon; lebih kuat dan keras; boleh ditempa; terdapat sebagai keluli karbon rendah, sederhana dan tinggi. Kegunaan: Struktur bangunan, landasan kereta api, badan kereta.
Keluli nirkarat: 73% besi, 18% kromium, 8% nikel, 1% karbon	Sifat: Lebih kuat daripada besi tulen; tahan kakisan. Kegunaan: Sudu dan garpu, singki, alatan pembedahan.
Piuter: 95% stanum, 3.5% antimoni, 1.5% kuprum	Sifat: Lebih kuat daripada stanum tulen; tidak berkarat; berkilat. Kegunaan: Barangan perhiasan, piala, cenderamata.

• Aloi dicipta untuk tujuan tertentu dengan mengubah komposisi unsurnya.
• Keluli dan keluli nirkarat berasaskan besi, tetapi komposisi yang berbeza menghasilkan sifat dan kegunaan yang berlainan.
• Superkonduktor ialah contoh aloi dalam pengangkutan elektrik seperti kereta api Maglev.
• Pada suhu yang sangat rendah, superkonduktor tidak mempunyai rintangan elektrik. Aloi ini membentuk magnet kuat yang mengapungkan dan menggerakkan kereta api Maglev pada kelajuan sangat tinggi.
• Superkonduktiviti ditemui pada tahun 1911 apabila Heike Kamerlingh Onnes menyejukkan merkuri kepada 4 K dan mendapati merkuri tidak mempunyai rintangan elektrik.