9.1 - Aloi

Apakah Aloi?

• Aloi ialah campuran beberapa jenis logam atau campuran logam dan bukan logam mengikut peratusan tertentu.
• Aloi yang biasa digunakan: keluli, piuter, gangsa, loyang dan duralumin.
• Pengaloian ialah proses pembentukan aloi untuk membaiki sifat logam tulen.
• Komposisi atau peratus kandungan setiap unsur boleh diubah mengikut kesesuaian kegunaan aloi.

Keluli

• Komposisi: besi 99% + karbon 1%.
• Sifat: keras dan kuat.
• Kegunaan: bahan binaan bangunan dan jambatan; rangka kenderaan dan landasan kereta api.

Piuter

• Komposisi: timah 96% + kuprum 3% + antimoni 1%.
• Sifat: permukaan berkilau dan tahan kakisan.
• Kegunaan: barangan perhiasan seperti bingkai gambar.

Gangsa

• Komposisi: kuprum 88% + timah 12%.
• Sifat: keras, tahan kakisan dan mempunyai warna yang menarik.
• Kegunaan: tugu, ukiran logam, duit syiling dan pingat.

Loyang

• Komposisi: kuprum 75% + zink 25%.
• Sifat: kuat, permukaan berkilat, mudah ditempa dan berwarna keemasan.
• Kegunaan: kunci, tombol pintu dan alatan muzik seperti trompet.

Duralumin

• Komposisi: aluminium 95% + kuprum 3% + magnesium 1% + mangan 1%.
• Sifat: ringan, kuat dan tahan kakisan.
• Kegunaan: rangka pesawat dan kapal terbang.

Mengapakah Aloi Dihasilkan?

• Kebanyakan logam tulen adalah lembut dan mudah terkakis.
• Atom logam tulen tersusun secara teratur dan berlapis-lapis.

• Apabila daya dikenakan, lapisan atom mudah menggelongsor antara satu sama lain; bentuk logam berubah.
• Semasa pengaloian, atom logam atau bukan logam lain dicampurkan ke dalam logam tulen.
• Atom unsur asing mempunyai saiz yang berlainan lalu mengganggu susunan teratur.

• Lapisan atom sukar menggelongsor; aloi menjadi lebih kuat dan keras berbanding dengan logam tulennya.

Logam tulen	Aloi
Atom sama saiz tersusun teratur secara berlapis	Atom unsur asing yang berlainan saiz mengganggu lapisan teratur
Lapisan mudah menggelongsor apabila daya dikenakan	Lapisan sukar menggelongsor apabila daya dikenakan
Biasanya lebih lembut	Lebih kuat dan keras

Huraian model zarah: lukis bulatan sama saiz dalam lapisan lurus bagi logam tulen. Bagi aloi, selitkan bulatan berlainan saiz antara atom logam tulen sehingga lapisannya tidak lagi teratur.

Eksperimen 9.1: Kekerasan Aloi dan Logam Tulen

• Tujuan: Mengkaji perbezaan kekerasan antara aloi dengan logam tulen.
• Pernyataan masalah: Adakah aloi lebih keras berbanding dengan logam tulen?
• Hipotesis: Aloi lebih keras berbanding dengan logam tulen.
• Pemboleh ubah dimanipulasikan: Jenis bongkah.
• Pemboleh ubah bergerak balas: Diameter lekuk.
• Pemboleh ubah dimalarkan: Diameter bola keluli, ketinggian pemberat dan jisim pemberat.
• Bahan: Bongkah kuprum, bongkah gangsa, pita selofan dan benang.
• Radas: Bola keluli, pemberat 1 kg, kaki retort dan pengapit, pembaris dan pembaris meter.

Prosedur

1. Lekatkan bola keluli pada bongkah kuprum dengan pita selofan di bawah pemberat 1 kg.
2. Gantung pemberat 50 cm di atas bongkah kuprum.
3. Lepaskan pemberat supaya terhentak pada bola keluli.
4. Ukur diameter lekuk pada bongkah kuprum.
5. Ulang dua kali pada bahagian bongkah yang berlainan; hitung purata diameter.
6. Ulang dengan bongkah gangsa.

Keputusan dan Inferens

• Kuprum: purata lekuk lebih besar → lebih lembut.
• Gangsa: purata lekuk lebih kecil → lebih keras.
• Gangsa mengandungi atom timah yang berlainan saiz antara atom kuprum. Lapisan yang terganggu lebih sukar menggelongsor.
• Kesimpulan: Gangsa, iaitu aloi, lebih keras daripada kuprum, iaitu logam tulennya. Hipotesis diterima.

Eksperimen 9.2: Ketahanan terhadap Kakisan

• Tujuan: Mengkaji perbezaan ketahanan terhadap kakisan antara aloi dengan logam tulen.
• Pernyataan masalah: Adakah aloi lebih tahan terhadap kakisan berbanding dengan logam tulen?
• Hipotesis: Aloi lebih tahan terhadap kakisan berbanding dengan logam tulen.
• Pemboleh ubah dimanipulasikan: Jenis paku.
• Pemboleh ubah bergerak balas: Kehadiran lapisan perang pada paku.
• Pemboleh ubah dimalarkan: Saiz paku, jenis larutan dan jangka masa eksperimen.
• Bahan: Paku besi, paku keluli dan air.
• Radas: Tabung uji dan rak tabung uji.

Prosedur

1. Bersihkan kedua-dua paku dengan kertas pasir. Label dua tabung uji sebagai P dan Q.
2. Masukkan 10 ml air ke dalam setiap tabung uji.
3. Masukkan paku besi ke dalam P dan paku keluli ke dalam Q.
4. Biarkan kedua-duanya di dalam rak tabung uji selama seminggu.
5. Rekodkan kehadiran lapisan perang pada setiap paku.

Keputusan dan Inferens

• Paku besi: lapisan perang terbentuk; logam tulen berkarat.
• Paku keluli: tiada atau kurang lapisan perang; aloi lebih tahan kakisan.
• Kesimpulan: Keluli lebih tahan kakisan daripada besi. Hipotesis diterima.

Kegunaan Aloi dalam Kehidupan Harian

• Keluli → bangunan pencakar langit: keras dan tahan kakisan.
• Duralumin → badan kapal terbang: ringan dan kuat.
• Loyang → alatan muzik: berkilat dan tahan kakisan.

Aloi Superkonduktor

• Sesetengah logam dan bukan logam menunjukkan sifat superkonduktor pada suhu rendah dan dicampurkan untuk membentuk aloi superkonduktor.
• Superkonduktor mengalirkan arus elektrik pada kecekapan tinggi tanpa rintangan.
• Superkonduktor boleh menolak medan magnet dan terapung di atas magnet.
• Kereta api Maglev: aloi superkonduktor pada landasan kereta api berkuasa tinggi membolehkan kereta api terapung, menghapuskan geseran antara landasan dengan badan kereta api dan bergerak sangat laju.
• Pengimejan resonans magnetik (MRI): aloi niobium titanium dan niobium timah digunakan dalam mesin MRI untuk pengimejan perubatan.