Logam adalah sekelompok besar unsur dengan susunan atom yang sama, dan selanjutnya memiliki sifat fisik dan kimia yang serupa.
Kombinasi unik dari sifat membuat logam berguna untuk berbagai keperluan, mulai dari pembangunan gedung pencakar langit hingga elektronik dan kerajinan perhiasan halus.
Sifat logam dapat ditingkatkan lebih lanjut dengan menggabungkannya dengan logam lain dan bukan logam untuk membentuk paduan.
Pengaturan Atom dalam Logam
Dalam logam, elektron valensi bebas bergerak di antara atom, membentuk ‘lautan’ elektron yang terdelokalisasi.
Elektron ini mengelilingi kisi ion logam positif.
Kisi-kisi ini disatukan oleh ikatan logam, yang merupakan gaya tarik yang kuat antara ion logam bermuatan positif dan elektron valensi bermuatan negatif.
Ikatan logam ada di semua elemen logam, kecuali merkuri.
Ini juga ada dalam paduan logam, yang merupakan campuran logam, seperti kuningan, yang merupakan campuran tembaga dan seng.
Sifat Logam
Karena logam memiliki susunan atom yang serupa, struktur logam – termasuk logam dan paduan murni – memiliki sifat yang serupa.
Sifat umum untuk semua logam meliputi:
- Kilau logam.
- Konduktivitas listrik.
- Konduktivitas termal.
- Kelenturan dan keuletan.
Sifat yang umum untuk sebagian besar logam termasuk:
- Titik lebur tinggi.
- Kekerasan.
- Kekuatan tinggi.
- Kepadatan tinggi.
Kilau Logam
Kilau dapat didefinisikan sebagai kilau karena pantulan cahaya.
Semua logam menunjukkan permukaan mengkilap saat baru dipotong atau dipoles, sering disebut sebagai kilau logam.
Sinar cahaya dipantulkan dari elektron yang terdelokalisasi, menyebabkan permukaan logam bersinar.
Contohnya
Emas, perak dan tembaga telah lama dihargai karena penampilannya yang berkilau, menjadikannya populer dalam perhiasan dan ornamen dekoratif.
Pelapisan kromium umum di industri otomotif dan bangunan karena hasil akhirnya yang seperti cermin.
Konduktivitas Listrik Logam
Konduktivitas listrik adalah istilah yang mengacu pada aliran muatan listrik melalui suatu zat.
Arus listrik dengan mudah melewati bahan logam.
Elektron valensi terdelokalisasi dalam logam sangat mobile dan karena itu mampu mentransfer muatan listrik.
Contohnya
Emas dan perak adalah dua konduktor listrik terbaik, tetapi hanya digunakan pada komponen elektronik kelas atas yang khusus.
Tembaga dan aluminium adalah logam yang paling umum digunakan dalam kabel listrik karena kelimpahan dan biaya rendahnya.
Konduktivitas Termal dari Logam
Konduktivitas termal adalah istilah yang mengacu pada transfer panas melalui suatu zat.
Panas bergerak dari satu ujung benda logam ke ujung lainnya.
Elektron valensi terdelokalisasi dengan mudah memperoleh dan mentransfer energi panas ke elektron dan kation yang berdekatan.
Contohnya
Tembaga dan aluminium adalah dua konduktor termal terbaik. Mereka sering digunakan dalam elemen pemanas, biasanya sebagai paduan termasuk logam lain seperti nikel dan kromium.
Kelenturan dan Daktilitas Logam
Kelenturan adalah istilah yang mengacu pada kemampuan suatu material untuk dibentuk kembali atau diratakan.
Daktilitas: mengacu pada kemampuan suatu material untuk ditarik keluar ke kabel.
Logam mudah ditempa dan ulet (berbeda dengan getas), tetapi jumlah gaya yang dibutuhkan bervariasi.
Misalnya, potongan timah tipis dapat dengan mudah ditekuk menjadi bentuknya dengan tangan, sedangkan besi membutuhkan pemanasan dan palu.
Jika gaya yang cukup diterapkan, lapisan dalam kisi logam dapat saling bergeser, karena mobilitas elektron dan sifat ikatan logam yang tidak terarah.
Contohnya
Tembaga adalah bahan yang sangat baik untuk kabel listrik karena keuletannya.
Emas sangat mudah ditempa. Penyepuhan adalah teknik dekoratif menerapkan daun emas – lapisan emas yang sangat tipis – untuk bahan termasuk logam lain, kayu, porselen dan batu.
Sementara logam yang sangat lunak sering sangat ulet, hal ini tidak selalu terjadi. Sebagai contoh, timbal memiliki kelenturan tinggi tetapi keuletan rendah.
Titik lebur Logam
Titik lebur adalah istilah yang mengacu pada suhu di mana suatu zat berubah dari padat menjadi cair.
Hampir semua logam adalah padatan dengan titik leleh tinggi atau sangat tinggi.
Kekuatan ikatan (dan karenanya energi yang dibutuhkan untuk mengatasi ikatan ini) umumnya tinggi dalam logam, karena daya tarik antara elektron dan kation.
Kekuatan ikatan logam bervariasi antara logam.
Kekuatan ikatan berhubungan langsung tidak hanya dengan titik leleh, tetapi juga kekerasan dan kekuatan tarik.
Karenanya, logam dengan titik leleh yang lebih rendah umumnya tidak sekeras atau sekuat itu.
Contohnya
Tungsten adalah logam dengan titik leleh tertinggi – lebih dari 3400 ° C.
Besi, titanium, dan platinum semuanya memiliki titik leleh di atas 1500 ° C.
Pengecualian
Merkuri adalah satu-satunya logam yang tidak padat pada suhu kamar.
Logam Golongan 1 memiliki titik leleh yang relatif rendah, menurunkan gugus menjadi sesium, yang memiliki titik leleh 28 ° C.
Gallium memiliki titik leleh 30 ° C.
Kekerasan Logam
Kekerasan adalah dapat didefinisikan sebagai ketahanan terhadap goresan atau abrasi.
Sebagian besar logam keras, terutama logam transisi; logam kelompok utama cenderung lebih lunak.
Kekerasan logam terkait dengan kekuatan ikatan – tingkat tarik-menarik antara elektron dan kation.
Contohnya
Chromium dan tungsten (grup 6) adalah dua logam yang paling kuat.
Pengecualian
Natrium dan kalium (golongan 1) adalah dua dari logam yang paling lunak – mereka dapat dengan mudah dipotong dengan pisau.
Kekuatan Logam
Ada beberapa cara kekuatan logam dapat didefinisikan dan diukur.
Kekuatan luluh adalah ukuran ketahanan terhadap deformasi permanen.
Kekuatan tarik adalah ukuran resistensi terhadap peregangan.
Kekuatan tekan adalah ukuran resistensi terhadap kompresi (tergencet).
Kekuatan dampak adalah ukuran ketahanan terhadap patah karena dampak.
Banyak logam memiliki kekuatan tinggi, tetapi sangat bervariasi.
Kekuatan logam terkait dengan kekuatan ikatan – tingkat tarik-menarik antara elektron dan kation.
Contohnya
Besi, titanium, dan tungsten adalah logam berkekuatan tinggi.
Pengecualian
Aluminium, seng dan emas adalah logam berkekuatan rendah.
Kepadatan Logam
Kepadatan adalah mengacu pada jumlah massa dalam volume yang diberikan.
Sebagian besar logam memiliki kepadatan tinggi atau sangat tinggi, tetapi ada berbagai macam.
Kepadatan logam dipengaruhi oleh seberapa dekat atom dikemas dalam kisi, serta kepadatan atom.
Atom umumnya padat dalam logam.
Kepadatan atom umumnya meningkat ke bawah kelompok periodik, karena rasio neutron-proton meningkat.
Contohnya
Osmium, iridium dan platinum (periode 6) memiliki kepadatan tertinggi – lebih dari 20 g / cm3.
Pengecualian
Lithium, natrium, dan kalium (kelompok 1) memiliki kepadatan terendah – kurang dari 1 g / cm3, yang berarti mereka mengapung di atas air.
Paduan
Paduan adalah campuran logam dan satu atau lebih elemen lain, yang mungkin logam atau non-logam.
Paduan dapat digambarkan sebagai solusi padat, karena biasanya dibentuk dengan melelehkan dan menggabungkan komponen, kemudian memungkinkan mereka untuk mendingin dan mengeras.
Paduan adalah struktur logam dengan sifat fisik dan kimia yang ditingkatkan.
Misalnya, paduan umumnya lebih keras dan lebih kuat dari logam murni, karena ukuran atom yang berbeda membuat lapisan dalam kisi lebih sulit untuk saling bergeser.
Juga, paduan sering memiliki ketahanan yang lebih besar terhadap korosi, karena penggabungan elemen yang kurang reaktif.
Sifat-sifatnya yang ditingkatkan membuat paduan berguna untuk berbagai tujuan.
Paduan Substitusional dan Interstitial
Ada dua jenis paduan – paduan pengganti dan paduan interstitial.
Paduan substitusi adalah paduan di mana atom dari unsur yang ditambahkan menggantikan atom dari logam utama dalam kisi.
Atom-atom unsur substitusi memiliki ukuran yang mirip dengan atom-atom logam utama.
Perunggu dan kuningan adalah contoh dari paduan pengganti – atom tembaga disubstitusi oleh atom timah dan seng masing-masing.
Paduan interstisial adalah paduan di mana atom-atom unsur yang ditambahkan menempati ruang (celah) antara atom-atom dalam kisi, alih-alih memindahkan atom dari logam utama.
Atom-atom unsur interstisial jauh lebih kecil daripada atom-atom logam utama.
Baja adalah contoh dari paduan interstitial – atom karbon menempati ruang di dalam kisi besi.
Beberapa paduan bersifat substitusi dan interstisial.
Stainless steel adalah contoh dari paduan yang mengandung unsur-unsur substitusi dan interstitial – atom besi disubstitusi oleh atom kromium dan nikel dan atom karbon menempati ruang dalam kisi besi / kromium / nikel.
Pengertian
Logam adalah bahan yang, ketika baru disiapkan, dipoles, atau retak, menunjukkan penampilan yang berkilau, dan menghantarkan listrik dan panas dengan relatif baik. Logam biasanya mudah ditempa (bisa ditempa menjadi lembaran tipis) atau ulet (bisa ditarik ke kabel). Sebuah logam dapat menjadi unsur kimia seperti besi; paduan seperti stainless steel; atau senyawa molekul seperti sulfur nitrida polimer.
Dalam fisika, logam umumnya dianggap sebagai zat apa pun yang mampu menghantarkan listrik pada suhu nol mutlak. Banyak unsur dan senyawa yang biasanya tidak diklasifikasikan sebagai logam menjadi logam di bawah tekanan tinggi. Sebagai contoh, yodium bukan logam secara bertahap menjadi logam pada tekanan antara 40 dan 170 ribu kali tekanan atmosfer. Sama halnya, beberapa bahan yang dianggap sebagai logam dapat menjadi bukan logam. Natrium, misalnya, menjadi bukan logam pada tekanan di bawah dua juta kali tekanan atmosfer.
Dalam kimia, dua unsur yang dinyatakan memenuhi syarat (dalam fisika) sebagai logam rapuh — arsenik dan antimon — umumnya diakui sebagai metaloid, karena kimia non-logam yang dominan. Sekitar 95 dari 118 unsur dalam tabel periodik adalah logam (atau kemungkinan seperti itu). Jumlahnya tidak tepat karena batas antara logam, bukan logam, dan metaloid sedikit berfluktuasi karena kurangnya definisi yang diterima secara universal dari kategori yang terlibat.
Dalam astrofisika, istilah “logam” digunakan lebih luas untuk merujuk pada semua unsur kimia dalam bintang yang lebih berat daripada dua yang paling ringan, hidrogen dan helium, dan bukan hanya logam tradisional. Sebuah bintang memadukan atom yang lebih ringan, sebagian besar hidrogen dan helium, menjadi atom yang lebih berat sepanjang hidupnya. Digunakan dalam pengertian itu, logam dari objek astronomi adalah proporsi dari materi yang tersusun dari unsur-unsur kimia yang lebih berat.
Logam, sebagai unsur kimia, terdiri dari 25% kerak bumi dan hadir dalam banyak aspek kehidupan modern. Kekuatan dan ketahanan beberapa logam telah menyebabkan mereka sering digunakan dalam, misalnya, bangunan tinggi dan konstruksi jembatan, serta sebagian besar kendaraan, banyak peralatan rumah tangga, peralatan, pipa, dan jalur kereta api. Logam mulia secara historis digunakan sebagai koin, tetapi di era modern, logam koin telah meluas ke setidaknya 23 elemen kimia.
Sejarah logam olahan diperkirakan dimulai dengan penggunaan tembaga sekitar 11.000 tahun yang lalu. Emas, perak, besi (seperti besi meteorik), timah, dan kuningan juga digunakan sebelum penampilan pertama yang diketahui dari perunggu pada milenium ke-5 SM. Perkembangan selanjutnya meliputi produksi bentuk baja awal; penemuan natrium — logam ringan pertama — pada tahun 1809; munculnya baja paduan modern; dan, sejak akhir Perang Dunia II, pengembangan paduan yang lebih canggih.
Kegunaan
Logam hadir di hampir semua aspek kehidupan modern. Besi, logam berat, mungkin paling umum karena merupakan 90% dari semua logam olahan; aluminium, logam ringan, adalah logam paling umum berikutnya. Besi murni mungkin merupakan elemen logam termurah dengan biaya sekitar US $ 0,07 per gram. Bijihnya tersebar luas; mudah disempurnakan; dan teknologi yang terlibat telah dikembangkan selama ratusan tahun. Besi cor bahkan lebih murah, di sebagian kecil dari US $ 0,01 per gram, karena tidak perlu untuk pemurnian berikutnya. Platinum, dengan biaya sekitar $ 27 per gram, mungkin merupakan yang paling banyak ditemui mengingat titik leburnya yang sangat tinggi, ketahanan terhadap korosi, konduktivitas listrik, dan daya tahan. Dikatakan ditemukan dalam, atau digunakan untuk memproduksi, 20% dari semua barang konsumen.
Beberapa logam dan paduan logam memiliki kekuatan struktural tinggi per satuan massa, menjadikannya bahan yang berguna untuk membawa beban besar atau menahan kerusakan akibat benturan. Paduan logam dapat direkayasa untuk memiliki ketahanan tinggi terhadap geser, torsi, dan deformasi. Namun logam yang sama juga bisa rentan terhadap kerusakan akibat kelelahan melalui penggunaan berulang atau dari kegagalan tegangan mendadak ketika kapasitas beban terlampaui. Kekuatan dan ketahanan logam telah menyebabkan mereka sering digunakan dalam pembangunan gedung tinggi dan jembatan, serta sebagian besar kendaraan, banyak peralatan, alat, pipa, dan jalur kereta api.
Logam adalah konduktor yang baik, membuatnya berharga dalam peralatan listrik dan untuk mengalirkan arus listrik dari jarak jauh dengan sedikit energi yang hilang. Jaringan listrik mengandalkan kabel logam untuk mendistribusikan listrik. Sistem kelistrikan rumah, sebagian besar, dihubungkan dengan kawat tembaga untuk sifat kondisinya yang baik.
Konduktivitas termal logam berguna untuk wadah memanaskan bahan di atas nyala api. Logam juga digunakan untuk pendingin untuk melindungi peralatan sensitif dari panas berlebih.
Reflektivitas tinggi dari beberapa logam memungkinkan penggunaannya di cermin, termasuk instrumen astronomi presisi, dan menambah estetika perhiasan logam.
Beberapa logam memiliki kegunaan khusus; merkuri adalah cairan pada suhu kamar dan digunakan dalam sakelar untuk menyelesaikan sirkuit ketika mengalir di atas sakelar kontak. Logam radioaktif seperti uranium dan plutonium digunakan dalam pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menghasilkan energi melalui fisi nuklir. Paduan memori bentuk digunakan untuk aplikasi seperti pipa, pengencang dan stent pembuluh darah.
Logam dapat didoping dengan molekul asing — organik, anorganik, biologis, dan polimer. Doping ini mensyaratkan logam dengan sifat-sifat baru yang diinduksi oleh molekul-molekul tamu. Aplikasi dalam katalisis, kedokteran, sel elektrokimia, korosi dan banyak lagi telah dikembangkan.