MAGNESIUM
A. Definisi
Magnesium adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki simbol Mg dan nomor atom 12 serta berat atom 24,31. Magnesium adalah elemen terbanyak kedelapan yang membentuk 2% berat kulit bumi, serta merupakan unsur terlarut ketiga terbanyak pada air laut. Logam alkali tanah ini terutama digunakan sebagai zat campuran (alloy (alloy)) untuk membuat campuran alumunium-magnesium yang sering disebut magnalium atau magnelium. Magnesium merupakan salah satu jenis logam ringan dengan karakteritik sama dengan aluminium tetapi magnesium memiliki titik cair yang lebih rendah dari pada aluminium. Seperti pada aluminium, magnesium juga sangat mudah bersenyawa dengan udara (oksgen). Perbedaannya dengan aluminium adalah dimana magnesium memiliki permukaan yang keropos yang disebabkan oleh serangan kelembaban udara karena oxid film yang terbentuk pada permukaan magnesium ini hanya mampu melindunginya dari udara yang kering. Unsur air dan garam pada kelembaban udara sangat mempengaruhi ketahanan lapisan oxid pada magnesium dalam melindunginya dari gangguan korosi. Untuk itu benda kerja yang menggunakan bahan magnesium ini diperlukan lapisan tambahan perlindungan seperti cat atau meni.
B. Rumus Kimia dan Foto
-Rumus kimia magnesium: Mg -Foto-foto magnesium:
C. Sifat-sifat
a. Sifat utama Magnesium mempunyai sifat yaitu mampu mesinnya yang baik sekali walaupun ada keburukannya yaitu mudah menyala dan tidak tahan korosi. Pembakaran magnesium sukar untuk dimatikan, sebab magnesium bisa terbakar bersama nitrogen (membentuk magnesium nitrida), dan karbon dioksida (membentuk magnesium oksida dan karbon). Pembakaran pita magnesium akan tetap berterusan jika pita direndam dalam air, sehingga pita magnesium habis terbakar. Magnesium menghasilkan cahaya putih yang terang apabila dibakar dalam udara. Ini digunakan pada zaman awal fotografi di mana serbuk magnesium digunakan sebagai sumber pencahayaan (serbuk kilat). Kemudian, pita magnesium digunakan dalam mentol denyar yang dinyala secara elektrik. Serbuk magnesium masih digunakan dalam pembuatan mercun dan nyala marin apabila cahaya putih terang diperlukan.
b. Sifat kimia magnesium
Magnesium oksida merupakan oksida basa sederhana.
Reaksi dengan air: MgO + H2O
Mg(OH)2
Reaksi dengan udara:
Menghasilkan MO dan M3 N2 jika dipanaskan. Reaksi dengan Hidrogen:
Tidak bereaksi Reaksi dengan klor:
M + X2
(dipanaskan)
D. Macam-macam
-
Magnesium Asetat Mg(C2H3O2) 2
-
Magnesium Bromida MgBr 2
-
Magnesium Karbonat MgCO3
-
Magnesium Klorida MgCl2
-
Magnesium Kromat MgCrO4
MX2 (garam)
-
Magnesium Hidroksida Mg(OH) 2
-
Magnesium Iodida MgI2
-
Magnesium Nitrat Mg(NO3) 2
-
Magnesium Fosfat Mg3 (PO4) 2
-
Magnesium Sulfat MgSO4
-
Magnesium Sulfida MgS
E. Proses Pemurnian dan Paduan Magnesium Proses Pemurnian Magnesium
Proses pemurnian magnesium dapat dilakukan dengan metode thermal atau electrolisasi. 1.Thermal proses Adalah didasarkan pada reduksi magnesium oksida dengan
karbon, silikon atau unsur
lain pada temperatur dan vakum yang tinggi. Untuk mendapatkan magnesium kita dapat mengekstraksinya dari dolomit [MgCa(CO3)2] karena dolomite merupakan salah satu sumber yang dapat menhasilkan magnesium. Dolomite dipanaskan sehingga terbentuk MgO.CaO. Lalu MgO.CaO dipanaskan dengan FeSi sehingga menghasilkan Mg. 2[ MgO.CaO] + FeSi
2Mg + Ca2SiO4 + Fe
- Reduksi pendahuluan bijih. - Reduksi penguapan dan pengembunan uap magnesium. - Peleburan kristal (condensat crystal) menjadi magnesium kasar. 1. Anode 2. Cathode 3. Dinding pemisah (hood )
2.Proses Elektrolisis Proses ini terdiri dari beberapa tingkat, yang prinsipnya adalah pengerjaan pendahuluan dari garam magnesium anhidrous murni, elektrolisa campuran dan refining . Masing-masing proses ini dibedakan menurut bijih yang digunakan (dapat juga carnalite, magnesium, chlorida, dan lain-lain), dan cara pengerjaan pendahuluannya (magnesite chlrorination, dihidration of magnesium chloride, dan lain-lain).
-Reaksi yang terjadi antara air laut dengan Cao: CaO + H2O
Ca2+ + 2OH-
Mg2+ + 2OH-
Mg(OH) 2
Selanjutnya Mg(OH)2 direaksikan dengan HCl untuk membentuk MgCl2 Mg(OH)2 + 2HCl
MgCl2 + 2H2O,
Setelah mendapatkan lelehan MgCl2 kita
dapat
mengelektrolisisnya untuk mendapatkan magnesium. Katode: Mg2+ + 2e-
Mg, Anode: 2Cl-
Cl2 + 2e-
Elektrolit larutan garam magnesium dalam teknik tidak digunakan lagi karena magnesium lebih elektro magnetik dibanding dengan ion hidrogen pada katoda dan tidak ada cara untuk memperbaiki teknik tersebut. Penggunaan magnesium umumnya dipadu dengan unsur-unsur lain untuk memperoleh bahan-bahan struktural terutama digunakan untuk roda pesawat terbang, panel-panel pesawat. Selain itu untuk Pyrotechnic Explossive Technics dan Flash Lights.
Proses Paduan Magnesium (magnesium- alloys)
Perubahan struktur pada magnesium tidak cukup dapat merubah atau memperbaiki sifatnya, oleh kerana itu perbaikan sifat magnesium hanya dapat dilakukan dengan menambah unsur lain sebagai unsur paduan kedalam larutan padat dari magnesium tersebut, dengan demikian akan diperoleh peningkatan pada tegangannya serta dengan tegangan yang memadai juga respon terhadap proses perlakuan panas. Dalam larutan padat ini hanya sedikit saja unsure agnesium yang dapat masuk termasuk juga unsur Seng jika dibanding dengan aluminium dan silver. Berdasarkan hasil analisis terhadap diagram paduan antara magnesium-aluminium dan magnesium-zincum, mengindikasikan bahwa larutan padat dari magnesium-aluminium maupun magnesium zincum dapat meningkat sesuai dengan peningkatan temperaturnya dimana masingmasing berada pada kadar yang sesuai sehingga dapat strengthening-heat treatment melalui metoda pengendapan. Hanya sedikit kadar logam langka (rare metal) dapat memberikan pengaruh yang sama kecuali pada silver yang sedikit membantu termasuk pada berbagai jenis logam paduan lain melalui ageing .
a) Magnesium paduan tempa (wrought alloys) Paduan ini mengandung 1,2%-2% mangan. Paduan ini digunakan untuk profil lembaran pelapis, tempat bahan bakar , dan peralatan pengencangan. Dengan porsi paduan di atas, logam ini tahan korosi, baik untuk di las, mudah di ubah bentuk dan dapat di serpih dengan baik. Paduan magnesium (MgAlZn) mengandung 5,5%-7% aluminium, (0,5-1,5%)seng, dan 0,15%0,4% mangan. Paduan ini mempunyai sifat dapat dilas secara terbatas, berkekuatan menengah sampai tinggi, dan sangat cocok digunakan untuk bagian intruksi yang menumpu beban menengah sampai tinggi. Magnesium paduan tempa dikelompokkan menurut kadar serta jenis unsur
paduannya
yaitu : 1. Magnesium dengan 1,5% manganese. 2. Paduan dengan aluminium, Seng sert manganese. 3. Paduan dengan zirconium paduan jenis ini mengandung kadar seng yang tinggi sehingga dapat dilakukan proses perlakuan panas. 4. Paduan dengan seng, zirconium dan thorium (creep resisting-alloys).
b) Magnesium paduan cor (cast alloys) Paduan ini dapat dikelompokan kedalam: 1. Paduan dengan aluminium, zincum dan manganese, paduan cor ini merupakan paduan yang yang bersifat heat tretable - alloys. 2. Paduan dengan zirconium, zincum dan thorium, paduan dengan unsur zirconium dan thorium merupakan paduan cor yang bersifat heat treatable dan creep resisiting. 3. Paduan dengan zirconium dengan rare earth metal serta silver merupakan paduan cor yang dapat di-heat treatment . 4. Paduan dengan zirconium, beberapa dari paduan cor ini dapat diheat treatment.
Proses perlakuan panas pada magnesium paduan
Jika magnesium telah mengandung unsur paduan dengan jenis dan kadar yang memadai dan memiliki sifat tertentu maka untuk mencapai sifat yang dikehendaki dapat dipertimbangkan untuk kemungkinan dapat diperbaiki serta disempurnakan melalui proses perlakuan panas, akan
tetapi untuk peningkatan tegangannya hanya magnesium dengan unsur alumunium dan rare metal yang memungkinkan dapat ditingkatkan. hal ini juga masih tergantung pada kesesuaian dan ketepatan prosedur pelaksanaannya sehingga dapat dicapai sifat yang sesuai dengan kebutuhan, untuk itu prosedur berikut merupakan bagian dari pelaksanan perlakuan terhadap magnesium, antara lain : a. Natural ageing . b. Precipitation treatment c. Pengendapan tanpa pelarutan awal ( precipitation without previus solution treatment ) Dengan demikian bahan paduan ini harus didinginkan diudara setelah proses pelarutan dengan prosedur yang benar.
Fabrikasi magnesium paduan
Magnesium dapat dibentuk melalui berbagai metoda pengecoran seperti sand-casting, die-casting serta pressure die casting , dengan berbagai dimensi termasuk untuk kebutuhan tempa seperti rolling , forging dan extruding . Proses rolling dari magnesium paduan tempa ternyata memiliki perbedaan pada kekuatan tarik, ketahanan stress dan prosentase pertambahan panjang menurut arah pengerolannya, dimana pengerolan pada arah melintang (transverse direction) lebih tinggi dari pada pengerolan pada arah memanjang (longitudinal direction). Pembentukan dengan pemesinan (machining ) sering kali diperlukan perhatian khusus karena pada akhir pemotongan sering kali terjadi kegosongan (hangus) yang mengakibatkan sisa pemotongan menjadi mudah terbakar, hal ini disebabkan oleh terjadinya gesekan selama pemotongan, untuk itu ketajaman alat potong ini harus diperhatikan serta menyediakan peralatan pemadam kebakaran yang sesuai yaitu dry-fire extinguisher . Proses pendinginan dengan media water base colant tidak sesuai pemakaiannya. Proses penyambungan pada agnesium yang paling sesuai ialah dengan baut (bolting ) atau di keling (riveting ), namun dapat juga dilas dengan las busur yang menggunakan busur argon, oxyassetyline atau dengan metode electrical resistance. Untuk melindungi permukaan magnesium terhadap pengaruh gangguan korosi dapat dilakukan dengan memberikan lapisan pelindung dengan cat yang terlebih dahulu dibebaskan dari minyak atau greace dan akan lebih baik jika dilapisi terlebih dahulu dengan chromat, dengan
metode ini kondisi permukaan akan bertahan tanpa perubahan yang berarti pada periode resonansi. Untuk melindungi magnesium dari serangan korosi galvanis bagian paduan yang berhubungan dengan lain, terkena larutan electrolyte atau lembab maka bagian ini harus dilapisi dengan cat atau jointer compound jika logam yang memiliki beda potensialnya sangat kecil seperti aluminium dengan magnesium, akan tetapi jika magnesium menyerang baja dengan luas kontak diluar jangkauannya, maka dapat juga digunakan non konduktor gasket.
Berbagai penerapan magnesium paduan
Magnesium paduan cor yang dibentuk dengan cetakan pasir (sand-cast ) banyak digunakan dalam pembuatan block-block engine pada motor bakar, sedangkan magnesium yang dibentuk dengan pressure die-casting banyak digunanakan dalam pembuatan peralatan rumah tangga dan kelengkapan kantor. Magnesium cor tempa dibentuk dengan cara extrusi dan digunakan sebagai trap dan relling tangga. Magnesium paduan juga digunakan dalam teknologi nuclear sebagai tabung uranium dimana magnesium sangat rendah dalam penyerapan neutron pada penampang lintang. Sumber: http://bilangapax.blogspot.com/2011/02/magnesium-dan-paduannya.html. Diakses pada tanggal: 23 November 2014, jam 21.50
F. Diagram Pemurnian dan Paduan
G. Rapat Massa Relatif
Rapat massa magnesium adalah 1,738 gram/cm3.
Massa atom relatifnya adalah 24
H. Titik Lebur (Cair) dan Titik Didih
Titik lebur : 923 K (650 °C, 1202 °F)
Titik didih: 1363 K (1994 °F, 1091 °C)
I. Sifat Fisik dan Mekanik
Sifat fisika
Sifat mekanik - Mempunyai kekuatan tarik 19,0 kgf/mm setelah penganilan, - Kekuatan mulur 9,8 kgf/mm,
- Perpanjangannya 16%, - Kira-kira 2-3 kali lebih kuat dari Al, - Bidang gesernya pada temperatur bisa terbatas pada bidang (0001), karena itu getas tetapi pada temperature 200 °C atau lebih terjadi bidang geser (1011) (bidang pyramid) dan bidang geser (1010) (bidang prisma), hal ini membuat logam lebih liat dan lebih mudah diolah pada temperatur tinggi, -
Mg berkristal hexsagonal susunan rapat (cph),
-
Mempunyai kekuatan tarik 19,0 kgf/mm setelah penganilan,
-
Kekuatan mulur 9,8 kgf/mm. Sifat-sifat mekanik magnesium terutama memiliki kekuatan tarik yang sangat rendah.
Oleh karena itu magnesium murni tidak dibuat dalam teknik. Paduan magnesium memiliki sifatsifat mekanik yang lebih baik serta banyak digunakan. Unsur-unsur paduan dasar magnesium adalah aluminium, seng dan mangan. Penambahan Al diatas 11%, meningkatkan kekerasan, kuat tarik dan keenceran (fluidity). Penambahan seng meningkatkan perpanjangan relative (ductility) dan mampu tuang (castability). Penambahan 0,1% – 0,5% meningkatkan ketahanan korosi. Penambahan sedikit cerium, zirconium dan baryllium dapat membuat struktur butir yang halus dan meningkatkan ductility dan tahan oksidasi pada peningkatan suhu. Magnesium murni memiliki kekuatan tarik sebesar 110 N/mm2 dalam bentuk hasil pengecoran (casting ), angka kekuatan tarik ini dapat ditingkatkan melalui proses pengerjaan. Magnesium bersifat lembut dengan modulus elsatis yang sangat rendah. Magnesium memiliki perbedaan dengan logam-logam lain termasuk dengan aluminium, besi tembaga dan nickel dalam sifat pengerjaannya dimana magnesium memiliki struktur yang berada didalam kisi hexagonal sehingga tidak mudah terjadi slip. Oleh karena itu,magnesium tidak mudah dibentuk dengan pengerjaan dingin. Disamping itu, presentase perpanjangannya hanya mencapai 5% dan hanya mungkin dicapai melalui pengerjaan panas. Sumber: http://bilangapax.blogspot.com/2011/02/magnesium-dan-paduannya.html. Diakses pada tanggal: 23 November 2014, jam 21.59
J. Penggunaan-penggunaan
Penggunaan magnesium dalam bentuk logam Dalam bentuk logam, kegunaan utama unsur ini adalah sebagai bahan tambahan aloi kepada aluminium, dan aloi ini biasanya digunakan dalam pembuatan tin minuman. Magnesium tulen bersifat seperti aluminium, kuat dan ringan. Oleh sebab itu, ia digunakan dalam pembuatan alat berisi padu tinggi, termasuklah komponen automotif dan trak. Roda khusus bergred tinggi yang diperbuat daripada aloi magnesium adalah dipanggil roda mag .
Mengasingkan/menghilangkan sulfur dalam besi dan besi baja.
Plat foto ukiran dalam industri pencetakan.
Ditambah dengan logam lain untuk membentuk aloi dalam pembinaan kapal terbang dan peluru berpandu.
Dalam aloi aluminium-magnesium, logam ini memperbaiki sifat mekanikal, pembikinan dan pengimpalan logam aluminium.
Agen penambah dalam bahan perejang konvensional dan digunakan untuk menghasilkan grafit nodul dalam besi tempa.
Agen penurun dalam penghasilan uranium tulen dan logam-logam lain daripada garamnya.
Magnesium organik penting bagi hewan dan tumbuhan. Klorofil merupakan porifrin berpusat magnesium. Keperluan gizi seharian bagi orang dewasa, yang dipengaruhi oleh pelbagai faktor, seperti jantina, berat dan saiz, adalah 300-400 mg/hari.
Penggunaan lain yaitu Dalam bidang perobatan, magnesium hidroksida digunakan untuk menghasilkan susu
magnesia. Magnesium sulfat menghasilan garam epsom manakala magnesium klorida, oksida, glukonat, malat, oratat, dan sitrat digunakan sebagai makanan tambahan zat magnesium.Serbuk magnesium karbonat (MgCO3) digunakan untuk menguatkan genggaman pada alat-alat sukan seperti radas gimnastik oleh para gimnas dan palang angkat oleh pengangkat berat. Magnesit bakar mati digunakan sebagai bahan tahan api (refraktor ) dalam batu-bata.
Magnesium stearat adalah serbuk putih yang sedikit mudah terbakar dan mempunyai sifat pelincir. Dalam bidang farmaseutikal, ia digunakan dalam perkilangan tablet untuk mengelakkan tablet daripada melekat pada alat semasa proses pemampatan tablet (apabila bahan tablet ditekan menjadi bentuk tablet).
K. Karakteristik Lain Magnesium
Magnesium mempunyai ketahanan yang kuat, ringan, miniaturisasi, dan drop tabrakan dan perisai elektromagnetik dan persyaratan pembuangan panas. a. Sifat atom Bilangan oksidasi
: 2, 1 (oksida basa kuat)
Elektronegativitas
: 1,31 (skala pauling)
Energi ionisasi
pertama
: 737,7 kJ·mol−1
ke-2
: 1450,7 kJ·mol−1
ke-3
: 7732,7 kJ·mol−1
Jari-jari atom
: 160 pm
Jari-jari kovalen
: 141±7 pm
Jari-jari van der Waals
: 173 pm
b. Lain-lain Struktur kristal
: Hexagonal
Pembenahan magnetik
: Paramagnetik
Keterhambatan elektris
: (20 °C) 43,9 nΩ.m
Konduktivitas termal
: 156 W·m−1·K −1
Ekspansi termal
: (25 °C) 24,8 µ
Kecepatan suara (batang ringan)
: (suhu kamar) 4940 m·s−1
Modulus Young
: 45 GPa
Modulus Shear
: 17 GPa
Bulk modulus
: 45 GPa
Rasio Poisson
: 0,290
Kekerasan Mohs
: 2,5
Kekerasan Brinell
: 260 MPa
Nomor CAS
: 7439-95- 4
Isotop paling stabil
: 25
24
Mg, NA: 78,99%
Mg, NA: 10%