Dalam kimia, sebuah logam atau metal  adalah material (sebuah unsur, senyawa, atau paduan) yang biasanya keras tak tembus cahaya, berkilau, dan memiliki konduktivitas listrik dan termal yang baik. Logam umumnya liat—yaitu dapat ditempa atau ditekan permanen hingga berubah bentuk tanpa patah atau retak—dan juga fusibel (bisa dilelehkan) dan ulet (dapat ditarik hingga membentuk kawat halus). Sekitar 91 dari 118 unsur dalam tabel periodik adalah logam, sisanya adalah nonlogam atau metaloid. Beberapa unsur menunjukkan sifat baik logam dan nonlogam sekaligus.

Astrofisikawan menggunakan istilah "metal" untuk menjelaskan secara kolektif seluruh unsur selain hidrogen dan helium, dua unsur paling sederhana, dalam suatu bintang. Bintang memfusi atom-atom yang lebih kecil, sebagian besar hidrogen dan helium, untuk membuat atom yang lebih besar selama masa hidupnya. Dalam pengertian itu, metalisitas suatu objek adalah proporsi dari materi yang menyusun seluruh unsur kimia yang lebih berat, tidak hanya logam-logam tradisional.

Banyak unsur dan senyawa yang tidak diklasifikasikan secara normal sebagai logam menjadi logam pada tekanan tinggi; ini terbentuk sebagai alotropi metalik dari non logam.

Daftar isi

Struktur dan ikatan

Atom zat logam biasanya tersusun dalam salah satu dari tiga struktur kristal umum, antara lain body-centered cubic (bcc), face-centered cubic (fcc), dan hexagonal close-pack (hcp). Dalam bcc, masing-masing atom terletak di pusat kubus dikelilingi atom lainnya. Dalam fcc dan hcp, masing-masing atom dikelilingi oleh duabelas atom lainnya, tetapi susunan lapisannya berbeda. Beberapa logam mengadopsi struktur yang berbeda, tergantung pada suhu.^[

Atom logam mudah kehilangan elektron kelopak terluarnya, menghasilkan awan elektron bebas yang mengalir dalam pengaturannya sifatnya yang padat. Hal ini menyebabkan kemampuan zat logam untuk mudah menghantarkan panas dan listrik. Jika aliran elektron ini terjadi, karakteristik padat dari logam dihasilkan oleh interaksi elektrostatis di antara masing-masing atom dan awan elektron. Ikatan jenis ini disebut ikatan logam.

Sifat-sifat

Kimia

Logam biasanya cenderung membentuk kation melalui mekanisme kehilangan elektron, bereaksi dengan oksigen di udara membentuk oksida melalui beragam skala waktu (besi berkarat setelah bertahun-tahun, sementara kalium terbakar dalam hitungan detik. Contoh:

4 Na + O₂ → 2 Na₂O (natrium oksida)

2 Ca + O₂ → 2 CaO (kalsium oksida)

4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃ (aluminium oksida).

Logam transisi (seperti besi, tembaga, seng, dan nikel) lebih lambat teroksidasi karena mereka membentuk lapisan pasivasi oksidanya yang melindungi bagian dalam logam. Lainnya, seperti paladium, platina dan emas, tidak bereaksi sama sekali dengan atmosfer. Beberapa logam membentuk lapisan oksida penghalang pada permukaannya yang tidak dapat ditembus lebih jauh oleh molekul-molekul oksigen, sehingga dapat mempertahankan kilau dan konduktivitasnya selama beberapa dekade (seperti aluminium, magnesium, beberapa jenis baja, dan titanium). Oksida logam umumnya bersifat basa, berlawanan dengan nonlogam, yang bersifat asam. Pengecualian berlaku untuk oksida dengan tingkat oksidasi sangat tinggi seperti CrO₃, Mn₂O₇, dan OsO₄, yang bereaksi sangat asam.

Pengecatan, penganodaan (anodising) atau penyepuhan logam adalah cara yang baik untuk mencegah korosi. Namun, logam yang lebih reaktif dalam deret elektrokimia harus dipilih untuk penyalutan, terutama jika dipilih serpihan penyalut. Air dan dua logam membentuk sel elektrokimia, dan jika penyalut kurang reaktif daripada yang disalut, penyalut sejatinya telah memicu korosi.

Fisika

Kristal galium

Logam secara umum memiliki konduktivitas listrik tinggi, konduktivitas termal tinggi, dan densitas yang tinggi pula. Umumnya mereka lentur dan liat, berubah bentuk di bawah tekanan tanpa terbelah.Dalam hal sifat optiknya, logam mengkilat dan berkilau. Lembaran logam dengan ketebalan di bawah beberapa mikrometer terlihat opak, tetapi kertas emas meneruskan sinar hijau.

Meskipun sebagian besar logam memiliki densitas yang lebih tinggi daripada kebanyakan nonlogam, terdapat rentang variasi yang lebar dalam hal densitas mereka. Litium adalah unsur padat yang paling rendah densitasnya, sementara osmium adalah yang paling tinggi. Logam alkali dan alkali tanah pada golongan 1 dan 2 dirujuk sebagai logam ringan karena mereka memiliki densitas rendah, kekerasan rendah, dan titik lebur yang rendah pula.Tingginya densitas sebagian besar logam karena ketatnya kisi kristal struktur logam mereka. Kekuatan ikatan logam untuk logam yang berbeda mencapai maksimum di sekitar pusat deret logam transisi, karena unsur-unsur tersebut memiliki sejumlah besar elektron terdelokalisasi dalam ikatan logam jenis ikatan ketat. Namun, faktor lain (seperti jari-jari atom, muatan inti, jumlah orbitalikatan, tumpangsuh energi orbital dan bentuk kristal) juga terlibat.

Listrik

Pengisian tingkat elektron dalam berbagai jenis bahan pada kesetimbangan. Garis vertikal adalah energi, sementara horizontal adalah rapat keadaan elektron untuk energi tertentu dalam bahan terdaftar. Bagian yang diarsir mengikuti distribusi Fermi-Dirac(hitam = seluruh keadaan terisi, putih = tidak ada yang terisi). Dalam Logam dan semilogam, tingkat Fermi E_F bergantung pada bagian dalam sekurang-kurangnya satu pita. Dalam insulator dan semikonduktor, tingkat Fermi berada di celah pita; namun dalam semikonduktor pita cukup dekat dengan tingkat Fermi untuk menjadi terpopulasi termal dengan elektron atau lubang.

Konduktivitas termal dan listrik logam berangkata dari kenyataan bahwa elektron terluar mereka terdelokalisasi. Situasi ini dapat divisualisasikan dengan memperhatikan struktur atom logam sebagai suatu koleksi atom yang terbenam dalam lautan elektron yang bergerak cepat. Konduktivitas listrik logam, seperti halnya kapasitas bahang dan konduktivitas panas, dapat dihitung menurut model elektron bebas, yang tidak memperhatikan struktur detail kisi ion.

Ketika mempertimbangkan struktur pita elektron dan energi ikatan suatu logam, perlu diperhatikan potensial positif yang disebabkan oleh pengaturan spesifik inti ion—yang muncul periodik dalam kristal. Konsekuensi paling penting dari potetensial periodik adalah pembentukan celah pita kecil pada perbatasan zona Brillouin. Secara matematis, potensial inti ion dapat dihitung melalui beragam model, yang paling sederhana adalah model elektron hampir bebas.

Mekanis

Sifat mekanis metal meliputi duktilitas, yaitu kapasitas mereka dalam deformasi plastis. Deformasi elastis dapat balik pada logam dapat dijelaskan oleh Hukum Hooke untuk memulihkan gaya, sementara tegangan berbanding lurus dengan regangan. Gaya yang lebih besar daripada batas elastis, atau panas, dapat menyebabkan deformasi permanen (tak dapat balik) pada objek, yang dikenal sebagai deformasi plastis atau plastisitas. Perubahan tak dapat balik dalam susunan atom dapat terjadi sebagai akibat dari:

• Aksi suatu gaya yang diaplikasikan (atau usaha). Gaya yang diaplikasikan dapat berupa gaya tarik, gaya tekan, pemotongan, pembengkokan atau gaya torsi (pelintir).
• Perubahan suhu (panas). Perubahan suhu dapat mempengaruhi mobilitas cacat struktural seperti batas butir, kekosongan titik, dislokasigaris atau ulir, kesalahan penumpukan dan twins baik dalam padatan kristal maupun non-kristal. Pergerakan atau perpindahan cacat tersebut diaktifkan secara termal, dan karenanya dibatasi oleh laju difusi atom.

Logam panas dari pandai besi.

Aliran kental di dekat batas butir, misalnya, dapat menyebabkan gelinciran internal, rayapan dan kelelahan pada logam. Hal ini juga dapat berkontribusi terhadap perubahan signifikan pada struktur mikro seperti pertumbuhan butir dan densifikasi lokal karena penghilangan porositas intergranular. Dislokasi sekrup bisa menggelincir ke arah bidang kisi yang berisi dislokasi, sementara kekuatan pendorong utama untuk "pendakian dislokasi" adalah gerakan atau difusi kekosongan melalui kisi kristal.

Selain itu, sifat nondireksional ikatan logam juga dianggap berkontribusi secara signifikan terhadap daktilitas sebagian besar padatan logam. Bila bidang ikatan ionik menggeser satu sama lain, perubahan resultan pada lokasi pergeseran ion dengan muatan yang sama ke dalam proksimitas dekat mengakibatkan pembelahan kristal; pergeseran seperti itu tidak teramati pada kristal berikatan kovalen di mana terjadi fraktur dan fragmentasi kristal.

Logam paduan

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Logam paduan

Logam paduan adalah campuran dari dua atau lebih unsur di mana komponen utamanya adalah logam. Sebagian besar logam murni terlalu lunak, rapuh atau reaktif secara kimia untuk penggunaan praktis. Menggabungkan rasio logam yang berbeda sebagai logam paduan memodifikasi sifat logam murni untuk menghasilkan karakteristik yang diinginkan. Tujuan pembuatan logam paduan umumnya membuat mereka kurang rapuh, lebih keras, tahan terhadap korosi, atau memiliki warna dan keharuman yang diinginkan. Dari semua paduan logam yang digunakan saat ini, paduan besi (baja, baja nirkarat, besi tuang, baja perkakas, baja paduan) merupakan proporsi terbesar baik secara kuantitas maupun nilai komersial. Besi yang dipadu dengan berbagai proporsi karbon memberi baja berkadar karbon rendah, menengah dan tinggi, dengan peningkatan level karbon mengurangi keuletan dan ketangguhan. Penambahan silikon akan menghasilkan besi cor, sedangkan penambahan kromium, nikel dan molibdenum pada baja karbon (lebih dari 10%) menghasilkan baja nirkarat.

Paduan logam penting lainnya adalah aluminium, titanium, tembaga dan magnesium. Paduan tembaga yang sudah dikenal sejak prasejarah—perunggu memberi nama untuk Zaman Perunggu—dan memiliki banyak aplikasi saat ini, yang terpenting adalah kabel listrik. Paduan dari tiga logam lainnya telah dikembangkan akhir-akhir ini; karena reaktivitas kimianya, mereka memerlukan proses ekstraksi elektrolitik. Paduan aluminium, titanium dan magnesium berharga kareana rasio kekuatan-terhadap-beratnya yang tinggi; magnesium juga bisa memberikan perisai elektromagnetik. Bahan-bahan ini ideal untuk situasi di mana rasio kekuatan-terhadap-berat yang tinggi lebih penting daripada biaya material, seperti di ruang angkasa dan beberapa aplikasi otomotif.

Logam paduan yang dirancang khusus untuk aplikasi yang sangat berat, seperti mesin jet, dapat mengandung lebih dari sepuluh unsur.

Kategori

Guard rail atau pagar pengaman jalan

Logam dasar

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Logam dasar

Dalam kimia, istilah logam dasar digunakan secara informal untuk mengacu pada logam yang mudah teroksidasi atau berkarat, dan mudah bereaksi dengan asam klorida encer (HCl) membentuk hidrogen. Contohnya termasuk besi, nikel, timbal dan seng. Tembaga dianggap sebagai logam dasar karena relatif mudah teroksidasi, meskipun tidak bereaksi dengan HCl. Logam dasar biasanya digunakan dalam kondisi yang berlawanan dengan logam mulia.

Dalam alkimia, logam dasar adalah logam biasa dan murah, berlawanan dengan logam berharga, terutama emas dan perak. Tujuan lama para alkemis adalah transmutasi logam dasar menjadi logam berharga.

Dalam numismatik, koin di masa lalu mendapatkan nilainya terutama dari kandungan logam berharga. Sebagian besar mata uang modern adalah mata uang fiat, yang memungkinkan koin dibuat dari logam dasar.

Logam Ferro

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Metalurgi ferro

Lihat pula: Logam non-ferro

Istilah "ferro" berasal dari bahasa Latin yang berarti "mengandung zat besi". Ini bisa termasuk besi murni, seperti besi tempa, atau paduan seperti baja. Logam besi sering bersifat magnetis, namun tidak eksklusif.

Logam mulia

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Logam mulia

Logam mulia adalah logam yang tahan terhadap korosi atau oksidasi, tidak seperti sebagian besar logam dasar. Mereka cenderung juga merupakan logam berharga, seringkali karena kelangkaannya. Contohnya antara laain emas, platina, perak, rodium, iridium, dan paladium.

Logam berharga

Bongkahan emas

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Logam berharga

Suatu logam berharga adalah unsur kimia metalik yang langka dengan nilai ekonomi tinggi.

Secara kimia, logam berharga kurang reaktif daripada sebagian besar unsur, memiliki kilau tinggi dan konduktivitas listrik yang tinggi. Dalam sejarah, logam berharga penting sebagai mata uang, tetapi saat ini hanya dianggap sebagai komoditas investasi dan industri. Emas, perak, platina dan paladium masing-masing mempunyai kode mata uang ISO 4217. Logam berharga yang paling dikenal adalah emas dan perak. Sementara keduanya memiliki penggunaan indusri, mereka lebih dikenal dalam bidang seni, perhiasan, ddan koin. Logam berharga lainnya termasuk dalan logam golongan platina: rutenium, rodium, paladium, osmium, iridium, dan platina, dengan platina adalah yang paling banyak diperdagangkan.

Permintaan logam berharga didorong tidak hanya berdasarkan penggunaan praktisnya, tetapi juga perannya sebagai investasi dan penyimpan nilai (bahasa Inggris: store of value). Paladium pernah, sekitar musim panas 2006, bernilai sedikit di bawah setengah harga emas, dan platina sekitar dua kali harga emas. Perak secara substansial tidak terlampau mahal, tetapi seringkali secara tradisional dianggap sebagai logam berharga karena perannya sebagai koin dan perhiasan.

Logam berat

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Logam berat

Logam berat adalah semua logam atau metaloid yang relatif padat. Definisi yang lebih spesifik telah diajukan, tetapi tidak satupun memperoleh persetujuan luas. Beberapa logam berat memiliki penggunaan ceruk, atau dinyatakan beracun; beberapa esensial dalam jumlah renik.

Ekstraksi

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Bijih, Pertambangan, dan Metalurgi ekstraktif

Logam seringkali diekstraksi dari bumi yang berarti menambang bijih yang kaya dengan sumber daya unsur yang dimaksud, seperti bauksit. Lokasi bijih ditentukan dengan teknik prospekting, diikuti dengan eksplorasi dan pengujian deposit. Sumber daya mineral umumnya dibagi ke dalam tambang permukaan, yang ditambang dengan ekskavasi menggunakan alat berat, dan tambang bawah tanah.

Setelah bijih ditambang, logam harus diekstraksi, biasanya menggunakan reduksi kimia atau elektrolitik. Pirometalurgi menggunakan suhu tinggi untuk mengubah bijih menjadi bahan baku, sementara hidrometalurgi menerapkan kimia berbasis air untuk tujuan yang sama. Metode yang digunakan bergantung pada jenis logam dan kontaminannya.

Jika bijih ligam berupa senyawa ionik antara logam dan nonlogam, bijih tersebut biasanya harus dilebur—dipanaskan dengan penambahan reduktor—untuk mengekstrak logam murni. Banyak logam umu, seperti besi, dilebur menggunakan karbon sebagai reduktor. Beberapa logam seperti aluminium dan natrium, tidak memiliki reduktor praktis yang dijual bebas, sehingga diekstraksi menggunakan teknik elektrolisis.

Bijih sulfida tidak direduksi langsung menjadi logam tetapi dipanggang di udara terbuka untuk mengubahnya menjadi oksida.

Daur ulang

Permintaan untuk logam terkait erat dengan pertumbuhan ekonomi. Selama abad ke-20, ragam penggunaan logam di masyarakat meningkat tajam. Saat ini, perkembangan negara-negara besar, seperti China dan India, dan kemajuan teknologi, mendorong permintaan yang semakin banyak. Hasilnya adalah aktivitas pertambangan semakin meluas, dan semakin banyak stok logam dunia di atas tanah yang digunakan, sementara yang di bawah tanah sebagai cadangan yang tidak digunakan. Contohnya adalah stok tembaga bekas. Antara tahun 1932 dan 1999, tembaga yang digunakan di AS meningkat dari 73 g menjadi 238 g per orang.

Logam secara inheren dapat didaur ulang, jadi pada prinsipnya, dapat digunakan berulang-ulang, meminimalkan dampak negatif lingkungan dan menghemat energi. Misalnya, 95% energi yang digunakan untuk membuat aluminium dari bijih bauksit diselamatkan dengan menggunakan bahan daur ulang. Tingkat daur ulang logam umumnya rendah. Pada tahun 2010, International Resource Panel, yang diselenggarakan oleh United Nations Environment Programme (UNEP) menerbitkan laporan tentang stok logam yang ada di masyarakat dan tingkat daur ulangnya.

Penulis laporan tersebut mengamati bahwa stok logam di masyarakat dapat berfungsi sebagai tambang raksasa di atas tanah. Mereka memperingatkan bahwa tingkat daur ulang beberapa logam langka yang digunakan dalam aplikasi seperti ponsel, kemasan baterai untuk mobil hibrida dan sel bahan bakar sangat rendah

Penulis laporan tersebut mengamati bahwa stok logam di masyarakat dapat menjadi tambang raksasa di atas tanah. Mereka memperingatkan bahwa tingkat daur ulang beberapa logam langka yang digunakan dalam aplikasi seperti telepon seluler, kemasan baterai untuk mobil hibrida dan sel bahan bakar sangat rendah sehingga jika tingkat daur ulang pada masa depan tidak ditingkatkan secara dramatis, maka logam kritis ini akan menjadi tidak tersedia untuk digunakan dalam teknologi modern.

Metalurgi

Artikel utama untuk bagian ini adalah: Metalurgi

Metalurgi merupakan domain dari ilmu bahan yang mempelajari perilaku fisika dan kimia unsur logam, senyawa intermetalik mereka, dan campurannya yang disebut logam paduan.

Aplikasi

Beberapa logam dan paduan logam memiliki kekuatan struktural per satuan massa yang tinggi, menjadikannya bahan yang berguna untuk membawa muatan besar atau menahan kerusakan akibat benturan. Paduan logam dapat direkayasa untuk memiliki ketahanan tinggi terhadap pergeser, torsi dan deformasi. Namun logam yang sama juga rentan terhadap kerusakan akibat kelelahan akibat penggunaan berulang atau dari kegagalan tekanan mendadak saat kapasitas beban terlampaui. Kekuatan dan ketahanan logam telah menyebabkan penggunaan seringnya pada konstruksi bangunan dan jembatan bertingkat tinggi, serta kebanyakan kendaraan, peralatan, perkakas, pipa, tanda non-iluminasi dan jalur rel.

Dua logam struktural yang paling umum digunakan, besi dan aluminium, juga merupakan logam paling melimpah di kerak bumi.

Umumnya, logam bermanfaat bagi manusia, karena penggunaannya di bidang industri, pertanian, dan kedokteran. Contohnya, raksa yang digunakan dalam proses kloralkali.Proses kloralkali merupakan proses elektrolisis yang berperan penting dalam industri manufaktur dan pemurnian zat kimia.Beberapa zat kimia yang dapat diperoleh dengan proses kloralkali adalah natrium, kalsium, magnesium, aluminium, tembaga, seng, perak, hidrogen, klor, fluor, natrium hidroksida, kalium dikromat, dan kalium permanganat.

Elektrolisis larutan NaCl menghasilkan natrium hidroksida di katode (kutub positif) dan gas klor di anode (kutub negatif). Pada industri angkasa luar dan profesi kedokteran dibutuhkan bahan yang kuat, tahan karat, dan bersifat noniritin, seperti paduan titanium. Sebagian jenis logam merupakan unsur penting karena dibutuhkan dalam berbagai fungsi biokimia. Pada zaman dahulu, logam tertentu, seperti tembaga, besi, dan timah digunakan untuk membuat peralatan, perlengkapan mesin, dan senjata.

Logam adalah konduktor yang baik, membuatnya berharga dalam peralatan listrik dan untuk membawa arus listrik dari kejauhan dengan sedikit energi yang hilang. Jaringan listrik mengandalkan kabel logam untuk mendistribusikan listrik. Sistem kelistrikan rumah sebagian besar dihubungkan dengan kabel tembaga memanfaatkan sifat hantarannya yang baik.

Konduktivitas termal logam berguna untuk wadah untuk memanaskan bahan di atas api. Logam juga digunakan untuk pembuang panas (bahasa Inggris: heat sink) untuk melindungi peralatan sensitif dari pelewatpanasan (bahasa Inggris: overheating.

Reflektivitas tinggi beberapa logam penting dalam konstruksi cermin, termasuk instrumen astronomi presisi. Sifat terakhir ini juga bisa membuat perhiasan metalik menarik secara estetika.

Beberapa logam memiliki kegunaan khusus; logam radioaktif seperti uranium dan plutonium digunakan pada pembangkit listrik tenaga nuklir untuk menghasilkan energi melalui fisi nuklir. Raksa adalah cairan pada suhu kamar dan digunakan dalam saklar untuk menyelesaikan rangkaian saat mengalir di atas kontak saklar. Logam paduan bentuk memori digunakan untuk aplikasi seperti pipa, pengencang dan vaskular stent.

Logam dapat didoping dengan molekul asing—organik, anorganik, biologis dan polimer. Doping ini mengandung logam dengan sifat baru yang disebabkan oleh adanya molekul tamu. Aplikasi dalam katalisis, obat-obatan, sel elektrokimia, korosi dan lainnya telah dikembangkan.

 

Post Footer automatically generated by Add Post Footer Plugin for wordpress.