KACA (GLASS)

3.    Bahan Dasar Kaca

            Kaca biasa biasanya terdiri daripada silikon dioksida (SiO₂), yang merupakan sebatian kimia yang serupa dengan kuarza, atau dalam bentuk polihabluran, pasir. Silika tulen mempunyai tahap lebur sekitar 2000 Selsius, jadi dua bahan lain sering dicampurkan kepada pasir dalam pembuatan kaca. Satu daripadanya adalah soda (sodium karbonat Na₂CO₃), atau potasy, setara dengan sebatian kalium karbonat, yang menurunkan tahap lebur kepada sekitar 1000 Selsius. Bagaimanapun, bahan soda menjadikan kaca larut, jadi kapur (kalsium oksida, CaO) merupakan bahan ketiga, ditambah untuk menjadikan kaca tidak larut.

            Silikon(IV) oksida ialah molekul kovalen raksasa. Oleh itu, silikon(IV) oksida memerlukan banyak tenaga haba untuk mengatasi setiap ikatan kovalen antara atom dalam struktur raksasa. Maka, silikon(IV) oksida mempunyai takat lebur yang sangat tinggi, iaitu 1710 C. Dalam silikon(IV) oksida, setiap atom silikon diikat secara kovalen kepada 4 atom oksigen dalam bentuk tetrahedron dengan sudut antara ikatan 109.5 . Unit itu diulangi secara tidak terhingga dengan setiap atom oksigen terikat kepada 2 atom silikon untuk membentuk molekul kovalen raksasa seperti struktur berlian. Kaca merupakan bahan pejal sekata, biasanya terbentuk apabila bahan cair tidak berkristal disejukkan dengan cepat, dengan itu tidak memberikan cukup masa untuk jaringan kekisi kristal biasa terbentuk.

4.    Cara Pembuatan Kaca

            Kaca dibuat dengan mencampur pasir dengan abu soda dan kapur atau dengan oksida timah. Bangsa Mesir kuno dianggap sebagai orang-orang pertama yang membuat kaca. Di alam juga ada bahan pembuat kaca, gambarnya seperti ini :
            Tiga bahan dasar dicampur dengan cullet (pecahan kaca), dolomite dan saltcake, kemudian dilelehkan dalam tungku pembakaran. Panas sangat tinggi membuat bahan-bahan itu menyatu dan mencair, lalu keluar tungku dan mengalir ke sebuah ruang yang terapung. Disini, kaca mengapung di atas lelehan timah. Setelah agak mendingin, kaca dialirkan ke pipa air yang dingin. Pendinginan lebih lanjut terjadi dengan penyemprotan air pada kaca yang juga berfungsi memperkuatnya. Bila kaca sudah benar-benar dingin, baru dipotong sesuai kebutuhan.

            Reaksi yang terjadi dalam pembuatan kaca secara ringkas adalah sebagai berikut:
Na₂CO₃ + aSiO₂ à Na₂O.aSiO₂ + CO₂
CaCO₃ + bSiO₂ à CaO.bSiO₂ + CO₂
Na₂SO₄ + cSiO₂ + C à Na₂O.cSiO₂ + SO₂ + SO₂ + CO
            Walaupun saat ini terdapat ribuan macam formulasi kaca yang dikembangkan dalam 30 tahun terakhir ini namun gamping, silika dan soda masih merupakan bahan baku dari 90 persen kaca yang diproduksi di dunia.

Kuarsa (SiO₂), salah satu bentuk polimorfi silika

                Untuk mengubah tekstur kaca biasa, bisa dilakukan dengan campuran bahan lain yang akan mengubah ciri-cirinya. Misalnya, kaca yang dicampur dengan timah hitam akan tampak lebih berkilau, karena indeks pantulannya mengalami peningkatan. Kemudian bila ditambahkan senyawa boron akan memperkuat ciri fisik dan elektriknya sehingga menghasilkan produk kaca yang tahan panas dan disebut dengan pyrec.
            Dengan menambahkan senyawa barium juga akan meningkatkan indeks pantulannya. Sementara itu, untuk kaca yang menyerap tenaga infra digunakan campuran serium. Ada pula yang menambahkan campuran logam oksida yang berfungsi mengubah warna kaca. Penambahan kadar soda atau potasium juga menurunkan titik lebur kaca, atau itu digunakan senyawa mangan untuk menghilangkan warna yang tidak dikehendaki.
            Kaca berwarna dihasilkan dengan cara mencampur sedikit oksida logam peralihan. Misalnya, oksida mangan akan menghasilkan warna ungu, oksida kuprum dan kromium akan memberikan warna hijau, dan oksida kobalt memberikan warna biru. Soda atau sodium karbonat (Na2CO3) dapat menurunkan titik lebur kaca sampai sekitar 1000 derajat Celcius. Bahkan bahan soda menjadikan kaca mudah larut sehingga untuk mengatasinya harus ditambah dengan kapur (kalsium oksida atau CaO).

5.    Sifat-Sifat Kaca

            Kaca memiliki sifat-sifat yang khas dibanding dengan golongan keramik lainnya. Kekhasan sifat-sifat kaca ini terutama dipengaruhi oleh keunikan silika (SiO₂) dan proses pembentukannya.
Beberapa sifat-sifat kaca secara umum adalah:

Ø  Padatan amorf (short range order).

Ø  Berwujud padat tapi susunan atom-atomnya seperti pada zat cair.

Ø  Tidak memiliki titik lebur yang pasti (ada range tertentu)

Ø  Mempunyai viskositas cukup tinggi (lebih besar dari 10¹² Pa.s)

Ø  Transparan, tahan terhadap serangan kimia, kecuali hidrogen fluorida. Karena  itulah kaca banyak dipakai untuk peralatan laboratorium.

Ø  Efektif sebagai isolator.

Ø  Mampu menahan vakum tetapi rapuh terhadap benturan.

6.    Klasifikasi Kaca

Secara umum, kaca komersial dapat dikelompokkan menjadi beberapa golongan:

1.      Silika lebur. Silika lebur atau silika vitreo dibuat melalui pirolisis silikon tetraklorida pada suhu tinggi, atau dari peleburan kuarsa atau pasir murni. Secara salah kaprah, kaca ini sering disebut kaca kuarsa (quartz glass). Kaca ini mempunyai ciri-ciri nilai ekspansi rendah dan titik pelunakan tinggi. Karena itu, kaca ini mempunyai ketahanan termal lebih tinggi daripada kaca lain. Kaca ini juga sangat transparan terhadap radiasi ultraviolet. Kaca jenis inilah yang sering digunakan sebagai kuvet untuk spektrometer UV-Visible yang harganya sekitar dua jutaan per kuvet.

2.      Alkali silikat. Alkali silikat adalah satu-satunya kaca dua komponen yang secara komersial, penting. Untuk membuatnya, pasir dan soda dilebur bersama-sama, dan hasilnya disebut Natrium silikat. Larutan silikat soda juga dikenal sebagai kaca larut air (water soluble glass) banyak dipakai sebagai adhesif dalam pembuatan kotak-kotak karton gelombang serta memberi sifat tahan api.

3.      Kaca soda gamping. Kaca soda gamping (soda-lime glass) merupakan 95 persen dari semua kaca yang dihasilkan. Kaca ini digunakan untuk membuat segala macam bejana, kaca lembaran, jendela mobil dan barang pecah belah.

4.      Kaca timbal. Dengan menggunakan oksida timbal sebagai pengganti kalsium dalam campuran kaca cair, didapatlah kaca timbal (lead glass). Kaca ini sangat penting dalam bidang optik, karena mempunyai indeks refraksi dan dispersi yang tinggi. Kandungan timbalnya bisa mencapai 82% (densitas 8,0, indeks bias 2,2). Kandungan timbal inilah yang memberikan kecemerlangan pada “kaca potong” (cut glass). Kaca ini juga digunakan dalam jumlah besar untuk membuat bola lampu, lampu reklame neon, radiotron, terutama karena kaca ini mempunyai tahanan (resistance) listrik tinggi. Kaca ini juga cocok dipakai sebagai perisai radiasi nuklir.

5.      Kaca borosilikat. Kaca borosilikat biasanya mengandung 10 sampai 20% B₂O₃, 80% sampai 87% silika, dan kurang dari 10% Na₂O. Kaca jenis ini mempunyai koefisien ekspansi termal rendah, lebih tahan terhadap kejutan dan mempunyai stabilitas kimia tinggi, serta tahanan listrik tinggi. Perabot laboratorium yang dibuat dari kaca ini dikenal dengan nama dagang pyrex. Kaca borosilikat juga digunakan sebagai isolator tegangan tinggi, pipa lensa teleskop seperti misalnya lensa 500 cm di Mt. Palomer (AS).

6.      Kaca khusus. Kaca berwarna , bersalut, opal, translusen, kaca keselamatan,fitokrom, kaca optik dan kaca keramik semuanya termasuk kaca khusus. Komposisinya berbeda-beda tergantung pada produk akhir yang diinginkan.

7.      Serat kaca (fiber glass). Serat kaca dibuat dari komposisi kaca khusus, yang tahan terhadap kondisi cuaca. Kaca ini biasanya mempunyai kandungan silika sekitar 55%, dan alkali lebih rendah.

7.    Pemanfaatan Kaca

            Dengan berbagai ciri dan kekhasannya, material kaca dapat diolah menjadi bermacam-macam produk fungsional, seperti peralatan makan dan minum, perkakas rumah tangga, pelengkap interior ruangan hingga sebagai bahan bangunan. Sekarang ini, produk kaca bahkan telah berkembang menjadi barang seni yang berbentuk unik dan menarik.

            Contoh dalam peralatan makan dan minum dapat kita jumpai dalam bentuk gelas, piring, mangkuk. Untuk perkakas rumah tangga misal helm, kaca mobil, barang-barang optik, alat-alat labolatorium, bohlam lampu juga. Hingga sebagai pelengkap dekorasi interior dan bangunan misal jendela kaca, pintu kaca, guci, dan hiasan-hiasan yang lainnya.