Mengapa dulu lebih mahal daripada emas?
Aluminium adalah unsur ketiga paling melimpah di kerak bumi, setelah oksigen dan silikon, dan yang pertama di antara logam dengan sekitar 8 % menurut massa.
Pada pertengahan abad XIX ia berharga lebih mahal per gram daripada emas.
Pertentangan antara kelimpahan dan ketersediaan dijelaskan oleh satu angka. Aluminium mengikat oksigen dengan kekuatan luar biasa: entalpi pembentukan Al₂O₃ sekitar −1 676 kJ/mol. Memisahkan keduanya menuntut penyediaan energi sebesar itu, dan tidak ada pereduksi biasa yang mampu.
Karbon mereduksi besi oksida dalam tanur tiup tanpa kesulitan. Terhadap alumina ia praktis tak berbuat apa-apa pada suhu yang dapat dicapai.
Sampai 1886, aluminium diperoleh dengan mereaksikan aluminium klorida dengan natrium logam, yang pembuatannya sendiri mahal. Hasilnya beberapa kilogram per tahun dengan harga logam mulia.
Puncak Monumen Washington, yang dipasang pada 1884, adalah sepotong aluminium seberat sekitar 2,8 kilogram. Ia dipilih karena asing dan mahal, dan dipamerkan di Tiffany’s sebelum dipasang.
Apa yang berubah pada 1886?
Dua pemuda berusia dua puluh dua tahun, di dua benua, memecahkan persoalan itu pada tahun yang sama dan dengan cara yang sama tanpa saling mengenal: Charles Martin Hall di Ohio dan Paul Héroult di Prancis. Keduanya lahir pada 1863 dan keduanya wafat pada 1914.
Gagasannya adalah melarutkan alumina dalam kriolit cair, Na₃AlF₆, lalu mengelektrolisis larutannya. Alumina sendirian melebur pada 2 072 °C, suhu yang tak terjangkau; terlarut dalam kriolit, bak kerjanya berada pada sekitar 960 °C.
Pada katode mengendap aluminium cair, yang menumpuk di dasar sel dan disadap berkala. Pada anode karbon dilepaskan oksigen, yang membakar anodenya sendiri sehingga harus terus diganti.
Harga aluminium jatuh dari sekitar 17 dolar per pon pada 1884 menjadi kurang dari 40 sen pada 1893. Logam mulia berubah menjadi bahan kemasan dalam waktu kurang dari sepuluh tahun.
⚠️ Prosesnya boros listrik: 13 sampai 15 kWh per kilogram. Karena itu peleburan didirikan di dekat pembangkit listrik tenaga air, dan karena itu Islandia, Norwegia, dan Kanada memproduksi aluminium meski tidak memiliki bauksit.
Bahan bakunya tiba lewat jalur lain: proses Bayer melarutkan bauksit dalam soda panas untuk memisahkan alumina dari pengotor besi, yang tertinggal sebagai lumpur merah. Limbah itu, yang sangat basa dan dihasilkan dalam jumlah besar, adalah salah satu persoalan lingkungan industri ini yang belum terselesaikan.
Mengapa ia tidak berkarat?
Aluminium sangat reaktif secara termodinamika. Potensial elektrodenya −1,66 V, jauh lebih negatif daripada besi. Ia seharusnya berkarat lebih cepat, bukan lebih lambat.
Yang terjadi adalah ia berkarat seketika lalu berhenti. Saat menyentuh udara ia membentuk lapisan oksida setebal 2 sampai 10 nanometer. Lapisan itu padat, tidak berpori, dan volumenya kira-kira sama dengan logam yang dimakannya, sehingga ia tidak retak maupun mengelupas.
Hasilnya adalah penghalang sinambung yang mengasingkan logam dari oksigen. Jika tergores, ia pulih seketika.
Anodisasi memanfaatkan mekanisme itu. Dengan mencelupkan benda ke dalam asam dan mengutubkannya sebagai anode, lapisannya tumbuh sampai puluhan mikrometer. Lapisan hasil anodisasi berpori sebelum disegel, yang memungkinkan pemasukan zat warna: benda aluminium berwarna itu dianodisasi, bukan dicat.
⚠️ Perlindungannya gagal terhadap klorida. Ion klorida menembus selaputnya pada titik lemah dan menimbulkan korosi sumuran, serangan setempat yang dalam. Karena itu aluminium berperilaku buruk di lingkungan laut tanpa perlindungan tambahan.
Ia juga gagal dalam suasana sangat basa, karena aluminium oksida bersifat amfoter dan larut dalam soda. Pembersih basa menyerang aluminium.
Untuk apa ia dipakai?
Pemakaian terbesar adalah transportasi, tempat bobot menentukan.
Pesawat niaga sebagian besar aluminium, umumnya paduan seri 2000 dengan tembaga atau seri 7000 dengan seng, yang mencapai kekuatan sebanding baja konstruksi dengan sepertiga kerapatannya.
Dalam otomotif, mengganti baja dengan aluminium menurunkan bobot kendaraan dan dengannya konsumsi bahan bakar, meski memperbesar biaya perbaikan karena aluminium tidak dilas dengan peralatan yang sama.
Kemasan adalah tujuan besar lainnya. Kaleng minuman adalah karya rekayasa yang mengesankan: dindingnya setebal kurang dari 0,1 mm dan menahan enam atmosfer tekanan dalam. Aluminium foil, setebal sekitar 0,016 mm, adalah penghalang mutlak terhadap cahaya, oksigen, dan lembap, sifat yang tak ditandingi plastik mana pun.
Dalam konstruksi ia dipakai pada kusen dan fasad, dan dalam kelistrikan pada saluran tegangan tinggi, tempat keringanannya mengimbangi daya hantarnya yang lebih rendah.
Apakah aluminium berbahaya?
Lapisan oksidanya membuat sangat sedikit aluminium berpindah ke makanan dalam pemakaian biasa. Makanan asam yang dimasak lama dalam aluminium telanjang memindahkan lebih banyak, dan peralatan yang dianodisasi lebih sedikit.
Kekhawatiran masyarakat berasal dari sebuah kajian tahun enam puluhan yang menemukan aluminium dalam plak otak penderita Alzheimer. Puluhan tahun penelitian setelahnya tidak menegakkan hubungan sebab-akibat, dan hipotesisnya kini dianggap kurang didukung: aluminium yang ditemukan kemungkinan akibat dan bukan sebab.
Keracunan yang nyata dan terdokumentasi menimpa orang dengan gagal ginjal berat, yang tidak mengeluarkan aluminium dengan baik. Ensefalopati dialisis, yang disebabkan aluminium dalam air mesinnya, adalah persoalan serius pada tahun tujuh puluhan dan terselesaikan dengan memurnikan airnya.
Pada populasi umum, aluminium yang tertelan diserap dalam jumlah sangat kecil dan dikeluarkan lewat ginjal tanpa kesulitan.