Kimia notesnota, bab 5
Kimia Konsumer dan Industri
Notes made with reference toNota dibuat dengan rujukan kepada TextbookBuku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), pageshalaman 164-197
What this chapter coversMatlamat bab ini
- Saya boleh membandingkan beza minyak dan lemak (5.1.1)
- Saya boleh menerangkan proses penukaran lemak tak tepu kepada lemak tepu melalui tindak balas penghidrogenan (5.1.2)
- Saya boleh mewajarkan penggunaan minyak dan lemak dalam kehidupan harian (5.1.3)
- Saya boleh memerihalkan sabun dan detergen (5.2.1)
- Saya boleh menghuraikan proses penyediaan sabun melalui saponifikasi dan penyediaan detergen (5.2.2)
- Saya boleh membandingkan tindakan pencucian sabun dan detergen melalui eksperimen (5.2.3)
- Saya boleh menghuraikan dengan contoh jenis bahan tambah makanan dan fungsinya (5.3.1)
- Saya boleh mewajarkan penggunaan bahan tambah makanan (5.3.2)
- Saya boleh menjelaskan dengan contoh jenis ubat, fungsi dan kesan sampingannya, serta mewajarkan penggunaan ubat (5.4.1, 5.4.2)
- Saya boleh menjelaskan dengan contoh bahan kosmetik dan mewajarkan penggunaannya (5.4.3, 5.4.4)
- Saya boleh menerangkan maksud nanoteknologi dan menghuraikan aplikasinya dengan contoh dalam kehidupan harian (5.5.1, 5.5.2)
- Saya boleh menerangkan dengan contoh Teknologi Hijau dan menghuraikan aplikasinya dalam sektor pengurusan sisa dan air sisa industri (5.6.1, 5.6.2)
- Saya boleh mewajarkan aplikasi Teknologi Hijau dalam kehidupan (5.6.3)
5.1Minyak dan lemak
Minyak dan lemak ialah ester yang terhasil melalui tindak balas pengesteran antara asid lemak dan gliserol (propan-1,2,3-triol). Satu molekul gliserol bertindak balas dengan tiga molekul asid lemak, maka minyak dan lemak juga dipanggil trigliserida. (5.1.1)
Asid lemak ialah asid karboksilik berantai karbon yang sangat panjang (contoh: asid palmitik, asid stearik, asid linoleik). Jenis asid lemak yang terlibat menentukan sama ada hasilnya minyak atau lemak. R1, R2 dan R3 dalam molekul ialah bahagian rantai hidrokarbon asid lemak dan boleh sama atau berbeza.
| Aspek | Minyak | Lemak |
|---|---|---|
| Sumber | Tumbuhan | Haiwan |
| Sifat fizik pada suhu bilik | Cecair | Pepejal |
| Takat lebur | Rendah | Tinggi |
| Kandungan asid lemak | Peratus asid lemak tak tepu yang tinggi | Peratus asid lemak tepu yang tinggi |
| Contoh | Minyak sawit | Mentega |
Minyak dan lemak tergolong dalam siri homolog yang sama, iaitu ester. Perbezaannya terletak pada jenis asid lemak, bukan pada siri homolog.
Lemak tepu dan lemak tak tepu
- Lemak tepu mengandungi asid lemak tepu: hanya ikatan tunggal dalam rantai karbon (contoh: asid palmitik, asid laurik, asid stearik).
- Lemak tak tepu mengandungi asid lemak tak tepu: sekurang-kurangnya satu ikatan ganda dua C=C dalam rantai karbon (contoh: asid oleik, asid linoleik, asid linolenik).
- Kehadiran ikatan ganda dua menyebabkan takat lebur rendah, maka lemak tak tepu wujud sebagai cecair.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 167.
Penghidrogenan: lemak tak tepu kepada lemak tepu
Gas hidrogen, H2, disalurkan ke dalam minyak yang panas dengan kehadiran logam nikel, Ni, sebagai mangkin. Ikatan ganda dua pada rantai karbon "terbuka" dan atom hidrogen ditambah pada rantai karbon.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 167.
Akibat penghidrogenan (5.1.2)Penambahan atom hidrogen menyebabkan jisim molekul bertambah dan takat lebur meningkat. Inilah sebab marjerin, yang dibuat daripada minyak, berupa pepejal pada suhu bilik.
Contoh: isi padu hidrogen yang diperlukanSatu molekul trigliserida dalam Rajah 5.3 mempunyai 3 ikatan C=C dan bertindak balas dengan 3 molekul H2. Maka 1 mol trigliserida memerlukan 3 mol H2.
Bagi 0.50 mol trigliserida: bilangan mol H2 = 0.50 × 3 = 1.5 mol.
Isi padu H2 pada keadaan bilik (1 mol = 24 dm3) = 1.5 × 24 = 36 dm3.
Bagi 0.50 mol trigliserida: bilangan mol H2 = 0.50 × 3 = 1.5 mol.
Isi padu H2 pada keadaan bilik (1 mol = 24 dm3) = 1.5 × 24 = 36 dm3.
Penggunaan minyak dan lemak dalam kehidupan (5.1.3)
| Penggunaan | Penerangan |
|---|---|
| Sumber nutrisi | Membekalkan tenaga dan membantu tubuh menyerap vitamin A, D, E dan K |
| Bahan api bio | Menghasilkan biodiesel untuk kenderaan yang menggunakan enjin diesel |
| Sabun dan bahan penjagaan diri | Bahan utama dalam penghasilan sabun; pelembap kulit turut menggunakan minyak |
| Makanan haiwan | Menghasilkan makanan ternakan bagi melengkapkan keperluan nutrisi |
Pengambilan minyak dan lemak secara berlebihan boleh menyumbang kepada masalah jantung dan obesiti. Risiko arteriosklerosis (pengerasan arteri) lebih tinggi jika lemak berlebihan diambil bersumberkan haiwan atau lemak tepu.
Minyak kelapa dara mengandungi kira-kira 8% asid lemak tak tepu, manakala minyak kelapa sawit mengandungi sehingga 50%. Minyak yang manakah lebih tahan lama dan tidak mudah rosak? Terangkan.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Minyak kelapa dara. Peratus asid lemak tak tepu (ikatan ganda dua C=C) lebih rendah, jadi kurang C=C yang mudah dioksidakan oleh oksigen di udara, maka minyak tidak mudah rosak (tengik).
5.2Bahan pencuci
Sabun ialah garam natrium atau kalium bagi asid lemak, dengan formula am RCOO−Na+ atau RCOO−K+. Detergen ialah bahan pencuci yang bukan sabun, iaitu garam natrium bagi asid sulfonik. (5.2.1)
R ialah kumpulan alkil dengan sekurang-kurangnya 8 atom karbon; kebiasaannya 12 hingga 20 atom karbon. R boleh terdiri daripada hidrokarbon tepu atau tak tepu.
| Sabun | Formula kimia | Asid lemak | Sumber |
|---|---|---|---|
| Natrium laurat | CH3(CH2)10COONa | Asid laurik | Minyak kelapa |
| Natrium palmitat | CH3(CH2)14COONa | Asid palmitik | Minyak sawit |
Detergen biasanya dibuat daripada pecahan petroleum. Dua kumpulan umum detergen ialah natrium alkil sulfat, R–O–SO3−Na+, dan natrium alkilbenzena sulfonat, R–C6H4–SO3−Na+.
Penyediaan sabun: saponifikasi (5.2.2)
Saponifikasi ialah proses hidrolisis minyak atau lemak oleh alkali pekat (larutan NaOH atau KOH) untuk menghasilkan gliserol dan garam asid lemak (sabun).
Persamaan am saponifikasiMinyak/lemak + alkali pekat → sabun + gliserol
Natrium hidroksida menghasilkan sabun natrium; kalium hidroksida menghasilkan sabun kalium. Satu molekul trigliserida bertindak balas dengan 3 NaOH untuk menghasilkan 1 gliserol dan 3 sabun.
Natrium hidroksida menghasilkan sabun natrium; kalium hidroksida menghasilkan sabun kalium. Satu molekul trigliserida bertindak balas dengan 3 NaOH untuk menghasilkan 1 gliserol dan 3 sabun.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 171.
Contoh: jisim sabun daripada asid stearikAsid stearik, C17H35COOH, ditindak balaskan dengan natrium hidroksida:
C17H35COOH + NaOH → C17H35COONa + H2O
Jisim molar asid stearik = 18(12) + 36(1) + 2(16) = 284 g mol−1; 2.84 g = 0.010 mol.
Nisbah mol 1 : 1, maka 0.010 mol natrium stearat terbentuk. Jisim molar C17H35COONa = 284 − 1 + 23 = 306 g mol−1.
Jisim natrium stearat = 0.010 × 306 = 3.06 g.
C17H35COOH + NaOH → C17H35COONa + H2O
Jisim molar asid stearik = 18(12) + 36(1) + 2(16) = 284 g mol−1; 2.84 g = 0.010 mol.
Nisbah mol 1 : 1, maka 0.010 mol natrium stearat terbentuk. Jisim molar C17H35COONa = 284 − 1 + 23 = 306 g mol−1.
Jisim natrium stearat = 0.010 × 306 = 3.06 g.
Penyediaan detergen
Detergen dihasilkan melalui dua proses: (a) pensulfonan atau pensulfatan dan (b) peneutralan.
| Detergen | Proses pertama | Proses kedua (peneutralan dengan NaOH) |
|---|---|---|
| Natrium alkilbenzena sulfonat | Pensulfonan: alkilbenzena + H2SO4 pekat → asid alkilbenzena sulfonik + H2O | Asid alkilbenzena sulfonik + NaOH → natrium alkilbenzena sulfonat + H2O |
| Natrium alkil sulfat | Pensulfatan alkohol: alkohol rantai panjang + H2SO4 pekat → alkil hidrogen sulfat + H2O | Alkil hidrogen sulfat + NaOH → natrium alkil sulfat + H2O |
Tindakan pencucian sabun dan detergen
Dalam air, sabun atau detergen mengion kepada anion (anion sabun atau anion detergen) dan kation (ion Na+ atau K+). Anion mempunyai dua bahagian: bahagian hidrofilik yang larut dalam air (COO− atau OSO3−) dan bahagian hidrofobik (rantai hidrokarbon) yang larut dalam minyak atau gris. Kedua-dua sifat ini menjadikannya agen pengemulsi yang berkesan.
- Sabun atau detergen mengurangkan ketegangan permukaan air, maka air lebih mudah membasahi permukaan kain.
- Sabun atau detergen mengion dan menghasilkan anion yang bergerak bebas.
- Bahagian hidrofilik larut di dalam air; bahagian hidrofobik larut di dalam gris.
- Gosokan dan pergerakan air menyebabkan gris tertanggal daripada kain.
- Bahagian hidrofilik mengelilingi gris dan gris terapung di permukaan air.
- Gris berpecah kepada titisan kecil. Titisan itu tidak bergabung semula kerana tolakan sesama cas negatif, terampai dalam air dan membentuk emulsi; apabila dibilas, kain menjadi bersih.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 173.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 174.
Perbandingan keberkesanan sabun dan detergen (5.2.3)
Air yang mengandungi ion Ca2+ dan Mg2+ dipanggil air liat. Anion sabun bergabung dengan kation ini membentuk garam tak larut, iaitu kekat, lalu sabun terbazir kerana lebih banyak sabun perlu digunakan. Garam kalsium dan magnesium bagi detergen larut dalam air.
Persamaan ion pembentukan kekat2CH3(CH2)16COO−(ak) + Ca2+(ak) → [CH3(CH2)16COO]2Ca(p)
2CH3(CH2)16COO−(ak) + Mg2+(ak) → [CH3(CH2)16COO]2Mg(p)
Bagi detergen: 2ROSO3−(ak) + Ca2+(ak) → (ROSO3)2Ca(ak), garam larut.
2CH3(CH2)16COO−(ak) + Mg2+(ak) → [CH3(CH2)16COO]2Mg(p)
Bagi detergen: 2ROSO3−(ak) + Ca2+(ak) → (ROSO3)2Ca(ak), garam larut.
Contoh: jisim kekat0.020 mol anion stearat bertindak balas dengan Ca2+ berlebihan. Nisbah anion : kekat = 2 : 1, maka kekat = 0.010 mol.
Jisim molar (C17H35COO)2Ca = 2(283) + 40 = 606 g mol−1, maka jisim kekat = 0.010 × 606 = 6.06 g.
Jisim molar (C17H35COO)2Ca = 2(283) + 40 = 606 g mol−1, maka jisim kekat = 0.010 × 606 = 6.06 g.
| Jenis air | Sabun | Detergen |
|---|---|---|
| Air lembut | Berkesan sebagai agen pencuci | Berkesan sebagai agen pencuci |
| Air liat | Kurang berkesan kerana membentuk kekat | Lebih berkesan kerana tidak membentuk kekat |
| Air berasid | Tidak berkesan kerana membentuk asid organik yang tidak larut | Berkesan kerana membentuk asid organik yang larut |
Eksperimen 5A membandingkan keberkesanan sabun dan detergen dalam air liat. Pemboleh ubah dimanipulasikan: jenis agen pencuci (sabun atau detergen); pemboleh ubah bergerak balas: tahap kebersihan kain; pemboleh ubah dimalarkan: isi padu dan jenis air liat, jenis kain dan kotoran, jisim agen pencuci, masa mencuci.
Bahan tambah dalam detergen
| Bahan tambah | Fungsi | Contoh |
|---|---|---|
| Enzim biologi | Menanggalkan kotoran berprotein seperti darah, susu dan gula | Amilase, protease, selulase, lipase |
| Agen pemutih | Menukar kotoran kepada bahan tanpa warna | Natrium perborat, natrium hipoklorit |
| Pemutih optik | Menjadikan kain lebih putih dan lebih cerah | Pewarna pendafluor |
| Pelembut air dan pembina | Meningkatkan keberkesanan detergen dengan melembutkan air | Natrium tripolifosfat |
| Agen pengawal buih | Mengawal pembuihan di dalam detergen | Alkil monoetanolamida |
| Agen antienapan | Menghalang kotoran yang dikeluarkan daripada melekat semula | Natrium karboksilmetilselulosa |
| Bahan pewangi | Menambahkan kewangian detergen dan fabrik | Melur dan lavender |
| Agen pengering | Memastikan serbuk detergen sentiasa kering | Natrium sulfat, natrium silikat |
Seorang murid mencuci baju bergris dengan sabun dalam air liat dan mendapati ada pepejal putih. Namakan pepejal itu dan terangkan mengapa lebih banyak sabun diperlukan.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Kekat (kalsium stearat atau magnesium stearat). Anion sabun bergabung dengan ion Ca2+/Mg2+ dan terbazir, jadi anion yang tinggal untuk membersihkan gris berkurang; lebih banyak sabun diperlukan.
5.3Bahan tambah makanan
Bahan tambah makanan ialah bahan semula jadi atau sintetik yang ditambahkan pada makanan untuk menghalang kerosakan atau untuk memperbaiki rupa bentuk, rasa atau tekstur. (5.3.1)
Kementerian Kesihatan menguatkuasakan Akta Makanan 1983 dan Peraturan-peraturan Makanan 1985 supaya makanan yang dijual selamat dimakan dan label tidak mengelirukan pengguna.
| Jenis | Fungsi | Contoh |
|---|---|---|
| Pengawet | Menghalang atau melambatkan pertumbuhan bakteria atau kulat supaya makanan tahan lebih lama | Garam (ikan kering), gula (jem), cuka (jeruk), natrium benzoat (roti), natrium nitrit (sosej), sulfur dioksida (buah kering) |
| Pengantioksida | Melambatkan pengoksidaan lemak; mencegah makanan berminyak atau berlemak menjadi tengik | Asid askorbik (vitamin C), asid sitrik, tokoferol (vitamin E) dalam marjerin |
| Perisa | Menggantikan rasa yang hilang semasa pemprosesan; menambahkan rasa atau bau harum | MSG dalam mi segera; aspartam, sorbitol, stevia (pemanis); propil etanoat (perisa pir), etil butanoat (perisa nanas) |
| Penstabil | Memberikan tekstur yang sekata dan licin | Pektin (jem), agar-agar |
| Pengemulsi | Membaurkan dua cecair yang tidak bercampur untuk menghasilkan emulsi | Monogliserida atau digliserida (mentega kacang), lesitin (coklat) |
| Pemekat | Memekatkan cecair | Kanji, gelatin, gam akasia, gam xantan |
| Pewarna | Menambah atau mengembalikan warna supaya makanan kelihatan menarik | Sebatian azo (kuning, merah, perang, hitam), sebatian trifenil (hijau, biru, lembayung), karamel (perang) |
Pengawet menghalang mikroorganisma (bakteria, kulat); pengantioksida menghalang pengoksidaan lemak oleh oksigen. Jangan sama-samakan keduanya.
Mewajarkan penggunaan bahan tambah makanan (5.3.2)
- Mengapa digunakan: tanaman dan buah bermusim dapat dinikmati sepanjang tahun, makanan kekal segar lebih lama, kelihatan lebih menarik dan rasa lebih sedap.
- Kesan buruk jika berlebihan: alahan, gangguan saraf, kanser, asma, ruam dan hiperaktif pada kanak-kanak.
- Pengeluar makanan mesti mematuhi kuantiti bahan tambah yang dibenarkan supaya kesihatan pengguna tidak terjejas. Pengguna wajar membaca label.
Lesitin dalam coklat dan tokoferol dalam marjerin ialah jenis bahan tambah makanan yang manakah? Nyatakan fungsi masing-masing.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Lesitin: pengemulsi, membaurkan dua cecair yang tidak bercampur untuk menghasilkan emulsi. Tokoferol: pengantioksida, melambatkan pengoksidaan lemak supaya marjerin tidak tengik.
5.4Ubat-ubatan dan bahan kosmetik
Ubat ialah bahan kimia yang digunakan untuk membantu kita merawat atau mencegah penyakit. Ubat dibahagikan kepada ubat tradisional dan ubat moden. Ubat selamat jika diambil dengan betul; penyalahgunaan ubat memudaratkan diri. (5.4.1)
Ubat tradisional
Diperoleh daripada tumbuhan herba atau haiwan dan tidak diproses secara kimia. Contohnya disediakan dengan menghancurkan bahagian tumbuhan atau merebusnya untuk mendapatkan patinya.
| Tumbuhan | Kegunaan |
|---|---|
| Halia (Zingiber officinale) | Menyingkirkan angin dalam badan, mencegah selesema, membantu memanaskan badan |
| Lidah buaya (Aloe barbadensis miller) | Merawat penyakit kulit, melegakan luka pada kulit akibat melecur atau terbakar |
| Ginseng (Panax ginseng) | Membina pertahanan badan terhadap jangkitan; merendahkan tekanan darah dan paras kolesterol |
| Asam jawa (Tamarindus indica) | Jus buahnya melegakan batuk; mencerahkan kulit |
Ubat moden
| Jenis dan contoh | Fungsi | Cara penggunaan dan kesan sampingan |
|---|---|---|
| Analgesik: aspirin, parasetamol, kodeina | Aspirin dan parasetamol melegakan sakit dalam keadaan sedar; kodeina melegakan sakit, rawatan batuk dan cirit-birit | Ikut preskripsi doktor. Aspirin bersifat asid, tidak sesuai bagi pesakit gastrik atau kanak-kanak (ulser perut). Parasetamol berlebihan merosakkan hati. Kodeina menyebabkan rasa mengantuk |
| Antimikrob: antibiotik (penisilin, streptomisin), antiseptik (hidrogen peroksida, iodin, asid borik), disinfektan (alkohol, formaldehid) | Antibiotik membunuh atau merencatkan pertumbuhan bakteria; antiseptik pada bahagian luar badan; disinfektan memusnahkan patogen pada objek bukan hidup | Antibiotik mesti dihabiskan, jika tidak bakteria menjadi imun dan penyakit berulang. Antiseptik disapu pada luaran sahaja dan tidak dimakan. Alahan penisilin boleh membawa maut |
| Ubat psikotik: haloperidol, klorpromazin, klozapin | Merawat psikosis (gejala penyakit mental) | Atas preskripsi doktor. Pergerakan muka dan badan tidak normal, kejang dan menggeletar |
| Antialergi: antihistamin | Melegakan hidung berair dan kegatalan | Atas preskripsi doktor. Mengantuk; mulut kering, gangguan penglihatan dan sembelit pada dos tinggi |
| Kortikosteroid: betamethasone valerate, prednisolone | Melegakan kawasan yang radang; mengurangkan bengkak, kemerahan, gatal, tindak balas alergi, asma dan artritis | Atas preskripsi doktor. Jangka panjang: muka sembap (moon face), tekanan darah tinggi dan kandungan gula darah meningkat |
Mewajarkan penggunaan ubat (5.4.2)
- Ubat moden menjalani ujian klinikal sebelum digunakan; kebanyakan ubat tradisional tidak mempunyai data kajian untuk menentusahkan keberkesanan dan dos yang betul, maka pemantauan dan dos mesti berhati-hati.
- Dos yang tidak tepat memberikan kesan tidak sepatutnya dan boleh menjurus kepada penyalahgunaan, termasuk ubat tradisional (contoh: kegagalan fungsi hati dan buah pinggang, ketagihan kodeina, rintangan antibiotik).
- Akta Perubatan Tradisional dan Komplementari 2016 memastikan rawatan tradisional memenuhi kriteria kerajaan. Bahagian Regulatori Farmasi Negara menyelia kualiti dan keselamatan ubat dan kosmetik.
Aida sakit kepala. Jenis ubat moden yang manakah sesuai? Beri satu contoh.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Analgesik, contohnya parasetamol.
Kosmetik (5.4.3, 5.4.4)
Kosmetik ialah bahan atau produk yang digunakan secara luaran untuk membersih, melindungi atau mencantikkan penampilan seseorang.
| Bahan asas | Fungsi | Contoh |
|---|---|---|
| Air | Bahan pelarut | |
| Pengemulsi | Membentuk campuran homogen antara air dan minyak | Lesitin, asid stearik |
| Pemekat | Memekatkan produk kosmetik | Gliserin, gam xantan |
| Pewarna | Memberikan warna yang menarik | Ferum(III) oksida |
| Pelembap | Mengekalkan kelembapan bahan kosmetik | Gliserin, natrium laktat |
| Pewangi | Memberikan aroma yang menyenangkan | Minyak pati |
| Pengawet | Mengelakkan kerosakan kosmetik | Paraben, formaldehid |
- Jenis kosmetik: kosmetik rias (bedak, gincu, pensel alis, pemerah pipi), kosmetik perawatan (krim, pelembap kulit, masker muka) dan pewangi (deodoran, minyak wangi).
- Kosmetik di Malaysia tertakluk kepada Peraturan-peraturan Kawalan Dadah dan Kosmetik 1984.
- Kosmetik buatan sendiri: mudah dihasilkan, selamat dan tiada bahan kimia berbahaya, kos murah. Kosmetik komersial: ada yang mempunyai kesan sampingan berbahaya, bahan kimia berbahaya dimasukkan secara tidak sah, iklan dibesar-besarkan.
| Bahan kimia terlarang | Kesan sampingan |
|---|---|
| Merkuri | Kulit merengsa; kerosakan buah pinggang dan sistem saraf jika diserap ke dalam salur darah |
| Hidrokuinon | Kulit hipersensitif; pengurangan pigmentasi menyebabkan pendedahan kulit kepada sinar UV yang berlebihan |
| Betamethasone valerate | Kulit merengsa dan perubahan pigmentasi kulit |
| Tretinoin | Kulit kemerahan dan mengelupas (krim jerawat) |
Pengguna harus memastikan kosmetik yang dibeli berdaftar dengan Bahagian Regulatori Farmasi Negara.
Bahan seperti merkuri dan hidrokuinon biasanya dimasukkan secara tidak sah ke dalam krim pemutih. Jangan beli krim yang tiada nombor pendaftaran.
5.5Aplikasi nanoteknologi dalam industri
Nanosains ialah kajian pengolahan bahan-bahan pada skala nano, iaitu antara 1 nanometer hingga 100 nanometer. Nanoteknologi ialah pembangunan bahan atau peranti dengan memanfaatkan ciri-ciri zarah nano. (5.5.1)
1 nm = 10−9 m. Istilah nanoteknologi mula diperkenalkan oleh Profesor Norio Taniguchi pada tahun 1974.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 187.
Contoh: tukaran unit dan perbandingan saiz1 µm = 1 000 nm.
Virus 1 µm = 1 000 nm, zarah nano emas = 10 nm: 1 000 ÷ 10 = 100 kali lebih besar.
Sel darah merah 5 µm = 5 × 1 000 = 5 000 nm, iaitu lebih daripada 100 nm, maka bukan bahan nano.
Tiub karbon nano berdiameter 5 nm berada dalam julat 1 nm hingga 100 nm, maka ialah bahan nano.
Virus 1 µm = 1 000 nm, zarah nano emas = 10 nm: 1 000 ÷ 10 = 100 kali lebih besar.
Sel darah merah 5 µm = 5 × 1 000 = 5 000 nm, iaitu lebih daripada 100 nm, maka bukan bahan nano.
Tiub karbon nano berdiameter 5 nm berada dalam julat 1 nm hingga 100 nm, maka ialah bahan nano.
Aplikasi nanoteknologi dalam kehidupan (5.5.2)
| Bidang | Contoh |
|---|---|
| Semikonduktor dan elektronik | Semikonduktor yang lebih kecil dan efisien; sistem pendawaian dengan konduktiviti tinggi |
| Tenaga dan elektrik | Sel solar yang lebih efisien dan lebih kecil; bateri yang lebih tahan lama |
| Tekstil | Fabrik kalis air, api dan kotoran; fabrik pelindung sinar UV dan anti kedut |
| Perubatan | Peranti ujian yang lebih sensitif; sistem penyampaian ubat yang lebih berkesan |
| Pertanian | Racun perosak yang lebih efektif; pembajaan yang lebih cekap dan menyeluruh |
| Makanan | Bahan tambah makanan berskala nano; pembungkus makanan antimikrob |
| Kosmetik | Zarah nano sangat kecil, mudah menembusi lapisan kulit; salutan permukaan yang sekata |
Grafen
Grafen ialah salah satu alotrop karbon selain berlian dan grafit; ia ialah satu helaian atom karbon yang terikat secara kovalen dalam susunan heksagon. Grafen berjaya diasingkan daripada grafit pada tahun 2004 oleh Andre Geim dan Konstantin Novoselov (Anugerah Nobel 2010). Helaian grafen boleh menghasilkan grafit, tiub karbon nano dan bebola fulerena.
Rajah daripada buku teks Kimia Tingkatan 5 (KSSM), m.s. 189.
- Sifat fizik: kuat dan keras, lutsinar, pengalir haba dan elektrik yang baik, rintangan elektrik sangat rendah, bersifat tidak telap, kenyal.
- Sifat kimia: helaian grafen terbakar pada suhu lebih rendah daripada grafit; alotrop karbon yang paling reaktif; grafen oksida digunakan sebagai mangkin.
| Kegunaan grafen | Sebab |
|---|---|
| Elektronik | Susunan atom menjadikannya konduktor yang unggul |
| Sensor | Luas permukaan yang tinggi |
| Bioperubatan | Sensor, kejuruteraan tisu, sistem penyampaian ubatan |
| Polimer dan komposit | Kekuatan mekanikal yang tinggi, sesuai sebagai bahan komposit polimer |
| Membran | Penurasan air; pemisahan air daripada campuran gas |
| Tenaga | Bateri lebih tahan lama, fleksibel dan kuat; superkapasitor |
Nyatakan julat saiz zarah nano dan berikan satu sebab grafen sesuai sebagai bahan komposit polimer.
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
1 nm hingga 100 nm. Grafen mempunyai kekuatan mekanikal yang tinggi, maka ia menguatkan komposit polimer.
5.6Aplikasi Teknologi Hijau dalam pengurusan sisa industri
Teknologi Hijau ialah teknologi atau aplikasi yang dibangunkan untuk mengurangkan impak aktiviti manusia terhadap alam sekitar. (5.6.1)
Dasar Teknologi Hijau Kebangsaan diperkenalkan pada tahun 2009. Pusat Perubahan Iklim dan Teknologi Hijau Malaysia (GreenTech Malaysia) ialah agensi kerajaan yang mempromosikan program dan insentif Teknologi Hijau. Sektor utama: bekalan tenaga (solar, hidro, geoterma, angin), pengangkutan (bahan api alternatif), bangunan (bahan binaan mesra alam, jimat tenaga), pengurusan sisa dan air sisa (kitar semula, kaedah olahan larutlesapan tapak pelupusan), pertanian dan perhutanan (baja kompos), dan industri (alatan cekap tenaga).
Pengurusan sisa pepejal (5.6.2)
Sisa pepejal dikumpulkan, diasingkan, dikitar semula, dikomposkan (sisa organik), dibakar (penunuan) atau dilupuskan di tapak pelupusan. Teknologi Hijau digunakan dalam pengomposan, kitar semula, pengumpulan gas metana dan olahan larutlesapan tapak pelupusan. Larutlesapan ialah cecair tercemar yang terhasil daripada penelusan air melalui bahan buangan pepejal.
Pengurusan air sisa industri
Air sisa industri mungkin mengandungi akrilonitril, metilbenzena, toluena dan logam berat seperti arsenik, merkuri dan plumbum. Bahan ini sukar terurai secara biologi, maka perlu olahan yang lebih sistematik.
Olahan air sisa secara elektro-penggumpalanMenggunakan prinsip elektrolisis: air sisa ialah elektrolit dan elektrod karbon atau kuprum digunakan. Bahan pencemar membentuk gumpalan (flok) dan diasingkan sebagai enapcemar.
- Air sisa dipam masuk.
- Pengasingan sisa pepejal.
- Proses elektro-penggumpalan.
- Pengasingan pepejal dan air sisa.
- Pengumpulan enapcemar.
- Rawatan lanjut air sisa.
- Pelepasan efluen ke sumber air.
Enapcemar yang dirawat dengan betul boleh digunakan sebagai baja dalam pertanian atau dilupuskan mengikut komposisinya. Air sisa yang sudah diolah boleh digunakan semula untuk pengairan tanaman atau dilepaskan sebagai efluen.
Kepentingan Teknologi Hijau (5.6.3)
Sumber tenaga yang lebih bersih; pengurusan sisa buangan yang lebih berkesan; kualiti hidup meningkat; memacu inovasi baharu; membantu memperlahankan pemanasan global (mengurangkan pelepasan gas rumah hijau dan jejak karbon).
Mengapakah larutlesapan tapak pelupusan perlu diolah sebelum dilepaskan?
Tunjukkan jawapanSembunyikan jawapan
Larutlesapan ialah cecair tercemar yang mengandungi bahan berbahaya; jika tidak diolah, ia mencemarkan sumber air dan mengancam kesihatan awam.