Kimia dan Fisika Kantong Udara

Kimia dan Fisika Kantong Udara
Kantong udara ternyata tidak seperti balon udara biasa. Ada reaksi yang bekerja di dalamnya. Ini dia kantong yang penting untuk meminimalkan risiko kecelakaan.
Kecelakaan di jalan raya sering menelan banyak nyawa. Kebanyakan karena faktor manusia. Namun, ada juga yang disebabkan oleh faktor peralatan pada kendaraan. Melengkapi peralatan standar mobil setidaknya bisa mengurangi risiko tinggi. Di mobil kita sabuk pengaman dan kantong udara adalah pengaman-pengaman yang wajib ada.
Sudahkah kita selalu kenakan? Sudahkah kita tahu cara kerjanya? Paparan di bawah ini mengajak teman-teman untuk memahami kimia dan fisika di balik kantong udara.

Hukum Newton dan pengamanan
Tentu kita sudah paham betul hukum Newton I yang intinya suatu benda akan cenderung tetap pada kecepatan yang sama (yang diam akan tetap diam, yang bergerak dengan kecepatan tertentu akan tetap bergerak dengan kecepatan itu), kecuali ada gaya luar yang mempengaruhi.
Nah, saat terjadi tabrakan, hukum ini jelas berlaku. Saat sebelum terjadi tabrakan, orang yang ada di kendaraan bergerak dengan kecepatan tertentu-akibat mobilnya bergerak. Sesaat setelah tabrakan terjadi, orang tadi tentu akan bertabrakan dengan bagian mobil di hadapannya, bagi sopir tentu setirnya, dan akhirnya berhenti bergerak. Jadi, pasti ada gaya yang bekerja pada orang itu.
Kecelakaan parah terjadi bila kendaraan bertabrakan saat kecepatan tinggi karena perubahan kecepatan besar yang berarti gaya yang bekerja pada orang besar.
Untuk meminimalkan cedera akibat tumbukan itu, kantong udara dan sabuk pengaman digunakan. Kantong udara melakukannya dengan memberikan bantalan untuk menurunkan besarnya gaya yang bekerja pada korban dan mendistribusikan gaya itu pada permukaan yang lebih luas. Bantalan tadi dihasilkan dengan menggembungkan kantong udara dengan gas N2. Kemudian, ketika orang menumbuk kantong udara yang berisi gas tadi, perlahan gas keluar dari kantong.
Mengapa perlu dibuat gas dari kantong keluar perlahan-lahan? Seperti dibahas tadi, gaya bekerja pada orang dalam kendaraan yang tabrakan. Dari hukum Newton II, gaya sebanding dengan percepatan, yakni perubahan kecepatan per satuan waktu. Nah, kalau perubahan kecepatan (dari bergerak hingga diam) terjadi dalam waktu yang singkat, percepatan besar sekali. Dengan demikian, gaya juga besar sekali, cedera akan parah. Sebaliknya, bila perubahan kecepatan bisa dibuat untuk jangka waktu yang lebih lama, percepatan tidak terlalu besar, gaya yang bekerja tidak terlalu besar, harapannya cederanya tidak parah atau selamat.
Selain itu, kantong udara meminimalkan cedera dengan mendistribusikan gaya itu pada permukaan yang lebih luas. Bila tubuh bertabrakan langsung dengan setir, semua gaya akan bekerja hanya pada bagian tubuh seukuran setir (Gambar 1a), cedera yang serius dapat terjadi. Namun, bila tubuh bertubrukan dengan kantong udara yang telah menggembung, gaya akan bekerja pada permukaan yang lebih luas (Gambar 1b), gaya yang bekerja pada bagian tertentu tubuh menjadi lebih kecil dan cederanya pun menjadi lebih ringan atau terbebas sama sekali.

Bahan utama di kantong udara
Kantong udara di mobil menggunakan padatan yang menghasilkan gas. Kebanyakan kantong udara menggunakan natrium azida, Na3. Dalam kecelakaan mobil, sensor tabrakan akan mengaktifkan rangkaian yang akan menyebabkan natrium azida terbakar dan terurai (terdekomposisi) menghasilkan natrium dan gas nitrogen, yang dengan cepat dapat menggembungkan kantong udaranya (Gambar 2).
Walaupun komposisi persisnya merupakan rahasia perusahaan, campuran yang paling populer adalah campuran yang terdiri atasnatrium azida (Na3), kalium nitrat (KNO3), dan silikon dioksida (SiO2) sebagai reaktan sekunder. Dengan rangsangan listrik NaN3 akan terurai sesuai reaksi:
2 NaN3 (s) - 2 Na (s) + 3N2 (g)
Logam natrium (Na), produk samping produksi gas nitrogen yang menggembungkan kantong udara itu, adalah logam yang sangat reaktif. Seperti barangkali pernah ditunjukkan oleh guru di sekolah, sebutir kecil natrium yang dijatuhkan ke air akan menghasilkan api yang cukup hebat. Untuk itulah kalium nitrat ditambahkan, kalium nitrat dan natrium akan bereaksi menghasilkan lagi gas nitrogen:
10 Na (s) + 2 KNO3 (s) - K2O (s) + 5 Na2O (s) + N2 (g).
Kalium oksida (K2O) dan natrium oksida (Na2O) akan bereaksi dengan senyawa ketiga dalam komposisi kantong udara, yakni silikon dioksida (SiO2), untuk membentuk alkali silikat, atau gelas, zat yang tidak reaktif dan tidak berbahaya bila dibuang.
Natrium azida dalam dosis kecil pun merupakan racun. Senyawa ini dengan mudah akan diserap melalui kulit dan paru-paru, dapat menimbulkan ketidaknormalan kardiovaskular, dan dengan pemaparan (exposure) untuk waktu yang lama dapat menimbulkan kematian. Walaupun jumlah azida yang digunakan cukup kecil, kalau kita dapat mengganti bahan ini dengan bahan yang lebih aman tentu lebih baik. Ini sampai sekarang masih merupakan tantangan yang harus dijawab.
ISMUNANDAR Dosen di Departemen Kimia FMIPA ITB
Sumber: Kompas Cyber Media