Faktor2 yang Mempengaruhi Korosi dan Penanggulangannya. Aplikasi
lain dari prinsip elektrokimia adalah pemahaman terhadap gejala korosi
pada logam dan pengendaliannya. Berdasarkan data potensial reduksi
standar, diketahui bahwa logam-logam selain emas umumnya terkorosi
(teroksidasi menjadi oksidanya).
1. Definisi Korosi
Korosi
pada logam terjadi akibat interaksi antara logam dan lingkungan yang
bersifat korosif, yaitu lingkungan yang lembap (mengandung uap air) dan
diinduksi oleh adanya gas O2, CO2, atau H2S.
Korosi dapat juga terjadi akibat suhu tinggi. Korosi pada logam dapat
juga dipandang sebagai proses pengembalian logam ke keadaan asalnya,
yaitu bijih logam. Misalnya, korosi pada besi menjadi besi oksida atau
besi karbonat.
4Fe(s) + 3O2(g) + 2nH2O(l) ⎯⎯→ 2Fe2O3.nH2O(s)
Fe(s) + CO2(g) + H2O(l) ⎯⎯→ Fe2CO3(s) + H2(g)
Oleh
karena korosi dapat mengubah struktur dan sifat-sifat logam maka korosi
cenderung merugikan. Diperkirakan sekitar 20% logam rusak akibat
terkorosi pada setiap tahunnya. Logam yang terkorosi disebabkan karena
logam tersebut mudah teroksidasi. Menurut tabel potensial reduksi
standar, selain logam emas umumnya logam-logam memiliki potensial
reduksi standar lebih rendah dari oksigen. Jika setengah reaksi reduksi
logam dibalikkan (reaksi oksidasi logam) digabungkan dengan setengah
reaksi reduksi gas O2 maka akan dihasilkan nilai potensial sel, Esel positif. Jadi, hampir semua logam dapat bereaksi dengan gas O2 secara spontan. Beberapa contoh logam yang dapat dioksidasi oleh oksigen ditunjukkan pada persamaan reaksi berikut.
4Fe(s) + O2(g) + 2nH2O(l) ⎯⎯→ 2Fe2O3.nH2O(s) Esel = 0,95 V
Zn(s) + O2(g) + 2H2O(l) ⎯⎯→ Zn(OH)4(s) Esel = 0,60 V
2. Mekanisme Korosi pada Besi
Oleh
karena besi merupakan bahan utama untuk berbagai konstruksi maka
pengendalian korosi menjadi sangat penting. Untuk dapat mengendalikan
korosi tentu harus memahami bagaimana mekanisme korosi pada besi. Korosi
tergolong proses elektrokimia, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.12.
Gambar 2.12 Proses korosi pada besi
Besi
memiliki permukaan tidak halus akibat komposisi yang tidak sempurna,
juga akibat perbedaan tegangan permukaan yang menimbulkan potensial pada
daerah tertentu lebih tinggi dari daerah lainnya. Pada daerah anodik
(daerah permukaan yang bersentuhan dengan air) terjadi pelarutan
atom-atom besi disertai pelepasan elektron membentuk ion Fe2+ yang larut
dalam air.
Fe(s) ⎯⎯→ Fe2+(aq) + 2e–
Elektron
yang dilepaskan mengalir melalui besi, sebagaimana elektron mengalir
melalui rangkaian luar pada sel volta menuju daerah katodik hingga
terjadi reduksi gas oksigen dari udara:
O2(g) + 2H2O(g) + 2e– ⎯⎯→ 4OH–(aq)
Ion Fe2+
yang larut dalam tetesan air bergerak menuju daerah katodik,
sebagaimana ion-ion melewati jembatan garam dalam sel volta dan bereaksi
dengan ion-ion OH– membentuk Fe(OH)2. Fe(OH)2 yang terbentuk dioksidasi oleh oksigen membentuk karat.
Fe2+(aq) + 4OH–(aq) ⎯⎯→ Fe(OH)2(s)
2Fe(OH)2(s) + O2(g) ⎯⎯→ Fe2O3.nH2O(s)
Reaksi keseluruhan pada korosi besi adalah sebagai berikut (lihat mekanisme pada Gambar 2.13):
4Fe(s) + 3O2(g) + n H2O(l) ⎯⎯→ 2Fe2O3.nH2O(s)
Karat
Karat
Gambar 2.13 Mekanisme korosi pada besi
Akibat
adanya migrasi ion dan elektron, karat sering terbentuk pada daerah
yang agak jauh dari permukaan besi yang terkorosi (lubang). Warna pada
karat beragam mulai dari warna kuning hingga cokelat merah bahkan sampai
berwarna hitam. Warna ini bergantung pada jumlah molekul H2O yang terikat pada karat.
3. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Korosi
Berdasarkan
pengetahuan tentang mekanisme korosi, Anda tentu dapat menyimpulkan
faktor-faktor apa yang menyebabkan terbentuknya korosi pada logam
sehingga korosi dapat dihindari. Setelah dibiarkan beberapa hari, logam
besi (paku) akan terkorosi yang dibuktikan oleh terbentuknya karat
(karat adalah produk dari peristiwa korosi). Korosi dapat terjadi jika
ada udara (khususnya gas O2) dan air. Jika hanya ada air atau gas O2 saja, korosi tidak terjadi.
Adanya
garam terlarut dalam air akan mempercepat proses korosi. Hal ini
disebabkan dalam larutan garam terdapat ion-ion yang membantu
mempercepat hantaran ion-ion Fe2+ hasil oksidasi. Kekerasan
karat meningkat dengan cepat oleh adanya garam sebab kelarutan garam
meningkatkan daya hantar ion-ion oleh larutan sehingga mempercepat
proses korosi. Ion-ion klorida juga membentuk senyawa kompleks yang
stabil dengan ion Fe3+. Faktor ini cenderung meningkatkan kelarutan besi sehingga dapat mempercepat korosi.
4. Pengendalian Korosi
Korosi
logam tidak dapat dicegah, tetapi dapat dikendalikan seminimal mungkin.
Ada tiga metode umum untuk mengendalikan korosi, yaitu pelapisan
(coating), proteksi katodik, dan penambahan zat inhibitor korosi.
a. Pengendalian Korosi dengan Metode Pelapisan (Coating)
Metode pelapisan atau coating
adalah suatu upaya mengendalikan korosi dengan menerapkan suatu lapisan
pada permukaan logam besi. Misalnya, dengan pengecatan atau penyepuhan
logam. Penyepuhan besi biasanya menggunakan logam krom atau timah. Kedua
logam ini dapat membentuk lapisan oksida yang tahan terhadap karat
(pasivasi) sehingga besi terlindung dari korosi. Pasivasi
adalah pembentukan lapisan film permukaan dari oksida logam hasil
oksidasi yang tahan terhadap korosi sehingga dapat mencegah korosi lebih
lanjut. Logam seng juga digunakan untuk melapisi besi (galvanisir),
tetapi seng tidak membentuk lapisan oksida seperti pada krom atau timah,
melainkan berkorban demi besi. Seng adalah logam yang lebih reaktif
dari besi, seperti dapat dilihat dari potensial setengah reaksi
oksidasinya:
Zn(s)⎯⎯→Zn2+(aq) + 2e– Eo= –0,44 V
Fe(s)⎯⎯→Fe2+(g) + 2e– Eo= –0,76 V
Oleh
karena itu, seng akan terkorosi terlebih dahulu daripada besi. Jika
pelapis seng habis maka besi akan terkorosi bahkan lebih cepat dari
keadaan normal (tanpa seng). Paduan logam juga merupakan metode untuk
mengendalikan korosi. Baja stainless steel terdiri atas baja karbon yang
mengandung sejumlah kecil krom dan nikel. Kedua logam tersebut
membentuk lapisan oksida yang mengubah potensial reduksi baja menyerupai
sifat logam mulia sehingga tidak terkorosi.
b. Pengendalian Korosi dengan Proteksi Katodik
Proteksi
katodik adalah metode yang sering diterapkan untuk mengendalikan korosi
besi yang dipendam dalam tanah, seperti pipa ledeng, pipa pertamina,
dan tanki penyimpan BBM. Logam reaktif seperti magnesium dihubungkan
dengan pipa besi. Oleh karena logam Mg merupakan reduktor yang lebih
reaktif dari besi, Mg akan teroksidasi terlebih dahulu. Jika semua logam
Mg sudah menjadi oksida maka besi akan terkorosi. Proteksi katodik
ditunjukkan pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Proses katodik dengan menggunakan logam Mg.
Reaksi yang terjadi dapat ditulis sebagai berikut.
Anode : 2Mg(s) ⎯⎯→ 2Mg2+(aq) + 4e–
Katode : O2(g) + 2H2O (l) + 4e– ⎯⎯→ 4OH–(aq)
Reaksi : 2Mg(s) + O2(g) + 2H2O ⎯⎯→ 2Mg(OH)2(s)
Oleh
sebab itu, logam magnesium harus selalu diganti dengan yang baru dan
selalu diperiksa agar jangan sampai habis karena berubah menjadi
hidroksidanya.
c. Pengendalian Korosi dengan Penambahan Inhibitor
Inhibitor
adalah zat kimia yang ditambahkan ke dalam suatu lingkungan korosif
dengan kadar sangat kecil (ukuran ppm) guna mengendalikan korosi.
Inhibitor korosi dapat dikelompokkan berdasarkan mekanisme
pengendaliannya, yaitu inhibitor anodik, inhibitor katodik, inhibitor
campuran, dan inhibitor teradsorpsi.
1) Inhibitor anodik
Inhibitor
anodik adalah senyawa kimia yang mengendalikan korosi dengan cara
menghambat transfer ion-ion logam ke dalam air. Contoh inhibitor anodik
yang banyak digunakan adalah senyawa kromat dan senyawa molibdat.
2) Inhibitor katodik
Inhibitor
katodik adalah senyawa kimia yang mengendalikan korosi dengan cara
menghambat salah satu tahap dari proses katodik, misalnya penangkapan
gas oksigen (oxygen scavenger) atau pengikatan ion-ion hidrogen. Contoh
inhibitor katodik adalah hidrazin, tannin, dan garam sulfit.
3) Inhibitor campuran
Inhibitor
campuran mengendalikan korosi dengan cara menghambat proses di katodik
dan anodik secara bersamaan. Pada umumnya inhibitor komersial berfungsi
ganda, yaitu sebagai inhibitor katodik dan anodik. Contoh inhibitor
jenis ini adalah senyawa silikat, molibdat, dan fosfat.
4) Inhibitor teradsorpsi
Inhibitor
teradsorpsi umumnya senyawa organik yang dapat mengisolasi permukaan
logam dari lingkungan korosif dengan cara membentuk film tipis yang
teradsorpsi pada permukaan logam. Contoh jenis inhibitor ini adalah
merkaptobenzotiazol dan 1,3,5,7–tetraaza–adamantane.