BAB I PROSES KOROSI
Tujuan Pembelajaran Umum 1. Mahasiswa Mahasiswa mampu menjelaskan menjelaskan fenomena fenomena proses, proses, mekanisme mekanisme korosi yang terjadi pada
berbagai logam yang berinteraksi dengan berbagai lingkungan. lingkungan. 2. Mahasiswa mampu menjelaskan dan mengaplikasikan penentuan dan pengukuran potensial sel atau potensial logam menggunakan elektroda acuan. Tujuan Pembelajaran Khusus 1. Mahasiswa dapat menjelaskan mekanisme proses korosi korosi logam di lingkungan atmosfer atau
larutan dengan pelarut air Mahasiswa dapat menghitung menghitung potensial sel korosi pada kondisi kondisi standar standar berdasarkan berdasarkan reaksi 2. Mahasiswa elektrokimia yang terjadi ataui notasi selnya 3. Mahasiswa dapat menghitung potensial sel akibat perbedaan konsentrasi lingkungan atau larutan 4. Mahasiswa dapat menjelaskan pembentukan sel korosi 5. Mahasiswa dapat mengukur potensial logam/struktur berdasarkan elektroda acuan Mahasiswa swa dapat dapat mengub mengubah ah potens potensial ial logam logam terhad terhadap ap elektro elektroda da acuan acuan yang yang satu ke 6. Mahasi elektroda acuan yang lain
1.1 Pendahuluan
adalah kerusaka kerusakan n atau degrada degradasi si logam logam akibat akibat reaksi reaksi redoks antara suatu logam Korosi adalah deng dengan an berb berbag agai ai zat zat di ling lingku kung ngan anny nyaa yang yang meng mengha hasi silk lkan an senya senyawa wa-se -seny nyawa awa yang yang tidak tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi. ada peristiwa peristiwa korosi, logam mengalami mengalami oksidasi oksidasi,, sedangkan oksigen !udara" mengalami reduksi.. #arat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. $umus kimia karat besi adalah reduksi %e&'(.n)&', suatu zat padat yang berwarna coklat-merah. #orosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia kimia atau elektrokimia elektrokimia dengan dengan lingkungan. Definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi ekstraksi logam logam dari bijih mineralnya mineralnya.. Contohnya, bijih mineral logam besi di besi di alam bebas ada dalam bentuk bentuk senyawa senyawa besi besi oksida atau besi atau besi sulfida, sulfida , setelah diekstraksi dan diolah diolah,, akan akan dihasil dihasilkan kan besi yang yang diguna digunakan kan untuk untuk pembua pembuatan tan baja baja ata atau baja paduan paduan.. *elama
pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi !kembali menjadi senyawa besi oksida" seperti ditunjukkan pada +ambar .
+ambar . #arat besi !oksida besi"
aju korosi sangat bergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena karena lapisan lapisan oksida oksida dapat dapat mengha menghalan langi gi beda beda potensial potensial terhad terhadap ap elektroda elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida. oksida. ingkungan ingkungan yang dapat menyebabkan menyebabkan korosi logam antara lain adalah dapat berupa asam, basa, oksigen dari udara, oksigen di dalam air atau zat kimia lain. #ara #aratan tan adal adalah ah istil istilah ah yang yang dibe diberi rika kan n masy masyara araka katt terha terhada dap p loga logam m yang yang meng mengala alami mi kerusakan berbentuk keropos. *edangkan bagian logam yang rusak dan berwarna hitam kecoklatan pada baja disebut #arat. *ecara teoritis karat adalah istila h yang diberikan terhadap satu jenis logam saja yaitu baja, sedangkan secara umum istilah karat lebih tepat disebut korosi. #orosi didefenisikan sebagai degradasi material !khususnya logam dan paduannya" atau sifatnya akibat berinteraksi dengan lingkungannya. #orosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan berlangsung dengan dengan sendirinya, sendirinya, oleh karena itu korosi korosi tidak dapat dicegah atau dihentikan sama sekali. #orosi hanya bisa dikendalikan atau diperlambat lajunya sehingga memperlambat proses perusakannya. Dilihat dari aspek elektrokimia, korosi merupakan proses terjadinya transfer elektron dari logam ke lingkungannya. ogam berlaku sebagai sel yang memberikan elektron !anoda" dan lingkungannya sebagai penerima elektron !katoda". $eaksi yang terjadi pada logam yang mengalami korosi adalah reaks reaksii oksi oksidas dasi, i, dima dimana na atomatom-at atom om loga logam m laru larutt keli keling ngku kung ngan anny nyaa menj menjad adii ionion-io ion n deng dengan an melep melepask askan an elek elektr tron on pada pada logam logam terse tersebu but. t. ada ada kato katoda da terja terjadi di reaks reaksi, i, dimana dimana ion-i ion-ion on dari dari lingkungan mendekati logam dan menangkap elektron- elektron yang tertinggal pada logam.
Dampak yang ditimbulkan korosi dapat berupa kerugian langsung dan kerugian tidak langsung. #erugian langsung adalah berupa terjadinya kerusakan pada peralatan, permesinan atau stuktur bangunan. *edangkan kerugian tidak langsung berupa terhentinya aktifitas produksi karena terjadinya penggantian peralatan yang rusak akibat korosi, terjadinya kehilangan produk akibat adanya kerusakan pada kontainer, tangki bahan bakar atau jaringan pemipaan air bers ih atau minyak mentah, terakumulasinya produk korosi pada alat penukar panas dan jaringan pemipaannya akan menurunkan efisiensi perpindahan panasnya, dan lain sebagainya.
1.2 Pengertian Korosi
#orosi dipamdang sebagai peristiwa elektrokimia, karena proses korosi melibatkan adanya transfer elektron dari elektroda
negarif !anoda" menuju elektroda positip !katoda"
roses korosi di
lingkungan basah atau lingkungan air dapat dijelaskan sebagai berikut esi di lingkungan asam akan melibarkan reaksi 0noda
1 %e!s" 2 %e&3!a4" 3 &e- !oksidasi"
#atoda
&)3 !a4" 2 &)!a4" ! reduksi "
0tom-atom ) bergabung menghasilkan ) & &)!a4" oksigen
2
)&!g" atau 0tom-atom ) bergabung dengan
&)!a4" 3 5 '&!a4" 2 )& '!l"
6ika konsentrasi )3 cukup tinggi !p) rendah", terjadi reaksi %e 3 &)3 !a4" 2 &)!a4" 3 %e&3 !a4" dan &)!a4" 2 )&!g" $eaksi keselurahan logam besi dalam larutan asam dapat dituliskan %e 3 &)3 !a4"
%e &3 !a4" 3 )& !g"
7ntuk lingkungan air teraerasi atau air yang mengandung oksigen atau udara lembab , maka reaks korosi yang terjadi antara logam besi dengan lingkungan dapat dituliskan %e &3 3 &e
0nodik
%e
#arodik
)&' 3 5 ' &
& ') -
0danya ion %e&3 dan ion hidroksida !')-" di permukaan logam, bereaksi membentuk %e!')" &, yang juga bereaksi dengan oksigen dan membentuk karat !coklat keerah-merahan " yang menempel di permukaan logam dengan reaksi %e !')"& 3 '& !g"2 %e !')" ( $eaksi totalnya menjadi
&%e&'(. 8 )&'!s"
9%e!s" 3 ('&!a4" 3 & )&'!l" 2 &%e&'( 8)&'!s"
+ambar .& eristiwa #orosi logam 1.3
Potensial Elektroda Standar E !"
otensial elektroda atau potensial logam tidak dapat diukur, dan yang dapat diukur adalah beda potensial dari kedua elektroda !dalam suatu sel". 7ntuk itu diperlukan suatu elektroda yang potensialnya diketahui atau disebut elektroda pembanding. 'leh karena itu dipilih elektroda hidrogen standar !*): *tandard )ydrogen :lectrode" sebagai pembanding, dengan kon;ensi bahwa elektroda ini mempunyai potensial adalah sama dengan nol !<" =olt. :lektroda hidrogen standar ditunjukkan pada gambar .( berikut ini.
+ambar .( :lektroda )idrogen
7ntuk mengetahui potensial dari suatu elektroda, maka disusun suatu sel yang terdiri dari elektroda tersebut dipasangkan dengan elektroda hidrogen standar !*):". otensial suatu elektroda C didefinisikan sebagai potensial sel yang dibentuk dari elektroda tersebut dengan elektroda hidrogen standar, dengan elektroda C selalu bertindak sebagai katoda. *ebagai contoh potensial elektroda Cu &3
/Cu adalah untuk sel
#arena : )& pada
6ika a
Cu &3
adalah nol, maka : sel > : Cu
> diperoleh :sel untuk sel di atas adalah <,((? =, jadi
:sel > <,((? - : o. @ilai
potensial elektroda bukan nilai mutlak, melainkan relatif terhadap elektroda hidrogen. #arena potensial elektroda dari elektroda C didefinisikan dengan menggunakan sel dengan elektroda C bertindak sebagai katoda !ada di sebelah kanan pada notasi sel", maka potensial elektroda standar dari elektroda C sesuai dengan reaksi reduksi yang terjadi pada elektroda tersebut. 'leh karena itu semua potensial elektroda standar adalah potensial reduksi. Dari definisi , #anan dan kiri disini hanya berhubungan dengan notasi sel, tidak berhubungan dengan susunan fisik sel tersebut di laboratorium. 6adi yang diukur di laboratorium dengan potensiometer adalah emf dari sel sebagai ;olta atau sel gal;ani, dengan emf A <. *ebagai contoh untuk sel yang terdiri dari elektroda seng dan elektroda hidrogen dari pengukuran diketahui bahwa elektron mengalir dari seng melalui rangkaian luar ke elektroda hidrogen dengan emf sel sebesar <,?B& =.
6ika potensial elektroda berharga positif, artinya elektroda tersebut lebih mudah mengalami reduksi daripada )3, dan jika potensial elektroda berharga negatif artinya elektroda tersebut lebih sulit untuk mengalami reduksi dibandingkan dengan ) 3. otensial elektroda seringkali disebut sebagai potensial elektroda tunggal, sebenarnya kata ini tidak tepat karena elektroda tunggal tidak dapat diukur. ada kondisi standar disebut sebagai potensial elektroda standar atau potensial reduksi standar. Contoh
t, ) ! bar" )3 !a>" Cu
&3
!a>"Cu
*el tersebut memberikan :o*el > 3 <,(9 =olt. #arena : o)idrogen > < =olt, maka ini menunjukkan kecenderungan yang lebih besar untuk proses
7ntuk sel t, ) & ! bar" ) 3 !a>" n &3 !a>"n
daripada
:o*el > -<,?B =
0rtinya pada sel tersebut, ada tendensi yang lebih besar untuk proses
7ntuk
: sel yang melibatkan dua elektroda, misalnya :o
> <,(9 =
:o
> - <.?B =
n n &3 !a>" Cu &3 !a>" Cu
Dengan emf sel !: sel" :sel > :katoda-: 0noda > <.(9 - !-?B" > ,< = otensial setengah sel adalah suatu sifat intensif
dan penulisan reaksi sel elektroda, tak ada
perbedaan apakah ditulis untuk elektron ataupun lebih. 6adi untuk reaksi elektroda hidrogen dapat ditulis
Eetapi dalam menuliskan proses keseluruhan harus menyeimbangkan elektronnya. 6adi untuk sel t, )& ! bar" )3 !a>" Cu &3 !a>"Cu $eaksi elektroda dapat ditulis
*ehingga keseluruhan prosesnya adalah roses ini didasari pelewatan & elektron pada sirkuit luar. *ehingga persamaan reaksinya dapat dituliskanasebagai
Dalam proses ini setiap <,F mol Cu
&3
hilang, <,F mol Cu muncul, mol elektron lewat dari
elektroda kiri ke kanan. ada dasarnya semua elektroda re;ersibel dapat digunakan sebagai elektroda rujukan untuk pembanding, tapi berdasarkan kepraktisannya elektroda pembanding yang paling banyak digunakan adalah elektroda perak-perak klorida dan kalomel Eabel . berikut menunjukkan potensial reduksi standar beberapa logam menggunakan elektroda pembanding standard )idrogen electrode !*):". Eabel . otensial $eduksi *tandar
Termodinamika Sel Elektrokimia
#ontribusi awal terhadap termodinamika sel elektrokimia diberikan oleh 6oule !G9<" yang memberikan kesimpulan bahwa
anas !)eat" yang diproduksi adalah proporsional terhadap
kuadrat arus H& dan resitensi $. Dan karena juga proporsional terhadap waktu !t", 6oule menunjukkan bahwa panas proporsionil terhadap H &$t
#arena
maka panas/kalor proporsionil terhadap = > Ht , 4 > =Ht
dengan 4 > 6oule !6", = > =olt !=", H > 0mper !0". t > Detik !s"
6 > #g m& s -&,
= > #g m& s -( 0 -
)ubungan di atas adalah benar. Eapi terjadi kesalahan fatal dengan menafsirkan bahwa panas yang diproduksi tersebut adalah panas reaksi.!6oule, )elmholtz, Iilliam Ehomson" enafsiran yang benar diberikan oleh Iillard +ibbs !G?G" bahwa kerja yang dilakukan oleh sel elektrokimia sama dengan penurunan energi +ibbs, yaitu kerja maksimum di luar kerja -=. Hni dapat diilustrasikan dengan sel berikut t)&)3Cu &3Cu &)3 3 &e-
$eaksi di anoda
)&
$eaksi di katoda
Cu &3 3 &e-
$eaksi keseluruhan
)& 3 Cu
&3
Cu
&)3 3 Cu
ada saat mol ) & bereaksi dengan mol Cu
&3
, & mol elektron mengalir melalui sirkuit luar.
Menurut )ukum %araday, ini berarti terjadi transfer & 8 JB.9BF C listrik. :mf sel tersebut adalah 3 <.(9J =, sehingga kerja listrik yang dihasilkan adalah & 8 JB.9GF 8 <.(9J C= > B.FJG 8 <9 6 #erja dilakukan sistem. #arena kerja yang dilakukan oleh sel elektrokimia sama dengan penurunan energi +ibbs maka K+ > - B.FJG 8 <9 6 *ecara umum K+ > - n%: dan pada keadaan standar K+o > - n%: o !)ubungan antara perubahan energi +ibbs standar dengan potensial sel standar"
1.4
Potensial Sel Korosi
roses korosi merupakan proses elektrokimia yang melibatkan suatu proses yang spontan. *ecara termodinaka, suatu proses yang spontan
memilki
perubahan energi bebas positip. !$eaksi
spontan K+ L <" )ubungan perubahan energi bebas dengan potensial sel dinyatakan dengan persamaan K+ > n % :sel
Dengan K+ < > n % :
n > jumlah elektron !mol"1
% > muatan mol elektron1 % > JBF<< C1 : sel > potensial sel1 :
potensial sel standar K+ L <, maka :sel A < %enomena suatu reaksi spontan adalah
erdasarkan kon;ensi H70C, : sel didefinisikan sebagai kanan
: sel > :
potensial elektroda sebelah kanan !dalam bentuk reduksi", :
kiri
:
kanan
kiri
Dengan : sel, :
potensial elektroda !reduksi"
untuk elektroda sebelah kiri seperti yang tercantum dalam notasi selnya. #arena elektroda sebelah kanan merupakan katoda dan elektroda sebalah kiri merupakan anoda maka potensial sel ! E sel" dapat dituliskan sebagai : sel > : katoda : 0noda Contoh Cr 3( !a4" 3 (e 2 Cr!s" : <.?9 = n3& !a4" 3 &e 2 n !s"
:<n > <.?B =
#arena :<n L :
: <.?9 =
n!s" 2 n3& !a4" 3 &e N 8 (
: <n > 3 <.?B =
&Cr 3( !a4" 3 ( n !s" 2 n3& 3 & Cr !s"
:< sel > <,<& = atau
: : #at : 0nd
> -<,?9 !-<,?B" > <.<& = A < berarti reaksi spontan
Contoh sel elektrokimia yang berlangsung spontan adalah sel gal;ani. *el ;olta atau sel gal;ani, adalah suatu reaksi kimia yang menyebabkan suatu perbedaan potensial listrik antara dua buah elektroda. 6ika kedua elektroda dihubungkan terhadap suatu rangkaian luar dihasilkan aliran arus, yang dapat mengakibatkan terjadinya kerja mekanik sehingga sel elektrokimia mengubah energi kimia ke dalam kerja . Contoh sel gal;ani adalah sel Daniell yang ditunjukkan pada gambar .9 6ika kedua elektrodanya dihubungkan dengan rangkaian luar, dihasilkan arus litrik yang dapat
dibuktikan dengan meyimpangnya jarum gal;anometer yang dipasang pada rangkaian luar dari sel tersebut
+ambar .9 *el Daniel
#etika sel Daniell digunakan sebagai sumber listrik terjadi perubahan dari n menjadi n
&3
yang
larut
n!s"
n &3!a4" 3 &e-
!reaksi oksidasi"
)al ini dapat ditunjukkan bahwa semakin berkurangnya massa n sebelum dan sesudah reaksi. Di sisi lain, elektroda Cu semakin bertambah massanya karena terjadi pengendapan Cu dari ion Cu
&3
dalam larutan. Cu &3!a4" 3 &e-
Cu!s"
!reaksi reduksi"
ada sel tersebut, elektroda n bertindak sebagai anoda dan elektroda Cu sebagai katoda.
#etika sel Daniell Odisetting P, terjadi aliran elektron dari elektroda seng !n" menuju elektroda tembaga !Cu" pada sirkuat luar. 'leh karena itu, logam seng bertindak sebagai kutub negati;e !anoda" dan logam tembaga sebagai kutub positif !katoda".ersamaan dengan itu, larutan dalam sel tersebut terjadi arus positif dari kiri ke kanan sebagai akibat dari mengalirnya sebagian ion n !karena dalam larutan sebelah kiri terjadi kelebihan ion n
&3
&3
dibandingkan dengan ion *' 9 &-yang
ada". $eaksi total yang terjadi pada sel Daniell adalah n!s" 3 Cu &3!a4"
n &3!a4" 3 Cu!s"
$eaksi tersebut merupakan reaksi redoks yang spontan yang dapat digunakan untuk memproduksi listrik melalui suatu rangkaian sel elektrokimia.
n!s"/n &3!,<< m" //Cu &3!,<< m" /Cu!s" #arena yang dituliskan terlebih dahulu !elektroda sebelah kiri" dalam notasi tersebut adalah anoda, maka reaksi yang terjadi pada elektroda sebelah kiri adalah oksidasi dan elektroda yang ditulis
berikutnya !elektroda kanan" adalah katoda maka reaksi yang terjadi pada elektroda kanan adalah reaksi reduksi. 7ntuk sel dengan notasi
n!s"/n &3!,<< m" //Cu &3!,<< m" /Cu!s"
reaksinya adalah n!s" -
n &3!a4" 3 &e-
Cu &3!a4" 3 &e-
n!s" 3 Cu &3!a4"
!reaksi oksidasi"
Cu!s"
!reaksi reduksi"
n &3!a4" 3 Cu!s"
!reaksi keseluruhan"
: sel > : #atoda : anoda > <,(9 - !-<,?B" > ,< =olt
#ontoh soal latihan
Eentukan reaksi sel dan : sel untuk notasi sel berikut " t/%e &3,%e (3 // )3/)&,t &" @i!s"/@i &3!,<< m" //Cu &3!,<< m" /Cu!s" (" n!s"/n &3!,<< m" //b &3!,<< m" /b!s"
Pen$elesaian 1" %eaksi sel & 2 'e
2(
( 2)(
2'e 3( ( )2
E !sel * E! kat + E ! ,nd * E! )(-)2 + E ! 'e3(-'e2( * !.!! + !//" * !0// olt-S)E
2" %eaksi sel & i ( #u 2(
i 2( ( #u
E !sel * E! kat + E ! ,nd * E! #u2(-#u + E ! i2(-i * !034 + !25" * !05olt-S)E
3" %eaksi sel
n ( Pb
2(
n 2( ( Pb
E !sel * E! kat + E ! ,nd * E! Pb2(-Pb + E ! n2(-n * !013 !0/6" * !063 olt-S)E
Persamaan Nernst
ersamaan @ernst digunakan untuk menentukan potensial sel tidak pada kondisi standar sehingga untuk reaksi a0 3 b
yQ 3 z
*ecara umum untuk reaksi
7ntuk sel t, )& ! bar" ) 3 !a4" Cu &3 !a4"Cu
Dengan reaksi
ada kondisi standar yaitu suhu &F JBF<< C/:k;.#, maka &,(<( $E/% > <, :< sel !<,
)3
&
/ a Cu&3
Contoh Eentukan : sel untuk t,)& !atm"/)3 !,
$eaksi sel &0g 3 3 )&
&)3 3 &0g
: sel > : <,?JJ <.
> <,?JJ <, <,?JJ <,G& > <, BG
1.5
enis Sel Korosi
*el korosi dapat terjadi akibat adanya beda potensial pada suatu logam di lingkungan tertentu . *el korosi dapat terbentuk akibat adanya beda potensial yang diakibatkan adanya perbedaan logam atau elektroda dan perbedaan lingkungan.
1.5.1
Perbedaan 7ingkungan
*el korosi terjadi akibat perbedaan lingkungan meliputi sel berikut ini. Sel Konsentrasi
ada sel konsentrasi reaksi keseluruhan dari sel tersebut merupakan transfer materi dari satu bagian ke bagian yang lain. ada sel ini yang berbeda hanyalah konsentrasi lingkungan dan bukan jenis elektroda dan elektrolitnya. *el ini terdiri dari sel konsentrasi elektroda dan sel konsentrasi elektrolit. Contoh
t)&!")Cl)&!&"t
$eaksi keseluruhan merupakan perpindahan hidrogen dari yang bertekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah.
F
Sel konsentrasi dapat juga terbentuk akibat perbedaan konsentrasi oksigen terlarut di permukaan logam atau antara kedua larutan yang mempunyai konsentrasi oksigen berbeda terdapat elektroda yang mempunyai komposisi sama. Contohnya, di permukaan logam terdapat kotoran atau tanah. 7mumnya, konsentrasi oksigen pada kotoran di permukaan logam akan lebih rendah dibandingkan yang ada di sekitarnya sehingga di permukaan logam yang ada kotoran akan bersifat anodic. Sel konsentrasi juga dapat terbentuk jika dua buah logam besi dicelupkan dalam larutan elektrolit yang mempunyai konsentrasi berbeda. Misalnya plat logam besi dicelupkan dalam larutan @aCl ,< M dan plat logam besi yang lain dicelupkan dalam larutan @aCl <, M, kedua larutan dihubungkan dengan jembatan garam dan kedua plat besi dihubungkan akan membentuk sel korosi karena terjadi beda potensial antara kedua plat besi tersebut. Sel korosi dapat dibentuk akibat perbedaan suhu yang terjadi di antara kedua larutan yang dicelupkan logam yang sama, maka akan terjadi beda potensial antara logam yang tercelup di kedua larutan yang mempunyai perbedaan suhu. ogam yang berada pada larutan dengan suhu yang lebih tinggi akan bersifat anodic dan larutan dengan suhu rendah bersifat katodik.
1.5.2
Sel 8al9anik
*el gal;anic terjadi akibat dua logam yang beebeda saling bersinggungan atau kontak. ogam yang mempunyai potensial reduksi lebih rendah akan bersifat anodic dan logam dengan potensial reduksi lebih tinggi bersifat katodik. *ebagai contoh . logam tembaga dan seng disatukan berada dalam suatu elektrolit maka logam seng akan bersifat anodic dan akan terkorosi lebih parah dibandingkan logam tembaga !lihat +ambar . F".
+ambar .F *el +al;anik
1.5.3
Sel Kimia
6ika reaksi elektrokimia pada setengah sel berbeda dan reaksi keseluruhannya merupakan reaksi kimia maka selnya disebut sel kimia. *el kimia terdiri dari sel kimia tanpa perpindahan !without transference" dan sel kimia dengan perpindahan !with transference". Sel kimia tanpa perpindahan
ada sel ini, elektroda yang satu re;ersibel terhadap kation dan elektroda lainnya re;ersibel terhadap anion dari elektrolit yang digunakan. Contoh " 6ika elektrolitnya larutan )Cl, elektroda yang satu harus re;ersibel terhadap ion dan elektroda lainnya harus re;ersibel terhadap . -
:lektroda yang re;ersibel terhadap elektroda hidrogen
-
:lektroda yang re;ersibel terhadap elektroda klor, kalomel atau perak-perak klorida.
&"
6ika elektrolitnya nr &, maka -
:lektroda yang re;ersibel terhadap elektroda n
-
:lektroda yang re;ersibel terhadap elektroda r &,
("
0g/0gr, )g-)gr3.
0pa elektrodanya jika elektrolitnya larutan Cd*'9 R
Contoh $eaksinya adalah
*el kimia tanpa perpindahan biasa digunakan untuk penentuan potensial elektroda standar dan penentuan koefisien akti;itas elektrolit.
Sel kimia dengan perpindahan
ada sel ini terjadi kontak antara dua larutan dengan konsentrasi berbeda atau ion-ion berbeda atau keduanya. ada perbatasan kedua cairan/liquid junction timbul beda potensial yang disebut liquid junction potential atau potensial perbatasan, :j, yang terjadi karena difusi ion-ion melalui perbatasan kedua larutan. ada proses ini ion-ion yang cepat akan mendahului yang
lambat
akibatnya terjadi pemisahan muatan yang menimbulkan beda potensial, :j yang terukur bersamasama dengan potensial elektroda sehingga potensial sel akan sama dengan penjumlahan potensial sel dan potensial junction. : sel >: #anan - : kiri 3 :j #arena :j tidak dapat diukur tersendiri !terpisah", maka sel kimia dengan perpindahan tidak cocok untuk menge;aluasi besaran-besaran termodinamika.
#ontribusi :j pada potensial dapat diperkecil dengan menggunakan jembatan garam, larutan jenuh garam, misalnya yang biasa digunakan adalah #Cl dalam agar-agar. Meskipun demikian, untuk mengidentifikasi bagaimana pengurangannya secara tepat sampai saat ini masih belum jelas hal ini diduga karena laju kation dan anion yang sama menyebabkan junction potential antara kedua larutan dengan jembatan garam ke arah yang berlawanan sehingga saling meniadakan. 6ika :j ditiadakan, maka notasi sel menjadi Contoh enentuan :sel kimia dengan perpindahan
ada &F
dan untuk untuk
Dengan mengasumsikan koefisien rata-rata>koefisien akti;itas ion-ionnya, maka
1.6
Pengukuran Potensial Korosi
otensial korosi suatu logam dapat diukur berdasakan atau dibandungkan dengan elektroda pembandung atau elektroda acuan. :lektroda acuan yang digunakan antara lain adalah seperti berikut
1.6.1
Elektroda logan seng n "
#ere;ersibelan pada elektroda dapat diperoleh jika pada elektroda terdapat semua pereaksi dan hasil reaksi dari setengah-reaksi elektroda. Contoh elektroda re;ersibel adalah logam n yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung n
&3
!misalnya dari larutan n*' 9". #etika elektron keluar dari
elektroda ini, setengah reaksi yang terjadi adalah n!s"
n &3!a4" 3 &e
dan sebaliknya jika elektron masuk ke dalam elektroda ini terjadi reaksi yang sebaliknya n &3!a4" 3 &e-
n!s"
6ika elektroda n tersebut dicelupkan ke dalam larutan #Cl, tidak dapat terbentuk elektroda yang re;ersibel karena pada saat ada elektron keluar dari elektroda ini terjadi setengah-reaksi
n!s"
n &3!a4" 3 &e-
ada saat ada elektron yang masuk ke dalam elektroda ini, yang terjadi adalah setengah-reaksi &)&' 3 &e-
)& 3 &')-, dan bukan reaksi n &3!a4" 3 &e-
karena larutan yang digunakan tidak mengandung n
n!s" ,
&3
. ,maka kere;ersibelan memerlukan adanya
n &3yang cukup dalam larutan di sekitar elektroda n. Ditunjukkan pada +ambar .B
+ambar .B :lektroda n a" seng dalam n &3, b" :lektroda n sebagai embanding
1.6.2
Elektroda )idrogen Standar S)E" sebagai Elektroda Pembanding
otensial elektroda hidrogen standar adalah sama dengan nol. :lektroda ini ada pada keadaan standar jika fugasitas gasnya > dan aktifitas ion ) 3> seperti yang telah diuraikan pada sub bab .( dan +ambar .(
1.6.3
Elektroda Kalomel
:lektroda kalomel merupakan elektroda acuan yang dibuat logam #awat platina !t" dicelupkan dalam larutan )g&Cl& yang berisi mercuri !)g" seperti ditunjukkan pada +ambar .? berikut ini. :lektroda kalomel sebagai elektroda acuan mempunyai nilai potensial adalah <, &9 =olt/*): dengan reaksi )g&Cl& 3 &e
&)g 3 &Cl
+ambar .? :lektroda #alomel
1.6.4
Elektroda Perak Klorida
:lektroda perak atau 0g/0gCl merupakan elektroda acuan mempunyai potensial standar <.&&& =olt/*):.
:lektroda perak ini terbuat kawat logam perak dalam larutan 0gCl jenuh seperti
ditunjukkan pada gambar .G. dan reaksinya 0gCl 3e
0g 3 Cl -
+ambar .G :lektroda erak
1.6.5
Elektroda Tembaga Sul:at #SE"
:lektroda tembaga atau Copper Sulfate Electrode !C*:" merupakan elektroda acuan yang umumnya digunakan untuk mengukur potensial logam di lapangan. #ondisi logam dapat diketahui dari nilai potensial logam hasil pengukuran, yaitu logam dikatakan terkorosi jika potensialnya A GF< m= /C*:. @ilai potensial C*: ini adalah <,(G =olt/*): , sedangkan nilai potensial GF< m= atau <,GF< =/C*: merupakan kriteria proteksi logam besi. :lektroda C*: dibuat dari logam tembaga yang dicelupkan dalam larutan jenuh Cu*' 9 seperti ditunjukkan pada gambar .J berikut ini. $eaksi pada elektroda C*:
Cu*'9 3 &e
Cu 3 *'9 &-
+ambar .J :lektroda C*:
1.6.6
Elektroda 7ain
Elektroda logam
ada elektroda logam berada dalam kesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion
z3
.
*etengah reaksinya ditulis z3 3 ze-
Contoh elektroda ini diantaranya Cu
&3
/Cu1
n
&3
/n,
0g3/0g,
b
&3
/b. ogam-logam yang
dapat mengalami reaksi lain dari reaksi setengah-sel yang diharapkan" tidak dapat digunakan. 6adi logam-logam yang dapat bereaksi dengan pelarut tidak dapat digunakan. ogam-logam golongan H0 dan HH0 seperti @a dan Ca dapat bereaksi dengan air, sehingga tidak dapat digunakan. *eng dapat bereaksi dengan larutan yang bersifat asam. ogam-logam tertentu perlu diaerasi dengan @ & atau )e untuk mencegah oksidasi logam dengan oksigen yang larut.
+ambar .< :lektroda ogam
Amalgam
0malgam adalah larutan dari logam dengan cairan )g. ada elektroda ini amalgam dari logam berkesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion , dengan reaksi z3 3 ze-
!)g"
Dalam hal ini raksanya sama sekali tidak terlibat dalam reaksi elektroda. ogam aktif seperti @a, #, Ca dan sebagainya biasa digunakan dalam elektroda amalgam. Logam-garam tak larut
ada elektrtoda ini logam kontak dengan garamnya yang sangat sukar larut ! n3S " dan dengan larutannya yang jenuh dengan garam tersebut serta mengandung garam yang larut !atau asam" yang mengandung S
z-
. Contoh dari elektroda ini adalah
elektroda perak-perak klorida, elektroda
kalomel, dan elektroda timbal-timbal sulfat Redoks
*ebetulnya semua elektroda melibatkan setengah-reaksi oksidasi reduksi. 7ntuk elektroda redoks biasanya hanya digunakan untuk elektroda yang setengah-reaksi redoksnya melibatkan dua spesi yang ada dalam larutan yang sama. Contoh dari elektroda ini adalah t yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung ion-ion %e
&3
dan %e
(3
dengan setengah-reaksi
%e
(3
3 e-
%e
&3.
@otasi setengah-selnya adalah t5%e (3, %e &3 yang gambarnya tampak seperti di bawah.
+ambar . Contoh :lektroda $edoks !t5Mn' 9-, Mn &3."
embran Selekti! "on
:lektroda ini mengandung membran gelas, kristal atau cairan yang mempunyai sifat perbedaan potensial antara membran dan elektrolit yang kontak dengan membran tersebut ditentukan oleh aktifitas dari ion tertentu. :lektroda membran yang paling tua dan paling banyak digunakan adalah elektroda gelas. :lektroda ini dikatakan selektif-ion karena hanya spesifik untuk ion ) 3 . :lektroda ini dapat dilihat pada +ambar. .&
+ambar . & :lektroda +elas
:lektroda gelas ini terdiri dari membran yang sangat tipis yang terbuat dari gelas yang permeabel terhadap ion )3. :lektroda 0g/0gCl dicelupkan ke dalam larutan buffer yang mengandung ion Cl
-.
#adang-kadang digunakan juga elektroda kalomel untuk mengganti elektroda 0g/0gCl. :lektroda gelas terutama digunakan pada pengukuran p). *ecara ringkas nilai potensial elektroda acuan dapat ditunjukan dalam bentuk table seperti table .& berikut ini Eabel .& otensial :lektroda embanding atau 0cuan @
:lektroda
#esetimbangan reaksi
otensia
o
l
)g/)g*'9
HgSO4 + 2e
!=/*):" <,BF<
&
Cu/Cu*'9
2-
(
)g/)g&Cl&
CuSO4 + 2e
9
0g/0gCl
Hg2Cl2 + 2e
F
:lektroda )idrogen !*):"
-
B
n murni
AgCl + e
2Hg + SO4
<,(G
Cu + SO4
2-
<,&9
2Hg + 2Cl <,&&&
<,<<<
Ag + Cl
2H+ + 2e
-
-<,?G&
H2
Zn 2+ + 2e
Zn
1.6./ ;etode Pengukuran Potensial 7ogam
engukuran potensial logam dilakukan dengan membandingkan terhadap potensial acuan dan nilai potensialnya diukur dengan ;oltmeter. *ecara skematis metode pengukuran potensial pada logam struktur ditunjukkan pada gambar .(.
+ambar .( Metode engukuran otensial pada *truktur
ada pengukuran potensial logam atau struktur elektroda acuan sebgai katoda dan strukturnya sebagai anoda sehingga reaksi selnya dapat dituliskan sebagai berikut %e3& 3 &e
0noda !logam atau struktur baja "
%e
#atoda !elektroda acuan C*:"
Cu*'9 3 &e
Cu 3 *' 9 &-
6ika hasil pengukuran potensial baja > -<,JGB = / C*: misalnya dan potensial baja diubah terhadap *): , maka potensial baja menjadi - <,JGB 3 <,(G =olt/*): > - <,BBG =/*): dan kondisi struktur masih dalam kondisi terlindungi.
1./
%angkuman
roses korosi logam
adalah reaksi antara logam dengan lingkungan yang melibatkan adanya
transfer elektron sehingga proses korosi selain merupakan proses kimia juga merupakan proses elektrokimia. *ecara umum, korosi logam didefinisikan sebagai kerusakan material logam akibat berintereaksi dengan lingkungan atau merupakan proses kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijihnya. Dampak yang diakibatkan oleh proses korosi logam bersifat merugikan bagi kehidupan manusia , baik langsung maupun tidak langsung roses korosi dipandang sebagai proses elektrokimia, merupakan proses oksidasi dan readuksi yang berlangsung secara simultan dan berkangsung spontan., dengan potensial sel korosi A '. otensial logam dapat diukur dengan cara membandingkan terhadap elektroda standar, yaitu elektroda hidrogen standar !sesuai perjanjian" karena potensial elektroda > <,<< =olt. erdasarkan potensial standar hidrogen dan sebagai sel gal;ani merupakan katoda sehingga logam yang menunjukkan nilai potensial negatif berarti logam lebih sukar direduksi dan logam yang menunjukkan nilai positif berarti logam tersebut lebih mudah direduksi daripada ion ) 3. 7ntuk menentukan : sel pada kondisi standar digunakan rumus 1 : :< #atodik : < anodik
7ntuk : sel yang tidak pada kondisi standar ! &F atm, konsentrasi ion 3 , :< sel !<,
)3
&
/ a Cu&3
*el korosi dapat dibentuk akibat perbedaan konsentrasi lingkungan dan perbedaan elektroda atau logam yang saling kontak. 7ntuk mengetahui kondisi logam atau struktur dapat ditentukan berdasarkan potensial struktur yang terukur. *ebagai contoh untuk struktur logam baja yang terkubur dalam larutan air !aqeous" dikatakan sudah tidak terproteksi bila potensialnya A - GF< m=/C*: ! kriteria proteksi korosi". 7ntuk mengukur potensial struktur digunakan elektroda pembanding atau acuan.
1.<
Soal 7atihan-Kasus
6awablah dan kerjakan soal berikut . 6elaskan fenomena korosi logam besi dalam air teraerasiT &. erilah penjelasan proses korosi logam dalam larutan asamT (. 6elaskan kerugian yang diakibatkan oleh korosi logam 9. Euliskan reaksi korosi pada logam berikut a. %e dalam larutan )Cl b. n dalam laruran Cu*'9 c. 0l dalam larutan n*'9 d. %e dalam larutan @i*'9 e. n dalam larutan @a') f. 0l dalam larutan air teraerasi F. Eentukan : sel pada kondisi standar untuk reaksi /sel berikut a. %e 3 )&' 3 5 ' & %e !')"& pada p) ? b. @i/@i &3 !, - <,B?F =olt/C*:
b. : logam > - <,?GF =olt/#alomel c. : logam > <,<& =olt/n d. : logam > <,&9F =olt/C*: e. : logam > -<, GB< =olt/C*: f. : logam > <,F9J =olt/erak J. Stainless steel !**" dapat bertahan dari serangan karat dibandingkan dengan baja 6elaskan jawaban 0nda. <. 6elaskan bahwa baja terkorosi lebih cepat dibandingkan dengan Cu dan lebih lambat daripada logam n.
