10/16/2015 ELEKTROKIMIA ELEKTROKIMIA ELEKTROKIMIA. Penyebab Korosi. Dampak Korosi

Transkripsi

1 Penyebab Korosi Sebagian besar logam secara alamiah (dalam bijih dan mineral) mempunyai sifat sebagai senyawa seperti oksida, sulfida, sulfat, dan lain-lain, karena senyawa-senyawa tersebut merepresentasikan keadaan stabilnya secara termodinamika. Logam-logam tersebut tersuling dari bijihnya setelah mengeluarkan banyak energi. Karenanya, jika sifat logam yang pada dasarnya berubah (contohnya dengan pencampuran), logam akan cenderung mempunyai sifat untuk kembali pada sifat keadaan stabil secara termodinamika. Akan tetapi, logam-logam yang mempunyai sifat dapat mempertahankan pada keadaan dasarnya (contohnya emas), secara alamiah mempunyai resistansi/ketahanan yang baik terhadap korosi.. Dampak Korosi Klasifikasi Korosi berdasarkan teori penyebabnya Teori Asam yaitu korosi terjadi karena adanya kondisi asam yang berada di sekitar logam (terutama besi) Teori korosi kering (chemical corrosion), yaitu korosi yang terjadi dengan reaksi kimia secara murni. Biasanya terjadi pada temperatur tinggi atau dalam keadaan kering. Contoh: katup motor bakar Teori korosi elektrokimia (electrochemical corrosion), yaitu korosi yang terjadi bila reaksinya berlangsung dengan suatu elektrolit, yaitu cairan yang mengandung ion-ion. Reaksi berlangsung dengan adanya air/ uap air. Reaksi semacam inilah yang paling banyak terjadi pada reaksi korosi.

2 Teori Asam (korosi) Berdasarkan teori ini, terjadinya korosi pada besi disebabkan adanya karbon dioksida (CO 2 ), uap air (H 2 O (g) ) dan oksigen (O 2 ). Produk hasilnya adalah campuran Fe(HCO 3 ) 2, Fe(OH)CO 3 dan Fe(OH) 3 Reaksi lengkapnya adalah sebagai berikut : 2Fe + 4CO 2 + 4H 2 O + O 2 2Fe(HCO 3 ) 2 4Fe(HCO 3 ) 2 + 2H 2 O + O 2 4Fe(OH)CO 3 + 4CO 2 + 4H 2 O 2Fe(OH)CO 3 + 2H 2 O 2Fe(OH) 3 + 2CO 2 Korosi oksidasi Beberapa jenis logam secara langsung bereaksi dengan oksigen meskipun tidak ada uap air Logam alkali bereaksi dengan O 2 pada temperatur ruangan dan bentuk oksida yang lain. Sementara beberapa logam lain bereaksi dengan O 2 pada suhu tinggi Dalam hal ini, logam istimewa seperti Ag, Au dan Pt tidak beroksidasi karena noble metals Selama proses oksidasi logam, logam oksida berbentuk lembaran tipis menempel pada permukaan logam yang melindungi logam terhadap korosi lebih lanjut. Jika terjadi proses difusi oksigen menembus oksida logam, korosi bisa berlanjut. Teori Korosi Kering (Korosi kimia) Berdasarkan teori ini, korosi pada permukaan logam diakibatkan kontak langsung dengan gas di atmosfer seperti O 2, gas-gas dalam kelompok halogen, oksida sulfur (SO 4, SO 3 dll), hidrogen sulfida dll. Lama korosi tergantung kondisi reaksi antara logam dan gas Dalam hal ini, O 2 yang paling dominan dibandingkan dengan gas-gas lain Tiga tipe dari reaksi ini : 1. Korosi oksidasi ( reaksi dengan oksigen ) 2. Korosi dengan gas lain 3. Korosi dengan logam cair Teori korosi elektrokimia Korosi elektrokimia ini yang paling sering terjadi di alam. Logam berada pada kondisi larutan yang bersifat korosif. Korosi terjadi ketika logam mengalami kontak dengan larutan atau ketika dua buah logam yang tidak sama karakternya berada dalam larutan tersebut (prinsip sel galvanis), satu logam berperan sebagai anoda dan yang lain sebagai katoda Larutan korosif yang ada berfungsi sebagai elektrolit Yang berperan menghasilkan korosi adalah sisi anoda Hasil korosi akan berada di antara anoda dan katoda

3 Berbagai bentuk korosi 1. Korosi galvanis (Galvanic corrosion) 2. Korosi erosi (Erosion corrosion) 3. Korosi retak (Crevice corrosion) 4. Korosi lubang (Pitting corrosion) 5. Pengelupasan kulit (exfoliation) 6. Peluluhan selektif (Selective leaching) 7. Korosi antar butiran kecil (Intergranular corrosion) 8.Korosi retak akibat tekanan (Stress corrosion cracking) 9. Korosi aliran air (Water-line corrosion) 10. Korosi mikrobiologi (Micro-biological corrosion), dan lain-lain. Korosi erosi Permukaan logam akan tergerus Reaksi korosi besi 2Fe 2Fe e - anoda 2H 2 O + O 2 + 4e - 4OH - katoda 2Fe OH - 2Fe(OH) 2 Reaksi total 2Fe + 2H 2 O + O 2 2Fe(OH) 2 (karat/korosi) Korosi galvanis Anoda pada logam yang melepas elektron Anoda lebih berpotensi terjadi korosi Contoh plat Cu dan Fe (mur) Korosi retak Terjadi retak

4 Korosi lubang Terjadi lubang akibat korosi Intergranular corrosion Pengelupasan lapisan logam (exfoliation) stress corrosion cracking Selective leaching (korosi selektif)

5 Water line corrosion Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi Sifat logam Sifat lingkungan Microbiological corrosion Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi Sifat logam 1. Potensial oksidasi, 2. Tegangan lebih (overvoltage), 3. Area anoda dan katoda relatif, 4. Kemurnian logam, 5. Keadaan fisik logam, 6. Sifat oksida lapisan tipis (film), dan 7. Daya larut (solubility) produk korosi.

6 Faktor-faktor yang mempengaruhi korosi Sifat lingkungan 1. Temperatur, 2. Kehadiran uap, 3. Pengaruh ph, 4. Sifat anion dan kation, 5. Konduktansi medium, 6. Konsentrasi oksigen dan formasi sel konsentrasi oksigen, 7. Kecepatan aliran proses, 8. Prosedur start up dan shut down, dan 9. Pencegah korosi. Pencegahan korosi : Pemilihan jenis material yang baik Setiap logam menunjukkan korosi minimum pada ph spesifik. Akan tetapi korosi dapat dikendalikan dengan pengaturan keasaman atau alkalinitas lingkungan yang sesuai. Bilamana kendali ph tidak dapat dilakukan, korosi dapat dikurangi dengan menggunakan lapisan pelambat dan logam inactive. Bilamana terjadi sentuhan logam yang berlainan tidak dapat dihindari, maka harus disisipkan isolator yang sesuai diantaranya untuk mengurangi aliran arus. Pencegahan korosi : Pemilihan jenis material yang baik menggunakan logam yang semurni mungkin. Ketidakmurnian logam dapat mempercepat terjadinya korosi. Resistansi dan kekuatan korosi dari beberapa logam dapat ditingkatkan dengan dengan cara pencampuran (alloying). Perlakuan panas seperti penguatan (annealing) sangat membantu untuk mengurangi tekanan eksternal dan mengurangi korosi. Jika logam aktif digunakan maka harus diisolasi dari logam katodik. Jika dua logam bersinggungan, sebaiknya dipilih bahwa potensial elektrodanya yang sedekat mungkin. Uap lembab (moisture) harus dikeluarkan untuk aplikasi praktis. Jika terdapat uap atau larutan elektrolit, maka dapat digunakan pencegah (inhibitor) yang sesuai. Pemilihan jenis material yang baik Suatu elektrolit mempunyai pengaruh yang berbeda terhadap bahan yang berbeda, dengan kata lain bahan tertentu akan tahan korosi terhadap suatu ektrolit tertentu. Contoh kombinasi logam/paduan elektrolit korosif yang memiliki sifat tahan korosi yang tinggi terhadap elektrolit itu : Stainless steel nitric acid; Nickel/nickel alloy caustic; Monel hydrofluoric acid; Lead dilute sulfuric acid; Aluminium nonstaining atmospheric exposure; Steel concentrated sulfuric acid. 24

7 Pencegahan korosi : Merubah kondisi lingkungan : Ada beberapa hal yang dapat dilakukan untuk menurunkan tingkat korosi : Menurunkan temperatur, Menurunkan kecepatan aliran elektrolit, Menghilangkan oksigen/oksidiser terlarut, Menurunkan konsentrasi. Proteksi Katoda Pada reaksi korosi di anode akan terjadi reaksi yang menghasilkan elektron dan bila elektron ini dialirkan ke luar dari anode ke katode, maka reaksi korosi akan berlanjut terus. Untuk menghindarkan hal tersebut dapat dilakukan dengan mensupplay arus listrik dari luar atau dengan sacrificial anode (galvanic coupling dengan logam yang kurang mulia dibandingkan dengan logam yang akan dilindungi (lihat gambar). 25 Pencegahan korosi : Proteksi Katoda dan Anoda Bilamana arus listrik mengalir antara daerah anodik dan katodik pada permukaan logam yang sudah berkarat, maka semakin besar arus listrik yang mengalir akan memperbesar dan mempercepat korosi pada anoda. Pesat korosi dapat dikendalikan dengan mengganggu aliran arus pada logam menggunakan rangkaian eksternal. Jika arus berlawanan diterapkan untuk menghapuskan korosi, maka disebut proteksi katodik. Jika potensial logam diatur sehingga korosi dapat ditekan karena logam dibuat pasif, maka disebut proteksi anodik. Proteksi Anoda, dengan cara pelapisan Terdapat 3 jenis pelapisan (coating), yaitu : a. Metallic coating, yaitu melapisi dengan logam yang kurang mulia dibandingkan dengan logam yang dilindungi, contoh baja dilapisi dengan seng; b. Oxyde coating, yaitu melapisi dengan oksida (secara alamiah terjadi pada aluminium). Juga dapat dibuat yaitu dengan mencelupkan logam yang akan dilindungi ke dalam oxydizing agent yang kuat (chromate atau carbonate yang dipanaskan), atau dengan anodizing; c. Organic coating, yaitu pelapisan dengan senyawa organik, misalnya pengecatan.

8 Proteksi Anoda, dengan cara pelapisan Terdapat 3 jenis pelapisan (coating), yaitu : ELECTROPLATING Electroplating adalah elektrodeposisi pada logam, campuran logam, dan non-logam. Elektroplating (pada logam) didefinisikan sebagai perpindahan ion logam dengan bantuan arus listrik melalui elektrolit sehingga ion logam mengendap pada benda padat konduktif membentuk lapisan logam Electroplating dilakukan untuk dekorasi, proteksi permukaan dan peningkatan unjuk kerja material dari segi teknik. Ion logam diperoleh dari elektrolit maupun berasal dari pelarutan anoda logam ke dalam elektrolit Pengendapan terjadi pada benda kerja yang berlaku sebagai katoda Lapisan logam yang mengendap disebut juga sebagai deposit a b c Pencegahan korosi : Desain yang tepat : Ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain suatu produk, antara lain: Hindari adanya celah-celah sempit; Hindari adanya kantong-kantong yang memungkinkan adanya sisa cairan; Bagian-bagian yang mudah rusak harus mudah penggantiannya; Hindari adanya bagian yang mengalami tegangan yang besar; Pada konstruksi pipa, hindari adanya belokan yang terlalu tajam; Hindari adanya kantong-kantong udara pada saluran/tangki. Arus yang digunakan pada proses elektroplating adalah arus searah (DC) yang dapat dari accumulator ataupun arus AC yang telah di searahkan Elektrolit merupakan suatu larutan yang mengandung ion-ion sehingga dapat menghatarkan arus listrik Pada prinsipnya pelapisan logam dengan cara lapis listrik adalah merupakan rangkaian dari : arus listrik, elektroda (anoda dan katoda), larutan elektrolit dan benda kerja ditempatkan sebagai katoda. Keempat gugusan ini disusun sedemikian rupa sehingga membentuk suatu rangkaian sistem lapis listrik listrik dengan rangkaian sebagai berikut:

9 Anoda dihubungkan pada kutub positif dari sumber listrik Katoda dihubungkan pada kutub negatif Anoda dan katoda direndamkan dalam larutan ektrolit Bila arus listrik (potensial) searah dialirkan antara kedua elektroda anoda dan katoda dalam larutan elektrolit, maka muatan ion positif ditarik oleh elektroda katoda. Sementara ion bermuatan negatif berpindah ke arah elektroda bermuatan positif. Ion-ion tersebut dinetralisir oleh kedua elektroda dan larutan elektrolit yang hasilnya diendapkan pada elektroda katoda Tujuan utama electroplating adalah untuk mengubah sifat permukaan logam atau non-logam dalam rangka mencapai penampilan atau rupa yang lebih baik, peningkatan ketahanan terhadap korosi atau serangan kimia, dan lain-lain. Sebagai contoh misalkan plat baja yang akan dilapis dengan tembaga (Cu). Larutan yang dugunakan adalah garam logam cupper sulfat (CuSO4) Oleh karena pada anoda dan katoda terjadi perbedaan potensial setelah dialiri listrik, maka logam tembaga akan terurai di dalam elektrolit yang juga mengandung ion-ion tembaga. Melalui larutan elektrolit, ion-ion tembaga (Cu2++) akan terbawa kemudian mengendap pada permukaan katoda (plat baja) dan berubah menjadi atom-atom tembaga. Di sini terjadi reaksireduksi ion tembaga menjadi logam tembaga sebagai berikut : APLIKASI ELECTROPLATING Plating untuk Tujuan Dekorasi Chromium, nikel, perak, emas, tembaga, kuningan, dan rhodium merupakan logam-logam yang umum digunakan dalam plating untuk tujuan dekorasi. Seng, cadmium, timah, platinum, dan palladium juga digunakan untuk dekorasi khusus.

10 Plating untuk Tujuan Proteksi Plating yang bersifat dekoratif dapat sekaligus memberikan perlindungan atau proteksi. Akan tetapi bilamana plating dilakukan hanya untuk proteksi, maka permukaan tidak menjadi faktor yang perlu dipertimbangan. Beberapa benda yang diperlukan untuk suatu tujuan tetapi logam pembuatnya tidak memiliki sifat yang sesuai dan menunjang fungsinya, sehingga perlu dilakukan plating pada logam dasar tersebut untuk memberinya sifat yang sesuai dengan kebutuhan. Timah dilapiskan pada kaki komponen elektronik untuk mempermudah solder melekat padanya. Kaki komponen terbuat dari tembaga, namun tembaga saja tidak cukup cepat dilekati timah Untuk fungsi reflektor (pada senter, atau lampu otomotif), logam dilapisi dengan logam perak atau rhodium yang memiliki daya refleksi tinggi. Stabilitas permukaan yang diperlukan dapat diperoleh dengan melapisi permukaan logam. Campuran khusus yang mempunyai sifat permukaan yang baik tetapi sukar dioperasikan dalam bentuk besar-besaran dapat dikombinasikan dengan campuran yang relatif mudah dioperasikan. Plating untuk Pengaruh Permukaan Khusus dan Rekayasa Electroplating menempati kedudukan yang penting dalam rekayasa (engineering). Bagian komposit dapat dirancang dimana logam dasar adalah sebuah campuran yang memiliki sifat-sifat mekanik dan fabrikasi yang dibutuhkan meskipun mempunyai ketahanan yang buruk pada permukaannya pada kondisi operasional. Dalam aplikasi rekayasa, pengolahan dan pembersihan permukaan logam dasar dan pemilihan plat yang tepat merupakan hal paling pokok dalam menghasilkan suatu produk dapat memuaskan.

11 Electroforming Industri radio, radar, pesawat terbang, otomobil, glas, karet, baja dan percetakan menggunakan beberapa produk yang dibuatnya baik sebagian maupun keseluruhannya melalui electroforming. Metode ini membantu dalam membuat komoditas dimana metode lain masih belum efektif. Plastik ABS, singkatan dari Acrylonitrile Butadiene Styrene, termasuk dalam kategori thermoplastic yang mengandung acrylonitrile, butadiene dan styrene. Plastik ABS dapat dicetak untuk menghasilkan bentuk yang diinginkan dengan cara injection molding dan dapat dielektroplating dengan terlebih dahulu dilakukan tahap metalisasi. Metoda di tahap metalisasinya adalah dengan menerapkan tahap katalisasi palladium + elektroles plating. Plating pada Material Non-Logam Material non logam seperti resin sintetik, kain, kertas, kayu, porselin, kulit, dan lain-lain biasanya diplat untuk tujuan dekorasi, pengawetan atau mempersiapkan material yang berbobot ringan dengan karakteristik permukaan logam, konduktansi permukaan, dan kekuatan. Material non logam juga diplat dalam kaitannya dengan electroforming dan electroplating.