STUDI INHIBISI KOROSI BAJA SS 304 DALAM MEDIA HCl 1 M DENGAN ISATIN. Adrian Gunawan*, Harmami 1

Transkripsi

1 Prosiding Skripsi Semester Genap SK STUDI INHIBISI KOROSI BAJA SS 304 DALAM MEDIA HCl 1 M DENGAN ISATIN Adrian Gunawan*, Harmami 1 Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember ABSTRAK Studi inhibisi korosi baja SS 304 dalam media HCl 1M dengan Isatin dipelajari dengan menggunakan metode pengurangan massa, polarisasi potensiodinamik, serta analisis Scanning Electron Microscopy (SEM). Data pengurangan massa menunjukkan nilai % EI sebanding dengan konsentrasi Isatin dan berbanding terbalik dengan kenaikan temperatur dengan %EI max mencapai %. Data polarisasi potensiodinamik menunjukkan hal yang serupa dengan pengurangan massa, dimana %Ei max diperoleh sebesar 53.88%. Nilai konstanta tafel menunjukkan bahwa Isatin bekerja pada sisi katodik dan anodik (tipe campuran). Analisa SEM menunjukkan perbedaan keadaan permukaan spesimen yang direndam pada larutan tanpa inhibitor dan pada larutan dengan Isatin 12.5 mm. Fisisorpsi diduga terjadi karena nilai Ea ditemukan meningkat pada saat konsentrasi Isatin meningkat dan perubahan nilai βa yang tak teratur. Kata kunci: Inhibisi korosi, SS 304, Isatin, Energi Aktivasi. ABSTRACT The inhibitive action of the Isatin toward the corrosion of SS 304 in 1 M HCl solution was investigated using weight loss measurements, polarization potentiodynamic, and SEM analysis. From the weight loss measurements show the %EI is proportional with the increase of Isatin concentration, but reverse with the temperature. %EI max in this method is 73.90% and with polarization %EI max is 53.88%. Tafel slope show that Isatin is the inhibitor mixed type (inhibition in cathodic and anodic). With SEM analysis we know the difference condition in surface speciment which imers in solution without Isatin dan with Isatin 12.5 mm. The physisorption is predicted because the activation energy (Ea) in the solution with Isatin is bigger than activation energy (Ea) in the solution without Isatin, and also the anodic tafel slope chance not slightly Keywords: Corrosion inhibition, SS 304, Isatin, Activation Energy PENDAHULUAN Stainless Steel (SS) adalah salah satu jenis baja yang dikenal dengan baja tahan karat. Kemampuan SS tersebut dikarenakan kemampuannya untuk membentuk lapisan oksida tipis di permukaannya. SS 304 adalah jenis SS yang ekonomis, kuat dan secara luas digunakan di dunia industri, akan tetapi SS 304 masih dapat mengalami korosi, utamanya pada lingkungan yang asam dan mengandung ion chlorida. Masalah korosi itu telah menjadi salah satu masalah besar dalam kehidupan manusia, dan oleh karena itu diperlukan cara untuk mencegah dan mengurangi terjadinya korosi. Cara yang umum ditempuh antara lain isolasi, pelapisan (pengecatan), anoda umpan / tumbal, dan arus tandingan. Cara lain yang digunakan adalah penggunaan inhibitor korosi, yaitu zat yang dapat menghambat laju korosi. * Corresponding author Phone : ian.ndutz.com@gmail.com 1, Alamat sekarang : Jur Kimia, Fak. MIPA, Institut Teknologi 10 Nopember, Surabaya. Inhibitor korosi dari bahan organik dipilih karena memiliki afinitas yang cukup tinggi pada logam, nilai effisiensi yang tinggi, serta ramah lingkungan. Effektivitas senyawa organik sebagai inhibitor sangat dipengaruhi oleh keberadaan heteroatom (O, N, P, dan S), gugus polar, ikatan phi, serta electron bebas yang menjadi sarana bagi inhibitor untuk melakukan chemisorpsi / berikatan dengan logam secara koordinasi. (Spinelli, 2009) Isatin adalah senyawa turunan indole dengan 2 gugus karbonil di nomor 2 dan 3. Gugus karbonil yang berada di nomor 3 (karbonil golongan keton) sangat reaktif. Sedangkan karbonil pada nomor 3 memiliki sifat seperti amida. Struktur Isatin ditampilkan pada gambar 1. Isatin (1H-indole-2,3-dione) telah diuji untuk inhibisi korosi tembaga di media H 2 SO M pada range temperatur 25 o C 55 o C, dan menghasilkan nilai %EI maksimum pada saat konsentrasi isatin 7.5 x 10-3 M pada semua temperatur, hal ini dihubungkan dengan semakin besarnya permukaan baja yang terlingkupi oleh inhibitor (Quartarone dkk, 2003).

2 Gambar 1. Struktur Isatin Senyawa turunan dari isatin, yaitu N- (piperidinomethyl)-3-[(pyridylidene)amino] isatin (PPI) diuji sebagai inhibitor korosi baja lunak di medium HCl, hasilnya diketahui bahwa saat konsentrasi HCl makin tinggi, maka %EI maksimum akan turun, karena bertambahnya ion H + dan Cl -. Suhu perendaman, konsentrasi inhibitor, dan waktu perendaman berbanding lurus dengan nilai %EI. PPI mencapai %EI maksimum pada konsentrasi 300 ppm di HCl 1N. Diketahui adanya chemisorpsi antara isatin dan permukaan baja setelah terjadi fisisorpsi diantara keduanya (Quraishi, M.A, dkk, 2008) Isatin belum pernah dilaporkan studi inhibisinya pada SS 304 di medium HCl 1M, dan bila melihat SS 304 yang secara luas digunakan dalam industri yang berbahan dasar korosif serta meninjau struktur dan performa isatin dan turunannya yang cukup baik pada inhibisi korosi di medium asam, maka study tentang inhibisi korosi SS 304 dalam medium HCl 1M dengan Isatin ini perlu untuk dilaksanakan METODOLOGI PENELITIAN Alat dan Bahan Peralatan Gelas Peralatan gelas yang digunakan dalam penelitian ini adalah botol timbang, neraca analitis, gelas beker, alumunium foil, plastik, kertas gosok, labu ukur, buret, dan erlenmeyer. Instrumen Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah water bath, potensiostat, dan SEM. Bahan Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah Isatin, Asam Chlorida Pekat (37%), Baja tipe SS 304, Aquabidest, Aseton, Natrium Hidroksida, dan Asam Oksalat. Prosedur Kerja Pada eksperimen digunakan baja SS 304. Baja ini mempunyai komposisi kimia 0.08% C, 2% Mn, 0.45% P, 0.03% S, 0.75% Si, 18-20% Cr, dan 8-10,5 % Ni, dan sisanya adalah besi. Metode yang digunakan pada eksperimen kali ini yaitu : metode pengurangan massa, metode polarisasi potensiostatik dan SEM. Metode pengurangan massa, menggunakan speseimen yang mempunyai dimensi 3 x 3 x 0.1 cm 3. Untuk eksperimen polarisasi potensiodinamik, baja yang digunakan berbentuk silinder dengan diameter 1,4 cm dan tebal 0.1 cm. Preparasi spesimen dilakukan dengan digosok dengan kertas ampelas, dicuci dengan aquabidest, aseton, dan dibilas lagi dengan aquabidest. Media korosi HCl 1M dibuat dari pengenceran HCl pekat 37% untuk kemudian distandarisasi dengan metode analitik. Pada metode pengurangan massa, spesimen diukur terlebih dahulu massa sebelum perendaman, kemudian direndam dalam media korosi tanpa dan dengan hadirnya Isatin pada temperature tertentu selama 3 jam. Setelah direndam, spesimen diperlakukan dengan cara yang sama dengan spesimen sebelum perencaman. Isatin yang ditambahkan dengan konsentrasi 0 ; 2.5 ; 5 ; 7.5 ; 10 ; dan 12.5 mm. Temperatur yang digunakan adalah T. kamar, 35 C ; 40 C ; 45 C ; 50 C ; dam 55 C. Temperatur media korosi diatur dengan menggunakan water bath. Penghitungan efisiensi inhibisi (%EI) berdasarkan pada pengurangan massa pada meida korosi tanpa dan dengan Isatin seperti pada persamaan berikut : %EI= Wo-Wi Wo 100 % Dengan Wo dan Wi adalah massa yang hilang pada media korosi tanpa inhibitor dan dengan inhibitor. Spesimen hasil rendaman pada media korosi tanpa Isatin dan dengan Isatin 12.5 mm dianalisis tekstur permukaannya dengan SEM. Untuk metode polarisasi potensiostatik dilakukan dengan menggunakan PGS 20 T dengan 3 elektroda. WE adalah spesimen baja, RE adalah SCE, dan AE adalah Platina. Polarisasi potensiodinamik dijalankan dengan scan rate 20 mv/s pada range mv sampai 1000 mv. Parameter korosi yang diketahui adalah arus korosi, potensial korosi, dam konstanta tafel. Nilai %EI dihitung dengan persamaan berikut : %EI= Io-Ii Io 100 % Dimana Io dan Ii merupakan densitas arus korosi pada media korosi tanpa dan dengan Inhibitor. HASIL DAN DISKUSI Metode Pengurangan Massa Hasil dari metode pengurangan massa menunjukkan nilai %EI yang meningkat pada saat konsentrasi Isatin meningkat pada setiap temperatur, hal ini dihubungkan dengan semakin besar luas permukaan logam yang tertutupi oleh Isatin akibat dari peristiwa adsorpsi Isatin di permukaan logam. Nilai %EI yang maksimum dicapai pada konsentrasi Isatin 12.5 mm saat temperatur kamar, yakni mencapai %, sedangkan yang minimum sebesar % dengan Isatin 2.5 mm pada 55 C. Grafik hubungan nilai %EI dengan konsentrasi Isatin dapat dilihat pada gambar 2. Pada saat temperatur media meningkat pada konsentrasi Isatin yang sama, maka nilai %EI

3 ln Δw % Effisiensi Inhibisi Energi Aktivasi (Kj/mol) % Effisiensi Inhibisi cenderung menurun, hal ini dimungkinkan akibat adanya proses desorpsi Isatin dari permukaan karena 80,00 75,00 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00 45,00 40,00 Gambar 2 Grafik % EI vs Konsentrasi Isatin pada T. kamar, 35 C, 40 C, 45 C, 50 C, dan 55 O C adsorpsi yang lemah (fisisorpsi) sehingga mengakibatkan laju korosi meningkat. (Harmami dkk, 2003). Grafik hubungan %EI dengan Temperatur pada setiap konsentrasi Isatin ditampilkan pada gambar 3. 80,00 75,00 70,00 65,00 60,00 55,00 50,00 45,00 40,00 Gambar 3 Grafik %EI vs Temperatur pada berbagai Konsentrasi Isatin Perhitungan Energi Aktivasi (Ea) Data hasil pengurangan massa yang sudah diketahui digunakan untuk menghitung nilai Ea sesuai dengan persamaan Arhennius. Plot ln Δw dengan 1000/T akan menghasilkan garis lurus. Nilai Ea dapat diperoleh dari nilai kemiringan persamaan garis yang terjadi. Grafik hubungan ln Δw dengan 1000/T ditampilkan dalam gambar 4, berikut ini : -2,5-3 -3,5-4 -4,5-5 Gambar 4 Grafik Hubungan antara ln ΔW vs 1000/T 0 2,5 5 7, ,5 Konsentrasi Isatin (mm) Temperatur ( C) 3 3,1 3,2 1000/T (K -1 ) Kamar 35 C 40 C 45 C 50 C 55 C Blanko Nilai Ea yang diperoleh, ditampilkan dalam tabel 1 berikut ini : Tabel 1. Nilai Ea pada Berbagai Konsentrasi Isatin Inhibitor Ea (KJ / Mol) (mm) Berdasar tabel diatas dapat dibuat hubungan antara nilai Ea dengan Konsentrasi Isatin, seperti yang ditampilkan dalam gambar 5 berikut : R² = 0, ,5 5 7, ,5 Konsentrasi Isatin Nilai Energi aktivasi yang semakin meningkat pada saat Isatin yang ditambahkan semakin besar, menunjukkan telah terjadi suatu proses Inhibisi (penghambatan) laju korosi, serta menandakan adanya peristiwa fisisorpsi dan kerja katodik dari inhibitor (Xianghong dkk, 2009) Metode Polarisasi Potensiodinamik Nilai arus korosi (I corr ) dan potensial korosi (E corr ) pada korosi SS 304 dalam media korosi dapat diketahui dengan menggunakan metode polarisasasi potensiodinamik. Instrumen yang digunakan adalah potensiostat PGZ 20 T. Spesimen tersebut kemudian di uji pada sistem 3 elektroda, dengan baja SS 304 sebagai elektroda kerja (WE), Platina sebagai elektroda bantu (AE), dan SCE sebagai elektroda reference (RE), sedangkan untuk elektrolit digunakan larutan HCl 1M tanpa inhibitor dan dengan inhibitor. Media korosi pada metode ini diencerkan 10x dari media korosi pada metode pengurangan massa. Hal tersebut dilakukan karena keterbatasan instrumen potensiostat tersebut. Dapat disimpulkan bahwa inhibisinya akan cenderung meningkat pada saat konsentrasi Isatin semakin meningkat sampai konsentrasi 1.25 mm, dengan nilai % EI minimum sebesar 26.4 % dan maksimum sebesar % Hasil dari polarisasi ditampilkan dalam gambar 6, 7, dan 8. Sedangkan nilai berbagai parameter korosi (I corr, E corr, βa, βc, dan % EI) pada berbagai kondisi yang dihasilkan dari metode ini disampaikan dalam tabel 4.2

4 Densitas Arus Korosi Tabel 2. Nilai Berbagai Parameter Korosi Baja SS 304 pada Media HCl 0.1 M dengan Hadirnya Isatin pada T kamar [Isatin] E corr I corr βa -βc % EI Gambar 6. Kurva Polarisasi SS 304 pada HCl 0.1 M (1) dan HCl 0.1 M dengan Isatin 0.25 mm (2) Nilai potensial korosi (E corr ) yang naik turun dimungkinkan oleh adanya proses adsorpsi Isatin di permukaan baja SS 304 saat polarisasi tidak stabil. Akan tetapi inhibisi korosi tetap berlangsung, hal itu terbukti dari nilai I corr yang terus menurun saat ditambahkan Isatin. Hubungan antara konsentrasi Isatin dengan % EI berdasarkan metode polarisasi potensiodinamik dapat dilihat pada gambar 9. Gambar 7. Kurva Polarisasi SS 304 pada HCl 0.1M dengan Isatin 0.5mM (3) dan HCl 0.1 M dengan Isatin 0.75mM (4) R² = 0, ,25 0,5 0,75 1 1,25 Konsentrasi Isatin (mm) Gambar 9 Grafik Hubungan Arus Korosi dengan Konsentrasi Isatin berdasarkan metode polarisasi potensiodinamik Gambar 8. Kurva Polarisasi SS 304 pada HCl 0.1 M dengan Isatin 10 mm (5) dan HCl 0.1 M dengan Isatin 1.25 mm (6) Nilai konstanta tafel anodik pada tabel 2 diatas menunjukkan perubahan yang tak teratur, hal ini menunjukkan bahwa adsorpsi Isatin di permukaan spesimen lemah dan mudah lepas yang merupakan ciri dari adsorpsi secara fisika. Fisisorpsi ini terjadi akibat adanya interaksi elektrostatik antara inhibitor dengan permukaan logam. Sedangkan nilai konstanta tafel katodik, menunjukkan nilai penurunan yang teratur dengan meningkatnya konsentrasi inhibitor, hal tersebut menunjukkan bahwa Isatin bekerja cukup baik di sisi katodik, yaitu dengan mengurangi laju reduksi ion H + menjadi H 2 Mekanisme Inhibisi Korosi Inhibitor korosi dapat bekerja menghambat korosi dengan berbagai jalan dan persitiwa adsorpsi inhibitor pada permukaan logam merupakan satu mekanisme untuk inhibitor korosi type anodik. Jenis

5 adsorpsi yang terjadi, apakah fisisorpsi, chemisorpsi, ataupun chemisorpsi yang didahului fisisorpsi sangat tergantung pada struktur inhibitor itu sendiri, jenis logam dan keadaan media (ph, Temperatur, dan jumlah inhibitor). Isatin dapat teradsorp secara kimia pada permukaan logam yang ditunjukkan dengan pembentukan kompleks Cu-Isatin dalam media H 2 SO M yang dibuktikan dengan alat spektrofotometri uv-vis. Isatin berperan sebagai basa lewis yang mendonorkan PEB, sedangkan logam sebagai asam lewis akan menangkap PEB tersebut, sehingga terbentuk senyawa kompleks. Senyawa kompleks tersebut akan menutup sebagian permukaan logam dan menghambat pelarutan dari logam. Proses chemisorpsi seperti ini membutuhkan energi yang cukup tinggi dan waktu kontak yang lama. Pola chemisorpsi yang terjadi dapat diuji dengan cara fitting terhadap berbagai persamaan isothermal adsorpsi. (Quartarone dkk, 2003) Fisisorpsi terjadi apabila hanya ada interaksi elektrostatik (gaya coulomb) antara inhibitor dan logam, adsorpsi model ini lemah dan mudah lepas. Fisisorpsi akan terjadi apabila struktur inhibitor tidak memungkinkan untuk mendonorkan PEBnya pada logam. Pada penelitian ini menunjukkan bahwa isatin teradsorp secara fisika pada permukaan logam, hal ini diketahui dari nilai βa yang berubah tidak beraturan. Nilai βa tersebut menunjukkan kalau adsorpsi isatin di permukaan logam lemah dan mudah lepas, sama seperti ciri dari fisisorpsi. Nilai energi aktivasi pada media korosi dengan inhibitor yang lebih besar dibandingkan pada media korosi tanpa inhibitor juga menunjukkan adanya fisisorpsi seperti pada penelitian Behpour dkk pada tahun Ditinjau secara struktur, Isatin memang kurang mampu untuk mendonorkan PEB pada logam, hal ini terkait dengan adanya delokalisasi elektron pada isatin yang melibatkan PEB dari atom N dan O sehingga mempersulit donor PEB oleh Isatin. Keberadaan fisisorpsi sebanarnya kurang menguntungkan untuk proses inhibisi korosi, karena ikatan antara inhibitor dan logam yang lemah dan mudah lepas yang memungkinkan peristiwa korosi masih bisa terjadi, akan tetapi pada penelitian ini diketahui bahwa isatin juga berperan pada sisi katodik dengan menghambat laju reduksi dari H + melalui pembentukan senyawa isatin yang terprotonasi (H- Isatin) + yang kemudian dapat membentuk garam klorida Isatin (H-isatin) + Cl. Sulitnya H + dancl - untuk bereaksi dengan logam pada hadrinya isatin akan mengakibatkan nilai Ea meningkat, hal ini terbukti pada penelitian ini, dimana nilai Ea pada media korosi dengan inhibitor lebih besar dibanding Ea pada media korosi tanpa inhibitor. Analisa SEM (Scanning Electron Microscopy) Spesimen SS 304 hasil pengurangan massa pada media korosi tanpa inhibitor (HCl 1M tanpa Isatin) dan media korosi dengan inhibitor yang menghasilkan nilai effisiensi maksimum (HCl 1M + Isatin 12.5 mm) dianalisa dengan menggunakan SEM pada perbesaran kali. Tujuan dari analisa ini adalah untuk mengetahui kerusakan akibat korosi yang terjadi pada permukaan baja setelah direndam dalam media korosi. Hasil dari analisa SEM pada 2 spesimen tersebut ditampilkan pada gambar 10 (a) dan (b). Dari hasil analisa SEM tersebut menunjukkan bahwa permukaan baja yang direndam dalam media HCl tanpa Isatin mengalami kerusakan yang lebih dibandingkan baja yang direndam dalam HCl dan Isatin 12.5 mm. Analisa SEM ini juga membuktikan bahwa Isatin bekerja sebagai inhibitor korosi, hal itu terbukti dari permukaan spesimen yang direndam dalam media korosi dengan inhibitor memiliki kualitas permukaan yang lebih baik dibandingkan permukaan spesimen yang direndam dalam media korosi tanpa inhibitor. (a) (b) Gambar 4.12 Hasil SEM spesimen SS 304 pada larutan HCl 1M tanpa Isatin (a) dan dengan Isatin 12.5 mm (b) (perbesaran 5000x) Dari hasil SEM yang diperoleh nampak bahwa korosi yang dominan terjadi adalah korosi merata dan jenis pitting yang diakibatkan oleh adanya ion Chlorida (Cl - ) yang berasal dari HCl, akan tetapi setelah adanya inhbitor, maka jumlah pitiing yang terjadi nampak berkurang, karena ion Cl - terhalangi oleh molekul inhibitor yang ada di permukaan spesimen. KESIMPULAN Isatin dapat bertindak sebagai inhibitor korosi untuk baja SS 304 di dalam larutan HCl. %EI berbanding lurus dengan konsentrasi Isatin dan terbalik dengan temperatur. Hasil perhitungan Energi aktivasi menunjukkan bahwa nilai Ea meningkat saat Isatin dinaikkan. Mekanisme inhibisi yang diusulkan adalah dengan mengurangi jumlah species korosif yang ada dalam sistem (H + dan Cl - ), dan menaikkan energi aktivasi dari korosi, serta teradsorp secara fisika ke permukaan logam. Sehingga Isatin dapat digolongkan sebagai inhibitor type campuran

6 UCAPAN TERIMA KASIH 1. Dra. Harmami, M.S, selaku dosen pembimbing atas segala arahan dan masukan. 2. Orang tua dan keluarga, atas semua dorongan, dan dukungan moral spiritual yang diberikan. 3. Rekan-rekan Kimia ITS 4. Serta pihak-pihak lain yang tidak dapat disebutkan satu persatu. DAFTAR PUSTAKA Behpour, M, dkk (2009), The inhibitive effect of some bis-n,s-bidentate Schiff bases on corrosion behaviour of 304 stainless steel in hydrochloric acid solution Corrosion Science 51 : Harmami, dkk (2003), study of 4-methyl imidazole as corrosion inhibitor of 316L austenitic steel in acidic media Majalah IPTEK, Vol 17 No.2 Quartarone G, dkk (2003), Inhibition of Copper Corrosion by Isatin in Aerated 0.5 M H 2 SO 4 Corrosion Science 45 : Quraishi, M.A, dkk (2008), N-(Piperidinomethyl) -3 [(pyridylidene)amino] isatin: A new and effective acid corrosion inhibitor for mild steel Materials Chemistry and Physics 112 : Spinelli, A, FS. De Souza (2009), Caffeic acid as a green corrosion inhibitor for mild steel Corrosion Science 51 : Xianghong, Li, dkk (2009), Inhibition effect of 6- benzyl aminopurine on the corrosion of cold rolled steel in H2SO4 solution Corrosion Science 51 : Biodata Penulis Penulis dilahirkan di kota Lumajang, pada tanggal 18 Mei 1988 sebagai putra pertama dari pasangan Wieryanto Gunawan dan Melyawati. Pendidikan formal di tempuh di TKK.St.Maria, SDK. St. Yusuf, SLTPN 1 Lumajang, SMAN 2 Lumajang dan kemudian diterima melalui program PMDK di jurusan Kimia ITS pada tahun 2006, dan terdaftar dengan NRP Selama masa perkuliahan, penulis yang akrab dipanggil ian-bendol ini aktif di organisasi Himpunan Mahasiswa Kimia (HIMKA) sebagai Kadiv Entrepreneurship ( ), Ketua Panitia Workhsop Chempreneurship (Maret 2009), dan Koordinator Instructur Comitee OMB HIMKA (2009), di bidang akademik penulis pernah mencatatkan prestasi sebagai semifinalis olimpiade sains nasional tingkat perguruan tinggi se-indonesia (OSN-PTI) bidang kimia (2008), Tutor departemen KESMA HIMKA ( ), asisten praktikum Kimia Dasar, Kimia Unsur, Metode Pemisahan dan Pemurnian, serta koordinator asisten Metode Pengukuran, dan Dinamika Kimia. Penulis melakukan Kerja Praktek di PTAPB Batan Jogjakarta. Penulis juga aktif membina klub olahraga di lingkungan kimia dengan menjadi manager di klub futsal dan basket. Sampai lulus penulis tercatat sebagai tentor kimia SMA di salah satu LBB terbesar di kota Surabaya. Penulis menyelesaikan studi S1 pada bidang keahlian Kimia Fisik dibawah bimbingan Dra. Harmami, MS.