TESIS. Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung. Oleh

Transkripsi

1 PENENTUAN LAJU KOROSI TEMBAGA DALAM AQUA REGIA MENGGUNAKAN METODE PENGUKURAN HAMBATAN, UJI BERKURANGNYA BERAT DAN POLARISASI SEBAGAI BAHAN PEMBELAJARAN KOROSI BERBASIS E-LEARNING TESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh EVI RENOVA FARMAJANTI NIM: Program Studi Kimia INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

2 ABSTRAK PENENTUAN LAJU KOROSI TEMBAGA DALAM AQUA REGIA MENGGUNAKAN METODE PENGUKURAN HAMBATAN, UJI BERKURANGNYA BERAT DAN POLARISASI SEBAGAI BAHAN PEMBELAJARAN KOROSI BERBASIS E-LEARNING Oleh Evi Renova Farmajanti NIM: Korosi pada logam merupakan kejadian sehari-hari yang tidak dapat dihindari dan sering dianggap hal biasa. Padahal, kerugian yang ditimbulkan akibat korosi tidak hanya berdampak secara material tetapi dapat mengancam keselamatan jiwa. Dengan mengetahui gejala korosi secara baik, diharapkan berguna setidaknya bagi diri sendiri untuk dapat memperlakukan benda yang terbuat dari logam secara lebih bijak. Kesadaran mengenai kerugian akibat korosi juga perlu ditanamkan pada siswa dalam pembelajaran sehingga siswa dapat diajak berperan serta mengurangi kerugian nasional akibat korosi. Penelitian ini adalah untuk menentukan laju korosi tembaga dengan menggunakan tiga metode, yaitu: uji berkurangnya berat (corrosion wheel test), pengukuran hambatan dan Tafel. Pengukuran dengan uji berkurangnya berat dan Tafel dapat menunjukkan pengaruh ph dan penambahan inhibitor dengan hasil yang baik. Sedangkan dengan metode pengukuran hambatan, pengaruh ph dan inhibitor terhadap laju korosi tidak terukur secara baik karena kemungkinan terlepasnya oksida tembaga dari permukaan logam. Secara kualitatif, metode corrosion wheel test dan Tafel dapat digunakan untuk melihat proses terjadinya korosi. Sedangkan secara kuantitatif, metode polarisasi Tafel mempunyai ketelitian paling baik dalam pengukuran laju korosi dibandingkan dua metode lainnya. Metode pengurangan berat selanjutnya akan digunakan sebagai modul praktikum pengukuran laju korosi dengan pertimbangan sederhana, mudah dan murah. Kelemahan metode ini adalah memakan waktu cukup lama. Pengembangan dari hasil penelitian ini adalah pembuatan versi elektroniknya dalam bentuk Moodle untuk mendapat masukan dari pengguna. Moodle diharapkan dapat menambah minat siswa dan meningkatkan pemahaman tentang konsep dan prinsip dalam elektrokimia. Moodle korosi ini dapat diakses di situs Kata kunci: Korosi, corrosion wheel test, pengukuran hambatan, Tafel, moodle ii

3 ABSTRACT DETERMINATION OF CORROSION RATE OF COPPER IN AQUA REGIA BY THE METHODS OF RESISTANCE MEASUREMENT, WHEEL TEST AND POLARIZATION FOR CORROSION LEARNING BASED ON E-LEARNING By Evi Renova Farmajanti NIM Metal corrosion is everyday phenomenon of which can not be avoided and is assumed as common thing. Though, loss generated as result of corrosion is not affects in material only, but can hazard soul. Given well the corrosion warning sign, expected useful for ownself at least and we are be able to treat more wise metal of object. Awareness of corrosion also need to be inculcated in learning so students can be invited to participitate for minimize corrosion national loss. This research was measured corrosion rate of copper. The corrosion rate of copper in aqua regia solution was measured using three methods, namely corrosion wheel test, resistance measurements and Tafel polarization curve. Corrosion wheel test and Tafel could show the influence of ph and inhibitor, however resistance measurements results did not agreed well with forementioned methods, as this was suspected that there were lost of copper oxide from the metal surface. Corrosion rate increased as the decrease of ph of aqua regia because the increase in H + ions concentration will depolarize the anodic process. Corrosion wheel test and Tafel methods could describe the corrosion process qualitatively and quantitatively. However, it can be concluded that Tafel methods have higher precission compare to corrosion wheel test and resistance measurements. Corrosion wheel test will be used as experimental module, as it is considered to be simpler, safer and cheaper. The drawback of this method needs more time to run compare to Tafel methods. The electronic version were placed in an online learning system called Modular Object Oriented Dynamic Learning Environment (Moodle), to acquire feedback from users. Moodlle hopefully could increase students motivations, improve their understanding of concepts and principles in electrochemistry. Moodle can be accesed at Key words: Corrosion, corrosion wheel test, resistance measurements, Tafel, Moodle iii

4 PENENTUAN LAJU KOROSI TEMBAGA DALAM AQUA REGIA MENGGUNAKAN METODE PENGUKURAN HAMBATAN, UJI BERKURANGNYA BERAT DAN POLARISASI SEBAGAI BAHAN PEMBELAJARAN KOROSI BERBASIS E-LEARNING Oleh Evi Renova Farmajanti NIM: Program Studi Kimia Institut Teknologi Bandung Menyetujui, Tim Pembimbing Tanggal,... Juni 2008 Pembimbing I Pembimbing II Dr. Muhamad A. Martoprawiro Drs. Achmad Rochliadi, M.S. iv

5 PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. v

6 dan agar orang-orang yang telah diberi ilmu, meyakini bahwasanya Alqur an itulah yang hak dari TuhanMu lalu mereka beriman dan tunduk hati mereka kepadanya dan sesungguhnya Allah adalah Pemberi Petunjuk bagi orang-orang yang beriman ke jalan yang lurus (Q.S Al-Hajj: 54) Tulisan ini dipersembahkan bagi orang-orang tercinta: Suamiku Zaenal Arifin Setiawan, Anakku Zahra Auliya Arifiyanti dan seluruh keluargaku vi

7 UCAPAN TERIMA KASIH Alhamdulillah puji syukur ke hadirat Allah SWT. karena atas perkenannya sehingga karya tulis ini dapat selesai pada waktunya. Terima kasih juga atas dukungan, kritik dan saran dari berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan semua namanya. Semoga Allah SWT memberi ganjaran atas semua kebaikan yang telah dilakukan. Karya tulis ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan kuliah pada program studi Magister kimia di Institut Teknologi Bandung. Penulis sangat berterima kasih kepada: 1. Dr.Muhamad Abdulkadir Martoprawiro dan Drs.Ahmad Rochliadi, M.S selaku pembimbing yang telah banyak memberi saran dalam penyusunan karya tulis ini 2. Ketua Program Kerma Depag-ITB 3. Prof.Dr.Ismunandar selaku Dosen penelaah yang telah banyak memberi masukan dan koreksi dalam penyempurnaan isi dan penulisan 4. Staf Dosen yang telah bersedia meluangkan waktu untuk memberi kritik, saran dan masukannnya 5. Staf Laboran di Kimia Fisik dan Material yang banyak membantu kelancaran kerja di laboratorium 6. Drs.H.Cholid Arifin, M.M selaku Kepala MAN 2 kabupaten Bekasi yang telah memberikan kesempatan tugas belajar dalam rangka program peningkatan mutu guru MAN 7. Kepala Kandepag Kabupaten Bekasi dan Kasi Mapenda yang telah memberi kemudahan dalam pengurusan administrasi dan persyaratan tugas belajar 8. Rekan-rekan seperjuangan angkatan 2006/2007 yang selalu siap memberi bantuan baik secara moril bahkan materil vii

8 DAFTAR ISI Abstrak ii Abstract iii Pedoman Penggunaan Tesis v Ucapan Terima Kasih vii Daftar Isi viii Daftar Gambar x Daftar Tabel xiv Daftar Lampiran xv Bab I Pendahuluan 1 I.1 Latar Belakang Penelitian 1 I.2 Metode 3 I.3 Tujuan 3 Bab II Tinjauan Pustaka 4 II.1 Reaksi Redoks 4 II.2 Sel Galvani 5 II.3 Korosi 6 II.4 Diagram Potensial ph 12 II.5 Penentuan Laju Korosi 13 II.6 Metode Pengukuran Laju Korosi 14 II.7 Tafel 16 II.8 Moodle 17 Bab III Metodologi 20 III.1 Pengukuran Hambatan Logam 21 III.2 Pengukuran Elektrokimia 23 III.3 Pengukuran berat yang hilang (weight loss) 24 III.4 Pembuatan Moodle 26 Bab IV Hasil dan Pembahasan 30 viii

9 IV.1 Analisis Laju Korosi Menggunakan Metode Pengukuran Hambatan Logam 30 IV.2 Analisis Laju Korosi Menggunakan Metode Uji Berkurangnya Berat (Corrosion Wheel Test) 32 IV.3 Analisis Laju Korosi Menggunakan Metode Polarisasi Teknik Tafel 37 IV.4 Pengaruh ph dan Inhibitor Terhadap Laju Korosi 39 IV.5 Pembuatan Moodle Pembelajaran Korosi 41 Bab V Kesimpulan dan Saran 44 V.1 Kesimpulan 44 V.2 Saran 45 Daftar Pustaka 46 Daftar Lampiran 48 ix

10 DAFTAR GAMBAR Gambar II-1.Skema suatu sel Galvani. Logam dengan kecenderungan ionisasi lebih tinggi disebut elektroda negatif (anoda) dan elektroda dengan kecenderungan ionisasi rendah disebut elektroda positif (katoda) (Takeuchi, 2006) 5 Gambar II-2. Proses korosi pada logam Cu. Atom Cu pada permukaan logam melarut membentuk lapisan tipis dan melepaskan e - ke dalam logam, korosi berlangsung secara depolarisasi dengan memindahkan e - dari logam ke H + (Virtual textbook, 2005). 9 Gambar II-3. Senyawa tanin yang digunakan sebagai inhibitor korosi logam Cu 11 Gambar II-4. Struktur molekul asam galat (Mabrour, 2003) 11 Gambar II-5. Senyawa kelat antara ion Cu 2+ dengan asam galat dari tanin (Mabrour, 2003) 12 Gambar II-6. Diagram Pourbaix Cu/air pada 25 o C (Handbook Pourbaix, 2000) 13 Gambar II-7. Sel dengan sistem 3 elektroda dan radiometer PGZ type 301 yang digunakan untuk pengukuran teknik ekstrapolasi Tafel (Voltalab catalogue, 2005) 15 Gambar II-8. Aluran kurva Tafel yang diidealkan, E corr dan I corr diperoleh dari perpotongan arus anodik dan arus katodik (Trethewey, 1991) 17 Gambar III-1. Skema penelitian pengembangan pembelajaran korosi berbasis e-learning menggunakan moodle 20 Gambar III-2. Skema alat pengukuran hambatan dari kawat logam yang mengalami korosi (Singh, 1995). 21 x

11 Gambar III-3. Rangkaian alat yang digunakan untuk pengukuran laju korosi menggunakan metode pengukuran hambatan logam 21 Gambar III-4. Rangkaian alat voltalab 40, PGZ 301 dengan perangkat lunak Voltamaster (Voltalab catalogue, 2005) 23 Gambar III-5. Tiga elektroda yang digunakan dalam pengukuran metode polarisasi yaitu: elektroda bantu (Platina), elektroda kerja (tembaga) dan elektroda referensi (kalomel jenuh) 23 Gambar III-6. Sel elektrokimia yang terbuat dari gelas dengan jarak antara WE terhadap AE sekitar 3cm 24 Gambar III-7. Neraca analitis yang digunakan untk penimbangan berat pada metode uji berkurangnya berat 25 Gambar III-8. Botol gelas tempat kupon tembaga yang akan dimasukkan ke dalam alat pemutar Corrosion Wheel Test 25 Gambar III-9. Alat Corrosion Wheel Test, tampak bagian dalam dan luar alat 25 Gambar III-10. Tampilan menu settings pada bagian administrasi untuk mengatur konfigurasi kuliah. 26 Gambar III-11. Tampilan fasilitas pada bagian administrasi untuk mengedit konfigurasi kuliah 27 Gambar III-12. Tampilan menu untuk memasukkan suatu materi dengan menggabungkan suatu file 27 Gambar III-13. Tampilan untuk pengaturan posisi materi yang telah diketik 28 Gambar III-14. Tampilan menu untuk membuat suatu tautan antara file 28 Gambar III-15. Tampilan ruang untuk memasukkan materi berbentuk file 28 Gambar III-16. Tampilan tempat memilih suatu file yang akan di upload 29 xi

12 GambarIII-17.Tampilan menu file pada bagian administrasi untuk pengelolaan file 29 Gambar IV-1. Perubahan nilai hambatan kawat tembaga berdiameter 0.1 mm terhadap waktu pada ph aqua regia 1,79 dan arus 0,37 Ampere 31 Gambar IV-2. Tampilan pada multimeter untuk pembacaan tegangan terukur dengan nilai arus yang dibuat relatif konstan sebesar 0,37 Ampere 31 Gambar IV-3. Kupon tembaga sebelum terkorosi dan yang telah terkorosi pada beberapa ph 32 Gambar IV-4. Grafik berat rata-rata kupon tembaga yang hilang terhadap peningkatan ph untuk melihat pengaruh ph terhadap berat yang hilang 34 Gambar IV-5. Grafik laju korosi tembaga terhadap peningkatan ph larutan aqua regia untuk melihat pengaruh ph terhadap laju korosi 34 Gambar IV-6. Grafik berat kupon yang hilang terhadap kenaikan jumlah inhibitor pada ph 2,89 untuk melihat pengaruh konsentrasi tannin terhadap berat kupon tembaga yang hilang 36 Gambar IV-7. Grafik laju korosi dengan bertambahnya konsentrasi tanin pada ph 2,89 untuk melihat pengaruh konsentrasi tanin terhadap laju korosi 36 Gambar IV-8. Hasil pengkuran Tafel untuk ph media 2,89 (atas) dan ph 6,80 (bawah) untuk melihat pengaruh ph terhadap nilai I corr dan E corr tembaga 37 GambarIV-9. Hasil pengukuran laju korosi pada ph 2,89 tanpa penambahan inhibitor (atas) dan dengan penambahan inhibitor tanin sebesar 10 ppm (bawah) untuk melihat pengaruh inhibisi tanin terhadap I corr dan E corr 38 xii

13 Gambar IV-10. Skema rancangan alat Corrosion Wheel Test 42 Gambar IV-11. Rancangan alat Corrosion Wheel test yang dimodifikasi 43 xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel IV-1. Tabel IV-2. Tabel IV-3. Tabel IV-4. Pengaruh peningkatan ph terhadap jumlah kupon tembaga yang hilang dan laju korosi 33 Pengaruh peningkatan konsentrasi tanin terhadap berat kupon yang hilang dan laju korosi pada ph larutan aqua regia 2,89 35 Pengaruh peningkatan nilai ph terhadap laju korosi dengan pengukuran ekstrapolasi Tafel 39 Pengaruh peningkatan konsentrasi tanin terhadap laju korosi dengan pengukuran ekstrapolasi Tafel 39 xiv

15 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1. Lampiran 2. Modul Praktikum Penentuan Laju Korosi Tembaga dengan Metode Pengurangan Berat Bahan (untuk siswa) 48 Modul Praktikum Penentuan Laju Korosi dengan Metode Pengurangan Berat Bahan (Panduan Guru) 52 Lampiran 3. Lembar Pengamatan Siswa 58 xv