Bab IV Hasil dan Pembahasan IV. 1 Analisis Hasil Pengujian Metalografi dan Spektrometri Sampel Baja Karbon Dari hasil uji material pipa pengalir hard water (Lampiran A.1), pipa tersebut terbuat dari baja karbon dengan kandungan selain besi adalah karbon sebesar 0,12507 %, nikel 0,0046%, krom 0,00798% dengan mikrostruktur dasar 100% ferrite. Jika dilihat dari komposisinya, baja karbon tersebut termasuk baja karbon rendah atau baja lunak (mild steel) dan mendekati besi murni jika dilihat dari mikrostrukturnya. Baja dengan mikrostruktur ferrite, memiliki struktur body centered cubic (bcc), stabil pada suhu rendah, kelarutan padat terbatas dan dapat berada bersama Fe 3 C. (11) Baja tahan karat ferrite harus mengandung Cr sekitar 16 18 % atau lebih dengan sifat bahwa pada lingkungan korosi yang ringan tidak terjadi karat tetapi jika berada pada larutan yang netral dapat terjadi korosi sumuran. Jika dilihat kandungan Cr pada baja karbon yang digunakan untuk pipa produksi pengalir hard water maka kandungan Cr nya sangat kecil dari yang seharusnya sebagai baja tahan karat ferrite sehingga pipa tersebut dalam lingkungan air sadah yang mengandung ion-ion agresif seperti ion klorida dan ion sulfat berpotensi mengalami korosi lokal. IV.2 Analisis Hasil Pengukuran Elektrokimia dengan Metode Ekstrapolasi Tafel Dari hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel, akan didapatkan aluran Tafel dan laju korosi baja karbon dalam air sadah. Data tersebut dianalisis untuk mendapatkan gambaran tentang pengaruh suhu, ion klorida dan ion sulfat terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah. Selain itu jenis inhibitor dan efektifitas inhibitor dapat ditentukan. Dapat dianalisis juga, parameter aktivasi serta mekanisme inhibisinya. 20
IV.2.1 Pengaruh Konsentrasi Ion Klorida dan Ion Sulfat terhadap Laju Korosi pada Suhu 25 ºC Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran A.2, A.7) yang disajikan dalam Gambar IV.I dan IV.2, berturut-turut menggambarkan pengaruh konsentrasi ion klorida terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan dan dalam air sadah di industri tekstil. Peningkatan konsentrasi ion klorida menyebabkan laju korosi meningkat sampai batas optimum, setelah itu laju korosi menurun pada konsentrasi ion klorida yang lebih tinggi. 0.43 laju Korosi (mm/thn) 0.41 0.4121 0.39 0.37 0.379 0.35 0.3433 0.33 0.31 0.3184 0.3051 0.314 0.29 22.5 32.5 42.5 52.5 62.5 72.5 82.5 konsentrasi ion klorida (ppm) 0.293 Gambar IV.1 Pengaruh konsentrasi ion klorida terhadap laju korosi baja karbon pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan Dalam air sadah tiruan didapatkan konsentrasi optimum pada 42,51 ppm dengan laju korosi sebesar 0,41 mm/th, sedangkan dalam air sadah di industri tekstil konsentrasi optimum pada 90 ppm dengan laju korosi 0,43 mm/th. laju korosi (mm/thn) 0.45 0.4306 0.4 0.3623 0.3757 0.35 0.3 0.32640.3328 0.3281 0.28720.29480.314 0.3045 0.25 0.2494 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 konsentrasi penambahan ion klorida (ppm) Gambar IV.2 Pengaruh konsentrasi ion klorida terhadap laju korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil 21
Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran A.4, A.8) yang disajikan dalam Gambar IV.3 dan IV.4, berturut-turut menggambarkan pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan maupun dalam air sadah di industri tekstil. Peningkatan konsentrasi ion sulfat menyebabkan laju korosi meningkat sampai batas optimum, setelah itu laju korosi menurun pada konsentrasi ion sulfat yang lebih tinggi. laju korosi (mm/thn) 0.30 0.2966 0.29 0.2843 0.28 0.27 0.26 0.25 0.249 0.254 0.2512 0.24 0.0 2.5 5.0 7.5 10.0 konsentrasi ion sulfat (ppm) Gambar IV.3 Pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi pada suhu 25 o C dalam air sadah tiruan Dalam air sadah tiruan didapatkan konsentrasi optimum pada 5 ppm dengan laju korosi sebesar 0,29 mm/th, sedangkan dalam air sadah di industri tekstil konsentrasi optimum pada 30 ppm dengan laju korosi 0,33 mm/th. laju korosi (mm/thn) 0.35 0.33 0.3281 0.31 0.29 0.27 0.2649 0.298 0.2927 0.2856 0.2651 0.25 0.2539 10 20 30 40 50 60 70 konsentrasi penambahan ion sulfat (ppm)l Gambar IV.4 Pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil 22
Dalam air sadah tiruan maupun dalam air sadah di industri tekstil terjadi fenomena yang serupa yaitu kenaikan konsentrasi ion klorida maupun ion sulfat mengakibatkan laju korosi meningkat sampai batas optimum, setelah itu pada konsentrasi ion klorida dan ion sulfat yang lebih tinggi laju korosi menurun. Fenomena ini terjadi karena dalam larutan basa, logam terlapisi oleh lapisan oksida yang dapat menghalangi terjadinya korosi. Dengan adanya ion agresif seperti klorida atau sulfat maka lapisan oksida tersebut dapat terbuka. Dengan naiknya konsentrasi ion klorida atau ion sulfat, maka bagian besi yang lapisan oksidanya terbuka semakin banyak sehingga pelarutan besi semakin kuat, akibatnya laju korosi meningkat. Laju korosi meningkat sampai batas optimum dan kemudian turun, hal ini kemungkinan diakibatkan terbentuknya lapisan tipis hasil korosi pada permukaan baja karbon yang dapat menghalangi pelarutan besi lebih lanjut. Jika dianalisis, laju korosi maksimum dalam air sadah tiruan dan dalam air sadah di industri tekstil terdapat kesesuaian, walaupun dari segi konsentrasi optimum terdapat perbedaan. Hal ini disebabkan air sadah di industri tekstil tidak terkontrol karena faktor penyimpanan yang lama di laboratorium dan kemungkinan tidak sesuai lagi komposisinya dengan data analisis kimia pada tahun 2005, karena itu air sadah di industri tekstil tidak menjadi patokan dalam pengambilan kesimpulan. Dapat dianalisis pula, pengaruh konsentrasi ion sulfat terhadap laju korosi memiliki rentang yang lebih pendek dibandingkan pengaruh konsentrasi ion klorida. Hal ini disebabkan ion klorida lebih agresif dibandingkan ion sulfat. Dapat disimpulkan juga, air sadah yang paling korosif pada suhu 25 ºC, adalah air sadah yang mengandung 42,5 ppm ion klorida dengan laju korosi 0,41 mm/th. 23
IV.2.2 Pengaruh Suhu terhadap Laju Korosi Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran A.3, A.5, A.9) yang disajikan dalam Gambar IV.5, IV.6 dan IV.7, berturut-turut menggambarkan pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, ion sulfat serta dalam air sadah di industri tekstil pada rentang suhu 25 ºC sampai 55 ºC. Baik dalam air sadah tiruan maupun di industri tekstil terjadi fenomena serupa, pada rentang suhu 25 ºC sampai 55 ºC, laju korosi terus meningkat dengan meningkatnya suhu. laju korosi (mm/thn) 0.65 0.6227 0.60 0.55 0.50 0.4953 0.45 0.4264 0.40 0.4121 25 30 35 40 45 50 55 suhu ( o C) Gambar IV.5 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida Dengan naiknya suhu, maka mobilitas ion meningkat akibat meningkatnya energi kinetik. Hal ini mengakibatkan laju penyerangan lapisan oksida oleh ion-ion agresif meningkat sehingga logam besi yang lapisan oksidanya terbuka semakin banyak, dan pelarutan besi semakin kuat sehingga laju korosi meningkat. laju korosi (mm/thn) 0.39 0.3813 0.37 0.35 0.33 0.3324 0.31 0.2966 0.2981 0.29 25 35 45 55 Suhu ( o C) Gambar IV.6 Pengaruh suhu terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat 24
Dalam air sadah tiruan, laju korosi pada suhu 55 ºC di lingkungan ion klorida dan ion sulfat berturut-turut adalah 0,62 mm/th dan 0,38 mm/th. Sedangkan dalam air sadah di industri tekstil laju korosi pada suhu 55 ºC adalah 0,59 mm/th. laju korosi (mm/thn) 0.60 0.5906 0.58 0.56 0.54 0.5373 0.52 0.50 0.48 0.46 0.44 0.4306 0.4369 0.42 0.40 25 35 45 55 Suhu ( o C ) Gambar IV.7 Pengaruh suhu terhadap laju korosi dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida Hal ini berarti kondisi paling korosif terjadi dalam air sadah yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 55 ºC, dengan laju korosi 0,62 mm/th. Dapat dianalisis pula, laju korosi pada suhu 55 ºC dalam air sadah tiruan maupun di industri tekstil memiliki kesesuaian, meskipun dari segi konsentrasi ion sulfat dan ion klorida berbeda. Hal ini telah dijelaskan sebelumnya bahwa air sadah di industri tekstil berada pada kondisi tidak terkontrol. IV.2.3 Jenis Inhibitor Gambar IV.8, IV.9 dan IV.10 berturut-turut menggambarkan aluran Tafel dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, ion sulfat dan di industri tekstil dalam kondisi tanpa inhibitor dan dengan adanya inhibitor pada konsentrasi tertentu yang dapat memberikan gambaran tentang jenis inhibitor serta efektifitasnya. Aluran Tafel untuk air sadah tiruan di lingkungan ion klorida maupun ion sulfat dan dalam air sadah di industri tekstil, terjadi fenomena yang serupa, yaitu dengan adanya inhibitor korosi baik tiourea maupun simetidin, potensial korosi bergerak 25
ke arah yang lebih positif. Hal ini menunjukkan bahwa kedua inhibitor merupakan inhibitor anodik. (4) 2.0 1.5 log I ( μa/cm 2 ) 1.0 0.5 0.0-0.5 Blanko 10 ppm 10 ppm -1.0-800 -780-760 -740-720 -700-680 -660-640 -620-600 Potensial (mv) Gambar IV.8 Aluran Tafel sebelum dan sesudah penambahan inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Inhibitor anodik, menghambat reaksi oksidasi di anoda. dengan demikian adanya inhibitor tersebut mengurangi proses pelarutan logam, sehingga laju korosi menurun. Dapat dianalisis dengan adanya inhibitor kerapatan arus korosi, I corr menurun dibandingkan dengan larutan blanko. Karena besarnya kerapatan arus berbanding lurus dengan laju korosi maka semakin besar penurunan kerapatan arus (ΔI corr ) maka laju korosi semakin kecil dan efektifitas inhibitor tersebut semakin meningkat. 2.0 1.5 log I ( μ A/cm 2 ) 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0-1.5-800 -780-760 -740-720 -700-680 -660-640 -620 Potensial (mv) Blanko 10 ppm 10 ppm Gambar IV.9 Aluran Tafel sebelum dan sesudah penambahan inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC 26
log I ( μa/cm 2 ) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0-0.5-1.0-780 -760-740 -720-700 -680-660 -640 Potensial (mv) Blanko 20 ppm 20 ppm Gambar IV.10 Aluran Tafel sebelum dan sesudah penambahan inhibitor dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Dapat dianalisis pula semakin besar perbedaan potensial korosi (ΔE corr ) antara larutan blanko dengan air sadah yang mengandung inhibitor maka efektifitas inhibitor tersebut semakin tinggi. Air sadah yang mengandung tiourea memilki ΔI corr maupun ΔE corr yang lebih besar dari pada air sadah yang mengandung simetidin, dengan demikian efektifitas tiourea lebih tinggi dibandingkan simetidin. IV.2.4 Pengaruh Konsentrasi Inhibitor terhadap Efektifitas Inhibitor pada Suhu 25 ºC Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran B.1) yang disajikan dalam Gambar IV.11, IV.12, berturut-turut menggambarkan pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida serta efektifitas inhibitor. Dalam air sadah di lingkungan ion klorida, penambahan inhibitor menyebabkan laju korosi menurun sampai batas optimum, kemudian naik walaupun relatif kecil. Penurunan laju korosi, untuk tiourea optimum pada konsentrasi 40 ppm sedangkan simetidin pada 50 ppm. 27
laju korosi (mm/thn) 0.45 0.40 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.11 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida Efisiensi inhibisi ditentukan dengan Persamaan (IV.1) : I I in % EI = x100% (IV.1) I Dimana I adalah kerapatan arus korosi tanpa inhibitor dan I in adalah kerapatan arus korosi dengan adanya inhibitor. Inhibitor korosi tiourea dapat menurunkan laju korosi lebih rendah dari simetidin dengan konsentrasi optimum 40 ppm dan efisiensi inhibisi sebesar 94,7 %, sedangkan simetidin optimum pada konsentrasi 50 ppm dengan efisiensi inhibisi 78,6 %. 10 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 89.7 90.9 92.7 92.6 75.2 78.6 78.1 61.4 10 20 50 75 konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.12 Pembandingan efektifitas inhibitor korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida 28
Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran B.3) yang disajikan dalam Gambar IV.13, IV.14, berturut-turut menggambarkan pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah tiruan di lingkungan ion sulfat serta efektifitas inhibitor. laju korosi (mm/thn) 0.35 0.30 0.25 0.20 0.15 0.10 0.05 0.00 0 10 20 30 40 50 konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.13 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi pada suhu 25ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat Inhibitor korosi tiourea dapat menurunkan laju korosi jauh lebih rendah dari simetidin dengan konsentrasi optimum 20 ppm dengan efektifitas sebesar 92,8 %, sedangkan simetidin optimum pada konsentrasi 40 ppm dengan efektifitas sebesar 36,5 %. % EI 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 87.9 92.8 90.2 89.5 36.5 29.7 22.6 12.8 10 20 30 40 konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.14 Pembandingan efektifitas inhibitor pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat 29
Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran B.5) yang disajikan dalam Gambar IV.15, IV.16, berturut-turut menggambarkan pegaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil.serta efektifitasnya. 0.50 laju korosi (mm/thn) 0.40 0.30 0.20 0.10 0.00 0 10 20 30 40 50 60 konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.15 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap laju korosi pada suhu 25 ºC dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida Inhibitor korosi tiourea dapat menurunkan laju korosi jauh lebih rendah dari simetidin dengan konsentrasi optimum 20 ppm dan efektifitas sebesar 93,1%, sedangkan simetidin optimum pada konsentrasi 40 ppm dengan efektifitas sebesar 59 %. % EI 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 93.1 91.5 89.6 59 50 42.6 20 30 40 konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.16 Pembandingan efektifitas inhibitor pada suhu 25 ºC dalam air sadah tiruan di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida 30
Penambahan inhibitor baik tiourea maupun simetidin dalam air sadah tiruan maupun di industri tekstil menurunkan laju korosi, dan penurunan laju korosi meningkat dengan bertambahnya konsentrasi inhibitor, disebabkan adanya peningkatan adsorpsi inhibitor pada permukaan logam. Penurunan laju korosi terjadi sampai batas optimum, kemudian laju korosi meningkat kembali walaupun relatif kecil disebabkan terjadinya desorpsi inhibitor dari permukaan logam. Efektifitas tiourea dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida lebih tinggi dari pada simetidin, disebabkan tiourea (Gambar II.3) memiliki struktur yang planar yang memudahkan terjadinya adsorpsi sedangkan simetidin (Gambar II.4) secara keseluruhan memiliki struktur yang meruah. Faktor halangan sterik oleh substituen yang meruah merupakan faktor yang menurunkan daya inhibisi. (10) Akibat faktor halangan sterik, proses adsorpsi dan mobilitas simetidin pada permukaan logam baja karbon akan berkurang, sehingga proses penutupan permukaan logam menjadi kurang efektif dan tidak optimum, sehingga mengalahkan efek efisiensi kebasaan simetidin tersebut. Kemeruahan strukturnya dapat mengakibatkan kemampuan dan mobilitasnya untuk dapat teradsorpsi dan menutupi permukaan logam secara merata menjadi berkurang. Dibandingkan efektifitas simetidin dalam air sadah di lingkungan ion klorida, simetidin dalam air sadah di lingkungan ion sulfat efektifitasnya jauh lebih rendah, hal ini kemungkinan disebabkan selain struktur simetidin yang meruah, juga karena ion sulfat memiliki ukuran molekul yang lebih besar sehingga sulit berinteraksi dengan simetidin. Jika dibandingkan efektifitas tiourea dalam air sadah di industri tekstil dengan air sadah tiruan di lingkungan ion klorida maka efektifitasnya tidak jauh berbeda. Tapi dari segi konsentrasi, tiourea dalam air sadah di industri tekstil memiliki konsentrasi optimum yang lebih rendah dari pada tiourea dalam air sadah tiruan. Hal ini kemungkinan tiourea dapat bersinergi dengan ion lain dalam menghambat laju korosi. dalam air sadah di industri tekstil efektifitasnya lebih 31
rendah daripada dalam air sadah tiruan, kemungkinan karena adanya ion lain yang dapat menghambat adsorpsi simetidin. IV.2.5 Pengaruh Suhu terhadap Efektifitas Inhibitor Hasil pengukuran elektrokimia dengan metode ekstrapolasi Tafel (Lampiran B.2, B.4, B.6) yang disajikan dalam Gambar IV.17, IV.18 dan IV.19, berturut-turut menggambarkan pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, ion sulfat dan di industri tekstil. Dalam air sadah di lingkungan ion klorida, efektifitas inhibitor menurun dengan naiknya suhu dan pada kondisi paling korosif, efisiensi inhibisi tiourea sebesar 82,6 % sedangkan simetidin 72,6 %. 10 0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 94.7 88.7 87.2 78.6 82.6 73.2 73 72.6 25 35 45 55 suhu ( o C ) Gambar IV.17 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor korosi dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida Begitu pula dalam air sadah di lingkungan ion sulfat maupun di industri tekstil, efektifitas inhibitor menurun dengan naiknya suhu dan pada kondisi paling korosif, efisiensi inhibisi tiourea di lingkungan ion sulfat sebesar 87,8 % sedangkan simetidin 30 %. Dalam air sadah di industri tekstil pada kondisi paling korosif, tiourea memiliki efisiensi inhibisi sebesar 85,7 % sedangkan simetidin 56,7 %. 32
% EI 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 92.8 91.8 89 87.8 36.5 33.8 31.6 30 25 35 45 55 Suhu ( o C) Gambar IV.18 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor korosi dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat Baik tiourea maupun simetidin efektifitasnya menurun dengan naiknya suhu, hal ini disebabkan dengan meningkatnya suhu maka pelarutan logam makin meningkat dan terjadinya desorpsi inhibitor dari permukaan logam 100 93.1 91.6 90.7 85.7 80 % EI 60 40 59 58.5 57.6 56.7 20 0 25 35 45 55 Suhu ( o C) Gambar IV.19 Pengaruh suhu terhadap efektifitas inhibitor korosi dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida IV.2.6 Parameter Aktivasi Untuk menghitung parameter aktivasi pada proses korosi pada rentang suhu 25ºC sampai 55 ºC, digunakan Persamaan Arrhenius (IV.2) dan Persamaan transisinya (IV.3), 33
E r = k exp RT a (IV.2) r = RT Nh ΔS exp R a ΔH exp RT a (IV.3) dimana k adalah faktor pra-eksponensial Arrhenius, T suhu mutlak, E a energi aktivasi korosi pada proses korosi, ΔH a entalpi aktivasi, ΔS a entropi aktivasi, N bilangan Avogrado, h tetapan Planck dan r adalah kecepatan reaksi pelarutan logam yang berbanding lurus dengan kerapatan arus, I corr. Gambar IV.20 memperlihatkan aluran ln I corr terhadap 1/T untuk air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, harga energi aktivasi dihitung dari kemiringan garis yang bernilai -E a /R. ln I corr ( μ A/cm 2 ) 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K) Blanko Linear (Blanko) Linear () Linear () Gambar IV.20 Aluran ln I corr terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor Sedangkan Gambar IV.21 memperlihatkan aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T. Diperoleh suatu garis lurus dengan kemiringan (-ΔH a /R ) dan titik potong ( ln (R/Nh) + ΔS a /R ) sehingga nilai ΔH a dan ΔS a dapat dihitung. Hasil perhitungan disajikan dalam Tabel IV.1. 34
-1 ln ( I corr /T ) / μ Acm -2 K -1-2 -3-4 -5 Blanko Linear (Blanko) Linear () Linear () -6 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K) Gambar IV.21 Aluran dari ln (I corr /T) terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor Tabel IV.1 Parameter aktivasi untuk korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25º C dengan dan tanpa inhibitor Inhibitor E a (kj/mol) ΔH a (kj/mol) ΔS a (J/mol) Blanko 12,17 8,89-204,3 17,74 15,07-195,89 42,29 39,63-123,26 Gambar IV.22 dan IV.23 berturut-turut memperlihatkan aluran ln I corr terhadap 1/T dan aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T dalam air sadah tiruan di lingkungan ion sulfat. 35
ln I corr (μ A/cm -2 ) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K) Blanko Linear (Blanko) Linear () Linear () Gambar IV.22 Aluran ln I corr terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat dengan dan tanpa inhibitor Hasil perhitungan parameter aktivasi, untuk air sadah di lingkungan ion sulfat disajikan dalam Tabel 4.2-1 ln (I corr /T )/ μ Acm -2 K -1-2 -3-4 -5 Blanko Linear (Blanko) Linear () Linear () -6 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K ) Gambar IV.23 Aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat dengan dan tanpa inhibitor 36
Tabel IV.2 Parameter aktivasi untuk korosi baja karbon dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC dengan dan tanpa inhibitor Inhibitor E a (kj/mol) ΔH a (kj/mol) ΔS a (J/mol) Blanko 7,17 4,51-222,00 9,86 7,19-216,75 22,61 19,11-194,60 Gambar IV.24 dan IV.25 berturut-turut memperlihatkan aluran ln I corr terhadap 1/T dan aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T dalam air sadah di industri tekstil. 4.5 ln I corr ( μa/cm 2 ) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K ) Blanko Linear (Blanko) Linear () Linear () Gambar IV.24 Aluran ln I corr terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah tiruan di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor 37
-1 ln ( I corr /T )/ μacm -2 K -1-2 -3-4 -5 Blanko Linear (Blanko) Linear () Linear () -6 0.003 0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K ) Gambar IV.25 Aluran ln (I corr /T) terhadap 1/T pada korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida dengan dan tanpa inhibitor Hasil perhitungan parameter aktivasi, disajikan dalam Tabel IV.3. Tabel IV.3 Parameter aktivasi untuk korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC dengan dan tanpa inhibitor Inhibitor E a (kj/mol) ΔH a (kj/mol) ΔS a (J/mol) Blanko 9,60 6,94-210,75 11,12 8,46-208,89 28,60 25,94-168,69 Dari hasil perhitungan parameter aktivasi, baik dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, ion sulfat maupun di industri tekstil menunjukkan hasil yang bersesuaian. Harga energi aktivasi larutan blanko pada air sadah tiruan maupun air sadah di industri tekstil, diperoleh harga E a < 45 kj/mol yang dapat diindikasikan bahwa laju korosi pada rentang suhu 25 ºC sampai 55 ºC tersebut dikendalikan oleh proses difusi ionik dalam air. (13) 38
Meningkatnya harga E a dengan adanya inhibitor, dapat diinterpretasikan sebagai adsorpsi fisik inhibitor yang terjadi pada permukaan baja karbon. (12) Disamping itu harga E a yang semakin besar menunjukkan adanya rintangan energi yang semakin besar yang menghambat reaksi oksidasi, yaitu proses korosi. Dari Persamaan Arrhenius (IV.1) menunjukkan bahwa kerapatan arus berbanding terbalik dengan eksponensial E a, hal ini berarti semakin besar harga E a maka laju korosi semakin kecil. Dengan demikian air sadah yang mengandung inhibitor dengan harga E a yang lebih besar dari air sadah blanko memiliki laju korosi yang lebih kecil. Air sadah yang mengandung tiourea dengan harga E a yang lebih besar dari pada air sadah yang mengandung simetidin memiliki laju korosi yang lebih kecil. Dengan demikian efektifitas tiourea lebih tinggi dibandingkan simetidin. Hasil perhitungan menghasilkan nilai ΔH a dan nilai ΔS a yang lebih positif pada air sadah yang mengandung inhibitor. Hal ini mengindikasikan adanya proses penggantian posisi molekul air oleh inhibitor pada permukaan baja karbon selama adsorpsi berlangsung. (10) Ini berarti proses korosi yang terjadi dihambat lajunya oleh adanya inhibitor. Nilai ΔH a yang positif dan semakin besar untuk air sadah yang mengandung inhibitor menunjukkan bahwa proses korosi semakin sulit karena memerlukan energi yang lebih besar. Nilai ΔH a untuk air sadah yang mengadung tiourea lebih besar dari pada dengan adanya simetidin, hal ini menandakan bahwa proses korosi lebih sulit terjadi dengan adanya tiourea dari pada simetidin ini berarti sesuai dengan hasil pengukuran elektrokimia bahwa tiourea lebih efektif dibandingkan simetidin. IV.2.7 Isoterm Adsorpsi Langmuir Isoterm adsorpsi dapat ditentukan jika pengaruh inhibitor disebabkan terutama karena adanya adsorpsi pada permukaan logam. Isoterm adsorpsi dapat memberikan informasi tambahan tentang sifat-sifat inhibitor. Fraksi permukaan yang tertutupi oleh inhibitor θ ditentukan dengan perbandingan EI (%)/100. Terdapat beberapa isoterm adsorpsi yang dapat digunakan untuk menjelaskan prilaku inhibitor dalam suatu medium. Dalam percobaan ini ditemukan bahwa 39
isoterm adsorpsi Langmuir memberikan gambaran terbaik untuk menggambarkan perilaku inhibitor tiourea dan simetidin dalam air sadah. Berkenaan dengan isoterm adsorpsi Langmuir, fraksi permukaan logam yang tertutupi inhibitor θ, dihubungkan dengan konsentrasi inhibitor dalam larutan menurut Persamaan (IV.4) : kc θ = (IV.4) 1+ kc Dimana k adalah konstanta kesetimbangan untuk proses adsorpsi. Penyusunan kembali Persamaan (IV.4) memberikan Persamaan (IV.5) : C = 1 + C (IV.5) θ k Gambar IV.26, IV.27, dan IV.28 berturut-turut menggambarkan aluran C inh /θ terhadap C inh dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, ion sulfat dan di industri tekstil yang memberikan suatu garis lurus, dengan nilai koefisien regresi (R 2 ) mendekati 1 yang menandakan bahwa adsorpsi tiourea dan simetidin mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir. Konstanta kesetimbangan dari proses adsorpsi k, dihitung dari titik potong dengan sumbu C inh /θ. Harga k dihubungkan dengan energi bebas adsorpsi ΔG ads, melalui persamaan (IV.6) : K = 1 55,5 ΔG exp RT ads (IV.6) C inh /θ (10-5 M) 60 50 40 30 20 10 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 C inh (10-5 M) Linear () Linear () Gambar IV.26 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC 40
nilai 55,5 adalah konsentrasi molar air dalam larutan. Parameter termodinamika untuk proses adsorpsi dari isoterm adsorpsi Langmuir untuk inhibitor dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida diberikan pada Tabel IV.4. Tabel IV.4 Parameter termodinamika untuk adsorpsi tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Inhibitor K (M -1 ) R 2 ΔG ads (kj/mol) 7,39 10 4 0,99-37,73 7,35 10 4 0,99-37,71 Ci nh /θ (10-5 M) 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 C inh (10-5 M) Linear () Linear () Gambar IV.27 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 o C Parameter termodinamika untuk proses adsorpsi dari isoterm adsorpsi Langmuir untuk inhibitor dalam air sadah tiruan di lingkungan ion sulfat diberikan pada Tabel IV.5 Tabel IV.5 Parameter termodinamika untuk adsorpsi tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC Inhibitor K (M -1 ) R 2 ΔG ads (kj/mol) 7,07 10 4 1-37,61 3,74 10 3 0,99-30,34 41
C inh /θ (10-5 M ) 30 25 20 15 10 5 0 0 10 20 30 C inh (10-5 M ) Linear () Linear () Gambar IV.28 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Parameter termodinamika untuk proses adsorpsi dari isoterm adsorpsi Langmuir untuk inhibitor dalam air sadah di industri tekstil diberikan pada Tabel IV.6 Tabel IV.6 Parameter termodinamika untuk adsorpsi tiourea dan simetidin dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Inhibitor K (M -1 ) R 2 ΔG ads (kj/mol) 5,55 10 5 1-42,72 9,37 10 3 0,98-32,61 Dari ketiga isoterm adsorpsi Langmuir dalam air sadah tiruan maupun di industri tekstil memiliki harga ΔG ads yang negatif dan harga k yang tinggi. Nilai ΔG ads yang negatif dan tingginya harga k menandakan bahwa proses adsorpsi merupakan proses yang spontan dan memiliki karakteristik interaksi dan kestabilan yang kuat antara lapisan yang diserap dengan permukaan baja. Dalam air sadah tiruan, simetidin maupun tiourea memiliki nilai energi bebas adsorpsi yang < -40 kj/mol, hal ini menandakan terjadinya adsorpsi secara fisik. (15) Sedangkan dalam air sadah di industri tekstil, untuk tiourea harga energi bebas adsorpsinya > -40 kj/mol, yang mengindikasikan terjadinya kemisorpsi. (10,12). Nilai mutlak dari energi bebas adsorpsi Ι ΔG ads Ι, dari tiourea dan simetidin dalam ketiga lingkungan air sadah memberikan penjelasan bahwa proses adsorpsi 42
tiourea lebih mudah dibandingkan simetidin, dengan demikian tiourea lebih efektif daripada simetidin. IV.2.8 Pengukuran Tegangan Permukaan Pengukuran tegangan permukaan pada percobaan ini, adalah untuk menentukan apakah inhibitor yang digunakan pada percobaan ini menunjukkan sifat seperti surfaktan sehingga menunjukkan gejala miselisasi. Konsentrasi kritis misel atau cmc ditentukan dari titik potong pengeplotan tegangan permukaan terhadap konsentrasi inhibitor. Parameter ini dapat mengukur efisiensi adsorpsi. (5) Hasil pengukuran tegangan permukaan (Lampiran B.7, B.8, B.9 ) yang disajikan dalam Gambar IV.29, IV.30, dan IV.31 berturut-turut menggambarkan hubungan antara penambahan konsentrasi inhibitor dengan tegangan permukaan larutan dalam air sadah tiruan dan di industri tekstil yang dihubungkan dengan efisiensi inhibisi. Tegangan permukaan (mn/m) 71 95 70 69 90 68 85 67 80 66 65 75 64 70 63 62 65 61 60 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 EI (%) (TP) (TP) (EI) (EI) konsentrasi inhibitor (ppm) Gambar IV.29 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dan efisiensi inhibisi dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC Dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, terlihat bahwa dengan naiknya konsentrasi inhibitor, tegangan permukaan larutan menurun sampai titik terendah untuk tiourea dan simetidin berturut-turut adalah pada 40 ppm dan 50 ppm, selanjutnya naik sedikit dan seterusnya konstan. Ini berarti nilai konsentrasi kritis misel untuk tiourea dan simetidin berturut-turut adalah 40 ppm dan 50 ppm.nilai 43
konsentrasi kritis misel ini sama dengan konsentrasi inhibitor dengan daya inhibisi optimal. Tegangan permukaan (mn/m) 76 100 75 74 80 73 72 60 71 70 40 69 20 68 67 0 0 10 20 30 40 50 60 70 konsentrasi inhibitor (ppm) EI (%) (TP) (TP) (EI) (EI) Gambar IV.30 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dan efisiensi inhibisi dalam air sadah yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 ºC Fenomena yang sama terjadi dalam air sadah di lingkungan ion sulfat dan di industri tekstil, penambahan konsentrasi inhibitor menyebabkan penurunan tegangan permukaan larutan sampai batas optimum, kemudian naik sedikit dan seterusnya konstan. Konsentrasi kritis misel untuk tiourea dalam air sadah di lingkungan ion sulfat dan dalam air sadah dari industri tekstil adalah 20 ppm, sedangkan simetidin pada 40 ppm. Konsentrasi tersebut sama dengan konsentrasi inhibitor dengan daya inhibisi optimal. Tegangan permukaan (mn/m) 78 90 77 85 76 80 75 75 70 74 65 60 73 55 72 50 45 71 40 0 10 20 30 40 50 60 70 80 konsentrasi inhibitor (ppm) EI (%) (TP) (TP) (EI) (EI) Gambar IV.31 Pengaruh konsentrasi inhibitor terhadap tegangan permukaan dan efisiensi inhibisi dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 25 ºC 44
Dapat disimpulkan bahwa baik tiourea maupun simetidin, memiliki sifat sebagai surfaktan. Dan konsentrasi kritis misel untuk kedua inhibitor tersebut, sesuai dengan konsentrasi inhibitor dengan daya inhibisi optimal. IV.2.9 Analisis Permukaan dengan SEM Gambar IV.32 dan IV.33 memperlihatkan penampang lintang kupon baja karbon sebelum dan sesudah terkorosi serta setelah ditambahkan inhibitor selama 24 jam corrosion wheel test pada suhu 55 ºC dalam air sadah tiruan dan air sadah di industri tekstil. Pada Gambar IV.32 dapat diamati peran inhibitor korosi tiourea dalam menginhibisi korosi baja karbon pada kondisi air sadah tiruan yang paling korosif yaitu yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 55 ºC. sebelum terkorosi sesudah terkorosi dengan penambahan inhibitor Gambar IV.32 Penampang lintang kupon baja karbon sebelum dan sesudah 24 jam corrosion wheel test dengan dan tanpa inhibitor dalam air sadah tiruan yang mengandung 42,5 ppm ion klorida pada suhu 55 ºC 45
Pada Gambar IV.33 dapat diamati peran inhibitor korosi tiourea dalam menginhibisi korosi baja karbon dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 55 ºC. sebelum terkorosi sesudah terkorosi dengan penambahan inhibitor Gambar IV.33 Penampang lintang kupon baja karbon sebelum dan sesudah 24 jam corrosion wheel test dengan dan tanpa inhibitor dalam air sadah di industri tekstil dengan penambahan 90 ppm ion klorida pada suhu 55 ºC Penampang lintang kupon baja karbon yang terkorosi dalam air sadah tiruan dan air sadah dari industri tekstil, memperlihatkan fenomena serupa. Dan peran inhibitor dapat terlihat, penampang lintang kupon baja karbon dalam air sadah dengan penambahan inhibitor relatif sama dengan penampang lintang kupon baja karbon sebelum terkorosi. 46