Analisis Tingkat Kecepatan Korosi Besi dengan Menggunakan Sinar Gamma Ashar Muda Lubis dan Supiyati
Abstract: In order to examinate rate of iron corrosion, we have conducted a research using apparatus Geiger-Muller Tube with sources radiation standard Co-60 as a source of Gamma ray. The samples, iron plate with diameter 2 cm and thichness 0.13 cm, were corroded by various media of corrosion i.e. water (H2O), solution of salt (NaCl) and sulphuric acid (H2SO4) with interval time corrosion ± 5 days, 10 days, 15 days, 20 days, and 25 days. Firstly, we estimated intensity of Gamma ray before (Io) and after (I) passing through the samples, and then we evaluated the absorption coefficient of samples. We obtained that equation of absorption coefficient is A (water) = 0.0014t – 0.4608; R2 = 0.9184, A (salt solution) = 0.0015t – 0.4589; R2 = 0.8886 and A (sulphuric acid) = 0.0017t – 0.4532; R2 = 0.780. We calculated that the rate of corrosion for water, salt solution and sulphuric acid is 0.0014 gr/cm2/day, 0.0015 gr/cm2/day and 0.0017 gr/cm2/day respectively. The result shows the rate of corrosion caused by sulphuric acid larger than corroded by salt and water. In addition, the rates of corrosion of iron depend on interval time of corroding iron plate and media of corrosion. Another factor which may be related to rate of iron corrosion such as temperature, humidity and concentration of media of corrosion should be considered for next future. Keywords: rate, corrosion, iron and gamma ray
kesehatan, geologi, uji material dan
PENDAHULUAN
konstruksi pada bangunan.
Kita berada dalam massa
Pada
perkembangan ilmu dan teknologi
bidang
konstruksi
yang sangat pesat, salah satunya
bangunan teknologi nuklir dimanfat-
adalah ilmu dan teknologi nuklir.
kan
Walaupun perkembangan ilmu nuklir
keretakan
relatif tidak secepat perkembangan
kecepatan
ilmu pengetahuan yang lain, seperti
Karena logam banyak dimanfaatkan
material, elektronika, dan biologi.
untuk berbagai macam keperluan,
Tapi pemanfaatan teknologi nuklir
maka
memiliki prospek yang luas untuk
peristiwa korosi atau oksidasi. Korosi
meningkatkan kesejahteraan manu-
atau oksidasi dapat menyebabkan
sia. Pemanfaatan teknologi nuklir,
turunnya kualitas dan kekuatan dari
misalnya pemanfaatan pada bidang
suatu bahan.
misalnya,
Staf Pengajar Jurusan Fisika FMIPA Universitas Bengkulu e-mail:
[email protected]
148
untuk
pada
bangunan
korosi
harus
memantau
pada
dihindarkan
dan
logam.
dari
Lubis, A. M dan Supiyati, Analisis Tingkat Kecepatan Korosi ..............
Untuk menghindari kerugian
dimulai
dari
permukaan
149
logam
yang lebih besar tindakan preventif
menuju kebagian dalam. Semakin
yang
adalah
tebal bagian yang diserang korosi
memantau tingkat korosi yang terjadi
dikatakan tingkat korosi semakin
pada bahan tersebut. Pemantauan
tinggi. Dengan menggunakan sinar
ini dapat menggunakan teknologi
gamma maka tingkat korosi pada
nuklir
logam
harus
dilakukan
khususnya
radiasi
sinar
dapat
ditentukan.
Daya
gamma. Sinar gamma yang berasal
tembus sinar gamma pada bagian
dari proses disintegrasi inti (nuklir),
logam yang terkena korosi dan
memiliki sifat dengan daya tembus
bagian yang tidak terkena korosi
yang
memiliki daya serap yang berbeda.
tinggi
dan
tidak
berintraksi
dengan
gamma
sebagai
mudah
bahan.
Sinar
gelombang
elektromagnetik memiliki sifat yang
Perbedaan
itu
dapat
digunakan
untuk menentukan tingkat korosi pada bahan (logam) tersebut.
(refleksi),
Pada proses pengkorosian
dibelokkan (difraksi) dan diserap
besi bisa dilakukan secara alamiah
(absorbsi).
atau secara buatan. Secara alamiah,
dapat
dipantulkan
Logam adalah bahan yang
bila oksigen yang terdapat dalam
banyak digunakan untuk berbagai
udara dapat bersentuhan dengan
keperluan. Dalam udara terbuka
permukaan logam besi yang lembab,
logam
terserang
kemungkinan terjadinya korosi lebih
korosi, sehingga dapat menurunkan
besar. Korosi terutama terjadi pada
kualitas dan kekuatannya. Kecepat-
bagian sel yang kekurangan oksi-
an korosi dari suatu bahan pada
gen. Gejala ini dapat dijelaskan
suatu
berdasarkan
beresiko
tempat
tinggi
dipengaruhi
oleh
reaksi-reaksi
pada
kelembaban udara dan kadar garam,
permukaan katoda yang memer-
daerah
memiliki
lukan elektron. Reaksi katoda hanya
besar
dapat terjadi bila ada oksigen, dapat
terjadi
dilihat, seperti di bawah ini:
pinggir
peluang
yang
terjadinya
korosi.
pantai sangat Korosi
2 H2O2 + O2 + 4eDi samping itu dari reaksi katoda ini memerlukan elektron dan
4 (OH)- (pembentukan hidroksil)
logam daerah
disekitarnya
yang
kurang oksigen harus menyerahkan
150
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No.2, Agustus 2009 (148 – 157)
dapat
korosi di daerah dimana konsentrasi
disimpulkan bahwa daerah yang
oksigen lebih rendah. Besi dengan
kurang oksigennya menjadi anoda.
potensial elektroda φ sebesar –0,44
Sel
volt. Agar terjadi rekasi anoda:
elektron-elektronya.
oksidasi
Jadi
akan
mempercepat
Fe3+ + 3e- (reaksi anoda)
Fe
Hal ini disebabkan karena Fe harus melepaskan ketiga elektron-
nya agar berlangsung reaksi katoda sehingga terjadi ion Fe3+.
Bila dilakukan reaksi: 6H2O + 3O2 + 2e-
(OH)- (reaksi Katoda)
Sehingga akan terjadi kesetaraan reaksi sebagai berikut: 4Fe + 6H2O + 3O2 + 12e4Fe + 6H2O + 3O2
4Fe3+ + 12(OH)- + 12e4Fe (OH)3
Bila reaksi ini terjadi dalam
Kemudian dikorosikan pada media
air yang diperkaya oksigen akan
korosi yaitu air (H2O), asam sulfat
didapatkan
(H2SO4), dan air garam (NaCl).
hasil
korosi
Fe(OH)3
yang tidak larut dalam air oleh
Peralatan yang digunakan
karena itu akan mengendap yang
dalam
selanjutnya kita sebut karat.
perangkat alat pendeteksi, yaitu: Tabung
METODELOGI PENELITIAN
Muller,
adalah
Sumber
Digit Counter. (Gambar 1)
Proses
Eksperimen
pengkorosian besi ini memerlukan
Jurusan Fisika Fakultas Matematika
oksigen dan air. Untuk itu logam-
dan Ilmu Pengetahuan Alam. Dalam
logam besi diletakkan di atas gelas
penelitian
metode
yang berisi media yang berbeda-
eksperimen, bahan yang digunakan
beda disusun dalam sebuah kotak
adalah plat besi. Plat besi tersebut
kayu yang terlebih dahulu dibasahi
dipotong dengan ukuran yang sama.
dengan air. Hal ini dimaksudkan
ini
Fisika
Geiger
ini
radiasi sinar gamma (Co-60), dan
Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium
penelitian
digunakan
Lubis, A. M dan Supiyati, Analisis Tingkat Kecepatan Korosi ..............
agar
di
sekitar
berlangsungnya
proses
benar-benar ruangan
tempat
lembab.
yang
lembab
untuk
korosi dihitung dengan meurunkan
korosi
fungsi daya serap plat besi terhadap
Karena
waktu, sehinggai kecepatan korosi
dapat
plat besi adalah : dA/dt ………………….... (2)
mempercepat proses pengkorosian. Sebagai sampel pengontrol
dengan A daya serap plat besi yang
adalah logam yang bebas korosi,
dikorosikan
yang diukur intensitas sinar gamma
pengkorosi.
sebelum
dan
sesudah
sampel,
sedangkan
151
uji
medium
Untuk mengetahui pengaruh
melewati
sampel
dengan
kosentrasi
larutan
pengkorosi
dengan
terhadap kecepatan pengkorosi, plat
ketebalan 0,13 cm, diamater 2 cm
besi dioksidasi dengan berbagai
yang telah mengalami korosi dengan
macam
waktu
yang
Kosentrasi masing-masingnya ada-
berbeda, yaitu: ± 5 hari, 10 hari, 15
lah 5%, 25%, 45%, 65% dan 85%,
hari, 20 hari, dan 25 hari. Data yang
plat
diambil adalah dengan data pada
dengan waktu pengoksidasian 5
sampel yaitu intensitas sinar gamma
hari, 10 hari, 15 hari, 20 hari dan 25
sebelum (Io) dan sesudah melewati
hari. Data diambil dengan mencacah
sampel (I) kemudian mengihtung
plat
daya
pengoksidasian yang telah ditentu-
digunakan
plat
besi
pengoksidasian
serapnya
masing-masing.
Untuk menentukan daya serap (A)
kosentrasi larutan H2SO4.
besi
besi
tersebut
pada
dikorosikan
selang
waktu
kan. Untuk menghitung HVL (half
adalah
A = log
I0 ……………… (1) I
value layer) plat besi digunakan rumusan:
dimana I adalah intensitas sinar gamma setelah melewati bahan (Σ
X1/2 = 0,693 X/2,3 log (Io/I) …… (3)
cacah/menit) dan I0 ialah Intensitas
dimana X1/2 adalah tebal plat besi
sinar
dimana intesitas sinar gamma yang
gamma
terkorosi
sebelum
(Σ cacah/menit).
bahan Daya
melaluinya
berkurang
serap yang dicari adalah daya serap
setengah
fungsi waktu, besaran ini dapat
besaran ini berhubungan dengan
dicari dengan menggunakan metode
massa absobsi plat besi (gr/cm2)
kuadrat
dan X adalah tebal plat besi
terkecil
dan
kecepatan
intensitas
menjadi mula-mula,
152
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No.2, Agustus 2009 (148 – 157)
Tahapan
PEMBAHASAN Penentuan Tegangan Operasi Pencacah Geiger-Muiler Dengan Mengunakan Sumber Radiasi Gamma
yang
kedua
ialah
menghitung HVL (half value layer) plat besi, hal ini bertujuan untuk mengkonversi satuan panjang (cm)
pencacahan
menjadi gr/cm2. Ini berguna untuk
intesitas plat besi dilakukan, tahap
menentukan daya serap plat besi
tertama
yang diteliti dalam satuan gr/cm2.
Sebelum
yang
dilakukan
ialah
mengkalibrasi alat Pencacah Geiger Muller
dengan
sumber
Dengan mempergunakan per-
radiasi
samaan (3), didapatkan HVL plat
gamma standar. Adapun sumber
besi dengan ketebalan 0,13 cm
radiasi yang gunakan adalah Cd-109
adalah 0,097 cm. Ini setara dengan
dengan aktivitas 1 μCi (waktu paruh
1,00 gr/cm2 (Chase dkk, 1985).
453 hari), Mn-54 dengan aktivitas 1 μCi (waktu paruh 313 hari) dan Co-
Hasil Pengamatan Intensitas Sinar Gamma
60 dengan aktivitas 1 μCi (waktu
Hasil penelitian menunjukkan
paruh 5,3 tahun). Kalibrasi alat ini
bahwa korosi terbesar terjadi pada
bertujuan untuk menentukan tegang-
plat besi yang diletakkan dalam
an operasi Pencacah Geiger Muller.
larutan asam sulfat (H2SO4) dan
Karena
pada
terkecil terjadi pada plat besi yang
Pencacah G-M akan mempengaruhi
diletakkan di medium air (H2O). Dari
jumlah cacahan yang dihasilkannya.
Lampiran 1, nampak bahwa untuk
Semakin besar beda potensial maka
medium korosi H2O nilai rata-rata
jumlah cacahannya juga semakin
intensitas meningkat dari 254 (waktu
besar karena kemampuan Pencacah
korosi 0 hari) menjadi 278 (waktu
G-M untuk mengionisasi bahan yang
korosi 25 hari). Sedangkan pada
dilalaluinya
medium korosi larutan NaCl, nilai
tegangan
semakin
listrik
besar
pula.
Untuk tahapan ini diperoleh dilihat
rata-rata
intensitasnya
meningkat
bahwa hasil cacahan tidak berubah
dari 254 (waktu korosi 0 hari)
terhadap tengan listrik diperlihatkan
menjadi 279 (waktu korosi 25 hari).
pada tegangan 900 V, sehingga
Hal yang sama juga terjadi pada
disimpulkan tegangan operasi Pen-
medium korosi H2SO4, peningkatan
cacah G-M adalah 900 V dengan
nilai rata-rata intensitas dimulai dari
sumber radiasi standar Co-60.
254 (waktu korosi 0 hari) dan berakhir 285 (waktu korosi 25 hari).
153
Lubis, A. M dan Supiyati, Analisis Tingkat Kecepatan Korosi ..............
medium
Hasil lain dari penelitian ini
H2O.
Sehingga
dapat
adalah intensitas sinar gamma (Co-
disimpulkan bahwa semakin tinggi
60)
tingkat
yang
menembus
plat
besi
korosi
plat
besi,
maka
meningkat seiring dengan lamanya
semakin tinggi pula intensitas sinar
plat besi terkorosi. Dari hasil di atas,
gamma yang melewatinya. Untuk
terlihat intensitas rata-rata terbesar
mengetahui
sinar gamma yang melewati pelat
sinar gamma yang menembus plat
besi terdapat pada medium H2SO4
besi dengan waktu besi terkorosi
(tempat plat besi mengalami tingkat
pada berbagai medium korosi dapat
korosi terbesar) dan terkecil pada
dilihat Gambar 1, 2 dan 3.
hubungan
intensitas
KARAKTERISTIK INTENSITAS
296
I)( S A T I S N E T N I
292
288 I = 274.56e0.0027T R2 = 0.9934 284
280
276 0
5
10
15
20
25
30
WAKTU (HARI)
Gambar 1. Hubungan Intensitas dengan Lama Korosi Pada Medium Korosi H2O KARAKTERISTIK INTENSITAS
I)( S A T I S N E T N I
296 294 292 290 288
I = 276.96e0.0025T R2 = 0.9873
286 284 282 280 278 0
5
10
15
20
25
WAKTU (HARI)
Gambar 2. Hubungan Intensitas dengan Lama Korosi Pada Medium Korosi Na Cl
30
154
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No.2, Agustus 2009 (148 – 157)
KARAKTERISTIK INTENSITAS )I ( S A T I S N E T N I
302 300 298 296 294
I = 283.69e0.0023T R2 = 0.9983
292 290 288 286 0
5
10
15
20
25
30
WAKTU (HARI)
Gambar 3. Hubungan Intensitas dengan Lama Korosi Pada Medium Korosi H2SO4 Hubungan Antara A (Log I/Io) dengan Waktu Pengkorosian
Gambar 1, 2 dan 3, nampak bahwa semakin lama besi terkorosi
Lampiran
maka intensitas sinar gamma yang melewati
plat
besi
1,
didapatkan
hubungan antara A (log I/Io) dan
mengalami
waktu pengkorosian dengan metode
kenaikan eksponensial. Dampaknya
kuadrat terkecil.
adalah intensitas sinar gamma yang
Hubungan yang
diperoleh dapat dilihat pada Gambar
diserap plat besi turun eksponensial
4, 5 dan 6 masing-masing untuk
pula. Semakin tinggi intensitas sinar
media pengkorosi H20, NaCl dan
gamma yang melewati plat besi,
H2S04.
maka semakin kecil intensitas yang diserap oleh plat besi.
Grafik Hubungan A dengan Waktu Dalam Medium Pengkorosi H2O
) m c r/ g ( ) Io I/ g o (l A
2
-0.42 -0.43 -0.43 0 -0.44 -0.44 -0.45 -0.45 -0.46 -0.46 -0.47 -0.47
5
10
15
20
25
30
A = 0.0014t - 0.4608 R2 = 0.9184
Waktu (hari)
Gambar 4. Grafik hubungan A dengan waktu untuk media pengkorosian air
Lubis, A. M dan Supiyati, Analisis Tingkat Kecepatan Korosi ..............
155
Grafik Hubungan A dengan Waktu Dalam Medium Pengkorosi NaCl
-0.415 -0.42 -0.425 0 -0.43 -0.435 -0.44 -0.445 -0.45 -0.455 -0.46 -0.465 -0.47
)
2
m /c r g ( ) o I/ I g o l( A
5
10
15
20
25
30
A = 0.0015t - 0.4589 R2 = 0.8886
Waktu (hari)
Gambar 5. Grafik hubungan A dengan waktu untuk media pengkorosian garam dapur Grafik hubungan A dengan Waktu Dalam Media Pengkorosi H2SO4
)
-0.4
m /c r (g ) Io /I g o (l
-0.41
2
0
5
10
15
20
25
30
A = 0.0017t - 0.4532 R2 = 0.7805
-0.42 -0.43 -0.44
A
-0.45 -0.46 -0.47 Waktu (hari)
Gambar 6. Grafik hubungan A dengan waktu untuk media pengkorosian asam sulfat Dari sini dapat dilihat bahwa kecepatan
korosi
besi
tertinggi
2
jumlah
atom
H+
yang
banyak.
Sedangkan kecepatan korosi
besi
0,0017 gr/cm /hari untuk medium
terendah
pengkorosi asam sulfat hal ini dapat
pengkorosi air dengan kecepatan
dimengerti
sulfat
korosi 0,0014 gr/cm2/hari, ini terjadi
merupakan asam kuat dan memiliki
karena air merupakan elektolit lemah
karena
asam
terjadi
pada
medium
156
Jurnal Fisika FLUX, Vol. 6 No.2, Agustus 2009 (148 – 157)
sehingga
kemampuan
mengionisasi
kecil
untuk
dan
KESIMPULAN Setelah dilakukan penelitian
meng-
dan pengamatan terhatap data-data
oksidasi besi rendah. per-
hasil penelitian dapat dilihat bahwa
samaan-persamaan gambar di atas
besi yang mengalami korosi terbesar
berbeda untuk setiap medium korosi.
(kecepatan tingkat korosinya paling
Hal
jenis
besar) adalah besi yang dikorosikan
medium korosi dan ketebalan plat
dengan media oksidan H2SO4 de-
besi yang mengalami korosi. Dari
ngan kecepatan 0,0017 gr/cm2/hari,
hasil penelitian ini dapat diketahui
diikuti oleh media pengkorosi NaCl
bahwa bahan logam yang cepat
kecepatan korosi 0,0015 gr/cm2/hari
mengalami
mudah
dan yang terakhir oleh media H2O
dilewati oleh sinar gamma. Sehingga
dengan kecepatan korosi 0,0014
untuk mengetahui kualitas material
gr/cm2/hari. Dalam penelitian ini juga
dapat dilakukan dengan menembak-
dapat
kan sinar gamma pada material
pengkorosian mempengaruhi besar
tersebut. Bila intensitas sinar gamma
kecilnya
banyak yang diserap, maka kualitas
yang melewati plate besi tersebut,
material itu masih baik.
dalam arti kata semakin lama waktu
Nilai
itu
konstanta
dipengaruhi
korosi
Karena H2SO4,
NaCl
mempengaruhi
pada
oleh
akan
media dan
pengkorosi H2O
tingat
dapat
kecepatan
disimpulkan
intensitas
bahwa
sinar
waktu
gamma
pengkorosian maka semakin banyak besi/logam yang terkorosi. Kondisi Indonesia
yang
beriklim
tropis
korosi pada besi/logam, sehingga
dengan kelembaban dan suhu yang
dari
dapat
berubah serta curah hujan dan
dipahami bahwa salah satu untuk
intensitas sinar matahari yang tinggi
mencegah terjadinya korosi pada
yang disertai pula polusi udara dari
besi yaitu dengan menjauhkan besi
air
untuk berinteraksi dengan media
mempercepat
pengkorosi
tetapi
korosi pada besi/logam, untuk itu
karena media pengkorosi tersebut
perlu dilakukan penelitian korosi besi
bias
dengan memperhatikan faktor-faktor
hasil
penetian
tersebut,
berada
di
ini
akan
udara
bebas
sehingga salah satu cara yang tepat adalah dengan melapisi besi/logam dengan material lain seperti cat.
laut,
sungai
lingkungan ini.
dan
industri
terjadinya
proses
Lubis, A. M dan Supiyati, Analisis Tingkat Kecepatan Korosi ..............
DAFTAR PUSTAKA Beiser, A, 1981, Concepts of Modern Physics, MC Graw-Hill, Inc. Chase, G. D dkk 1985, Radiation Determination,MC Graw-Hill, Inc Krane, K. S., 1992, Modern Physics Department of Physics, Oregon State University.
157
Krane, K. S., 1988, Introductory Nuclear Physics, Oregon State University. Ridwan. M., dkk, 1978, Pengantar Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Nuklir, Jakarta. Vlack, L. V, 1985, Elements of Materials Science and Engineering, University Of Michigan, USA.
