BAB II KOROSI dan MICHAELIS MENTEN

BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 4

BAB II KOROSI dan MICHAELIS MENTEN Di alam bebas, kebanyakan logam ditemukan dalam keadaan tergabung secara kimia dan disebut bijih. Oleh karena keberadaan bijih di kerak bumi sudah ada sejak bumi terbentuk, maka kita boleh beranggapan bahwa kondisi kimia dari bijih ditentukan oleh kehendak alam dan mengatakan bahwa bijih berada dalam tingkat energi paling rendah. Dengan kata lain bahwa logam yang belum bergabung dengan bahan lain memiliki tingkat energi tinggi. Sehingga karena energi bebas senyawa kimia logam lebih rendah dari energi bebas logam, maka menurut hukum kedua termodinamika kebanyakan logam cenderung turun ke tingkat energi yang lebih rendah dengan bereaksi dengan bahan lain membentuk senyawa logam. Peristiwa turunnya tingkat energi inilah yang kita sebut korosi atau dalam bahasa sehari-hari disebut perkaratan. Mudah tidaknya logam berkarat berkaitan dengan keaktifan logam itu. Makin aktif suatu logam (makin negatif harga potensial elektroda atau energi bebasnya), maka makin mudah pula ia berkarat. Ada logam yang tidak mengalami korosi yaitu seng, alumunium, dan yang termasuk ke dalam kelas logam mulia. Seng dan alumunium yang energi bebasnya lebih negatif daripada besi sebenarnya mengalami korosi, namun karat logam hasil korosi tersebut ternyata melekat kuat pada permukaannya sehingga melindungi logam dari korosi lebih lanjut. Sedangkan untuk logam mulia misalnya emas dan platina, tidak mengalami korosi karena energi bebas keduanya


yang bernilai positif yang artinya kedua logam ini tidak terkorosi secara alami di udara yang basah atau lembab. Jika pun terkorosi, laju dari reaksi sangat lambat yang diakibatkan oleh energi bebas aktivasi yang mungkin terlalu besar. Seperti halnya logam mulia, besi yang berabad-abad terendam di dasar kubangan lumpur pun bisa tidak mengalami korosi di alam bebas dikarenakan keterasingannya terhadap oksigen.

2.1 Pengertian Korosi Terdapat banyak definisi dari korosi. Keberagaman akan definisi tersebut disebabkan oleh perbedaan sudut pandang mengenai korosi. Ada yang melihat dari segi prosesnya, ada juga yang melihat dari segi hasil dari proses itu. Berikut beberapa definisi korosi: (1) Korosi adalah reaksi permukaan satu arah (irreversible) dari suatu materi (logam, keramik, polimer) dengan lingkungan yang menghasilkan berkurangnya materi tersebut. [IUPAC] (2) Sebuah proses hilangnya logam oleh reaksi kimia. Jika logamnya besi, maka prosesnya disebut perkaratan. [chemed.chem.purdue.edu/genchem/glossary/c.html]

Gambar 2.1 Karat pada logam (3) Serangan kimia atau elektrokimia tahap demi tahap terhadap logam oleh atmosfer, uap, dan lain-lain. [www.weirton.com/glossary/C.html] (4) Aksi kimia yang menyebabkan kehancuran dari permukaan material oleh oksidasi atau kombinasi kimia. [www.acculam.com/defs.htm]


(5) Pelarutan logam yang disebabkan oleh reaksi kimia, biasanya antara air dan pipa logam atau antara dua buah logam yang berbeda. Dalam sistem perairan, korosi dapat menyebabkan kegagalan struktur, kebocoran, dan penurunan kualitas air. [mauiwater.org/glossary.html] Meskipun ada bermacam-macam definisi dari korosi, namun intinya sama, yaitu

penurunan

mutu

logam

akibat

reaksi

elektrokimia

dengan

lingkungannya dan menyebabkan beberapa kerugian.

2.2 Mekanisme Korosi Semua interaksi antara unsur-unsur dan senyawa-senyawa ditentukan oleh perubahan-perubahan energi bebas yang ada. Perubahan yang terjadi tersebut bisa berlangsung secara spontan dan tidak spontan. Energi bebas merupakan satu-satunya faktor penentu apakah suatu reaksi berlangsung secara spontan atau tidak. Jika suatu zat A ingin berubah menjadi zat B sedangkan energi bebas yang dimilikinya lebih tinggi daripada B, maka perubahan energi yang terjadi adalah secara spontan. Di pihak lain, jika energi bebas A lebih kecil daripada B maka zat A membutuhkan tambahan energi untuk berubah menjadi B. Kebutuhan akan energi tambahan inilah yang menyebabkan perubahan energi berlangsung secara tidak spontan. Korosi merupakan gejala yang timbul akibat adanya perubahan energi, maka korosi bisa terjadi secara spontan maupun tidak spontan. Lebih lanjut, korosi dapat terjadi dalam medium kering dan juga medium basah. Contoh korosi yang berlangsung dalam medium kering adalah penyerangan logam besi oleh gas oksigen (O2) atau gas belerang dioksida (SO2). Dikarenakan sebagian logam di dunia ini memiliki tingkat energi bebas yang lebih tinggi daripada senyawa kimianya, maka dalam tugas akhir


ini akan dibahas mengenai korosi yang terjadi pada logam, yang berlangsung secara spontan dan terjadi pada medium basah.

2.2.1 Teori Keadaan Peralihan Misalkan dua zat A dan B berinteraksi sedemikian rupa untuk membentuk zat baru C dan D. A+B → C+D Agar dapat menghasilkan zat-zat baru tersebut, A dan B bukan hanya harus saling sentuh tapi juga harus berpadu secara fisik untuk membentuk suatu zat peralihan AB. Secara teori, keadaan peralihan harus mempunyai energi bebas lebih tinggi dibanding jumlah energi bebas A dan B. Kemudian karena yang dibahas adalah reaksi spontan, maka energi-energi hasil reaksi harus lebih rendah dari energi bebas reaktan. Setelah terbentuk, zat pada keadaan peralihan dapat berubah kembali menjadi reaktan atau terus berubah menjadi hasil reaksi.

Gambar 2.2 Diagram Tingkat Energi

BAB II : MEKA B ANISME KORO OSI dan MICH HAELIS MENTEEN 8

Proses P kebaalikan yaitu dari zat C dan D kembbali menjaddi A dan B dapat d terjaddi. Namun kkarena reakssinya bukan reaksi spon ntan, maka dalam d proseesnya haruss mendapat pasokan ennergi bebas.. Sehingga meskipun m proses p kebbalikan muungkin terjaadi, prosessnya akan berlangsung b dengan lajuu yang lebihh rendah daaripada laju maju (laju terbentuknya t a hasil reakssi).

2.2.2 Laju L Reak ksi Laju L reaksi adalah peruubahan konssentrasi pereeaksi atau hasil h reaksi dalam d setiaap satuan waktu. Daapat juga didefinisikaan sebagai kecepatan k b berkurangny ya konsentrasi pereakssi atau berrtambahnya konsentrasi k produk tiapp satuan waktu. w Ada beberapa faaktor yang mempengaru m uhi laju reeaksi, yaituu konsentraasi, luas permukaan, p temperatur t dan d katalis. Dari peenjelasan di atas, dapatt ditarik suaatu garis beesar mengen nai kinerja korosi pada p logam m. Adanya pperbedaan ennergi bebas antara logaam dengan lingkungan dalam hal h ini laruttan elektroliit, menyebabbkan terjadiinya reaksi m dengan linggkungannya. Reaksi kim mia yang terjjadi adalah kimia anntara logam reaksi redoks. Seny yawa logam terbentuk teerlebih dahullu sebelum mengalami m r dan berubah m menjadi ion--ion logam Fe2+ atau Fe3+ yang reaksi redoks teradsorrpsi disekitaar permukaaan logam. Pada P reaksi redoks ini,, di anoda terjadi reaksi r oksiddasi, yaitu pelepasan p eleektron. Sem mentara elekktron yang dilepaskkan pada reaaksi anoda ddigunakan oleh o katoda untuk berlaangsungnya reaksi reeduksi. 1. Reakksi anoda Kem mudian yang disebut sebagai reaksi anoda a adalahh Dim mana ion Mz++ yang terbeentuk mungk kin tetap tingggal dalam larutan l dan bereeaksi membeentuk hasil kkorosi yang tidak larut. A Akibatnya hal h tersebut


mennghalangi peelarutan logaam lebih lan njut sehinggga korosi terrhenti. Bila dem mikian, permuukaan logam m disebut meengalami pem masifan. 2. Reakksi katoda Sem mentara reaksi katoda yaang terjadi dapat d dibagii menjadi du ua kondisi, yaknni: 1. Jika PH H larutan < 7 :

2. Jika PH H larutan

7:

mudian mennyebabkan korosi. k Ion--ion logam Reaksi redoks inilaah yang kem yang terrbentuk dan teradsorpsi di permukaaan logam beerubah menjadi ion-ion yang leebih kecil yaang kemudiian terlepas dari permuukaan logam m, sehingga sedikit demi sedikit permukaann logam tersebut terkorrosi. Reaksi redoks ini ung selama llogam masihh ada. akan terrus berlangsu

Gam mbar 2.3 Ion teradsorpsi dipermukaaan logam n yang terliibat dalam rreaksi kimiaa akan berggerak bolak balik dari Elektron anoda ke k katoda. Hal ini dim mungkinkann karena eleektron adalaah partikel bermuattan,

yaitu

bermuatann

negatif

maka

peengangkutan nnya

atau

perpindahannya meenimbulkan arus listrikk. Arus listrrik yang terrjadi dapat diukur dengan men nggunakan voltalab daan dari penggukuran tersebut, kita m besar kecilnyya laju korosii yang terjaddi. Besarnya arus listrik dapat mengetahui yang diihasilkan, menunjukkan m n bahwa lajuu reaksi reddoks yang berlangsung tergolonng cepat dann mengakibaatkan korosii semakin cepat terjadi. Demikian


sebaliknya, jika arus yang dihasilkan terbilang kecil, maka laju reaksi lambat dan korosi dengan lambat terjadi.

2.3 Penghentian Korosi Secara teori, penghilangan salah satu dari empat komponen penyebab korosi yaitu anoda, katoda, eletrolit, dan hubungan listrik dapat menghambat bahkan menghentikan reaksi korosi. Namun pada kenyataannya, suatu logam yang berada di alam bebas akan menemukan sendiri jalannya untuk terkorosi. Baik karena anoda dan katoda berada dalam logam yang sama, maupun karena bereaksi dengan oksigen sebagai elektrolitnya (Hukum II Termodinamika). Berikut beberapa cara penghentian korosi yang pernah dilakukan di lapangan. Dari contoh-contoh tersebut, diharapkan kita dapat melihat kelebihan dan kekurangan metode yang digunakan.

2.3.1

Mecegah kontak antara logam dengan oksigen atau air. Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat. Akan tetapi cat hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh. Jika sudah retak atau pecah, maka korosi akan tetap berlangsung.

2.3.2

Besi sebagai Anoda Melapisi besi dengan logam yang kurang aktif atau yang memiliki harga potensial lebih positif merupakan cara lain untuk mencegah korosi. Sama halnya dengan metode 2.3.1, cara ini pun hanya melindungi besi jika lapisannya utuh. Bahkan logam pelapis justru akan mempercepat terjadinya korosi saat lapisannya rusak. Disini besi akan menjadi anoda sehingga logam pelapis akan mendorong oksidasi besi. Prinsip atau metode ini digunakan pada pembuatan kaleng yang mana menggunakan timah sebagai pelapis besi. Timah akan mempercepat korosi pada kaleng-kaleng bekas sehingga lebih cepat hancur.


2.3.3

Perlindungan Katoda (pengorbanan anoda) Logam yang lebih aktif atau yang harga potensialnya lebih negatif dijadikan pelapis besi membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katoda. Dengan demikian yang teroksidasi adalah lapisan pelindung bukan besi. Disini besi hanya berfungsi sebagai tempat terjadinya reduksi oksigen, sehingga besi terlindungi karena dijadikan katoda dan logam pelindungnya dikorbankan. Berbeda dengan 2.3.2 , besi akan tetap selama logam pelapis masih ada lapisannya tidak utuh atau rusak. Kelemahan dari metode ini adalah logam pelapis yang telah terkorosi harus terus diganti agar besi tetap terjaga dari korosi. Meskipun metode perlindungan katoda kurang efektif, namun cara inilah yang masih dipakai dan efektif hingga saat ini.

2.3.4

Penggunaan Senyawa Inhibitor Secara umum, suatu inhibitor adalah suatu zat kimia yang dapat menghambat atau memperlambat reaksi kimia. Sedangkan inhibitor korosi adalah suatu zat kimia yang bila ditambahkan ke dalam suatu lingkungan dapat menurunkan laju penyerangan korosi lingkungan itu terhadap suatu logam. Sifat inhibitor berlawanan dengan katalis, yang mempercepat laju reaksi.

2.3.4.1 Mekanisme kerja inhibitor Mekanisme kerja inhibitor dapat dibedakan sebagai berikut: (1)Inhibitor

teradsorpsi

pada

permukaan

logam

dan

membentuk suatu lapisan tipis dengan ketebalan beberapa molekul inhibitor. Lapisan ini tidak dapat dilihat oleh mata biasa, namun dapat menghambat penyerangan lingkungan terhadap logamnya. (2)Melalui pengaruh lingkungan (misal pH) menyebabkan inhibitor dapat mengendap dan selanjutnya teradsorpsi pada


permukaan logam serta melindunginya terhadap korosi. Endapan yang terjadi cukup banyak, sehingga lapisan yang terjadi teramati oleh mata. (3)Inhibitor terlebih dahulu mengkorosi logamnya dan menghasilkan suatu zat kimia yang kemudian melalui peristiwa adsorpsi dari produk korosi tersebut membentuk suatu lapisan pasif pada permukaan logam. (4)Inhibitor menghilangkan konstituen yang agresif dari lingkungannya.

Gambar 2.4 Inhibitor Melapisi Logam

2.3.4.2 Inhibitor yang Digunakan Pada percobaan yang dilakukan di laboratorium korosi kimia fisik material, Program Studi Kimia, FMIPA ITB, inhibitor yang digunakan adalah inhibitor turunan imidazol. Imidazol adalah senyawa aromatik yang termasuk dalam golongan senyawa aromatik heterosiklik berantai lima, dimana dua diantaranya adalah unsur nitrogen dan sisanya adalah karbon. Struktur imidazol: C

HN

C C

N


Jadi, cara kerja metode ini adalah dengan menambahkan senyawa inhibitor kedalam sistem, sehingga seakan-akan ada lapisan tipis yang melindungi logam dari keterhubungan langsung dengan lingkungan. Sehingga reaksi kimia yang terjadi bukanlah reaksi antara logam dengan lingkungan, tapi reaksi antara senyawa inhibitor dengan lingkungan.

2.4 Percobaan dan Data Untuk mendapatkan data yang dibutuhkan, baik yang tanpa inhibitor maupun yang menggunakan inhibitor, dilakukanlah percobaan dengan menggunakan sel tiga elektroda. Peralatan: 1. Voltmeter 2. Gelas piala 3. Elektroda, yang terdiri dari elektroda kerja, elaktroda bantu, dan elektroda acuan. 4. Kabel penghubung 5. Larutan elektrolit berupa Natrium Klorida. Prosedur: 1. Tuang larutan Natrium Klorida ke dalam gelas piala 2. Tempelkan kabel penghubung ke masing-masing elektroda. Hubungkan kabel yang terdapat pada elektroda kerja dengan terminal negatif voltmeter. Celupkan elektroda-elektroda yang akan digunakan ke dalam gelas piala. Jaga agar elektrodaelektroda tersebut tidak bersentuhan, juga agar kabel tidak berhubungan langsung dengan larutan. 3. Catat besar arus yang terjadi, demikian pula dengan besar laju reaksi.


Ilustrasii :

Gam mbar 2.5 Perccobaan Dengan n A adalah elektroda e keerja, B elekttroda acuan, C elektroda bantu, D eletrolitt, dan V adallah voltmeteer. Dari beeberapa kali melakukann percobaan, didapatkannlah data-daata sebagai berikut:

a percoobaan yangg belum m menggunakann senyawa Dimanaa Blanko adalah inhibitor. Sementarra IDETA ddan D11jg adalah a percoobaan yang melibatkan m senyawaa inhibitor dan d yang mem mbedakan keduanya k adaalah stuktrurr kimianya. Percobaaan yang dillakukan adaalah sebanyaak enam kalli untuk setiiap metode dan anggka 1, 2, dan d seterusnyya yang meengikuti katta Blanko,ID DETA dan


D11jg menunjukkaan pada perrcobaan keb berapa hasill pengukuraan tersebut didapatk kan. b arrus yang terjjadi dalam pproses terjadiinya korosi Icorr mennunjukkan banyaknya dengan satuan miiliAmpere pper satuan luas (mA//cm2). Corrrate disini menganndung maknna seberapaa besar peermukaan loogam yangg terkorosi persatuaan waktu (m mm/Y). Sehhingga dapatt dikatakan bahwa corrrate disini sama arrtinya dengan n laju korosii dengan Y menunjukkan m n tahun (yea ar).

2 Pengollahan Datta 2.5 Program m SPSS digu unakan untukk mengolah data-data d yaang ada. Hasiil yang didapatk kan adalah sebagai s berikkut:

Dimanaa: N

jumlah dataa yang dihituung

Range

jangkauan (data terbbesar dikurang data terkecil)

Minimum

nilai data teerkecil

Maximum

nilai data teerbesar


Mean

rata-rata daata yang adda (jumlah semua s data dibagi banyyaknya data))

Standar Deeviasi

ukuran pennyebaran dataa

Variansi

ukuran pennyebaran dataa

n koefisien korelasi anntara arus korosi dann laju koroosi sebesar Dengan 0.99998 85. Yang beerarti modeel hubungann antara kedduanya lineear, artinya semakinn besar aruss maka lajuu korosi puun semakin cepat. Dem mikian pula sebaliknnya.

2 Kinetiika Michaelis Menteen 2.6 Mempelajari pengaaruh konsenttrasi substraat pada laju reaksi adallah konsep dasar dari d kinetikaa enzim yanng merupakaan alat pentting untuk memahami m mekanissme enzim. Namun ketiika data dibaangun dari ppercobaan daan hasilnya diplot menjadi m suattu graf laju reaksi terhaadap konsenntrasi substrrat, banyak enzim yang y menghaasilkan kurvaa hiperbolik seperti dibaawah ini.

Gambarr 2.6 Hubunngan konsenttrasi dengan laju reaksi Leonor Michaelis dan Maud Menten meencoba menjjelaskan fennomena ini p yang y kemuudian dikenaal sebagai dengan menurunkaan suatu persamaan persamaaan Michaeliis Menten.


Dalam reaksinya, enzim tidak langsung merubah suatu substrat menjadi produk. Sebelum menjadi produk, enzim mengikat substrat membentuk enzim substrat kompleks. Reaksi kimia :

dengan: E

enzim

S

substrat

ES

substrat kompleks

P

produk (hasil reaksi)

k1

tetapan laju pembentukan ES

k-1

tetapan laju penguraian ES kembali menjadi S

k2

tetapan laju pembentukan hasil reaksi 1

Laju reaksi Keadaaan setimbang terjadi ketika laju penambahan berkurangnya

sama dengan laju

.

2

3 Substitusi persamaan (3) ke persamaan (2):


4

Substitusi persamaan (4) ke persamaan (1): 5

Laju reaksi akan maksimal jika jumlah substrat terbatas. Dengan mengasumsikan [S]>>[E] yang mengakibatkan [E0]=[ES], maka didapat: Sehingga persamaan (5) menjadi

Persamaan inilah yang dikenal sebagai persamaan kinetika Michaelis Menten.

BAB II KOROSI dan MICHAELIS MENTEN

Recommend Documents