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 Fe3C.(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.
laju Korosi (mm/thn)
0.43 0.4121
0.41 0.39
0.379
0.37 0.35
0.3433
0.33 0.31
0.3184 0.3051
0.29 22.5
0.314 0.293
32.5
42.5
52.5
62.5
72.5
82.5
konsentrasi ion klorida (ppm )
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
laju korosi (mm/thn)
konsentrasi optimum pada 90 ppm dengan laju korosi 0,43 mm/th. 0.45
0.4306
0.4 0.35 0.314 0.28720.2948
0.3 0.25 10
0.2494 20
30
40
50
0.3757 0.3623 0.32640.3328
60
70
80
90
0.3281
100
0.3045
110 120
130
konsentrasi penam bahan 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
0.254
0.249
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 oC 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
laju korosi (mm/thn)
konsentrasi optimum pada 30 ppm dengan laju korosi 0,33 mm/th.
0.35 0.33
0.3281
0.31 0.298
0.29 0.27 10
0.2856
0.2649
0.2539
0.25
0.2927
20
0.2651 30
40
50
60
70
konsentrasi penam bahan 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. 0.65 laju korosi (mm/thn)
0.6227 0.60 0.55 0.50
0.4953
0.45 0.4264
0.4121
0.40 25
30
35
40
45
50
55
suhu ( oC)
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. 0.39 laju korosi (mm/thn)
0.3813 0.37 0.35 0.3324
0.33 0.31 0.2981
0.2966
0.29 25
35
45
55
Suhu ( oC)
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
laju korosi (mm/thn)
sadah di industri tekstil laju korosi pada suhu 55 ºC adalah 0,59 mm/th. 0.60 0.58 0.56 0.54 0.52 0.50 0.48 0.46 0.44 0.42 0.40
0.5906
0.5373
0.4369
0.4306 25
35
45
55
o
Suhu ( 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
(4)
merupakan inhibitor anodik. 2.0 log I ( μA/cm2 )
1.5 1.0 Blanko
0.5
10 ppm Simetidin
0.0
10 ppm Tiourea
-0.5 -1.0 -800 -780 -760 -740 -720 -700 -680 -660 -640 -620 -600 Potensial (m V)
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, Icorr menurun dibandingkan dengan larutan blanko. Karena besarnya kerapatan arus berbanding lurus dengan laju korosi maka semakin besar penurunan kerapatan arus (ΔIcorr) maka laju korosi semakin kecil dan efektifitas inhibitor tersebut semakin meningkat.
2.0
lo g I ( μ A/cm 2 )
1.5 1.0 Blanko
0.5
10 ppm Simetidin
0.0
10 ppm Tiourea
-0.5 -1.0 -1.5 -800 -780 -760 -740 -720 -700 -680 -660 -640 -620 Potensial (mV)
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
2.5
log I ( μ A/cm 2)
2.0 1.5 Blanko
1.0
20 ppm Simetidin
0.5
20 ppm Tiourea
0.0 -0.5 -1.0 -780 -760 -740 -720 -700 -680 -660 -640 Potensial (m V)
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 (ΔEcorr) antara larutan blanko dengan air sadah yang mengandung inhibitor maka efektifitas inhibitor tersebut semakin tinggi. Air sadah yang mengandung tiourea memilki ΔIcorr maupun ΔEcorr 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
Simetidin Tiourea
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) : % EI =
I − I in x100% I
(IV.1)
Dimana I adalah kerapatan arus korosi tanpa inhibitor dan Iin 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 %. 100
92.7
90.9
89.7
90
70
78.6
75.2
80
92.6 78.1
61.4
60 Tiourea
50
Simetidin
40 30 20 10 0 10
20
50
75
ko nsent r asi inhi b it o r ( p p m)
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
Simetidin
0.15
Tiourea
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 %. 100 90
87.9
92.8
90.2
89.5
80 70 % EI
60
Tiourea
50 36.5
40 30 20
Simetidin
29.7 22.6 12.8
10 0 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.
laju korosi (mm/thn)
0.50 0.40 Simetidin
0.30
Tiourea
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
% EI
59 %.
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
93.1
91.5
89.6
59 42.6
20
50
Tiourea Simetidin
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. Simetidin 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 %.
100 90 80
94.7 88.7 78.6
87.2 73.2
82.6 73
72.6
70 60 Tiourea
50
Simetidin
40 30 20 10 0 25
35
45
suhu (
o
55
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
Tiourea 36.5
25
33.8
31.6
35
45
30
Simetidin
55
Suhu ( oC)
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
% EI
80 60
59
58.5
57.6
56.7 Tiourea Simetidin
40 20 0 25
35
45
55
Suhu ( oC)
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
⎛ − Ea ⎞ r = k exp⎜ ⎟ ⎝ RT ⎠
(IV.2) r=
⎛ ΔS RT exp⎜⎜ a Nh ⎝ R
⎞ ⎛ − ΔH a ⎟⎟ exp⎜⎜ ⎠ ⎝ RT
⎞ ⎟⎟ ⎠
(IV.3) dimana k adalah faktor pra-eksponensial Arrhenius, T suhu mutlak, Ea energi aktivasi korosi pada proses korosi, ΔHa entalpi aktivasi, ΔSa entropi aktivasi, N bilangan Avogrado, h tetapan Planck dan r adalah kecepatan reaksi pelarutan logam yang berbanding lurus dengan kerapatan arus , Icorr . Gambar IV.20 memperlihatkan aluran ln Icorr terhadap 1/T untuk air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, harga energi aktivasi dihitung dari kemiringan garis yang bernilai -Ea/R.
4.5
ln Icorr ( μ A/cm 2 )
4.0 3.5
Blanko
3.0
Simetidin
2.5
Tiourea
2.0
Linear (Blanko)
1.5
Linear (Simetidin)
1.0
Linear (Tiourea)
0.5 0.0 0.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
1/T (1/K)
Gambar IV.20 Aluran ln Icorr 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 (Icorr/T) terhadap 1/T.
Diperoleh suatu garis lurus dengan kemiringan (-ΔHa/R ) dan titik potong ( ln (R/Nh) + ΔSa/R ) sehingga nilai ΔHa dan ΔSa dapat dihitung. Hasil perhitungan disajikan dalam Tabel IV.1.
34
ln ( Icorr/T ) / μ Acm -2K-1
-1 -2
Blanko Simetidin
-3
Tiourea Linear (Blanko)
-4
Linear (Simetidin) Linear (Tiourea)
-5 -6 0.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
1/T (1/K)
Gambar IV.21 Aluran dari ln (Icorr/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 Blanko Simetidin Tiourea
ΔHa (kJ/mol) 8,89 15,07 39,63
Ea (kJ/mol) 12,17 17,74 42,29
ΔSa (J/mol) -204,3 -195,89 -123,26
Gambar IV.22 dan IV.23 berturut-turut memperlihatkan aluran ln Icorr terhadap 1/T dan aluran ln (Icorr/T) terhadap 1/T dalam air sadah tiruan di lingkungan ion sulfat.
35
4.0 ln Icorr ( μ A/cm -2)
3.5
Blanko
3.0
Simetidin
2.5
Tiourea
2.0
Linear (Blanko)
1.5
Linear (Simetidin)
1.0
Linear (Tiourea)
0.5 0.0 0.003
0.0031 0.0032 0.0033 0.0034 1/T (1/K)
Gambar IV.22 Aluran ln Icorr 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
ln (Icorr/T )/ μ Acm -2K-1
-1 -2
Blanko Simetidin
-3
Tiourea Linear (Blanko)
-4
Linear (Simetidin) Linear (Tiourea)
-5 -6 0.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
1/T (1/K )
Gambar IV.23 Aluran ln (Icorr/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 Blanko Simetidin Tiourea
ΔHa (kJ/mol) 4,51 7,19 19,11
Ea (kJ/mol) 7,17 9,86 22,61
ΔSa (J/mol) -222,00 -216,75 -194,60
Gambar IV.24 dan IV.25 berturut-turut memperlihatkan aluran ln Icorr terhadap 1/T dan aluran ln (Icorr/T) terhadap 1/T dalam air sadah di industri tekstil.
4.5
ln Icorr ( μ A/cm 2)
4.0 Blanko
3.5
Simetidin
3.0
Tiourea
2.5
Linear (Blanko)
2.0
Linear (Simetidin)
1.5
Linear (Tiourea)
1.0 0.5 0.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
1/T (1/K )
Gambar IV.24 Aluran ln Icorr 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
ln ( Icorr/T )/ μ Acm -2K-1
-1 -2
Blanko Simetidin
-3
Tiourea Linear (Blanko)
-4
Linear (Simetidin) Linear (Tiourea)
-5 -6 0.003
0.0031
0.0032
0.0033
0.0034
1/T (1/K )
Gambar IV.25 Aluran ln (Icorr/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 Blanko Simetidin Tiourea
ΔHa (kJ/mol) 6,94 8,46 25,94
Ea (kJ/mol) 9,60 11,12 28,60
ΔSa (J/mol) -210,75 -208,89 -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
Ea < 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 Ea dengan adanya inhibitor, dapat diinterpretasikan sebagai adsorpsi fisik inhibitor yang terjadi pada permukaan baja karbon.
(12)
Disamping
itu harga Ea 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 Ea, hal ini berarti semakin besar harga Ea maka laju korosi semakin kecil. Dengan demikian air sadah yang mengandung inhibitor dengan harga Ea yang lebih besar dari air sadah blanko memiliki laju korosi yang lebih kecil. Air sadah yang mengandung tiourea dengan harga Ea 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 ΔHa dan nilai ΔSa 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 ΔHa yang positif dan semakin besar untuk air sadah yang mengandung inhibitor menunjukkan bahwa proses korosi semakin sulit karena memerlukan energi yang lebih besar. Nilai ΔHa 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) :
θ=
kC 1 + kC
(IV.4)
Dimana k adalah konstanta kesetimbangan untuk proses adsorpsi. Penyusunan kembali Persamaan (IV.4) memberikan Persamaan (IV.5) : C
θ
=
1 +C k
(IV.5)
Gambar IV.26, IV.27, dan IV.28 berturut-turut menggambarkan aluran Cinh /θ terhadap Cinh dalam air sadah tiruan di lingkungan ion klorida, ion sulfat dan di industri tekstil yang memberikan suatu garis lurus, dengan nilai koefisien regresi (R2) mendekati 1 yang menandakan bahwa adsorpsi tiourea dan simetidin mengikuti isoterm adsorpsi Langmuir. adsorpsi
Konstanta kesetimbangan dari proses
k, dihitung dari titik potong dengan sumbu
Cinh /θ.
Harga k
dihubungkan dengan energi bebas adsorpsi ΔGads, melalui persamaan (IV.6) :
K=
⎛ − ΔGads 1 exp⎜⎜ 55,5 ⎝ RT
⎞ ⎟ ⎟ ⎠
(IV.6)
60
Cinh/θ (10-5 M)
50 Tiourea
40
Simetidin
30
Linear (Tiourea)
20
Linear (Simetidin)
10 0 0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Cinh (10-5 M)
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
Cinh/θ (10-5 M)
Inhibitor Tiourea Simetidin
K (M-1) 7,39 × 104 7,35× 104
R2 0,99 0,99
ΔGads (kJ/mol) -37,73 -37,71
45 40 35 Tiourea
30 25 20 15
Simetidin Linear (Tiourea) Linear (Simetidin)
10 5 0 0
10
20
30
-5
Cinh (10 M)
Gambar IV.27 Model isoterm adsorpsi Langmuir untuk tiourea dan simetidin dalam air sadah tiruan yang mengandung 5 ppm ion sulfat pada suhu 25 oC
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 Tiourea Simetidin
K (M-1) 7,07 × 104 3,74× 103
R2 1 0,99
41
ΔGads (kJ/mol) -37,61 -30,34
30
Cinh/θ (10-5 M )
25 Tiourea
20
Simetidin
15
Linear (Simetidin)
10
Linear (Tiourea)
5 0 0
10
20
30
Cinh (10-5 M )
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 Tiourea Simetidin
K (M-1) 5,55 × 105 9,37 × 103
R2 1 0,98
ΔGads (kJ/mol) -42,72 -32,61
Dari ketiga isoterm adsorpsi Langmuir dalam air sadah tiruan maupun di industri tekstil memiliki harga ΔGads yang negatif dan harga k yang tinggi. Nilai ΔGads 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 ΔGads 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
95
71 70 69 68 67 66 65 64 63 62 61
90 85
Simetidin (TP)
80
Tiourea (TP)
75 70
EI (%)
Tegangan permukaan (mN/m)
inhibisi.
Simetidin (EI) Tiourea (EI)
65 0
60 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 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
76 75 74 73 72 71 70 69 68 67
100 80 Simetidin (TP) 60 40
Tiourea (TP)
EI (%)
(mN/m)
Tegangan permukaan
optimal.
Simetidin (EI) Tiourea (EI)
20 0 0
10
20 30
40 50
60 70
konsentrasi inhibitor (ppm )
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. 90 85 80 75 70 65 60 55 50 45 40
77 76 75 74 73 72 71 0
10
20
30
40
50
60
70
Simetidin (TP) EI (%)
Tegangan permukaan (mN/m)
78
Tiourea (TP) Simetidin (EI) Tiourea (EI)
80
konsentrasi inhibitor (ppm )
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
