Bab IV
Hasil dan Pembahasan
Pengukuran laju korosi logam tembaga dilakukan dengan menggunakan tiga metode pengukuran dalam larutan aqua regia pada pH yaitu 1,79; 2,89; 4,72 dan 6,80. Pengukuran pada berbagai pH tersebut untuk melihat pengaruh keasaman suatu media terhadap laju korosi. Penggunaan metode pengukuran hambatan dan pengurangan berat dilakukan sebagai dasar untuk membuat praktikum sederhana tentang pengukuran laju korosi secara kualitatif sedangkan metode polarisasi dengan Tafel digunakan sebagai pembanding kedua metode tadi. Selain itu untuk menunjukkan dalam pembelajaran korosi, bahwa dengan teknik Tafel pengukuran laju korosi dapat diukur lebih kuantitatif. Teknik Tafel digunakan sebagai pembanding dengan alasan, diantaranya: Tafel menggunakan instrumentasi yang ketelitiannya telah dikalibrasi dan semua proses perhitungannya dilakukan oleh suatu software sehingga kesalahan perhitungan dapat diminimalkan. Semua pengukuran dilakukan pada suhu ruangan yaitu 24,5oC-25,5oC dengan keberadaan oksigen yang terlarut dalam larutan aqua regia . Pada penelitian ini juga dilakukan pengukuran laju korosi pada salah satu pH yaitu 2,89 dengan pengaruh penambahan suatu inhibitor. Inhibitor tanin digunakan dengan variasi konsentrasi 10 ppm, 25 ppm dan 40 ppm untuk melihat pengaruh tanin dalam menghambat laju korosi. IV.1 Analisis Laju Korosi Menggunakan Metode Pengukuran Hambatan Logam
Ketika logam Cu kontak dengan lingkungan yang bersifat asam yaitu aqua regia maka akan timbul beda potensial antara logam dengan aqua regia. logam Cu akan teroksidasi oleh asam nitrat dari aqua regia dan melarut membentuk senyawa kompleks dengan Cl dari aqua regia. Sedangkan pada permukaan logamnya, tembaga akan teroksidasi oleh oksigen yang terlarut dalam larutan aqua regia membentuk CuO berupa lapisan tipis. Cara perhitungan laju korosi dengan metode pengukuran hambatan, dilakukan secara tidak langsung yaitu dengan mengukur pengurangan diameter kawat tembaga setiap 5 menit dan menggunakan 30
nilai kemiringan grafik dari hasil pengaluran nilai R-1/2 terhadap waktu, seperti tampak pada Gambar IV-1. Reaksi yang terjadi adalah: Cu (s) + 2NO3- (aq) + 4H+ (aq)
Cu+2 (aq) + 2NO2 (g) + 2H2O (l)
Cu+2 (aq) + 4Cl- (aq)
CuCl4-2 (aq)
Cu (s) + O2 (g)
CuO (s)
Gambar IV-1.Perubahan nilai hambatan kawat tembaga berdiameter 0.1 mm
terhadap waktu pada pH aqua regia 1,79 dan arus 0,37 Ampere Arus dan tegangan yang diperoleh pada penelitian ini, diukur menggunakan multimeter digital seperti pada Gambar IV-2.
Gambar IV-2.Tampilan pada multimeter untuk pembacaan tegangan terukur
dengan nilai arus yang dibuat relatif konstan sebesar 0,37 Ampere
31
Hasil pengukuran tidak dapat diolah lebih lanjut karena tidak diperoleh nilai penambahan tegangan terukur selama waktu reaksi. Dengan menggunakan arus yang relatif konstan selama reaksi seharusnya terjadi kenaikan nilai tegangan dan hambatan sebagai akibat dari pengurangan diameter kawat sesuai dengan rumusan R= ρl/A. IV.2 Analisis Laju Korosi Menggunakan Metode Uji Berkurangnya Berat (Corrosion Wheel Test)
Hasil uji berkurangnya berat tembaga menunjukkan bahwa laju korosi terbesar terjadi pada pH sangat asam yaitu 1,79 dan paling kecil pada aquadest dengan pH 6,80.
Gambar IV-3.Kupon tembaga sebelum terkorosi dan yang telah terkorosi pada
beberapa pH Berdasarkan pengamatan langsung, terlihat adanya perbedaan antara logam tembaga sebelum dan sesudah mengalami korosi. Demikian juga tampak adanya perbedaan warna pada beberapa pH. Secara kualitatif ini dapat digunakan untuk menunjukkan adanya proses korosi. Sedangkan untuk pengukuran secara kuantitatif sederhana, digunakan penimbangan berat bahan sebelum dan sesudah terjadi korosi. Selanjutnya data pengurangan berat tersebut dikonversikan ke dalam satuan laju korosi yaitu μm.tahun-1 menggunakan perhitungan berikut: Misal, pada pH media 2,89 terjadi pengurangan berat (∆m) sebesar 0,0126 gram Massa jenis logam Cu
= 8,96 gram.cm-3
Lama pengkorosian
= 18 jam atau 0,75 hari atau (0,75 / 365) tahun
Dimensi kupon Cu
= 2 cm x 1,05 cm x 0,04 cm
maka Luas selimut kupon: L = 2.(2 cm x 1,05 cm) + 2.(1,05 cm x 0,04 cm) + 2.(2 cm x 0,04 cm) = 4,444 cm2 32
Volume kupon yang hilang: ∆V = ∆m /ρ = (0,0126 gram) / (8,96 gram.cm-3 ) = 0,00141 cm3 Ketebalan kupon yang hilang ∆t
= ∆V / L = 0,00141 cm3 / 4,444 cm2 = 0,000316 cm
Laju korosi (CR) dalam μm. tahun-1 adalah : CR
= 0,000316 x 104 / 0.0021 = 1540,00 μm.tahun-1
Pengukuran dilakukan sebanyak 4 kali untuk setiap kondisi percobaan dan laju korosi merupakan nilai rata-ratanya. Hasil perhitungan selengkapnya laju korosi dengan menggunakan perhitungan yang sama untuk beberapa pH, tercantum dalam tabel IV-1. Tabel IV-1. Pengaruh peningkatan pH terhadap jumlah kupon tembaga yang
hilang dan laju korosi
pH media
1,79
2,89
4,72 6,80
Berat yang
laju korosi
hilang (gram) 0,0195 0,0190 0,0161
μm.tahun-
0,0183 0,0126 0,0115 0,0128
2462,77 1540,00 1510,22 1635,85
0,0117 0,0015 0,0048 0,0018
1514,88 197,03 621,49 210,34
0,0012 0,0002 0,0003 0,0002
155,37 28,35 40,41 25,06
1
2690,25 2589,70 1938,98
33
laju korosi ratarata μm.tahun-1
2420,43
1550,24
296,06 40,04
0,0005
66,32
Bila data dari tabel IV-1 dialurkan dalam bentuk berat kupon yang hilang terhadap pH maka akan diperoleh grafik seperti pada Gambar IV-4.
Gambar IV-4.Grafik berat rata-rata kupon tembaga yang hilang terhadap
peningkatan pH untuk melihat pengaruh pH terhadap berat yang hilang Berkurangnya massa kupon tembaga yang hilang akibat kenaikan nilai pH juga akan mengurangi nilai laju korosi karena berkurangnya jumlah H+ yang mendepolarisasi logam. Jika dibuat dalam bentuk grafik maka akan terlihat seperti pada gambar IV-5.
Gambar IV-5. Grafik laju korosi tembaga terhadap peningkatan pH larutan aqua
regia untuk melihat pengaruh pH terhadap laju korosi 34
Pengukuran laju korosi tembaga untuk melihat adanya pengaruh konsentrasi inhibitor tanin
pada pH 2,89 dihitung menggunakan perhitungan yang sama
seperti pengaruh pH terhadap laju korosi. Laju korosi tembaga dengan penambahan tanin pada beberapa konsentrasi, tercantum dalam tabel IV-2. Tabel IV-2. Pengaruh peningkatan konsentrasi tanin terhadap berat kupon yang
hilang dan laju korosi pada pH larutan aqua regia 2,89 konsent.
Berat yang
laju korosi
Tanin (ppm)
hilang (gram) 0,0126 0,0115 0,0128
(μm.tahun1) 1540,00 1510,22 1635,85
0,0117 0,0108 0,0113 0,0112
1514,88 1318,81 1452,35 1470,83
0,0109 0,0107 0,0105 0,0106
1445,76 1439,98 1394,41 1338,94
0,0105 0,0102 0,0104 0,0099
1378,90 1374,05 1434,80 1300,10
0,0101
1359,23
0
10
25
40
laju korosi ratarata (μm.tahun-1)
1550,24
1421,94
1388,06
1367,05
Hasil pengukuran tersebut bila dialurkan dalam bentuk grafik berat kupon yang hilang terhadap variasi konsentrasi tanin akan terlihat seperti grafik IV-6. Terlihat pada grafik adanya pengurangan berat kupon yang hilang terhadap peningkatan konsentrasi tanin sampai konsentrasi tanin sebesar 40 ppm.
35
Gambar IV-6. Grafik berat kupon yang hilang terhadap kenaikan jumlah
inhibitor pada pH 2,89 untuk melihat pengaruh konsentrasi tannin terhadap berat kupon tembaga yang hilang Dengan semakin berkurangya berat kupon tembaga yang hilang maka laju korosi nya juga semakin berkurang. Peningkatan konsentrasi tanin menyebabkan semakin banyaknya lapisan endapan senyawa kompleks Cu-tanin sehingga menghambat pelarutan tembaga. Jika dibuat dalam grafik aluran laju korosi terhadap peningkatan konsentrasi tanin maka akan terlihat nilai laju korosi akan semakin berkurang, seperti pada Gambar IV-7.
Gambar IV-7. Grafik laju korosi dengan bertambahnya konsentrasi tanin pada
pH 2,89 untuk melihat pengaruh konsentrasi tanin terhadap laju korosi 36
IV.3 Analisis Laju Korosi Menggunakan Metode Polarisasi Teknik Tafel
Melalui teknik Tafel, dapat diperoleh beberapa parameter korosi tetapi yang diambil pada penelitian ini hanya nilai laju korosinya. Nilai laju korosi sebanding dengan besarnya Icorr yang diperoleh dari ekstrapolasi grafik pengukuran rapat arus katoda dan anoda terhadap potensial. Berdasarkan pengukuran diperoleh, laju korosi tembaga semakin berkurang dengan bertambahnya pH, hal ini dapat terlihat dengan bergesernya nilai potensial ke arah lebih positif, seperti pada Gambar IV-8.
Gambar IV-8. Hasil pengkuran Tafel untuk pH media 2,89 (atas) dan pH 6,80
(bawah) untuk melihat pengaruh pH terhadap nilai Icorr dan Ecorr tembaga 37
Pengukuran ekstrapolasi Tafel untuk mengetahui pengaruh penambahan tanin dalam beberapa konsentrasi pada pH aqua regia 2,89 menunjukkan bahwa sampai konsentrasi tanin 40 ppm nilai Icorr semakin berkurang sedangkan Ecorr semakin bergeser ke arah positif, seperti tampak pada Gambar IV-9.
GambarIV-9. Hasil pengukuran laju korosi pada pH 2,89 tanpa penambahan
inhibitor (atas) dan dengan penambahan inhibitor tanin sebesar 10 ppm (bawah) untuk melihat pengaruh inhibisi tanin terhadap Icorr dan Ecorr
38
Hasil pengukuran dengan teknik ekstrapolasi Tafel, untuk berbagai pH larutan aqua regia tercantum pada tabel IV-3. Tabel IV-3. Pengaruh peningkatan nilai pH terhadap laju korosi dengan
pengukuran ekstrapolasi Tafel pH
Laju Korosi, μm.th-1
1,790
55,22
10
39,92
25
11,77
40
1,45
Pada penambahan tanin di salah satu pH media yaitu 2,89 diperoleh hasil pengurangan nilai Icorr sedangkan Ecorr bergeser ke arah yang lebih positif dibandingkan tanpa penambahan inhibitor tannin. Hasil pengukuran peningkatan konsentrasi tanin terhadap laju korosi tercantum pada tabel IV-4. Tabel IV-4. Pengaruh peningkatan konsentrasi tanin terhadap laju korosi dengan
pengukuran ekstrapolasi Tafel Konsentrasi tanin, ppm
Laju Korosi, μm.th-1
0
33,92
10
26,99
25
23,23
40
22,02
IV.4 Pengaruh pH dan Inhibitor Terhadap Laju Korosi IV.4.1 Pengaruh pH
Dari ketiga metode yang dilakukan, metode pengurangan berat dan polarisasi Tafel menunjukkan pengurangan laju korosi dengan bertambahnya pH. Hal ini disebabkan
berkurangnya polarisasi logam oleh
ion H+ karena adanya
pembentukan lapisan tipis oksida yang melapisi permukaan logam dan bersifat isolator. Selaput ini akan menghasilkan hambatan terukur yang semakin besar 39
seiring dengan lamanya waktu reaksi. Hal ini dapat diukur dengan bertambahnya nilai potensial yang terukur menggunakan alat ukur tegangan (Voltmeter). Pengukuran dengan metode pengukuran hambatan logam terkorosi seharusnya menghasilkan bertambahnya nilai hambatan terhadap lamanya waktu reaksi. Menurut hasil penelitian Singh (1995), adanya lapisan penghalang pada permukaan logam akan mengakibatkan beda potensial antara logam/larutan semakin bertambah dengan menggunakan arus konstan karena nilai hambatannya (R) semakin besar. Tetapi, pada penelitian ini terjadi penurunan beda potensial logam/larutan dengan bertambahnya waktu reaksi. Adanya ion Cl- yang sangat agresif kemungkinan dapat merusak lapisan tipis oksida tersebut dengan terbentuknya suatu senyawa kompleks Cu yang larut. Kemungkinan lain adalah adanya diskontinuitas pembentukan lapisan endapan, mengingat lapisan oksida tersebut sangat tipis sehingga memungkinkan lepas yang disebabkan oleh penggunaan arus yang kurang kecil. Arus yang kurang kecil diduga merusak permukaan kawat logam sehingga permukaannya menjadi tidak beraturan atau menjadi lebih luas dan mengakibatkan hambatannya semakin berkurang. Hal ini sesuai persamaan R = ρl/A, bahwa jika permukaan semakin bertambah maka hambatan akan menurun. Berdasarkan pengukuran dengan metode uji berkurangnya berat, peningkatan pH ternyata mengurangi jumlah Cu yang terlarut. Hal ini dikarenakan berkurangnya jumlah H+ sebagai depolarisator. sehingga selisih massanya juga berkurang. Berkurangnya selisih massa menyebabkan laju korosi semakin berkurang dengan bertambahnya pH. Berdasarkan pengukuran Tafel, diperoleh laju korosi tembaga semakin berkurang dengan bertambahnya pH, hal ini dapat terlihat dengan bergesernya nilai potensial logam ke arah lebih positif, seperti pada Gambar IV-8. Semakin positifnya nilai potensial logam maka semakin berkurang kecenderungannya untuk terkorosi atau teroksidasi. Bertambahnya pH larutan aqua regia menyebabkan berkurangnya jumlah ion H+ dalam larutan sehingga mengurangi laju korosi tembaga. 40
IV.4.2 Pengaruh Inhibitor
Pada
pengukuran
nilai
hambatan,
penambahan
pengukuran tegangan yang semakin berkurang
inhibitor
menghasilkan
atau sama seperti tanpa
menggunakan inhibitor. Penyebabnya diduga sama yaitu masih kurang kecilnya arus yang digunakan sehingga merusak permukaan kawat logam. Kemungkinan lain, adanya pelarutan dari senyawa sepit antara tanin-Cu oleh arus. Pada pengukuran dengan metode wheel test, terukur adanya pengurangan berat dari logam terkorosi yang lebih kecil dibandingkan tanpa inhibitor. Hal ini karena adanya pengikatan ion Cu2+ yang terlarut oleh tanin dalam bentuk kompleks sepit yang tidak larut dan menempel pada permukaan logam sehingga laju pelarutan Cu semakin terhalangi. Dengan metode Tafel, adanya inhibitor tanin dalam larutan, menyebabkan berkurangnya nilai Icorr sedangkan Ecorr bergeser ke arah yang lebih positif dibandingkan tanpa penambahan inhibitor tanin, seperti terlihat pada Gambar IV-8. Nilai Icorr menurut Faraday sebanding dengan laju penetrasi terhadap logam atau semakin kecil nilai Icorr maka laju korosi juga semakin berkurang. Menurut Riggs, jika dengan teradsorpsinya molekul-molekul inhibitor pada permukaan logam menyebabkan potensial korosi bergeser ke arah positif, maka hal ini menunjukkan bahwa inhibitor terutama menghambat proses anodik ( Bundjali, 2005). Adsorpsi kation Cu2+ oleh tanin membuat potensial lebih positif pada permukaan logam terhadap lapisan ion-ion dalam larutan. Proses anodik, yaitu pelarutan Cu menjadi terhambat karena tanin akan bereaksi dengan ion Cu2+ yang terlarut dalam aqua regia membentuk senyawa sepit yang tidak larut dan menempel pada permukaan logam sehingga menghambat pelarutan Cu selanjutnya. IV.5 Pembuatan Moodle Pembelajaran Korosi
Moodle pembelajaran korosi dibuat di dalam situs http://courses.fmipa.itb.ac.id. Moodle korosi ini dapat dibuka menggunakan enrollment key: korosi. Melalui moodle diharapkan tampilan materi pembelajaran dapat dibuat lebih menarik dengan adanya penambahan gambar dan video. Gambar yang disisipkan berasal dari hasil foto di laboratorium dan internet dengan menggunakan fasilitas 41
upload dan membuat tautan antara file.
Berdasarkan hasil ujicoba terbatas
terhadap sesama guru, diperoleh komentar bahwa moodle mudah untuk digunakan, memberi tampilan yang menarik dan quiz untuk siswa dapat dilihat hasilnya dengan cepat. Modul praktikum yang akan ditambahkan ke dalam pembelajaran korosi melalui moodle adalah pengukuran laju korosi tembaga menggunakan metode pengurangan berat (weight loss). Percobaan ini dapat digunakan sebagai pelengkap dari praktikum mengenai korosi yang sudah ada sebelumnya di tingkat sekolah menengah yaitu faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya korosi. Praktikum pengukuran laju korosi menggunakan metode wheel test, menggunakan rancangan alat seperti terlihat pada Gambar IV-11 dan IV-12.
Gear 1
Dinamo
rak botol
Ke sumber arus AC
rantai
rak botol
Gear 2 Dudukan botol
Pemegang tutup dilengkapi pegas
Botol tempat reaksi yang dilengkapi dengan tutup Logam
Gambar IV-10. Skema rancangan alat Corrosion Wheel Test
42
Gambar IV-11. Rancangan alat Corrosion Wheel test yang dimodifikasi
Rancangan alat dapat disesuaikan dengan ketersediaan bahan yang dimiliki sekolah. Putaran tempat botol dapat diatur kecepatannya dengan menambahkan variabel condensator (varco) yang dihubungkan ke dinamo. Data yang diperoleh pada penelitian ini dengan metode uji berkurangnya berat menggunakan kecepatan putaran 20 rpm.
IV.5.1 Modul Praktikum Metode Uji Berkurangnya Berat Bahan
Sebelum melaksanakan praktikum, terlebih dahulu perlu dibuat alat seperti skema gambar IV-10, yang kecepatan putarannya di bawah 20 rpm dalam keadaan kosong tanpa beban botol. Alat tersebut dapat menampung 4 botol reaksi dengan posisi botol saling berlawanan sehingga putarannya seimbang. Untuk praktikum dengan metode ini, perlu dilakukan persiapan sehari sebelum praktikum (18 jam sebelum praktikum) sehingga dapat melihat hasilnya pada saat hari praktikum.. Rancangan modul praktikum dibuat dua macam yaitu untuk siswa (lampiran 1) dam untuk guru (lampiran2). Pada modul praktikum untuk guru, ditambah dengan panduan penggunaannya. Selain itu modul ini juga dilengkapi lembar pengamatan (lampiran 3) yang harus diisi oleh siswa setelah melaksanakan praktikum.
43
