REDUKSI-OKSIDASI PADA PROSES KOROSI DAN PENCEGAHANNYA Oleh Sumarni Setiasih, S.Si., M.PKim. e-mail
[email protected]
Di sekitar kita terdapat berbagai proses kimia yang dapat dijelaskan dengan konsep redoks. Contohnya proses pembakaran bahan bakar, bahan makanan menjadi basi karena teroksidasi oleh udara, baterai sebagai sumber listrik, penyepuhan logam, dan perkaratan (korosi).
Gambar 1 Benda yang mengalami perkaratan
Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan senyawa lain yang terdapat dilingkungannya (misal air dan udara) dan menghasilkan senyawa yang tidak dikehendaki. Peristiwa korosi kita kenal dengan istilah perkaratan. Biasanya logam yang paling banyak mengalami korosi adalah besi. Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah. Oksida besi (karat) dapat mengelupas, sehingga secara bertahap permukaan yang baru terbuka itu mengalami korosi. Berbeda dengan aluminium, hasil korosi berupa Al2O3 membentuk lapisan yang melindung lapisan logam dari korosi selanjutnya. Hal ini dapat
menerangkan mengapa panic besi lebih cepat rusak jika dibiarkan, sedangkan panic aluminium lebih awet. Korosi merupakan proses elektrokimia. Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi sebagai anoda, dimana besi mengalami oksidasi : Fe(s) Fe2+(aq) + 2e Elektron yang dibebaskan di anode mengalir ke bagian lain untuk mereduksi oksigen. O2(g) + 2H2O(l) + 4e 4OH-(aq)
Ion besi(II) yang terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi membentuk ion besi(III) yang kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi, yaitu karat besi. Korosi pada besi dapat dicegah, salah satu diantaranya yaitu pengorbanan anoda (Sacrificial Anode) atau perlindungan katodik. Pengaratan pipa besi di bawah tanah dan wadah tangki besi dapat dicegah atau dikurangi dengan menghubungkannya dengan logam seperti seng dan magnesium, yang lebih mudah teroksidasi dibandingkan besi. Hal ini dapat diatasi dengan teknik sacrificial anode, yaitu dengan cara menanamkan logam magnesium kemudian dihubungkan ke pipa besi melalui sebuah kawat. Logam magnesium itu akan berkarat, sedangkan besi tidak karena magnesium merupakan logam yang aktif (lebih mudah berkarat). Seperti tampak pada gambar 2 berikut.
Gambar 2 Perlindungan katodik tangki besi (katoda) oleh magnesium, yaitu logam yang lebih elektropositif (anoda). Karena hanya magnesium yang berkurang dalam proses elektrokimia, peristiwa ini kadangkadang disebut pengorbanan anoda (sacrificial anode)
Metode ini melibatkan bongkahan magnesium atau beberapa logam aktif lainnya, secara langsung atau melalui kawat. Oksidasi terjadi pada logam aktif, dimana lambat laun hancur. Permukaan besi mendapatkan electron dari oksidasi logam aktif; besi bertindak sebagai katoda dan membantu reaksi reduksi setengah. Selama beberapa logam aktif tersisa, besi terlindungi.
Jenis perlindungan ini dinamakan perlindungan katodik
(cathodic protection) yaitu proses perlindungan logam dari korosi dengan membuatnya sebagai katoda dalam sel galvanik. Pengorbanan anoda (sacrificial anode) atau perlindungan katodik (cathodic protection) dijelaskan dengan gambar 3 percobaan mengenai korosi dan metoda perlindungan korosi berikut.
(a)
(b)
(c)
(d)
Gambar 3 Demonstrasi mengenai korosi dan metoda perlindungan korosi. Sumber : Petrucci, General Chemistry, 2007
Gambar 3 percobaan yang menunjukkan proses dasar dari korosi paku besi. Paku menempel dalam jeli agar-agar. Jeli tersebut berisi indikator phenolphthalein dan kalium ferricianida, K3[Fe(CN)6].
Dalam waktu beberapa jam setelah reaksi
dimulai, endapan biru tua terbentuk pada kepala dan ujung paku. Di sekitar batang paku, agar-agar jeli berubah menjadi merah muda. Endapan biru, Turnbull’s blue, menetapkan adanya besi (II). Warna merah muda merupakan warna dari phenolphthalein dalam larutan basa. Berdasarkan pengamatan, kita dapat menuliskan dua reaksi setengah-sel: reduksi :
O2 (g) + 2H2O(l) + 4e-
oksidasi :
2Fe(s)
4OH- (aq) 2Fe2+(aq) + 4e-
Beda potensial untuk kedua setengah reaksinya adalah =
/
−
/
= 0,401 − (−0,440 ) = 0,841
hal ini menunjukkan bahwa proses korosi berlangsung spontan dimana reaktan dan produk dalam keadaan standar. Secara khas, korosi mempunyai [OH-] << 1 M, reduksi setengah reaksi yang baik, dan Esel lebih besar dari 0,841 V. Korosi banyak terjadi dalam larutan asam, dimana reduksi reaksi setengah-selnya : O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e-
2H2O(l)
/
= 1,229
Dalam korosi paku pada Gambar 3 (a) oksidasi terjadi pada kepala dan ujung paku. Elektron diberikan selama oksidasi berlangsung pada paku dan digunakan untuk mengurangi O2 yang terlarut. Hasil reduksi, OH-, terdeteksi oleh phenolphthalein. Pada paku yang bengkok dalam Gambar 6 (b), oksidasi terjadi pada tiga titik: kepala, ujung, dan bengkokan pada paku. Paku yang dibengkokan teroksidasi karena logam yang lurus lebih aktif daripada paku logam yang tidak lurus. Keadaan seperti ini sama dengan karat pada lekukan mobil. Beberapa logam, seperti aluminium, membentuk korosi yang melekat di bawah logam dan melindungi dari korosi lebih lanjut. Besi oksida (karat), bagaimanapun, mengelupas dan permukaan menjadi terbuka.
Perbedaan ini dalam korosi
dijelaskan mengapa besi lebih cepat memburuk dalam lingkungan, sedangkan aluminium mempunyai waktu yang lebih lama. Sejumlah metoda telah dirancang untuk melindungi logam dari korosi. Kebanyakan metode ini bertujuan mencegah pembentukan karat. Cara paling jelas ialah melindungi permukaan logam dengan cat.
Namun, jika cat tergores,
berlubang, atau penyok dan memperlihatkan sedikit saja bagian logamnya, karat akan terbentuk di bawah lapisan cat. Metoda lainnya untuk melindungi permukaan besi dengan melapisi dengan logam lain.
Besi dapat dilapisi tembaga dengan electroplating atau timah dengan
mencelupkan besi ke dalam lelehan timah. Dalam kasus lain, hal yang mendasari logam dilindungi adalah pelapisan. Jika lapisan rusak, ketika timah melekuk, pada dasarnya besi terbuka dan mulai berkarat. Besi, menjadi lebih aktif daripada tembaga dan timah, melalui oksidasi; reaksi reduksi-setengah terjadi dalam plating (Gambar 3 (d) dan 4 (a))
Gambar 4 Melindungi besi dari korosi elektrolitik. Sumber : Petrucci, General Chemistry, 2007
Ketika besi dilapisi dengan seng (zinc) (galvanized iron), situasinya berbeda, seng lebih aktif daripada besi. Apabila kerusakan terjadi dalam lapisan seng, besi masih terlindungi karena seng teroksidasi menggantikan besi, dan hasil korosi melindungi seng dari korosi lebih lanjut. (Gambar 3 (c) dan 4 (b)).
DAFTAR PUSTAKA (1) Brown T.L., LeMay H.E.Jr.,Bursten B.E. 2009. Chemistry, The Central Science. 11thed, Prentice-Hall International, Inc: New Jersey. (2) Chang Raymond , 2008, General Chemistry: The Essential Concepts, Third Edition, Boston : Mc Graw Hill. Terjemahan : Departemen Kimia Institut Teknologi Bandung., 2003. Kimia Dasar: Konsep-konsep Inti, Edisi tiga, Jilid 1., Jakarta: Erlangga (3) Petrucci, R.H. 2007. General Chemistry; Principles and Modern Application. Jilid 1-3. Edisi kesembilan (4) Poppy K. Devi, dkk., 2005, Kimia 1 Kelas x SMA, Bandung: Rosda. (5) Sri Wahyuni, Dewi Suryana., 2007,Panduan Praktikum Terpilih Kimia SMA untuk Kelas X, Jakarta: Erlangga. (6) https://ginaindrianyiskandar.wordpress.com/2012/04/04/proses-terjadinyakorosi-karat/ , 28 Januari 2015. (7) http://id.wikipedia.org/wiki/Korosi, 28 januari 2015
