BAB IPROSES KOROSI

Tujuan Pembelajaran Umum1. Mahasiswa mampu menjelaskan fenomena proses, mekanisme korosi yang terjadi pada berbagai logam yang berinteraksi dengan berbagai lingkungan. 2. Mahasiswa mampu menjelaskan dan mengaplikasikan penentuan dan pengukuran potensial sel atau potensial logam menggunakan elektroda acuan.

Tujuan Pembelajaran Khusus1. Mahasiswa dapat menjelaskan mekanisme proses korosi logam di lingkungan atmosfer atau larutan dengan pelarut air 2. Mahasiswa dapat menghitung potensial sel korosi pada kondisi standar berdasarkan reaksi elektrokimia yang terjadi ataui notasi selnya3. Mahasiswa dapat menghitung potensial sel akibat perbedaan konsentrasi lingkungan atau larutan4. Mahasiswa dapat menjelaskan pembentukan sel korosi 5. Mahasiswa dapat mengukur potensial logam/struktur berdasarkan elektroda acuan 6. Mahasiswa dapat mengubah potensial logam terhadap elektroda acuan yang satu ke elektroda acuan yang lain

1.1 Pendahuluan Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi redoks antara suatu logam dengan berbagai zat di lingkungannya yang menghasilkan senyawa-senyawa yang tidak dikehendaki. Dalam bahasa sehari-hari, korosi disebut perkaratan. Contoh korosi yang paling lazim adalah perkaratan besi.Pada peristiwa korosi, logam mengalami oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reduksi. Karat logam umumnya adalah berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O, suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.Korosi dapat juga diartikan sebagai serangan yang merusak logam karena logam bereaksi secara kimia atau elektrokimia dengan lingkungan. Definisi lain yang mengatakan bahwa korosi adalah kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijih mineralnya. Contohnya, bijih mineral logam besi di alam bebas ada dalam bentuk senyawa besi oksida atau besi sulfida, setelah diekstraksi dan diolah, akan dihasilkan besi yang digunakan untuk pembuatan baja atau baja paduan. Selama pemakaian, baja tersebut akan bereaksi dengan lingkungan yang menyebabkan korosi (kembali menjadi senyawa besi oksida) seperti ditunjukkan pada Gambar 1.1

Gambar 1.1 Karat besi (oksida besi)

Laju korosi sangat bergantung pada banyak faktor, seperti ada atau tidaknya lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi beda potensial terhadap elektroda lainnya yang akan sangat berbeda bila masih bersih dari oksida. Lingkungan yang dapat menyebabkan korosi logam antara lain adalah dapat berupa asam, basa, oksigen dari udara, oksigen di dalam air atau zat kimia lain. Karatan adalah istilah yang diberikan masyarakat terhadap logam yang mengalami kerusakan berbentuk keropos. Sedangkan bagian logam yang rusak dan berwarna hitam kecoklatan pada baja disebut Karat. Secara teoritis karat adalah istilah yang diberikan terhadap satu jenis logam saja yaitu baja, sedangkan secara umum istilah karat lebih tepat disebut korosi. Korosi didefenisikan sebagai degradasi material (khususnya logam dan paduannya) atau sifatnya akibat berinteraksi dengan lingkungannya. Korosi merupakan proses atau reaksi elektrokimia yang bersifat alamiah dan berlangsung dengan sendirinya, oleh karena itu korosi tidak dapat dicegah atau dihentikan sama sekali. Korosi hanya bisa dikendalikan atau diperlambat lajunya sehingga memperlambat proses perusakannya. Dilihat dari aspek elektrokimia, korosi merupakan proses terjadinya transfer elektron dari logam ke lingkungannya. Logam berlaku sebagai sel yang memberikan elektron (anoda) dan lingkungannya sebagai penerima elektron (katoda). Reaksi yang terjadi pada logam yang mengalami korosi adalah reaksi oksidasi, dimana atom-atom logam larut kelingkungannya menjadi ion-ion dengan melepaskan elektron pada logam tersebut. Pada katoda terjadi reaksi, dimana ion-ion dari lingkungan mendekati logam dan menangkap elektron- elektron yang tertinggal pada logam. Dampak yang ditimbulkan korosi dapat berupa kerugian langsung dan kerugian tidak langsung. Kerugian langsung adalah berupa terjadinya kerusakan pada peralatan, permesinan atau stuktur bangunan. Sedangkan kerugian tidak langsung berupa terhentinya aktifitas produksi karena terjadinya penggantian peralatan yang rusak akibat korosi, terjadinya kehilangan produk akibat adanya kerusakan pada kontainer, tangki bahan bakar atau jaringan pemipaan air bersih atau minyak mentah, terakumulasinya produk korosi pada alat penukar panas dan jaringan pemipaannya akan menurunkan efisiensi perpindahan panasnya, dan lain sebagainya.

1.2 Pengertian KorosiKorosi dipamdang sebagai peristiwa elektrokimia, karena proses korosi melibatkan adanya transfer elektron dari elektroda negarif (anoda) menuju elektroda positip (katoda) Proses korosi di lingkungan basah atau lingkungan air dapat dijelaskan sebagai berikut:Besi di lingkungan asam akan melibarkan reaksi Anoda ; Fe(s) Fe2+(aq)+ 2e-(oksidasi)Katoda 2H+(aq) 2H(aq)( reduksi )Atom-atom H bergabung menghasilkan H2 :2H(aq) H2(g) atau Atom-atom H bergabung dengan oksigen2H(aq)+ O2(aq) H2O(l)Jika konsentrasi H+ cukup tinggi (pH rendah), terjadi reaksi Fe + 2H+(aq) 2H(aq)+ Fe2+(aq) dan 2H(aq) H2(g)Reaksi keselurahan logam besi dalam larutan asam dapat dituliskanFe + 2H+ (aq) Fe 2+ (aq) + H2 (g)Untuk lingkungan air teraerasi atau air yang mengandung oksigen atau udara lembab , maka reaks korosi yang terjadi antara logam besi dengan lingkungan dapat dituliskanAnodikFe Fe 2+ + 2eKarodik H2O + O2 2 OH -Adanya ion Fe2+ dan ion hidroksida (OH-) di permukaan logam, bereaksi membentuk Fe(OH)2, yang juga bereaksi dengan oksigen dan membentuk karat (coklat keerah-merahan ) yang menempel di permukaan logam dengan reaksi Fe (OH)2 + O2 (g) Fe (OH)3 2Fe2O3. x H2O(s)Reaksi totalnya menjadi 4Fe(s)+ 3O2(aq)+ 2H2O(l) 2Fe2O3 xH2O(s)

Gambar 1.2 Peristiwa Korosi logam1.3Potensial Elektroda Standar (E0)Potensial elektroda atau potensial logam tidak dapat diukur, dan yang dapat diukur adalah beda potensial dari kedua elektroda (dalam suatu sel). Untuk itu diperlukan suatu elektroda yang potensialnya diketahui atau disebut elektroda pembanding. Oleh karena itu dipilih elektroda hidrogen standar (SHE : Standard Hydrogen Electrode) sebagai pembanding, dengan konvensi bahwa elektroda ini mempunyai potensial adalah sama dengan nol (0) Volt. Elektroda hidrogen standar ditunjukkan pada gambar 1.3 berikut ini.

Gambar 1.3 Elektroda Hidrogen

Untuk mengetahui potensial dari suatu elektroda, maka disusun suatu sel yang terdiri dari elektroda tersebut dipasangkan dengan elektroda hidrogen standar (:SHE). Potensial suatu elektroda C didefinisikan sebagai potensial sel yang dibentuk dari elektroda tersebut dengan elektroda hidrogen standar, dengan elektroda C selalu bertindak sebagai katoda. Sebagai contoh potensial elektroda Cu 2+/Cu adalah untuk sel :

Karena E H2 pada adalah nol, maka :E sel = E Cu

Jika a Cu 2+ = 1 diperoleh Esel untuk sel di atas adalah 0,337 V, jadi Esel = 0,337 - Eo. Nilai potensial elektroda bukan nilai mutlak, melainkan relatif terhadap elektroda hidrogen. Karena potensial elektroda dari elektroda C didefinisikan dengan menggunakan sel dengan elektroda C bertindak sebagai katoda (ada di sebelah kanan pada notasi sel), maka potensial elektroda standar dari elektroda C sesuai dengan reaksi reduksi yang terjadi pada elektroda tersebut. Oleh karena itu semua potensial elektroda standar adalah potensial reduksi. Dari definisi , Kanan dan kiri disini hanya berhubungan dengan notasi sel, tidak berhubungan dengan susunan fisik sel tersebut di laboratorium. Jadi yang diukur di laboratorium dengan potensiometer adalah emf dari sel sebagai volta atau sel galvani, dengan emf > 0. Sebagai contoh untuk sel yang terdiri dari elektroda seng dan elektroda hidrogen dari pengukuran diketahui bahwa elektron mengalir dari seng melalui rangkaian luar ke elektroda hidrogen dengan emf sel sebesar 0,762 V.

Jika potensial elektroda berharga positif, artinya elektroda tersebut lebih mudah mengalami reduksi daripada H+, dan jika potensial elektroda berharga negatif artinya elektroda tersebut lebih sulit untuk mengalami reduksi dibandingkan dengan H+. Potensial elektroda seringkali disebut sebagai potensial elektroda tunggal, sebenarnya kata ini tidak tepat karena elektroda tunggal tidak dapat diukur.Pada kondisi standar disebut sebagai potensial elektroda standar atau potensial reduksi standar. Contoh :Pt, H (1 bar)| H+ (a=1)|| Cu 2+ (a=1)|Cu

Sel tersebut memberikan EoSel = + 0,34 Volt. Karena EoHidrogen = 0 Volt, maka ini menunjukkan kecenderungan yang lebih besar untuk proses : daripada

Untuk sel : Pt, H2 (1 bar)| H+ (a=1)|| Zn 2+ (a=1)|Zn EoSel = -0,76 VArtinya pada sel tersebut, ada tendensi yang lebih besar untuk proses : Untuk E sel yang melibatkan dua elektroda, misalnya :Eo = 0,34 VEo= - 0.76 V Zn | Zn 2+ (a=1) || Cu 2+ (a=1) | Cu

Dengan emf sel (E sel):Esel = Ekatoda-E Anoda = 0.34 - (-76) = 1,10 VPotensial setengah sel adalah suatu sifat intensif dan penulisan reaksi sel elektroda, tak ada perbedaan apakah ditulis untuk 1 elektron ataupun lebih. Jadi untuk reaksi elektroda hidrogen dapat ditulis :

Tetapi dalam menuliskan proses keseluruhan harus menyeimbangkan elektronnya.Jadi untuk sel : Pt, H2 (1 bar)| H+ (a=1)|| Cu 2+ (a=1)|CuReaksi elektroda dapat ditulis :

Sehingga keseluruhan prosesnya adalah : Proses ini didasari pelewatan 2 elektron pada sirkuit luar. Sehingga persamaan reaksinya dapat dituliskanasebagai

Dalam proses ini setiap 0,5 mol Cu 2+ hilang, 0,5 mol Cu muncul, 1 mol elektron lewat dari elektroda kiri ke kanan.Pada dasarnya semua elektroda reversibel dapat digunakan sebagai elektroda rujukan untuk pembanding, tapi berdasarkan kepraktisannya elektroda pembanding yang paling banyak digunakan adalah elektroda perak-perak klorida dan kalomel Tabel 1.1 berikut menunjukkan potensial reduksi standar beberapa logam menggunakan elektroda pembanding standard Hidrogen electrode (SHE).Tabel 1.1 Potensial Reduksi Standar

Termodinamika Sel ElektrokimiaKontribusi awal terhadap termodinamika sel elektrokimia diberikan oleh Joule (1840) yang memberikan kesimpulan bahwa : Panas (Heat) yang diproduksi adalah proporsional terhadap kuadrat arus I2 dan resitensi R. Dan karena juga proporsional terhadap waktu (t), Joule menunjukkan bahwa panas proporsionil terhadap : I2RtKarena :

maka panas/kalor proporsionil terhadap V = It , q = VIt

dengan : q = Joule (J), V = Volt (V), I = Amper (A). t = Detik (s)

J = Kg m2 s -2, V = Kg m2 s -3 A -1

Hubungan di atas adalah benar. Tapi terjadi kesalahan fatal dengan menafsirkan bahwa panas yang diproduksi tersebut adalah panas reaksi.(Joule, Helmholtz, William Thomson)Penafsiran yang benar diberikan oleh Willard Gibbs (1878) bahwa kerja yang dilakukan oleh sel elektrokimia sama dengan penurunan energi Gibbs, yaitu kerja maksimum di luar kerja -PV.Ini dapat diilustrasikan dengan sel berikut :Pt|H2|H+||Cu 2+|CuReaksi di anoda H2 2H+ + 2e- Reaksi di katoda Cu 2+ + 2e- Cu Reaksi keseluruhan H2 + Cu 2+ 2H+ + Cu

Pada saat 1 mol H2 bereaksi dengan 1 mol Cu 2+, 2 mol elektron mengalir melalui sirkuit luar. Menurut Hukum Faraday, ini berarti terjadi transfer 2 x 96.465 C listrik. Emf sel tersebut adalah + 0.3419 V, sehingga kerja listrik yang dihasilkan adalah :2 x 96.485 x 0.3419 CV = 6.598 x 104 JKerja dilakukan sistem. Karena kerja yang dilakukan oleh sel elektrokimia sama dengan penurunan energi Gibbs maka : G = - 6.598 x 104 J Secara umum : G = - nFE dan pada keadaan standar : Go = - nFEo (Hubungan antara perubahan energi Gibbs standar dengan potensial sel standar)

1.4Potensial Sel Korosi Proses korosi merupakan proses elektrokimia yang melibatkan suatu proses yang spontan. Secara termodinaka, suatu proses yang spontan memilki perubahan energi bebas positip. (Reaksi spontan: G < 0) Hubungan perubahan energi bebas dengan potensial sel dinyatakan dengan persamaan:G = n F EselDengan : G0= n F E0sel ;n = jumlah elektron (mol);F = muatan 1 mol elektron; 1 F = 96500 C;Esel= potensial sel; E0sel= potensial sel standar G < 0, maka Esel> 0 Fenomena suatu reaksi spontan adalah

Berdasarkan konvensi IUPAC, E sel didefinisikan sebagai E sel = E kanan E kiri Dengan E sel, E kanan potensial elektroda sebelah kanan (dalam bentuk reduksi), E kiri potensial elektroda (reduksi) untuk elektroda sebelah kiri seperti yang tercantum dalam notasi selnya. Karena elektroda sebelah kanan merupakan katoda dan elektroda sebalah kiri merupakan anoda maka potensial sel ( E sel) dapat dituliskan sebagai : E sel = E katoda E AnodaContohCr+3(aq)+ 3e Cr(s) E0Cr = 0.74 VZn+2(aq)+ 2e Zn(s)E0Zn = 0.76 VKarena E0Zn < E0Cr , Zn akan mengalami oksidasi.Reaksi sel yang akan terjadi Cr+3(aq)+ 3e Cr(s)} x 2 E0Cr = 0.74 VZn(s) Zn+2(aq)+ 2e } x 3 E0Zn = + 0.76 V2Cr+3(aq)+ 3 Zn(s) Zn+2 + 2 Cr(s)E0 sel = 0,02 V atau E0sel= E Kat E And= -0,74 (-0,76) = 0.02 V > 0 berarti reaksi spontan

Contoh sel elektrokimia yang berlangsung spontan adalah sel galvani. Sel volta atau sel galvani, adalah suatu reaksi kimia yang menyebabkan suatu perbedaan potensial listrik antara dua buah elektroda. Jika kedua elektroda dihubungkan terhadap suatu rangkaian luar dihasilkan aliran arus, yang dapat mengakibatkan terjadinya kerja mekanik sehingga sel elektrokimia mengubah energi kimia ke dalam kerja . Contoh sel galvani adalah sel Daniell yang ditunjukkan pada gambar 1.4 Jika kedua elektrodanya dihubungkan dengan rangkaian luar, dihasilkan arus litrik yang dapat dibuktikan dengan meyimpangnya jarum galvanometer yang dipasang pada rangkaian luar dari sel tersebut

Gambar 1.4 Sel Daniel

Ketika sel Daniell digunakan sebagai sumber listrik terjadi perubahan dari Zn menjadi Zn 2+ yang larut Zn(s) Zn 2+(aq) + 2e- (reaksi oksidasi) Hal ini dapat ditunjukkan bahwa semakin berkurangnya massa Zn sebelum dan sesudah reaksi. Di sisi lain, elektroda Cu semakin bertambah massanya karena terjadi pengendapan Cu dari ion Cu 2+ dalam larutan. Cu 2+(aq) + 2e- Cu(s) (reaksi reduksi)Pada sel tersebut, elektroda Zn bertindak sebagai anoda dan elektroda Cu sebagai katoda.

Ketika sel Daniell disetting, terjadi aliran elektron dari elektroda seng (Zn) menuju elektroda tembaga (Cu) pada sirkuat luar. Oleh karena itu, logam seng bertindak sebagai kutub negative (anoda) dan logam tembaga sebagai kutub positif (katoda).Bersamaan dengan itu, larutan dalam sel tersebut terjadi arus positif dari kiri ke kanan sebagai akibat dari mengalirnya sebagian ion Zn 2+ (karena dalam larutan sebelah kiri terjadi kelebihan ion Zn 2+ dibandingkan dengan ion SO4 2-yang ada). Reaksi total yang terjadi pada sel Daniell adalah : Zn(s) + Cu 2+(aq) Zn 2+(aq) + Cu(s)Reaksi tersebut merupakan reaksi redoks yang spontan yang dapat digunakan untuk memproduksi listrik melalui suatu rangkaian sel elektrokimia.

Zn(s)/Zn 2+(1,00 m) //Cu 2+(1,00 m) /Cu(s)Karena yang dituliskan terlebih dahulu (elektroda sebelah kiri) dalam notasi tersebut adalah anoda, maka reaksi yang terjadi pada elektroda sebelah kiri adalah oksidasi dan elektroda yang ditulis berikutnya (elektroda kanan) adalah katoda maka reaksi yang terjadi pada elektroda kanan adalah reaksi reduksi. Untuk sel dengan notasi : Zn(s)/Zn 2+(1,00 m) //Cu 2+(1,00 m) /Cu(s) reaksinya adalah: Zn(s) - Zn 2+(aq) + 2e- (reaksi oksidasi)Cu 2+(aq) + 2e- Cu(s) (reaksi reduksi) Zn(s) + Cu 2+(aq) Zn 2+(aq) + Cu(s) (reaksi keseluruhan)E sel = E Katoda E anoda = 0,34 - (-0,76) = 1,10 Volt

Contoh soal latihanTentukan reaksi sel dan E sel untuk notasi sel berikut1) Pt/Fe 2+,Fe 3+ // H+/H2,Pt2) Ni(s)/Ni 2+(1,00 m) //Cu 2+(1,00 m) /Cu(s)3) Zn(s)/Zn 2+(1,00 m) //Pb 2+(1,00 m) /Pb(s)

Penyelesaian 1) Reaksi sel : 2 Fe 2+ + 2H+ 2Fe 3+ + H2E 0sel = E0 kat E 0 And = E0 H+/H2 E 0 Fe3+/Fe2+ = 0.00 (-077) = 0,77 Volt/SHE

2) Reaksi sel : Ni + Cu 2+ Ni 2+ + CuE 0sel = E0 kat E 0 And = E0 Cu2+/Cu E 0 Ni2+/Ni = 0,34 (-025) = 0,59Volt/SHE

3) Reaksi sel ;Zn + Pb 2+ Zn 2+ + PbE 0sel = E0 kat E 0 And = E0 Pb2+/Pb E 0 Zn2+/Zn = -0,13 - (-0,76) = 0,63 Volt/SHE

Persamaan NernstPersamaan Nernst digunakan untuk menentukan potensial sel tidak pada kondisi standar sehingga untuk reaksi aA + bB yY + zZSecara umum untuk reaksi : Untuk sel :Pt, H2 (1 bar)| H+ (aq)|| Cu 2+ (aq)|Cu

Dengan reaksi :

Pada kondisi standar yaitu suhu 25 0C, tekanan pada 1 atm dan konsentrasi ion logam 1,0M, serta F = 96500 C/Ekv.K, maka 2,303 RT/F = 0,0591 sehingga persamaannya menjadi E sel = E0 sel (0,0591/n ) log a H+ 2 / a Cu2+

Contoh : Tentukan E sel untuk : Pt,H2 (1atm)/H+ (1,0M)// Ag + (0,01M)/AgJawab Reaksi sel : 2Ag + + H2 2H+ + 2AgE sel = E0sel - 0.0591/2 log (aH+)2/aAg+)2E sel = 0,799 0.0591/2 log ( 1/10-4)E sel = 0,799 0,0591/2 x 4 = 0,799 0,1182 = 0, 6808 V/SHE

1.5Jenis Sel KorosiSel korosi dapat terjadi akibat adanya beda potensial pada suatu logam di lingkungan tertentu . Sel korosi dapat terbentuk akibat adanya beda potensial yang diakibatkan adanya perbedaan logam atau elektroda dan perbedaan lingkungan.

1.5.1Perbedaan Lingkungan Sel korosi terjadi akibat perbedaan lingkungan meliputi sel berikut ini.Sel Konsentrasi Pada sel konsentrasi reaksi keseluruhan dari sel tersebut merupakan transfer materi dari satu bagian ke bagian yang lain. Pada sel ini yang berbeda hanyalah konsentrasi lingkungan dan bukan jenis elektroda dan elektrolitnya. Sel ini terdiri dari sel konsentrasi elektroda dan sel konsentrasi elektrolit. Contoh :Pt|H2(P1)|HCl|H2(P2)|PtReaksi keseluruhan merupakan perpindahan hidrogen dari yang bertekanan tinggi ke tekanan yang lebih rendah.5

Sel konsentrasi dapat juga terbentuk akibat perbedaan konsentrasi oksigen terlarut di permukaan logam atau antara kedua larutan yang mempunyai konsentrasi oksigen berbeda terdapat elektroda yang mempunyai komposisi sama. Contohnya, di permukaan logam terdapat kotoran atau tanah. Umumnya, konsentrasi oksigen pada kotoran di permukaan logam akan lebih rendah dibandingkan yang ada di sekitarnya sehingga di permukaan logam yang ada kotoran akan bersifat anodic.Sel konsentrasi juga dapat terbentuk jika dua buah logam besi dicelupkan dalam larutan elektrolit yang mempunyai konsentrasi berbeda. Misalnya plat logam besi dicelupkan dalam larutan NaCl 1,0 M dan plat logam besi yang lain dicelupkan dalam larutan NaCl 0,1 M, kedua larutan dihubungkan dengan jembatan garam dan kedua plat besi dihubungkan akan membentuk sel korosi karena terjadi beda potensial antara kedua plat besi tersebut.Sel korosi dapat dibentuk akibat perbedaan suhu yang terjadi di antara kedua larutan yang dicelupkan logam yang sama, maka akan terjadi beda potensial antara logam yang tercelup di kedua larutan yang mempunyai perbedaan suhu. Logam yang berada pada larutan dengan suhu yang lebih tinggi akan bersifat anodic dan larutan dengan suhu rendah bersifat katodik.

1.5.2Sel GalvanikSel galvanic terjadi akibat dua logam yang beebeda saling bersinggungan atau kontak. Logam yang mempunyai potensial reduksi lebih rendah akan bersifat anodic dan logam dengan potensial reduksi lebih tinggi bersifat katodik. Sebagai contoh . logam tembaga dan seng disatukan berada dalam suatu elektrolit maka logam seng akan bersifat anodic dan akan terkorosi lebih parah dibandingkan logam tembaga (lihat Gambar 1. 5).

Gambar 1.5 Sel Galvanik

1.5.3 Sel KimiaJika reaksi elektrokimia pada setengah sel berbeda dan reaksi keseluruhannya merupakan reaksi kimia maka selnya disebut sel kimia. Sel kimia terdiri dari sel kimia tanpa perpindahan (without transference) dan sel kimia dengan perpindahan (with transference).Sel kimia tanpa perpindahanPada sel ini, elektroda yang satu reversibel terhadap kation dan elektroda lainnya reversibel terhadap anion dari elektrolit yang digunakan. Contoh : 1) Jika elektrolitnya larutan HCl, elektroda yang satu harus reversibel terhadap ion dan elektroda lainnya harus reversibel terhadap . Elektroda yang reversibel terhadap : elektroda hidrogen Elektroda yang reversibel terhadap : elektroda klor, kalomel atau perak-perak klorida.2) Jika elektrolitnya ZnBr2, maka Elektroda yang reversibel terhadap : elektroda Zn Elektroda yang reversibel terhadap : elektroda Br2, Ag/AgBr, Hg-HgBr+.3) Apa elektrodanya jika elektrolitnya larutan CdSO4 ?Contoh: Reaksinya adalah :

Sel kimia tanpa perpindahan biasa digunakan untuk penentuan potensial elektroda standar dan penentuan koefisien aktivitas elektrolit.

Sel kimia dengan perpindahanPada sel ini terjadi kontak antara dua larutan dengan konsentrasi berbeda atau ion-ion berbeda atau keduanya. Pada perbatasan kedua cairan/liquid junction timbul beda potensial yang disebut liquid junction potential atau potensial perbatasan, Ej, yang terjadi karena difusi ion-ion melalui perbatasan kedua larutan. Pada proses ini ion-ion yang cepat akan mendahului yang lambat akibatnya terjadi pemisahan muatan yang menimbulkan beda potensial, Ej yang terukur bersama-sama dengan potensial elektroda sehingga potensial sel akan sama dengan penjumlahan potensial sel dan potensial junction. E sel =E Kanan - E kiri + EjKarena Ej tidak dapat diukur tersendiri (terpisah), maka sel kimia dengan perpindahan tidak cocok untuk mengevaluasi besaran-besaran termodinamika.Kontribusi Ej pada potensial dapat diperkecil dengan menggunakan jembatan garam, larutan jenuh garam, misalnya yang biasa digunakan adalah KCl dalam agar-agar. Meskipun demikian, untuk mengidentifikasi bagaimana pengurangannya secara tepat sampai saat ini masih belum jelas hal ini diduga karena laju kation dan anion yang sama menyebabkan junction potential antara kedua larutan dengan jembatan garam ke arah yang berlawanan sehingga saling meniadakan. Jika Ej ditiadakan, maka notasi sel menjadi :Contoh : Penentuan Esel kimia dengan perpindahan

Pada 250C, dan untuk untuk Dengan mengasumsikan koefisien rata-rata=koefisien aktivitas ion-ionnya, maka :

1.6Pengukuran Potensial Korosi Potensial korosi suatu logam dapat diukur berdasakan atau dibandungkan dengan elektroda pembandung atau elektroda acuan. Elektroda acuan yang digunakan antara lain adalah seperti berikut

1.6.1Elektroda logan seng (Zn)Kereversibelan pada elektroda dapat diperoleh jika pada elektroda terdapat semua pereaksi dan hasil reaksi dari setengah-reaksi elektroda. Contoh elektroda reversibel adalah logam Zn yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung Zn 2+ (misalnya dari larutan ZnSO4). Ketika elektron keluar dari elektroda ini, setengah reaksi yang terjadi adalah : Zn(s) Zn 2+(aq) + 2e dan sebaliknya jika elektron masuk ke dalam elektroda ini terjadi reaksi yang sebaliknya: Zn 2+(aq) + 2e- Zn(s) Jika elektroda Zn tersebut dicelupkan ke dalam larutan KCl, tidak dapat terbentuk elektroda yang reversibel karena pada saat ada elektron keluar dari elektroda ini terjadi setengah-reaksi : Zn(s) Zn 2+(aq) + 2e- Pada saat ada elektron yang masuk ke dalam elektroda ini, yang terjadi adalah setengah-reaksi :2H2O + 2e- H2 + 2OH-, dan bukan reaksi :Zn 2+(aq) + 2e- Zn(s) , karena larutan yang digunakan tidak mengandung Zn 2+. ,maka kereversibelan memerlukan adanya Zn 2+yang cukup dalam larutan di sekitar elektroda Zn. Ditunjukkan pada Gambar 1.6

Gambar 1.6 Elektroda Zn a) seng dalam Zn 2+, b) Elektroda Zn sebagai Pembanding

1.6.2Elektroda Hidrogen Standar (SHE) sebagai Elektroda PembandingPotensial elektroda hidrogen standar adalah sama dengan nol. Elektroda ini ada pada keadaan standar jika fugasitas gasnya =1 dan aktifitas ion H+=1 seperti yang telah diuraikan pada sub bab 1.3 dan Gambar 1.3

1.6.3 Elektroda Kalomel Elektroda kalomel merupakan elektroda acuan yang dibuat logam Kawat platina (Pt) dicelupkan dalam larutan Hg2Cl2 yang berisi mercuri (Hg) seperti ditunjukkan pada Gambar 1.7 berikut ini. Elektroda kalomel sebagai elektroda acuan mempunyai nilai potensial adalah 0, 241 Volt/SHE dengan reaksi : Hg2Cl2 + 2e 2Hg + 2Cl

Gambar 1.7 Elektroda Kalomel

1.6.4 Elektroda Perak KloridaElektroda perak atau Ag/AgCl merupakan elektroda acuan mempunyai potensial standar 0.222 Volt/SHE. Elektroda perak ini terbuat kawat logam perak dalam larutan AgCl jenuh seperti ditunjukkan pada gambar 1.8. dan reaksinya : AgCl +e Ag + Cl -

Gambar 1.8 Elektroda Perak

1.6.5 Elektroda Tembaga Sulfat (CSE)Elektroda tembaga atau Copper Sulfate Electrode (CSE) merupakan elektroda acuan yang umumnya digunakan untuk mengukur potensial logam di lapangan. Kondisi logam dapat diketahui dari nilai potensial logam hasil pengukuran, yaitu logam dikatakan terkorosi jika potensialnya > - 850 mV /CSE. Nilai potensial CSE ini adalah 0,318 Volt/SHE , sedangkan nilai potensial 850 mV atau 0,850 V/CSE merupakan kriteria proteksi logam besi. Elektroda CSE dibuat dari logam tembaga yang dicelupkan dalam larutan jenuh CuSO4 seperti ditunjukkan pada gambar 1.9 berikut ini. Reaksi pada elektroda CSE : CuSO4 + 2e Cu + SO4 2-

Gambar 1.9 Elektroda CSE

1.6.6Elektroda Lain Elektroda logam Pada elektroda logam L berada dalam kesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion L z+. Setengah reaksinya ditulis: L z+ + ze- L Contoh elektroda ini diantaranya Cu 2+ /Cu; Zn 2+/Zn, Ag+/Ag, Pb 2+/Pb. Logam-logam yang dapat mengalami reaksi lain dari reaksi setengah-sel yang diharapkan) tidak dapat digunakan. Jadi logam-logam yang dapat bereaksi dengan pelarut tidak dapat digunakan. Logam-logam golongan IA dan IIA seperti Na dan Ca dapat bereaksi dengan air, sehingga tidak dapat digunakan. Seng dapat bereaksi dengan larutan yang bersifat asam. Logam-logam tertentu perlu diaerasi dengan N2 atau He untuk mencegah oksidasi logam dengan oksigen yang larut.

Gambar 1.10 Elektroda Logam

Amalgam Amalgam adalah larutan dari logam dengan cairan Hg. Pada elektroda ini amalgam dari logam L berkesetimbangan dengan larutan yang mengandung ion L, dengan reaksi :L z+ + ze- L(Hg)Dalam hal ini raksanya sama sekali tidak terlibat dalam reaksi elektroda. Logam aktif seperti Na, K, Ca dan sebagainya biasa digunakan dalam elektroda amalgam.Logam-garam tak larutPada elektrtoda ini logam L kontak dengan garamnya yang sangat sukar larut (L n+X ) dan dengan larutannya yang jenuh dengan garam tersebut serta mengandung garam yang larut (atau asam) yang mengandung X z-. Contoh dari elektroda ini adalah elektroda perak-perak klorida, elektroda kalomel, dan elektroda timbal-timbal sulfatRedoksSebetulnya semua elektroda melibatkan setengah-reaksi oksidasi reduksi. Untuk elektroda redoks biasanya hanya digunakan untuk elektroda yang setengah-reaksi redoksnya melibatkan dua spesi yang ada dalam larutan yang sama. Contoh dari elektroda ini adalah Pt yang dicelupkan ke dalam larutan yang mengandung ion-ion Fe 2+ dan Fe 3+ dengan setengah-reaksi : Fe 3+ + e- Fe 2+. Notasi setengah-selnya adalah PtFe 3+, Fe 2+ yang gambarnya tampak seperti di bawah.

Gambar 1. 11Contoh Elektroda Redoks (PtMnO4-, Mn 2+.)

Membran Selektif IonElektroda ini mengandung membran gelas, kristal atau cairan yang mempunyai sifat : perbedaan potensial antara membran dan elektrolit yang kontak dengan membran tersebut ditentukan oleh aktifitas dari ion tertentu. Elektroda membran yang paling tua dan paling banyak digunakan adalah elektroda gelas. Elektroda ini dikatakan selektif-ion karena hanya spesifik untuk ion H+ . Elektroda ini dapat dilihat pada Gambar. 1.12

Gambar 1. 12 Elektroda Gelas

Elektroda gelas ini terdiri dari membran yang sangat tipis yang terbuat dari gelas yang permeabel terhadap ion H+. Elektroda Ag/AgCl dicelupkan ke dalam larutan buffer yang mengandung ion Cl-. Kadang-kadang digunakan juga elektroda kalomel untuk mengganti elektroda Ag/AgCl. Elektroda gelas terutama digunakan pada pengukuran pH.Secara ringkas nilai potensial elektroda acuan dapat ditunjukan dalam bentuk table seperti table 1.2 berikut iniTabel 1.2 Potensial Elektroda Pembanding atau AcuanNoElektroda Kesetimbangan reaksi Potensial (V/SHE)

123456Hg/HgSO4Cu/CuSO4Hg/Hg2Cl2Ag/AgClElektroda Hidrogen (SHE)Zn murniHgSO4 + 2e 2Hg + SO4 2-CuSO4 + 2e Cu + SO4 2-Hg2Cl2 + 2e 2Hg + 2Cl -AgCl + e Ag + Cl -2H+ + 2e H2Zn 2+ + 2e Zn0,6500,3180,2410,2220,000-0,782

1.6.7 Metode Pengukuran Potensial LogamPengukuran potensial logam dilakukan dengan membandingkan terhadap potensial acuan dan nilai potensialnya diukur dengan voltmeter. Secara skematis metode pengukuran potensial pada logam struktur ditunjukkan pada gambar 1.13.

Gambar 1.13 Metode Pengukuran Potensial pada Struktur

Pada pengukuran potensial logam atau struktur elektroda acuan sebgai katoda dan strukturnya sebagai anoda sehingga reaksi selnya dapat dituliskan sebagai berikutAnoda (logam atau struktur baja ) Fe Fe+2 + 2eKatoda (elektroda acuan : CSE)CuSO4 + 2e Cu + SO4 2-Jika hasil pengukuran potensial baja = -0,986 V / CSE misalnya dan potensial baja diubah terhadap SHE , maka potensial baja menjadi : - 0,986 + 0,318 Volt/SHE = - 0,668 V/SHE dan kondisi struktur masih dalam kondisi terlindungi.

1.7 RangkumanProses korosi logam adalah reaksi antara logam dengan lingkungan yang melibatkan adanya transfer elektron sehingga proses korosi selain merupakan proses kimia juga merupakan proses elektrokimia. Secara umum, korosi logam didefinisikan sebagai kerusakan material logam akibat berintereaksi dengan lingkungan atau merupakan proses kebalikan dari proses ekstraksi logam dari bijihnya. Dampak yang diakibatkan oleh proses korosi logam bersifat merugikan bagi kehidupan manusia , baik langsung maupun tidak langsungProses korosi dipandang sebagai proses elektrokimia, merupakan proses oksidasi dan readuksi yang berlangsung secara simultan dan berkangsung spontan., dengan potensial sel korosi > O. Potensial logam dapat diukur dengan cara membandingkan terhadap elektroda standar, yaitu elektroda hidrogen standar (sesuai perjanjian) karena potensial elektroda = 0,00 Volt. Berdasarkan potensial standar hidrogen dan sebagai sel galvani merupakan katoda sehingga logam yang menunjukkan nilai potensial negatif berarti logam lebih sukar direduksi dan logam yang menunjukkan nilai positif berarti logam tersebut lebih mudah direduksi daripada ion H+. Untuk menentukan E sel pada kondisi standar digunakan rumus ;E0sel = E0 Katodik E0 anodikUntuk E sel yang tidak pada kondisi standar ( 25 0C, P=1 atm, konsentrasi ion + 1,0M), maka perhitungan digunakan persamaan NernstE sel = E0 sel (0,0591/n ) log a H+ 2 / a Cu2+ Sel korosi dapat dibentuk akibat perbedaan konsentrasi lingkungan dan perbedaan elektroda atau logam yang saling kontak. Untuk mengetahui kondisi logam atau struktur dapat ditentukan berdasarkan potensial struktur yang terukur. Sebagai contoh untuk struktur logam baja yang terkubur dalam larutan air (aqeous) dikatakan sudah tidak terproteksi bila potensialnya > - 850 mV/CSE ( kriteria proteksi korosi). Untuk mengukur potensial struktur digunakan elektroda pembanding atau acuan. 1.8 Soal Latihan/KasusJawablah dan kerjakan soal berikut1. Jelaskan fenomena korosi logam besi dalam air teraerasi!2. Berilah penjelasan proses korosi logam dalam larutan asam!3. Jelaskan kerugian yang diakibatkan oleh korosi logam4. Tuliskan reaksi korosi pada logam berikut a. Fe dalam larutan HCl b. Zn dalam laruran CuSO4 c. Al dalam larutan ZnSO4d. Fe dalam larutan NiSO4e. Zn dalam larutan NaOHf. Al dalam larutan air teraerasi5. Tentukan E sel pada kondisi standar untuk reaksi /sel berikuta. Fe + H2O + O2 Fe (OH)2 pada pH 7b. Ni/Ni 2+ (1,0M) //Cu 2+ (1,0M)/Cuc. Mg/Mg 2+(1,0M)//Ag+(1,0m)/Agd. Pb/Pb 2+ (1,0M)// Cu 2+(1,0M)/Cu6. Hitung potensial sel (E sel ) pada sel dengan notasi sel berikut inia. Zn/Zn 2+ (0,1M)// Ni 2+ (10M) /Nib. Pt, H2(1atm)/H+ (0,5M)// Cu 2+ (0,1M)/Cuc. Al/Al 3+ (1,0M)// Ag+(0,01M)/Agd. Sn/Sn 2+ (0,01M)// Ni 2+ (10M) /Ni7. Jelaskan pembentukan sel korosi dan senutkan jenisnya.8. Ubahlah potensial logam berikut ke potensial acuan yang laina. E logam = - 0,675 Volt/CSEb. E logam = - 0,785 Volt/Kalomelc. E logam = 0,102 Volt/Znd. E logam = 0,245 Volt/CSEe. E logam = -0, 860 Volt/CSEf. E logam = 0,549 Volt/Perak9. Stainless steel (SS) dapat bertahan dari serangan karat dibandingkan dengan baja Jelaskan jawaban Anda. 10. Jelaskan bahwa baja terkorosi lebih cepat dibandingkan dengan Cu dan lebih lambat daripada logam Zn.