BAB II KOROSI dan MICHAELIS MENTEN - digilib.itb.ac.iddigilib.itb.ac.id/files/disk1/608/jbptitbpp-gdl-adwhitayus-30391-3... · ... Sebuah proses hilangnya logam oleh reaksi kimia

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

B BAB II : MEKA

P

d

d

m

b

t

2.2.2 LL

d

k

k

m

t

Dari pe

korosi p

lingkun

kimia an

reaksi r

reaksi r

teradsor

terjadi r

dilepask

reaksi re

1. Reak

Kem

Dim

bere

ANISME KORO

Proses keba

dapat terjad

dalam prose

meskipun p

berlangsung

terbentuknya

Laju ReakLaju reaksi

dalam setia

kecepatan b

konsentrasi

mempengaru

temperatur d

enjelasan di

pada logam

gan dalam h

ntara logam

edoks. Seny

redoks dan

rpsi disekita

reaksi oksid

kan pada rea

eduksi.

ksi anoda

mudian yang

mana ion Mz+

eaksi membe

OSI dan MICH

alikan yaitu

di. Namun k

esnya harus

proses keb

dengan laju

a hasil reaks

ksi adalah peru

ap satuan

berkurangny

produk tiap

uhi laju re

dan katalis.

atas, dapat

m. Adanya p

hal ini larut

m dengan ling

yawa logam

berubah m

ar permukaa

dasi, yaitu p

aksi anoda d

disebut seb+ yang terbe

entuk hasil k

HAELIS MENTE

dari zat C

karena reaks

s mendapat

balikan mu

u yang lebih

si).

ubahan kons

waktu. Da

ya konsentr

p satuan w

eaksi, yaitu

t ditarik sua

perbedaan en

tan elektroli

gkungannya

terbentuk te

menjadi ion-

an logam. P

pelepasan ele

digunakan o

agai reaksi a

entuk mungk

korosi yang

EN

dan D kemb

sinya bukan

pasokan en

ungkin terja

h rendah da

sentrasi pere

apat juga

asi pereaks

waktu. Ada

u konsentra

atu garis be

nergi bebas

it, menyebab

. Reaksi kim

erlebih dahul

-ion logam

Pada reaksi

ektron. Sem

oleh katoda

anoda adalah

kin tetap ting

tidak larut. A

bali menjad

reaksi spon

nergi bebas.

adi, proses

aripada laju

eaksi atau h

didefinisika

si atau ber

beberapa fa

asi, luas p

esar mengen

antara loga

bkan terjadi

mia yang terj

lu sebelum m

Fe2+ atau

redoks ini,

mentara elek

untuk berla

h

ggal dalam l

Akibatnya h

8

di A dan B

ntan, maka

. Sehingga

snya akan

maju (laju

hasil reaksi

an sebagai

rtambahnya

aktor yang

permukaan,

nai kinerja

am dengan

inya reaksi

jadi adalah

mengalami

Fe3+ yang

, di anoda

ktron yang

angsungnya

larutan dan

hal tersebut

B BAB II : MEKA

men

dem

2. Reak

Sem

yakn

Reaksi

yang ter

yang le

sedikit

akan ter

Elektron

anoda k

bermuat

perpind

diukur

dapat m

yang di

tergolon

ANISME KORO

nghalangi pe

mikian, permu

ksi katoda

mentara reak

ni: 1. Jika PH

2. Jika PH

redoks inila

rbentuk dan

ebih kecil ya

demi sediki

rus berlangsu

Gam

n yang terli

ke katoda.

tan, yaitu

ahannya me

dengan men

mengetahui b

ihasilkan, m

ng cepat dan

OSI dan MICH

elarutan loga

ukaan logam

si katoda ya

H larutan < 7

H larutan

ah yang kem

teradsorpsi

ang kemudi

t permukaan

ung selama l

mbar 2.3 Ion

ibat dalam r

Hal ini dim

bermuatan

enimbulkan

nggunakan

esar kecilny

menunjukkan

n mengakiba

HAELIS MENTE

am lebih lan

m disebut me

ang terjadi d

7 :

7 :

mudian men

di permukaa

ian terlepas

n logam ter

logam masih

teradsorpsi

reaksi kimia

mungkinkan

n negatif

arus listrik

voltalab da

ya laju korosi

n bahwa laju

atkan korosi

EN

njut sehingg

engalami pem

dapat dibagi

nyebabkan k

an logam be

dari permu

sebut terkor

h ada.

dipermukaa

a akan berg

n karena ele

maka pe

k. Arus listr

an dari peng

i yang terjad

u reaksi red

i semakin c

ga korosi ter

masifan.

i menjadi du

korosi. Ion-

erubah menj

ukaan logam

rosi. Reaksi

an logam

gerak bolak

ektron adala

engangkutan

rik yang ter

gukuran ter

di. Besarnya

doks yang b

epat terjadi.

9

rhenti. Bila

ua kondisi,

-ion logam

adi ion-ion

m, sehingga

redoks ini

balik dari

ah partikel

nnya atau

rjadi dapat

sebut, kita

arus listrik

erlangsung

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


HN

C N

C

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


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 elektroda-

elektroda tersebut tidak bersentuhan, juga agar kabel tidak

berhubungan langsung dengan larutan.

3. Catat besar arus yang terjadi, demikian pula dengan besar laju

reaksi.

B BAB II : MEKA

Ilustrasi

Dengan

eletrolit

Dari be

berikut:

Dimana

inhibito

senyawa

Percoba

dan ang

ANISME KORO

i :

n A adalah e

t, dan V adal

eberapa kali

a Blanko a

r. Sementar

a inhibitor d

aan yang dil

gka 1, 2, d

OSI dan MICH

Gam

elektroda ke

lah voltmete

melakukan

adalah perco

ra IDETA d

dan yang mem

lakukan ada

dan seterusny

HAELIS MENTE

mbar 2.5 Perc

erja, B elekt

er.

n percobaan

obaan yang

dan D11jg a

mbedakan k

alah sebanya

ya yang me

EN

cobaan

troda acuan,

, didapatkan

g belum m

adalah perco

keduanya ada

ak enam kal

engikuti kat

C elektrod

nlah data-da

menggunakan

obaan yang m

alah stuktrur

li untuk seti

ta Blanko,ID

14

a bantu, D

ata sebagai

n senyawa

melibatkan

r kimianya.

iap metode

DETA dan

B

2

BAB II : MEKA

D11jg

didapatk

Icorr men

dengan

mengan

persatua

sama ar

2.5 PengolProgram

didapatk

Dimana

ANISME KORO

menunjukka

kan.

nunjukkan b

satuan mi

ndung makn

an waktu (m

rtinya dengan

lahan Datm SPSS digu

kan adalah s

a:

N

Range

Minimum

Maximum

OSI dan MICH

an pada per

banyaknya ar

iliAmpere p

na seberapa

mm/Y). Seh

n laju korosi

ta unakan untuk

sebagai berik

HAELIS MENTE

rcobaan keb

rus yang terj

per satuan

a besar pe

hingga dapat

i dengan Y m

k mengolah d

kut:

jumlah data

jangkauan

terkecil)

nilai data te

nilai data te

EN

berapa hasil

jadi dalam p

luas (mA/

ermukaan lo

t dikatakan

menunjukkan

data-data ya

a yang dihitu

(data terb

erkecil

erbesar

l pengukura

proses terjadi

/cm2). Corr

ogam yang

bahwa cor

n tahun (yea

ang ada. Hasi

ung

besar diku

15

an tersebut

inya korosi

rate disini

g terkorosi

rrate disini

ar).

il yang

rang data

B

2

BAB II : MEKA

Dengan

0.99998

semakin

sebalikn

2.6 KinetiMempe

dasar d

mekanis

diplot m

enzim y

Leonor

dengan

persama

ANISME KORO

Mean

Standar De

Variansi

n koefisien

85. Yang be

n besar arus

nya.

ika Michalajari penga

dari kinetika

sme enzim.

menjadi suat

yang mengha

Gambar

Michaelis

menurunka

aan Michaeli

OSI dan MICH

eviasi

korelasi an

erarti mode

s maka laju

elis Mentearuh konsent

a enzim yan

Namun keti

tu graf laju

asilkan kurva

r 2.6 Hubun

dan Maud

an suatu p

is Menten.

HAELIS MENTE

rata-rata da

dibagi bany

ukuran pen

ukuran pen

ntara arus

el hubungan

u korosi pu

en trasi substra

ng merupaka

ika data diba

reaksi terha

a hiperbolik

ngan konsent

Menten me

persamaan y

EN

ata yang ad

yaknya data)

nyebaran data

nyebaran data

korosi dan

n antara ked

un semakin

at pada laju

an alat pent

angun dari p

adap konsen

seperti diba

trasi dengan

encoba menj

yang kemu

da (jumlah s

)

a

a

n laju koro

duanya line

cepat. Dem

reaksi adal

ting untuk m

percobaan da

ntrasi substr

awah ini.

laju reaksi

jelaskan fen

udian dikena

16

semua data

osi sebesar

ear, artinya

mikian pula

lah konsep

memahami

an hasilnya

rat, banyak

nomena ini

al sebagai


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

Laju reaksi 1

Keadaaan setimbang terjadi ketika laju penambahan sama dengan laju

berkurangnya .

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.

Documents

BAB II KOROSI dan MICHAELIS MENTEN - digilib.itb.ac.iddigilib.itb.ac.id/files/disk1/608/jbptitbpp-gdl-adwhitayus-30391-3... · ... Sebuah proses hilangnya logam oleh reaksi kimia