Butler-Volmer Equation

Butler-Volmer Equation

• Butler-Volmer equation merupakan salah satupersamaan dalam elektrokimia, yangmenginformasikan bagaimana arus listrik padaelektroda tergantung pada potensial elektroda.

• Pada overpotensial tinggi Persamaan Butler-Volmerdapat disederhanakan menjadi Persamaan Tafel.

• dimana:• I = arus elektroda, Ampere • Io= densitas arus pertukaran, A/m2 • E = potensial elektroda, V • Eeq= potensial kesetimbangan, V • A = luas area permukaan aktif elektroda, m2 • T = suhu absolut, K • n = jumlah elektron yang terlibat dalam reaksi elektroda. • F = Konstanta Faraday• R = konstanta gas umum• α = sehingga disebut faktor simetri atau koefisien transfer

muatan tak berdimensiPersamaan ini diberi nama setelah ahli kimia bernama John Alfred

Valentine Butler dan Max Volmer

Persamaan Butler-Volmer

• merupakan rapat arus pertukaran untuk reaksi anodik dan katodik•

ialoverpotent cathodichigh at

exp

ialoverpotent anodichigh at

1exp

0`

0`

RT

nFii

RT

nFii

cc

aa

nnb

in

ain

a

iba

in

in

in

in

inF

RTi

nF

RT

oo

a

cc

a

c

cc

c

c

cc

c

1

0590 or

0590

1

0590 or

0590

equation Tafel known wellthe is equation The

reactionanodic C25 at 1

0590

1

0590

reactioncathodic C25 at 05900590

0

0

0

0

0

..

ln.

ln.

log

log.

log.

log.

log.

lnln

Butler Volmer Equation - Tafel Equation

• Slope/kemiringan Tafel adalah parameter intensif dan tidak bergantung luas area elektroda.

• i0 adalah termasuk parameter intensif dan dipengaruhi oleh luas area elektroda dan kinetika atau laju reaksi.

• Catatan bahwa Persamaan Tafel dibatasi oleh jumlah elektron, n, yang terlibat didalam transfer muatan reaksi terkontrol, sehingga disebut faktor simetri,

• n biasanya = 1; dan walaupun faktor simetri dapat bernilai bervariasi antara 0 dan 1, tapi secara normal mendekati 0,5.

Persamaan Tafel

Tafel Equation

• Persamaan Tafel menyatakan hubungan eksponensial antara arus dan overpotensial, atau antara overpotensial dan logaritmik kerapatan arus.

• Plot dari logaritmik rapat arus terhadap overpotensial akan dihasilkan garis Tafel, baik untuk katodik dananodik, sehingga dihasilkan Kurva Tafel.

• Kemiringan Kurva Tafel menunjukkan nilai koefisientransfer, untukarah tertentu reaksi elektroda.

Kurva Tafel

Rapat Arus Korosi & Laju Korosi

• Pada kurva tafel terdapat plot garis tafel katodik dan garis tafelanodik.

• Dari perpotongan antara garis tafel anodik dan garis tafel katodik, jika ditarik garis lurus terhadap sumbu logaritmik i, maka akandidapatkan nilai icorr

• Nilai laju korosi dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Laju korosi (r)

• Laju korosi yang terjadi tergantung pada kerapatan arus yang timbul (current density). Semakin tinggi kerapatan arus yang timbul maka korosi semakin hebat dan sebaliknya. Karena fenomena tersebut korosi dapat disimpulkan dengan pemakaian kurva tegangan fungsi arus yang selanjutnya disebut kurva polarisasi

Tafel Analysis

Current Density

Potential

• Laju korosi dalam kurva polarisasi dinyatakan dengan adanya Ecorr dan Icorr. Ecorr dan Icorr tidak bisa langsung didapatkan dalam kurva polarisasi, tetapi dimodelkan dengan adanya Tafel Equation dan Butler Volume Equation

• Ecorr = Potensial korosi bebas pada saat kesetimbangan.

• Epp = Potensial awal pada saat lapisan pasif akan dan mulai terbentuk (awal pasivasi)

• Ef = Potensial pada saat lapisan pasif terbentuk sempurna (pasif sempurna)

• Er = Potensial awal saat lapisan pasif pecah (break down of passivity)

• Icrit = Rapat arus yang terjadi pada saat lapisan pasif akan dan mulai terbentuk.

• Ip = Rapat arus yang terjadi pada saat lapisan pasif terbentuk sempurna

Karakteristik passivasi logam akti-pasif

Log Current Density

• Pada potensial yang lebih negatif dari Ecorr (daerah aktif). Reaksi yang terjadi adalah reaksi reduksi yang laju reaksinya mengikuti garis tafel.

• Potensial yang lebih positif dari Ecorr, laju reaksi oksidasi yaitu disolusi dari suatu logam M (MMn++e-) juga mengikuti tipe garis tafel.

• Pada titik Epp (Primary or Peak Passivation Potensial) sampai dengan Ef, potensial menuju keseimbangan antara logam M dan salah satu dari oksida-oksida (MO) diikuti dengan semakin lambatnya laju reaksi. Pada titik ini mulai menjadi pasif. Arus yang bersesuaian pada titik ini dinamakan Icrit (Critical Passivating Current Density).

• Pada potensial yang lebih besar dari Ef, terbentuk lapisan oksida pasif yang sangat tipis pada permukaan, sehingga laju reaksi dari disolusi metal menjadi lambat dan cenderung konstan. Arus yang bersesuaian dengan titik ini adalah Ip. Sebagai passivation current density. Peristiwa korosi disini cenderung terhenti. Kenaikan potensial berikutnya menyebabkan lapisan cenderung rusak oleh disolusi kimiawi atau serangan dari ion agrasif seperti klorida.

• Pada potensial yang lebih positif dari pada Er yaitu pada daerah transpasif, korosi metal mulai terjadi karena pecahnya lapisan oksida atau hidroksida (OH-), sehingga oksigen kembali bereaksi dengan logam M.

•

Evans Diagram