ARTIKEL KOROSI PADA LOGAM BESI
A. PENGERTIAN KOROSI
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. Ada 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).
Kecepatan korosi sangat tergantung 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.
B. PROSES TERJADINYA KOROSI
Korosi atau pengkaratan
merupakan fenomena kimia pada bahan – bahan logam yang pada dasarnya merupakan
reaksi logam menjadi ion pada permukaan logam yang kontak langsung dengan
lingkungan berair dan oksigen. Contoh yang paling umum, yaitu kerusakan logam
besi dengan terbentuknya karat oksida. Dengan demikian, korosi menimbulkan
banyak kerugian.
Korosi logam melibatkan
proses anodik, yaitu oksidasi logam menjadi ion dengan melepaskan elektron ke
dalam (permukaan) logam dan proses katodik yang mengkonsumsi electron tersebut
dengan laju yang sama : proses katodik biasanya merupakan reduksi ion hidrogen
atau oksigen dari lingkungan sekitarnya. Untuk contoh korosi logam besi dalam
udara lembab, misalnya proses reaksinya dapat dinyatakan sebagai berikut :
Anode {Fe(s)→ Fe2(aq)+ 2
e}
x
2
Katode O2(g)+ 4H(aq)+ 4
e → 2 H2O(l)
+
Redoks 2 Fe(s) + O2 (g)+
4 H(aq)→ 2 Fe2++ 2 H2O(l)
Dari data potensial
elektrode dapat dihitung bahwa emf standar untuk proses korosi ini, ,yaituE0sel =
+1,67 V ; reaksi ini terjadi pada lingkungan asam dimana ion H+ sebagian
dapat diperoleh dari reaksi karbon dioksida atmosfer dengan air membentuk
H2CO3. Ion Fe+2 yang terbentuk, di anode kemudian teroksidasi lebih lanjut oleh
oksigen membentuk besi (III) oksida :
4 Fe+2(aq)+ O2 (g) + (4 + 2x) H2O(l) → 2 Fe2O3x H2O
+ 8 H+(aq)
Hidrat besi (III) oksida
inilah yang dikenal sebagai karat besi. Sirkuit listrik dipacu oleh migrasi
elektron dan ion, itulah sebabnya korosi cepat terjadi dalam air garam.Jika proses korosi
terjadi dalam lingkungan basa, maka reaksi katodik yang terjadi, yaitu :
O2 (g) + 2 H2O(l)+ 4e →
4 OH-(aq)
Oksidasi lanjut ion Fe2+
tidak berlangsung karena lambatnya gerak ion ini sehingga sulit berhubungan
dengan oksigen udara luar, tambahan pula ion ini segera ditangkap oleh garam
kompleks hexasianoferat (II) membentuk senyawa kompleks stabil biru. Lingkungan
basa tersedia karena kompleks kalium heksasianoferat (III).
Korosi besi realatif
cepat terjadi dan berlangsung terus, sebab lapisan senyawa besi (III) oksida
yang terjadi bersifat porous sehingga mudah ditembus oleh udara maupun air.
Tetapi meskipun alumunium mempunyai potensial reduksi jauh lebih negatif
ketimbang besi, namun proses korosi lanjut menjadi terhambatkarena hasil
oksidasi Al2O3, yang melapisinya tidak bersifat porous sehingga melindungi
logam yang dilapisi dari kontak dengan udara luar.
C. DAMPAK DARI KOROSI
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. Sedangkan dari katoda terjadi reaksi, dimana ion-ion dari lingkungan
mendekati logam dan menangkap elektron- elektron yang tertinggal pada logam.
Dampak yang ditimbulkan
korosi sungguh luar biasa. Berdasarkan pengalaman pada tahun-tahun sebelumnya,
Amerika Serikat mengalokasikan biaya pengendalian korosi sebesar 80 hingga 126
milyar dollar per tahun. Di Indonesia, dua puluh tahun lalu saja biaya yang
ditimbulkan akibat korosi dalam bidang indusri mencapai 5 trilyun rupiah. Nilai
tersebut memberi gambaran kepada kita betapa besarnya dampak yang ditimbulkan
korosi dan nilai ini semakin meningkat setiap tahunnya karena belum
terlaksananya pengendalian korosi secara baik bidang indusri. 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,
tanki 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.
D. BENTUK-BENTUK KOROSI
Bentuk-bentuk korosi
dapat berupa korosi merata, korosi galvanik, korosi sumuran, korosi celah,
korosi retak tegang (stress corrosion cracking), korosi retak fatik (corrosion
fatique cracking) dan korosi akibat pengaruh hidogen (corrosion induced
hydrogen), korosi intergranular, selective leaching, dan korosi erosi.
Korosi merata
adalah korosi yang terjadi secara serentak diseluruh permukaan logam, oleh
karena itu pada logam yang mengalami korosi merata akan terjadi pengurangan
dimensi yang relatif besar per satuan waktu. Kerugian langsung akibat korosi
merata berupa kehilangan material konstruksi, keselamatan kerja dan pencemaran
lingkungan akibat produk korosi dalam bentuk senyawa yang mencemarkan
lingkungan. Sedangkan kerugian tidak langsung, antara lain berupa penurunan
kapasitas dan peningkatan biaya perawatan (preventive maintenance).
Korosi galvanik terjadi apabila dua logam yang tidak sama dihubungkan dan berada
di lingkungan korosif. Salah satu dari logam tersebut akan mengalami korosi,
sementara logam lainnya akan terlindung dari serangan korosi. Logam yang
mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial yang lebih rendah dan
logam yang tidak mengalami korosi adalah logam yang memiliki potensial lebih
tinggi.
Korosi sumuran
adalah korosi lokal yang terjadi pada permukaan yang terbuka akibat pecahnya
lapisan pasif. Terjadinya korosi sumuran ini diawali dengan pembentukan lapisan
pasif dipermukaannya, pada antarmuka lapisan pasif dan elektrolit terjadi
penurunan pH, sehingga terjadi pelarutan lapisan pasif secara perlahan-lahan
dan menyebabkan lapisan pasif pecah sehingga terjadi korosi sumuran. Korosi
sumuran ini sangat berbahaya karena lokasi terjadinya sangat kecil tetapi
dalam, sehingga dapat menyebabkan peralatan atau struktur patah mendadak.
Korosi celah
adalah korosi lokal yang terjadi pada celah diantara dua komponen. Mekanisme
terjadinya korosi celah ini diawali dengan terjadi korosi merata diluar dan
didalam celah, sehingga terjadi oksidasi logam dan reduksi oksigen. Pada suatu
saat oksigen (O2) di dalam celah habis, sedangkan oksigen (O2) diluar celah
masih banyak, akibatnya permukaan logam yang berhubungan dengan bagian luar
menjadi katoda dan permukaan logam yang didalam celah menjadi anoda sehingga
terbentuk celah yang terkorosi.
Korosi retak tegang (stress corrosion cracking), korosi retak fatik (corrosionfatique cracking) dan korosi
akibat pengaruh hidogen (corrosion inducedhydrogen)
adalah bentuk korosi dimana material mengalami keretakan akibatpengaruh
lingkungannya. Korosi retak tegang terjadi pada paduan logam yang mengalami
tegangan tarik statis dilingkungan tertentu, seperti : baja tahan karat sangat
rentan terhadap lingkungan klorida panas, tembaga rentan dilarutan amonia dan
baja karbon rentan terhadap nitrat. Korosi retak fatk terjadi akibat tegangan
berulang dilingkungan korosif. Sedangkan korosi akibat pengaruh hidogen terjadi
karena berlangsungnya difusi hidrogen kedalam kisi paduan.
Korosi intergranular adalah bentuk korosi yang terjadi pada paduan logam akibat
terjadinya reaksi antar unsur logam tersebut di batas butirnya. Seperti yang
terjadi pada baja tahan karat austenitik apabila diberi perlakuan panas. Pada
temperatur 425 – 815oC karbida krom (Cr23C6)
akan mengendap di batas butir. Dengan kandungan krom dibawah 10 %, didaerah
pengendapan tersebut akan mengalami korosi dan menurunkan kekuatan baja tahan
karat tersebut.
Selective leaching adalah korosi yang terjadi pada paduan logam
karena pelarutan salah satu unsur paduan yang lebih aktif, seperti yang biasa
terjadi pada paduan tembaga-seng. Mekanisme terjadinya korosi selective
leaching diawali dengan terjadi pelarutan total terhadap semua unsur. Salah
satu unsur pemadu yang potensialnya lebih tinggi akan terdeposisi, sedangkan
unsur yang potensialnya lebih rendah akan larut ke elektrolit. Akibatnya
terjadi keropos pada logam paduan tersebut. Contoh lain selective leaching
terjadi pada besi tuang kelabu yang digunakan sebagai pipa pembakaran.
Berkurangnya besi dalam paduan besi tuang akan menyebabkan paduan tersebut
menjadi porous dan lemah, sehingga dapat menyebabkan terjadinya pecah pada
pipa.
E. BAKTERI PENYEBAB KOROSI
Fenomena korosi yang terjadi
dapat disebabkan adanya keberadaan dari bakteri. Jenis-jenis bakteri yang
berkembang yaitu :
Bakteri ini mereduksi
sulfat menjadi sulfit, biasanya terlihat dari meningkatnya kadar H2S atau Besi
sulfida.Tidak adanya sulfat, beberapa turunan dapat berfungsi sebagai fermenter
menggunakan campuran organik seperti pyruvnate untuk memproduksi asetat,
hidrogen dan CO2, banyak bakteri jenis ini berisi enzim hidrogenase yang
mengkonsumsi hidrogen.
Bakteri reduksi sulfat bakteri ini merupakan
bakteri jenis anaerob membutuhkan lingkungan bebas oksigen atau lingkungan
reduksi, bakteri ini bersirkulasi di dalam air aerasi termasuk larutan klorin
dan oksidiser lainnya, hingga mencapai kondisi ideal untuk mendukung
metabolisme. Bakteri ini tumbuh pada oksigen rendah. Bakteri ini tumbuh pada
daerah-daerah kanal, pelabuhan, daerah air tenang tergantung pada
lingkungannya.
Bakteri oksidasi sulfur-sulfida bakteri jenis ini
merupakan bakteri aerob yang mendapatkan energi dari oksidasi sulfit atau
sulfur. Bebarapa tipe bakteri aerob dapat teroksidasi sulfur menjadi asam
sulfurik dan nilai pH menjadi 1. Bakteri Thiobaccilus umumnya ditemukan di
deposit mineral dan menyebabkan drainase tambang menjadi asam.
-
Bakteri besi mangan oksida bakteri memperoleh
energi dari osidasi Fe2+ Fe3+ dimana deposit berhubungan dengan bakteri korosi.
Bakteri ini hampir selalu ditemukan di Tubercle (gundukan Hemispherikal
berlainan ) di atas lubang pit pada permukaan baja. Umumnya oksidaser besi
ditemukan di lingkungan dengan filamen yang panjang.
F. MASALAH YANG TERJADI DI LAPANGAN
Banyak sekali di dunia
industri dan fasilitas umum terjadi proses korosi disebabkan oleh fenomena
biokorosi akibat adanya bakteri. Kasus-kasus tersebut yaitu :
Pipa-pipa bawah tanah di
Industri minyak dan gas bumi. Dalam suatu contoh kasus
dari perusahaan Korea Gas Corporation (KOGAS) menggunakan pipa-pipa gas yang
dilapis denganpolyethy lene (APL 5L X-65). Selama instalasi, pipa dilas tiap 12
meter dan diproteksi denganim pr es s ed current proteksi katodik dengan
potensial proteksi –850 mV (vs saturated Cu/CuSO4). Kemudian beberapa tahun
dicek kondisi lapis lindung maupun korosi aktif menggunakan pengujian potensial
gardien5, hasilnya berupa letak-letak coating defect di sepanjang pipa.
Kegagalan selanjutnya yaitu adanya disbonded coating area di permukaan pipa
yang disebabkan adanya arus proteksi katodik yang berlebihan terekspos. Coating
defect dan daerah disbonded coating sangat baik untuk perkembangan mikroba
anaerob. Pada disbonded coating area terjadi korosi local (pitting), lubang pit
berbentuk hemisspherikal dalam tiap-tiap kelompok.
Kedalaman pit 5-7 mm
(0,22 – 0,47 mm/year)4, bentuk pit ini menindikasikan karakter bakteri reduksi
sulfat terlihat pada Gambar di bawah ini:
Lubang korosi 1.
Kerusakan pada pipa akibat korosi (karat) secara mikrobiologis
Peralatan sistem
pemyemprot pemadam kebakaran. Di kota Kalifornia
Amerika serikat, departemen pemadam kebakaran mengalami masalah cukup sulit
dimana debit air alat system penyemprot turun walau tekanan cukup besar,
setelah diselidiki maka di dalam alat penyemprot terjadi suatu korosi yang
disebabkan oleh aktifitas mikroba dipermukaan dinding bagian dalam yang terbuat
dari baja karbon dan tembaga saat beberapa bulan pembelian.
Hal ini disebabkan
adanya biodeposit (turbucle) yang tumbuh di di dinding bagian dalam, kemudian
di dalam biodeposit tersebut terjadi aktifitas degradasi lokal berupa korosi
pitting sehingga mengurangi tebal pipa dan aktifitas ini menghasilkan senyawa
H2S di lubang pit yang mengakibatkan keadaan asam dan mempercepat kelarutan
logam.
G. KOROSI DAN CARA PENCEGAHANNYA
Korosi atau perkaratan
sangat lazim terjadi pada besi. Besi merupakan logam yang mudah
berkarat. Karat besi merupakan zat yang dihasilkan pada peristiwa korosi,
yaitu berupa zat padat berwarna coklat kemerahan yang bersifat rapuh serta
berpori. Rumus kimia dari karat besi adalah Fe2O3.xH2O.
Bila dibiarkan, lama kelamaan besi akan habis menjadi karat.
Dampak dari peristiwa
korosi bersifat sangat merugikan. Contoh nyata adalah keroposnya
jembatan, bodi mobil, ataupun berbagai konstruksi dari besi lainnya.Siapa di
antara kita tidak kecewa bila bodi mobil kesayangannya tahu-tahu sudah
keropos karena korosi. Pasti tidak ada. Karena itu, sangat penting
bila kita sedikit tahu tentang apa korosi itu, sehingga bisa diambil
langkah-langkah antisipasi.
Peristiwa korosi sendiri
merupakan proses elektrokimia, yaitu proses (perubahan / reaksi kimia) yang
melibatkan adanya aliran listrik. Bagian tertentu dari besi berlaku
sebagai kutub negatif (elektroda negatif, anoda), sementara bagian yang lain
sebagai kutub positif (elektroda positif, katoda). Elektron mengalir dari
anoda ke katoda, sehingga terjadilah peristiwa korosi
Ion besi (II)yang
terbentuk pada anoda selanjutnya teroksidasi menjadi ion besi (III) yang
kemudian membentuk senyawa oksida terhidrasi (karat besi), Fe2O3.xH2O. Dari reaksi terlihat bahwa korosi
melibatkan adanya gas oksigen dan air. Karena itu, besi yang disimpan
dalam udara yang kering akan lebih awet bila dibandingkan ditempat yang
lembab. Korosi pada besi ternyata dipercepat oleh beberapa faktor,
seperti tingkat keasaman, kontak dengan elektrolit, kontak dengan pengotor,
kontak dengan logam lain yang kurang aktif (logam nikel, timah, tembaga), serta
keadaan logam besi itu sendiri (kerapatan atau kasar halusnya permukaan).
H. PENCEGAHAN KOROSI
Pencegahan korosi
didasarkan pada dua prinsip berikut :
Mencegah kontak dengan
oksigen dan/atau air. Korosi besi memerlukan
oksigen dan air. Bila salah satu tidak ada, maka peristiwa korosi tidak dapat
terjadi. Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat, oli, logam
lain yang tahan korosi (logam yang lebih aktif seperti seg dan krom).
Penggunaan logam lain yang kurang aktif (timah dan tembaga) sebagai pelapis
pada kaleng bertujuan agar kaleng cepat hancur di tanah. Timah atau tembaga
bersifat mampercepat proses korosi.
Perlindungan katoda
(pengorbanan anoda). Besi yang dilapisi atau
dihubugkan dengan logam lain yang lebih aktif akan membentuk sel elektrokimia
dengan besi sebagai katoda. Di sini, besi berfungsi hanya sebagai tempat
terjadinya reduksi oksigen. Logam lain berperan sebagai anoda, dan mengalami
reaksi oksidasi. Dalam hal ini besi, sebagai katoda, terlindungi oleh
logam lain (sebagai anoda, dikorbankan). Besi akan aman terlindungi
selama logam pelindungnya masih ada / belum habis. Untuk perlindungan
katoda pada sistem jaringan pipa bawah tanah lazim digunakan logam magnesium,
Mg. Logam ini secara berkala harus dikontrol dan diganti. Membuat alloy atau
paduan logam yang bersifat tahan karat, misalnya besi dicampur
dengan logam Ni dan Cr menjadi baja stainless (72% Fe, 19%Cr, 9%Ni).
I. HASIL
ANALISIS
Hasil analisis dari logam besi yang
berubah menjadi karat adalah Korosi
atau perkaratan logam merupakan proses oksidasi sebuah logam dengan udara atau elektrolit
lainnya, dimana udara atau elektrolit akan mengami reduksi, sehingga proses
korosi merupakan proses elektrokimia, dangan proses Korosi terjadi melalui reaksi redoks, di mana logam mengalami oksidasi,
sedangkan oksigen mengalami reduksi.
Penyebabnya antara lain :
Zat terlarut
pembentuk asam (CO2, SO2)
Lapisan pada
permukaan logam
Letak logam dalam
deret potensial reduksi
Untuk itu
persamaan reaksi pembentukan karatnya dapat dituliskan dengan :
Fe(s) → Fe2+(aq)
+ 2e–(ANODE)
O2(g)
+ 2H2O(g) + 2e– → 4OH–(aq) (KATODE)
Reaksi keseluruhan pada korosi besi
adalah sebagai berikut (lihat mekanisme pada Gambar 2) :
4Fe(s)
+ 3O2(g) + n H2O(l)
|
→
|
2Fe2O3.nH2O(s)
|
|
|
Karat
|
|
|
|
Karat besi adalah senyawa yang
terbentuk dari hasil reaksi antara besi dan oksigen (besi oksida). Perkaratan
besi merupakan salah satu contoh dari reaksi
oksidasi. Persamaan reaksi pembentukan oksida besi dapat ditulis sebagai
berikut.
4Fe(s)
+ 3O2(g) → 2Fe2O3(s)
Pada reaksi tersebut, besi mengalami
oksidasi dengan cara mengikat oksigen menjadi besi oksida. Kebalikan dari
reaksi oksidasi dinamakan reaksi reduksi. Pada reaksi reduksi terjadi
pelepasan oksigen. Besi oksida dapat direduksi dengan cara direaksikan dengan
gas hidrogen, persamaan reaksinya:
Fe2O3(s)
+ 3H2(g)→2Fe(s) + 3H2O(g)
J. KESIMPULAN
Korosi atau perkaratan logam
merupakan proses oksidasi sebuah logam dengan udara atau elektrolit lainnya,
dimana udara atau elektrolit akan mengami reduksi, sehingga proses korosi
merupakan proses elektrokimia
proses terjadinya perkaratan :
Korosi terjadi melalui reaksi redoks, di mana logam
mengalami oksidasi, sedangkan oksigen mengalami reduksi
penyebab terjadinya karat :
Zat terlarut
pembentuk asam (CO2, SO2)
Lapisan pada
permukaan logam
Letak logam dalam
deret potensial reduksi
persamaan reaksi pembentukan karat :
Anode:Fe(s) → Fe2+(aq) + 2e–
Katode: O2(g) + 2H2O(g)
+ 2e– → 4OH–(aq)
oksidator
dan reduktor
reaksi oksidasi, pada reaksi tersebut besi mengalami oksidasi dengan cara
mengikat oksigen menjadi besi oksida. Kebalikan dari reaksi oksidasi dinamakan reaksi
Pada reaksi
reduksi terjadi pelepasan oksigen.