105

5. KOROSI DAN PENCEGAHANNYA

5-1 Pendahuluan

Atmosfer, air, dan tanah adalah lingkungan alam dimana logam dan obyek logam dapat

berinteraksi dan mengalami perubahan. Pada kondisi ini, logam-logam tertentu akan

mengalami kerusakan apabila mengalami serangan kimia, sedangkan beberapa logam lain

tidak. Sebagai contoh, dengan adanya udara dan air, besi akan berkarat (gambar a) dan

peralatan dari perak akan mengalami noda (bercak-bercak) (gambar b). Sedangkan logam

mulia seperti emas dan platina tidak mengalami reaksi dengan lingkungan.

(gambar a) (gambar b)

Korosi adalah kerusakan atau degradasi logam akibat reaksi reduksi oksidasi (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 reaksi oksidasi, sedangkan oksigen (udara) mengalami reaksi reduksi. Karat

logam umumnya berupa oksida atau karbonat. Rumus kimia karat besi adalah Fe2O3.nH2O,

suatu zat padat yang berwarna coklat-merah.

Korosi merupakan proses kimia (pada korosi kering) atau proses elektrokimia (pada korosi

basah). Pada korosi besi, bagian tertentu dari besi itu berlaku sebagai anoda, di mana besi

mengalami oksidasi.

Fe(p) Fe2+(aq) + 2e–

106

Elektron yang dibebaskan di anoda mengalir ke bagian lain dari besi itu yang bertindak

sebagai anoda, di mana oksigen tereduksi.

O2(g) + 4H+(aq) + 4e –

2H2O(c)atau

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. Mengenai bagian mana

dari besi itu yang bertindak sebagai anoda dan bagian mana yang bertindak sebagai katoda,

bergantung pada berbagai faktor, misalnya zat pengotor atau perbedaan kerapatan muatan

listrik dari logam itu. Penyebab utama terjadinya korosi besi adalah adanya oksigen di udara

dan air.

Besi tidak akan berkarat di udara kering atau di air yang bebas dari oksigen. Jadi baik oksigen

maupun air merupakan senyawa yang penting dalam korosi. Proses korosi ini juga

dipercepat oleh adanya asam dan elektrolit, kontak dengan logam yang lebih tidak reaktif

seperti tembaga (Cu), dan karat itu sendiri.

Kecepatan korosi sangat tergantung pada banyak faktor, seperti terbentuk atau tidaknya

lapisan oksida, karena lapisan oksida dapat menghalangi terjadinya proses korosi lebih lanjut,

dibandingkan dengan bila tidak ada lapisan oksida. Hasil reaksi korosi yang berbentuk oksida

akan menutupi permukaan logam, apabila lapisan oksida tersebut menghalangi kontak logam

lebih lanjut dengan lingkungannya, seperti oksida dari Al, Cr, Ni, dan Zn, maka lapisan

oksida akan menghambat proses korosi. Akan tetapi, apabila lapisan oksida berpori-pori,

107

seperti oksida logam alkali dan logam alkali tanah, atau mudah mengelupas, seperti oksida

Mo (MoO3) di atas logam Mo, maka korosi akan berlanjut. Logam digunakan secara luas

sebagai material untuk struktur, oleh karena itu, lingkungan yang memicu korosi seperti

peningkatan polusi udara dan air, memerlukan cara untuk melindungi material struktur

tersebut. Untuk itu, diperlukan pemahaman yang baik tentang mekanisme dari proses korosi.

Korosi adalah masalah ekonomi yang serius, sekitar 15% dari produksi besi tahunan

digunakan untuk mengganti besi yang tidak dapat digunakan lagi karena korosi. Korosi dapat

menyerang hanya bagian luar saja dan benda logam masih dapat berfungsi, akan tetapi karat

yang ada akan merusak pemandangan. Selain itu, korosi juga dapat menyerang bagian dalam

dan merusak seluruh struktur, hal ini sangat berbahaya, untuk itu diperlukan lapisan

pelindung. Dilihat dari jenis lingkungannya, korosi dapat terjadi pada lingkungan kering,

basah, atmosfer, dan tanah.

Korosi dapat juga terjadi karena kontak langsung dengan zat kimia, pada temperatur biasa

reaksi antara Mg/Sn dengan Cl2 berjalan cepat, sedangkan reaksi antara Mg/Ca dengan O2

berjalan dengan lambat. Pada temperatur tinggi, reaksi antara logam lain (Fe, Cu) dengan O2

berjalan dengan cepat, seperti logam yang diletakkan dalam nyala api. Pada lingkungan fasa

cair/basah akan terbentuk sel listrik dan korosi disebut korosi galvanik, reaksi anodik akan

terjadi pada logam yang berfungsi sebagai anoda, sedangkan reaksi katodik akan terjadi pada

logam yang berfungsi sebagai katoda. Reaksi yang terjadi adalah seperti yang telah dijelaskan

di atas.

108

Jenis sel listrik yang dapat terbentuk adalah :

1. Sel komposisi

Terjadi pada kontak/sambungan antara 2 logam (A dan B) yang tertutup oleh larutan

elektrolit, logam yang bersifat lebih anodik akan mengalami korosi.

2. Sel tegangan

Yang mengalami korosi adalah bagian logam yang terganggu susunan kristalnya apabila

tertutup larutan elektrolit, logam tersebut berfungsi sebagai anoda.

3. Sel konsentrasi

Terjadi pada ujung-ujung suatu batang kawat yang dicelupkan ke dalam larutan elektrolit

dengan konsentrasi yang berbeda. Apabila konsentrasi larutan elektrolit di A (katodik)

lebih besar dari pada konsentrasi larutan elektrolit di B (anodik), maka yang mengalami

korosi adalah ujung batang kawat yang tercelup pada B.

atau

M+ N

+

A K(V)

Pada anoda (A) terjadi reaksi oksidasi : M M+ + e–

M adalah bahan logam anoda, ketika M teroksidasi menjadi ion M+, maka dapat

dikatakan bahwa logam anoda dirusak.

Pada katoda (K) terjadi reaksi reduksi : N+ + e– N , dimana N menempel pada

katoda.

A

B

Elektrolit

A

Elektrolit

[M+]A > [M+]B

M+ M-

A B

Kawat

109

Pada sel konsentrasi, yang akan mengalami korosi adalah logam yang bersifat lebih

anodik. Sifat anodik dapat dilihat dari harga Potensial Elektroda Standar (PES) dari

masing-masing logam, semakin negatif harga PES semakin anodik logam tersebut. Di

bawah ini adalah daftar Potensial Elektrode Standar (PES) dari beberapa logam.

5-2 Korosi Kering

Korosi kering (dry corrosion) adalah korosi dari logam pada lingkungan gas. Reaksi antara

logam dengan udara atau oksigen murni yang membentuk oksida, dapat terjadi secara

spontan apabila perubahan energi bebas yang menyertai proses adalah negatif (∆G < 0).

Korosi kering terjadi karena tidak adanya cairan atau terjadi pada temperatur di atas titik

embun lingkungan. Korosi ini biasanya terjadi pada suhu yang relatif tinggi, atau dalam

lingkungan udara yang kering. Meskipun pembentukan oksida secara termodinamika adalah

proses yang mungkin, bahkan pada temperatur rendah, akan tetapi kecepatan oksidasi logam

pada temperatur ini rendah. Meskipun demikian, pada temperatur yang lebih tinggi, secara

kinetik oksidasi juga disukai. Korosi jenis ini, sering disebut dengan proses oksidasi bila

logam bereaksi dengan oksigen, sulfidasi bila logam bereaksi dengan sulfida, atau

karburisasi jika logam bereaksi dengan karbondi-oksida atau karbon mono-oksida. Oksidasi

Base metalsMetal Ion

Electrode

Potential V Anodic

Sodium Na+

-2.71

Magnesium Mg2+

-2.38

Alumunium Al3+

-1.67

Zinc Zn

2+ -0.76

Chromium Cr2+

-0.56

Iron Fe2+

-0.44

Cadmium Cd2+

-0.40

Cobalt

Co2+

-0.28

Nickel Ni2+

-0.25

Tin Sn2+

-0.14

Lead

Pb2+

-0.13

Hydrogen H+

0.000

Copper Cu2+

0.34

Mercury Hg2+

0.79

Silver Ag+

0.80

Platinum Pt2+

1.20

Noble metals Gold Au+

1.80 Cathodic

110

sering dijumpai pada sudu turbin gas, ruang bakar, dan bagian mesin yang bekerja pada

temperatur tinggi.

Lapisan oksida yang terbentuk pada temperatur ruangan biasanya sangat tipis untuk dapat

dilihat, akan tetapi apabila terbentuk pada temperatur tinggi, akan tampak berbagai warna

karena pengaruh sinar yang dipantulkan pada permukaan bawah dan atas dari lapisan oksida.

Dengan makin bertambahnya ketebalan lapisan oksida, warna akan hilang. Pemanasan lebih

lama pada temperatur tinggi, akan menghasilkan pembentukan kerak yang akan melindungi

permukaan logam dari proses korosi pada temperatur tinggi dan lingkungan oksidastif.

Setelah ketebalan tertentu, pada tempertaur tinggi, kerak akan remuk, dan permukaan logam

akan terbuka terhadap udara, dan mengalami proses korosi kembali.

Pertumbuhan lapisan oksida atau kerak pada permukaan logam tampaknya mengikuti tiga

hukum pertumbuhan, yaitu : hukum parabola, hukum linier, dan hukum logaritmik. Hukum-

hukum ini menjelaskan bagaimana ketebalan lapisan oksida bervariasi terhadap waktu.

Menurut Wagner, secara alamiah oksidasi dari logam adalah elektrolitik, dan sifat listrik

dari hasil korosi menentukan kecepatan oksidasi. Reaksi oksidasi secara keseluruhan

adalah sebagai berikut :

5-2.1.1 Oksidasi logam pada anoda : M Mn+ + n e – (M = logam)

5-2.1.2 Perpindahan elektron (e –) ke katoda

5-2.1.3 Gabungan antara elektron dan oksidator membentuk ion negatif : ½ X2 + e – X –

5-2.1.4 Perpindahan kation ke katoda dan anion ke anoda membentuk senyawa yang mengendap

Konduksi (penghantaran) ion dalam padatan jarang bercampur, dan arus dibawa oleh kation

atau anion tergantung pada struktur padatan (kisi). Pertumbuhan lapisan oksida dapat terjadi

sebagai berikut : oksida logam pada umumnya membentuk kisi-kisi ionik dan melalui kisi-

kisi ini :

1. Ion logam bermigrasi keluar

2. Ion oksida bermigrasi kedalam

3. Proses 1 dan 2 terjadi secara bersamaan, dan

4. Molekul oksigen menembus antar muka logam – oksida

Pertumbuhan baik lapisan film maupun kerak terjadi karena perpindahan ion dan elektron

melintasi lapisan oksida. Kecepatan pertumbuhan lapisan film tergantung kepada proses

111

perpindahan ini. Apabila kecepatan difusi (penyebaran) ion melintasi kisi merupakan tahap

lambat dari rangkaian reaksi menuju pembentukan oksida, maka kecepatan oksidasi akan

berkurang dengan bertambahnya ketebalan y dari lapisan film. Apabila ketebalan lapisan

filem bertambah dengan dy pada waktu dt, kecepatan pertumbuhan bervariasi terbalik dengan

ketebalan, jadi dy/dt ~ 1/y. Hal ini dapat dipecahkan dengan persamaan y2 = 2k1t dimaka k1

adalah koefisien difusi. Persamaan ini disebut Hukum Parabolik dari oksidasi, karena grafik

y terhadap t akan berbentuk parabola. Grafik seperti ini ditemukan pada oksidasi logam

seperti Cu, Ni, Cr, Fe, Co, dan logam-logam golongan II, pada temperatur tinggi.

Pertumbuhan noda (bercak) juga mengikuti hukum parabolik, dan dapat dicegah sebagai

berikut : aloy Cu – Al atau Cu – Be dioksidasi secara selektif sehingga terbentuk lapisan

isolasi (penyekat) listrik Al2O3 atau BeO. Perak murni yang mengandung 1% Al, dengan

perlakukan yang sama, menghasilkan perak yang bebas noda (bercak). Apabila kecepatan

oksidasi tetap, yaitu dy/dt = k2 atau y = k2t + c, dimana c adalah tetapan, maka disebut bahwa

oksidasi mengikuti Hukum Linier. Pada oksidasi tipe ini, kemungkinan pertama kali

terbentuk lapisan oksida pelindung yang sangat tipis, kemudian ketika mencapai ketebalan

tertentu, lapisan akan pecah sehingga permukaan logam terbuka terhadap oksigen.

Pembentukan lapisan film yang diikuti dengan pecahnya lapisan tersebut terjadi secara terus

menerus. Oleh karena itu, ketebalan lapisan pertama akan tetap, karena selalu diperbaharui

segera setelah lapisan oksida pecah. Hukum ini diikuti oleh logam-logam alkali. Hukum

Logaritmik dapat dinyatakan sebagai y = k3 log (at + 1) dimana k3 dan a adalah tetapan yang

tergantung pada tipe logam dan temperatur. Logam-logam Al, Zn, Be, dan Cr tampaknya

mengikuti hukum logaritmik. Tiga hukum oksidasi utama dapat dinyatakan sebagai diagram

seperti berikut :

Tetapan kecepatan k1, k2, dan k3, tergantung pada temperatur. Beberapa logam, seperti Ti,

mengikuti hukum logaritmik pada temperatur rendah, akan tetapi mengikuti hukum parabolik

pada temperatur lebih tinggi. Pada temperatur yang lebih tinggi, dapat juga mengikuti hukum

(1) Hukum Parabolik : y2 = 2k1t

(2) Hukum Linier : y = k2t + c

(3) Hukum Logaritmik : y = k3 log (at + 1)

y = ketebalan lapisan

t = waktu

k1, k2, k3, c, dan a = tetapan

y

t

(1)

(2)

(3)

112

linier. Menurut Pilling dan Bedworth, faktor kritis dalam perilaku oksidasi logam adalah

volum spesifik (volum molar) dari hasil korosi, dibandingkan dengan volum molar logam

asalnya. Apabila d adalah densitas dari oksida dan M adalah berat molekul, maka volum

molar adalah M/d. Apabila m adalah berat dari sejumlah logam yang dirubah menjadi oksida

dan d’ adalah densitasnya, maka volume logam yang dimusnahkan dalam pembentukan

oksida adalah m/d’. Kalau M/d < m/d’ , misal Md’/md < 1, maka lapisan oksida dapat

menutupi permukaan logam hanya kalau dibawah tegangan. Tegangan ini akan cenderung

menyebabkan pecahnya lapisan film, sehingga lapisan logam terbuka terhadap oksigen. Pada

kasus ini diharapkan berlaku hukum linier. Perbandingan volume antara CaO dan Ca adalah

0,64, jadi Ca menunjukkan reaksi kecepatan linier dengan oksigen. Contoh lain adalah

logam-logam alkali dan Mg. Kalau M/d > m/d’ , misal Md’/md > 1, maka lapisan oksida

dapat menutupi permukaan logam secara efektif. Pada kasus ini diharapkan berlaku hukum

parabolik, seperti pada logam-logam Al, Fe, Ni, Cu, dan Zn. Perbandingan volume antara

Cu2O terhadap Cu adalah 1,71, maka diharapkan proses oksidasi Cu mengikuti hukum

parabolik. Akan tetapi korelasi ini hanya baik pada pendekatan pertama, karena logam yang

sama dapat mengikuti kecepatan oksidasi yang berbeda sebagai fungsi waktu atau fungsi

temperatur. Tahap awal reaksi dapat mengikuti hukum logaritmik, kemudian mengikuti

hukum parabolik pada waktu yang lebih lama atau pada temperatur yang lebih tinggi, dan

akhirnya mengikuti hukum linier. Logam-logam dengan bilangan oksidasi lebih dari satu

(seperti Cu dan Fe) dapat membentuk lapisan oksida yang kompleks. Besi dipanaskan diatas

575°C akan tertutup dengan kerak berlapis, lapisan paling bawah adalah FeO, lapisan tengah

adalah Fe3O4, dan lapisan paling atas adalah Fe2O3. Akan tetapi, dibawah 575°C, FeO tidak

stabil, jadi hanya ada lapisan Fe3O4 dan Fe2O3. Pada temperatur yang lebih rendah lagi, hanya

ada lapisan Fe2O3. Adanya FeO pada kerak karat pada temperatur yang lebih tinggi membuat

proses descaling besi, melalui proses pickling dalam asam, cukup mudah karena akan terurai

menjadi Fe dan Fe3O4. Sebaliknya, kerak yang terbentuk pada temperatur yang lebih rendah

tidak mudah dihilangkan.

5-3 Korosi Basah

Korosi basah terjadi di lingkungan yang mengandung oksigen dan uap air. Korosi logam pada

lingkungan basah lebih umum terjadi dibandingkan dengan korosi kering. Korosi pada besi

113

adalah permulaan dari proses pembentukan karat yang membuat besi sebagai material

struktur menjadi tidak berguna, kecuali kalau dilakukan upaya pencegahan. Karat yang

terbentuk pada permukaan besi tidak melekat pada permukaan logam dan menyerap uap air,

dengan demikian maka dapat dikatakan bahwa karat tidak dapat digunakan sebagai pelindung

permukaan. Besi tidak akan berkarat pada udara kering atau dalam air yang benar-benar

bebas oksigen. Jadi, baik oksigen maupun air keduanya memegang peranan penting pada

proses korosi. Proses perkaratan ini juga dipercepat oleh adanya asam dan elektrolit, kontak

dengan logam yang lebih tidak reaktif, dan karat itu sendiri. Pada proses korosi, melalui

oksidasi, besi diubah menjadi senyawa dimana besi berada pada bilangan oksidasi yang lebih

tinggi. Karena oksidasi dan reduksi adalah proses yang berkesinambungan, maka di

lingkungan juga terjadi reduksi. Reaksi redoks sebagai dasar dari proses korosi merupakan

awal dari teori elektrokimia. Diatas sudah disebutkan bahwa perkaratan besi disebabkan

oleh kombinasi reaksi dari uap air, oksigen, dan CO2 pada besi, membentuk besi bikarbonat,

yang selanjutnya teroksidasi menjadi karat sebagai berikut :

2Fe + O2 + 4CO2 + 2H2O 2 Fe(HCO3)2

4Fe(HCO3)2 + O2 4Fe(OH)CO3 + 4CO2 + 2H2O

2Fe(OH)CO3 + 2H2O 2Fe(OH)3 atau Fe2O3.3H2O + 2CO2

karat

Teori ini didukung oleh fakta bahwa karat yang baru terbentuk mengandung besi (II) atau

besi (III) karbonat. Dalam tanah yang mengandung kapur atau NaOH, proses perkaratan akan

diperlambat dengan terserapnya CO2 menjadi Na2CO3.

Teori elektrokimia korosi

Menurut teori elektrokimia, korosi dari logam dalam larutan air merupakan proses dua tahap

yang berjalan pada saat yang sama, tahap satu melibatkan oksidasi dan tahap lainnya

melibatkan reduksi. Permukaan sepotong besi dapat digambarkan sebagai sederetan sel volta

atau sel galvani. Pada anoda dari masing-masing sel, Fe dioksidasi menjadi ion Fe2+, atom

logam pada kisi masuk ke larutan sebagai ion dan meninggalkan elektron pada logam itu

sendiri. Elektron-elektron ini mengalir ke daerah katoda melalui logam (konduktor listrik)

yang menghubungkan kedua sisi. Sirkuit listrik ini menjadi lengkap dengan konduksi ion

melalui larutan air dari elektrolit disekitar elektroda. Hal ini menjelaskan tentang peran dari

elektrolit dalam proses korosi. Dengan demikian terbentuklah sel galvani, dan aliran dari arus

114

positif melalui elektrolit dari anoda ke daerah katoda menyebabkan pelarutan atau korosi dari

anoda.

Pada katoda, apabila terdapat cukup tersedia ion hidrogen (medium asam) maka reaksi adalah

adalah sebagai berikut :

H+ + e – H dan H + H H2

Dalam larutan netral atau basa lemah, reaksi penyerapan oksigen menjadi lebih penting :

O2 + 2 H2O + 4 e – 4 OH –

Pada larutan asam, korosi besi dapat dipresentasikan sebagai berikut :

Anoda : 4 Fe 4 Fe2+ + 8 e – (1)

Katoda : 8 H+ + 8 e – + 2O2 4 H2O (2)

4 Fe2+ + O2 + 10 H2O 2 (Fe2O3.3H2O) + 8 H+ (3)

4 Fe + 3 O2 + 6 H2O 2 (Fe2O3.3H2O) (4)

karat

Apabila korosi disertai dengan evolusi hidrogen, maka reaksi secara keseluruhan adalah

sebagai berikut :

4 Fe + O2 + 10 H2O 2 (Fe2O3.3H2O) + 4 H2 (5)

karat

Reaksi (5) terjadi pada larutan yang agak asam. Ion-ion H+ yang dipakai dalam reaksi (2)

akan dihasilkan kembali pada reaksi (3), jadi ion-ion H+ sebetulnya adalah katalis sejati

untuk proses korosi, yang sangat mempercepat proses korosi.

Pada larutan netral atau basa lemah yang mengandung oksigen, reaksi : 2 H+ + 2 e– H2

dan seterusnya tidak terjadi, akan tetapi O2 akan tereduksi. Mekanisme korosi pada kondisi

ini dapat dipresentasikan sebagai berikut :

Anoda : 4 Fe 4 Fe2+ + 8 e – (1)

Katoda : 2 O2 + 4 H2O + 8 e – 8 OH– (6)

4 Fe2+ + 8 OH– 4 Fe(OH)2 (7)

4 Fe(OH)2 + 2 H2O + O2 2 (Fe2O3.3H2O) (8)

4 Fe + 3 O2 + 6 H2O 2 (Fe2O3.3H2O) (4)

karat

115

Pembentukan daerah anoda dan katoda pada permukaan logam dipengaruhi oleh beberapa

faktor seperti :

1. Kekasaran dari permukaan logam dan retakan pada permukaan lapisan

Pada permukaan logam yang kasar, apabila kekasaran digambarkan sebagai gelombang,

maka atom-atom di puncak gelombang dapat meninggalkan kisi lebih mudah

dibandingkan dengan atom-atom di dasar gelombang. Sebagai akibatnya, puncak

gelombang lebih bersifat anodik dibandingkan dengan dasar gelombang, maka puncak

gelombang akan terkorosi terlebih dahulu. Logam seperti Fe dan Zn, setelah terkena

udara akan mengandung lapisan oksida. Pada suatu waktu, mungkin saja oksida logam ini

berada pada kondisi yang lemah seperti retak, berpori, atau sangat tipis. Atom logam akan

lebih mudah meninggalkan kisi pada kondisi lemah tersebut. Ketika lembaran besi kontak

dengan elektrolit, maka daerah anoda akan terbentuk pada titik-titik di daerah yang lemah

dan reaksi katoda akan terbentuk pada daerah yang relatif tidak atau sedikit mengalami

kontak dengan elektrolit.

2. Adanya ketidakmurnian pada logam

Ketidakmurnian pada logam akan terkorosi atau tidak, tergantung pada harga potensial

elektroda standarnya. Logam dengan harga potensial elektroda standar lebih tinggi

disebut lebih mulia. Logam dengan harga potensial elektroda standar lebih tinggi (lebih

mulia) akan bertindak sebagai katoda dan terlindungi. Sedangkan logam dengan harga

potensial elektroda standar lebih rendah (lebih tidak mulia) akan bertindak sebagai anoda

dan mengalami korosi. Oleh karena itu, apabila ketidakmurnian pada logam mempunyai

harga potensial elektroda standar yang lebih rendah dari logamnya, maka bagian yang

tidak murni tersebut akan bertindak sebagai anoda dan terkorosi. Sebagai contoh, pada

sistem distribusi air biasanya digunakan gabungan pipa tembaga (Cu) dan pipa besi (Fe).

116

Karena logam Cu lebih mulia dari Fe, maka Cu akan bertindak sebagai katoda dan Fe

sebagai anoda. Maka Fe yang akan mengalami korosi, berdasarkan reaksi :

Fe + Cu2+ Fe2+ + Cu

Akan tetapi, apabila ketidakmurnian logam adalah Zn atau Mg, maka Fe yang lebih mulia

dari Zn/Mg akan bertindak sebagai katoda dan Zn/Mg akan bertindak sebagai anoda dan

mengalami korosi. Sel yang terbentuk karena perbedaan harga potensial standar logam

disebut sel galvani.

3. Perbedaan konsentrasi oksigen sepanjang permukaan logam.

Sel galvani juga dapat terjadi ketika ada perbedaan konsentrasi oksigen pada permukaan

logam, terutama dalam larutan elektrolit yang netral. Bagian dari logam yang dikelilingi

oleh konsentrasi oksigen yang tinggi akan menjadi katoda dan terlindungi dari korosi.

Sedangkan bagian logam yang dikelilingi oleh konsentrasi oksigen yang lebih rendah

akan menjadi anoda dan mengalami korosi. Daerah dengan konsentrasi oksigen yang

lebih tinggi mungkin dibuat pasif oleh lapisan oksida yang terbentuk, sehingga menjadi

lebih mulia.

Beberapa contoh korosi karena perbedaan konsentrasi oksigen adalah sebagai berikut :

a. Drop corrosion (korosi tetes)

Korosi ini terjadi kalau setetes larutan elektrolit jatuh pada logam. Apabila setetes

larutan NaCl diletakkan pada lempengan besi, maka korosi langsung terjadi dibawah

pusat tetesan, dan lingkaran karat berkembang di sekitar daerah pusat tetesan.

Oksigen yang terlarut dalam tetesan didistribusi secara seragam, akan tetapi akan

dikonsumsi secara lambat oleh reaksi katodik. Penggantian oksigen dalam larutan

(dari udara) sangat cepat terjadi pada daerah pinggir, dan daerah ini menjadi katoda.

Sedangkan daerah pusat dibawah tetesan yang memiliki konsentrasi oksigen yang

lebih rendah menjadi anoda.

117

Pada anoda, Fe dioksidasi menjadi ion Fe2+, dan pada katoda, O2 direduksi menjadi

ion OH–. Pembentukan ion-ion ini dapat ditunjukkan dengan menggunakan indikator,

daerah pinggiran akan berwarna merah muda, dan daerah dibawah tetesan akan

berwarna biru. Ion-ion Fe2+ akan bergerak ke daerah anoda, dan ion-ion OH– akan

bergerak ke daerah anoda. Pada suatu tempat diantara kedua pergerakan ini, kedua ion

bertemu dan terbentuk endapan Fe(OH)2. Endapan Fe(OH)2 ini kemudian dioksidasi

lebih lanjut oleh oksigen terlarut dan terbentuklah karat.

b. Crevice corrosion (korosi celah)

Apabila celah antara obyek logam yang berbeda atau antara materi logam dengan non

logam, misal : baut, mur, paku keling, ring, bersentuhan dengan cairan, maka celah

tersebut menjadi daerah anoda karena distribusi oksigen di daerah ini lebih sedikit

dibandingkan dengan daerah yang berada di daerah terbuka, yang akan menjadi

daerah katoda. Korosi akan terjadi pada daerah celah.

Endapan karat terjadi kalau obyek logam yang bersentuhan dengan air berada di

bawah kotoran, pasir, sampah, dan lain-lain, karena kotoran ini akan menyebabkan

penggantian oksigen ke permukaan logam menjadi sulit. Daerah yang tertutup kotoran

akan menjadi anoda, sedangkan daerah yang lebih terbuka terhadap oksigen akan

menjadi katoda. Karat yang terbentuk pada permukaan besi akan memicu korosi lebih

lanjut dengan penyerapan uap air dan elektrolit.

c. Waterline attack corrosion (korosi batas air)

Sebagai contoh, sebatang besi yang tercelup dalam air. Posisi besi dekat batas air akan

sangat mudah bersentuhan dengan oksigen dari udara dan bertindak sebagai katoda.

Sedangkan posisi besi yang tercelup dalam air akan sukar memperoleh oksigen, dan

bertindak sebagai anoda.

118

Korosi akan terjadi di daerah anoda dan reduksi oksigen menjadi ion-ion OH– terjadi

di daerah katoda. Ion-ion Fe2+ dan OH– berinteraksi di daerah antara anoda dan katoda

menghasilkan Fe(OH)2, yang selanjutnya akan dioksidasi oleh oksigen terlarut

menjadi karat. Dengan berjalannya waktu, daerah anoda secara perlahan-lahan akan

bergerak ke atas sampai seluruh batang besi berkarat.

d. Pitting corosion (korosi sumur)

Korosi sumur merupakan bentuk korosi yang terlokalisasi, dimana korosi yang terjadi

tidak memiliki kemungkinan untuk menyebar keluar permukaan. Pembentukan sumur

dimulai dengan penyerapan anion-anion aktif seperti ion Cl–, khususnya yang

berkaitan dengan ion logam teroksidasi seperti Cu2+, Fe3+, dan lain-lain, pada bagian

yang cacat dari lapisan oksida.

Seperti terlihat pada gambar, daerah yang terbuka terhadap udara adalah katoda.

Perbedaan antara besarnya katoda dan sempitnya anoda menyebabkan korosi yang

parah di daerah anoda. Hal ini berlanjut dengan pindahnya ion-ion Cl ke daerah

tersebut. Hidrolisis ion logam menghasilkan pembentukan larutan asam, dan larutan

dengan konduktivitas tinggi terbentuk di daerah tersebut. Ini merupakan faktor-faktor

yang menyebabkan korosi. Ion Fe2+ dan OH– berinteraksi menghasilkan Fe(OH)2,

yang selanjutnya akan teroksidasi menjadi karat. Endapan karat ini secara efektif akan

menghalangi dasar sumur dari oksigen, sehingga terjadi korosi parah yang

terlokalisasi.

119

5-4 Korosi Atmosfer dan Korosi tanah

Korosi atmosfer

Korosi atmosfer merupakan hasil kerja gabungan dari dua faktor yaitu oksigen dan uap air.

Kalau salah satu dari faktor ini tidak ada, maka tidak akan terjadi korosi. Pada atmosfer

dengan kelembaban lebih besar dari 60% (kelembaban kritis), maka proses perkaratan

dimulai, dan kecepatan proses ini akan meningkat tajam dengan meningkatnya kelembaban.

Meskipun kelembaban relatif tinggi, proses korosi dapat diabaikan asalkan atmosfer bebas

dari debu. Selain itu, besi tidak akan berkarat kalau ditutup dengan es, karena serangan

elektrokimia memerlukan air dalam bentuk cair. Sebagai contoh, benda-benda besi yang

ditinggalkan oleh para penjelajah di kutub Artic terbukti tidak terkorosi. Korosi atmosfer

akan meningkat kalau udara terpolusi oleh asap atau gas seperti SO2 dan uap lingkungan laut.

Beberapa partikel debu yang mengandung arang mampu menyerap SO2 dan mempercepat

proses korosi. Partikel padat seperti amonium sulfat dan jelaga yang merupakan polutan yang

biasa ada di daerah industri, mempercepat serangan. Serangan korosi tergantung pada sifat

karakteristik dari logam, sejauh mana kemampuan melindungi dari lapisan oksida yang ada,

dan konduktivitas lapisan cair yang bersentuhan dengan permukaan logam. Hujan, meskipun

merupakan sumber uap air untuk terjadinya korosi elektrokimia, dapat menghilangkan

lapisan yang terbentuk, terutama kalau lapisan tersebut tidak melekat dengan kuat, sehingga

dapat terjadi percepatan serangan korosi. Hujan juga memiliki peran yang menguntungkan

yaitu menghilangkan kontaminan yang merugikan. Dibandingkan Fe dan Cr, stainless steel,

Al, dan Ni tahan terhadap korosi atmosfer, yang disebabkan oleh sifat melindungi dari

lapisan oksida pada permukaannya. Akan tetapi, di atmosfer di daerah industri berat dan

daerah pemukiman, stainless steel, Al, dan Ni dapat terkorosi. Pada logam Cu, korosi

atmosfer menyebabkan pembentukan lapisan Cu sulfat basa, (CuSO4).Cu(OH)2, atau Cu

karbonat basa, (CuCO3).Cu(OH)2, yang akan memberikan perlindungan yang cukup bagi

logam dari serangan korosi selanjutnya.

Korosi tanah

Sifat korosif dari tanah, diantaranya sifat menyerap dan degree of aeration (derajat

pengudaraan) tampaknya tergantung pada daya hantar listrik (ketahanan listrik) tanah

tersebut. Tanah dengan ketahanan listrik rendah memiliki sifat korosif yang tinggi. Hal ini

dapat dimengerti karena ketahanan rendah mencerminkan adanya uap air dan elektrolit

120

terlarut, dua faktor yang memicu korosi. Jadi, pada tanah yang basah, korosi relatif berjalan

lebih cepat dibandingkan dengan pada tanah yang kering dimana ketahanan listriknya tinggi.

Dengan adanya uap air dan elektrolit, aliran arus korosi juga menjadi lebih mudah. Pada

tanah yang lebih dalam, kecepatan korosi tampaknya tergantung pada sebaran oksigen

terlarut dalam air tanah, dan kadang-kadang tergantung pada bakteri penghilang sulfat. Arus

listrik dari sistem aliran listrik seperti kereta listrik, dapat bocor ke struktur pengantar listrik

yang terkait. Titik dimana arus meninggalkan struktur adalah anoda, dan merupakan tempat

terjadinya korosi. Serangan korosi ini disebut stary-current corrosion, yang dapat

menyebabkan korosi sumur dan berakibat pada kerusakan yang cukup serius pada struktur

bawah tanah. Adanya elektrolit terlarut akan lebih membantu terjadinya korosi ini. Korosi

bawah tanah perlu diperhatikan, karena minyak, gas, dan air disalurkan melalui pipa besi

cor/tuang yang dipendam dalam tanah. Korosi grafit dari besi cor yang menyebabkan besi

menjadi lunak (dapat dipotong dengan pisau), diyakini disebabkan oleh : aksi elektrokimia

dimana Fe dari besi cor bertindak sebagai anoda dan grafit sebagai katoda, stary-current

corrosion, dan bakteri penghilang sulfat anaerobik yang tumbuh subur pada kondisi netral

dan tanpa udara. Korosi besi karena mikrobiologi anaerobik terjadi melalui reduksi H+ pada

katoda.

8 H2O 8 H+ + 8 OH–

4 Fe + 8 H+ 4 Fe2+ + 8 H

8 H + CaSO4 Ca(OH)2 + H2S + 2 H2O

Fe2+ + H2S FeS + 2 H+

3 Fe2+ + 6 OH– 3 Fe(OH)2

Hasil utama dari korosi adalah FeS dan Fe(OH)2, dan karena hasil ini tidak melindungi

permukaan besi, maka terjadi korosi yang terlokalisasi.

5-5 Pencegahan Korosi

Metoda yang digunakan untuk melindungi logam dari korosi biasanya adalah mencegah

terjadinya proses korosi. Metoda ini sangat tergantung pada lingkungan dimana logam

berada. Pada metoda ini, perlu ada perlakuan awal, yaitu logam harus dibersihkan sebelum

metoda perlindungan diterapkan. Perlakuan awal biasanya terdiri atas dua proses yaitu

121

degreasing dan descaling. Degreasing adalah membersihkan permukaan logam dari lapisan

yang berminyak dan berlemak dengan cara dilarutkan dengan pelarut organik yang mudah

menguap seperti trikhloroetana (CHCl = CCl2), tetrakloroetilen (Cl2C = CCl2), dan lainnya.

Descaling dapat efektif secara mekanik ataupun kimia. Kedua metoda ini akan dipelajari

lebih lanjut pada bab tentang lapisan pelindung.

Karena oksigen dan air merupakan hal yang penting dalam korosi, maka cara yang terbaik

untuk mencegah terjadinya korosi adalah dengan melindungi logam dari kedua senyawa

tersebut. Beberapa cara melindungi diantaranya adalah : modifikasi lingkungan, modifikasi

sifat logam, menggunakan lapisan pelindung, dan proteksi katodik.

1. Modifikasi lingkungan

Dapat dilakukan dengan :

a. Menghilangkan semua senyawa yang mendorong terjadinya korosi diantaranya

oksigen, asam, garam, uap air, dan partikel padat. Menghilangkan oksigen terlarut

dalam air dapat dilakukan secara fisik yaitu deaerasi atau secara kimia yaitu dengan

menambahkan zat pereduksi seperti N2H4, Na2SO3, dan lainnya. Asam dapat

dinetralkan dengan kapur, sedangkan garam dapat dihilangkan dengan menggunakan

resin penukar ion. Uap air di udara dapat dihilangkan dengan menggunakan silica gel,

sedangkan partikel padat diudara dapat dihilangkan dengan menyaring dengan

saringan yang sesuai.

b. Menghambat reaksi korosi dengan menambahkan senyawa inhibitor ke dalam

lingkungan. Inhibitor adalah senyawa anorganik (anodik dan katodik) atau organik

yang ditambahkan dalam jumlah kecil ke lingkungan korosif di sekitar logam atau

kombinasi loham (alloy), dan inhibitor akan menghambat kecepatan korosi. Seperti

telah dibahas sebelumnya, bahwa reaksi korosi adalah reaksi redoks pada sel

elektrokimia yang menghasilkan arus listrik. Kecepatan reaksi elektrokimia korosi

(secara keseluruhan) secara prinsip dapat ditentukan oleh kecepatan reaksi anoda atau

katoda. Apabila suplai oksigen ke katoda bertambah, maka kecepatan reaksi katoda

akan meningkat, sebagai akibatnya kecepatan reaksi pada anoda juga bertambah.

Kecepatan reaksi korosi ditentukan oleh arus listrik yang mengalir dalam lingkaran

(sirkuit) arus listrik. Faktor apa saja yang mengambat sirkuit arus listrik atau

mengurangi perbedaan potensial antara anoda dan katoda, akan mengurangi aliran

arus listrik, dan mencegah terjadinya korosi. Inhibitor merupakan senyawa yang dapat

122

digunakan untuk mengurangi perbedaan potensial ini, apabila senyawa tersebut

menghambat arus listrik pada anoda maka disebut inhibitor anodik, sedangkan yang

menghambat arus listrik pada katoda disebut inhibitor katodik. Pada reaksi anoda,

digunakan inhibitor anodik seperti Na2CrO4 atau NaNO2 (zat pengoksidasi) untuk

mencegah pengendapan Fe(OH)2, dengan tidak terbentuknya endapan Fe(OH)2 maka

proses korosi berhenti. Pada reaksi katoda, digunakan inhibitor katodik seperti

ZnSO4 atau MgSO4 untuk mencegah reduksi O2 menjadi ion OH– pada katoda.

Inhibitor pengoksidasi dan indikator alkalin hanya efektif digunakan pada larutan

netral atau basa. Pada larutan asam dapat digunakan inhibitor organik seperti

senyawa organik yang mengandung sulfur atau nitrogen.

2. Modifikasi sifat logam

Memodifikasi lingkungan untuk mengurangi efek korosi tidak selalu merupakan cara

yang baik atau cara yang dapat dilakukan. Pada pabrik kimia, penggunaan inhibitor

mungkin akan menyebabkan masalah kontaminasi, yang mengakibatkan produk tidak

sesuai untuk dipasarkan atau digunakan. Untuk itu dapat dipilih logam atau alloy dengan

sifat yang sesuai, atau memodifikasi sifat logam melalui alloy-ing (penambahan logam

lain), refining (pemurnian), dan annealing (penguatan). Pada keadaan asam, alloy-ing

digunakan untuk mencegah korosi dengan cara mempasifkan, menetralkan, dan

menghambat.

a. Mempasifkan

Alloy-ing Al, Cr, Ti, Ni, dan Mo, karena lapisan-lapisan oksida pelindung akan

membuat baja lebih tidak korosif. Pada lingkungan yang mengandung khlorida,

lapisan oksida mungkin akan pecah. Alloy-ing dengan Ni dalam jumlah banyak akan

membuat baja tahan korosi dalam larutan asam.

b. Menetralkan

Alloy-ing Ti, Nb, dan Ta dikombinasikan dengan C akan membentuk karbida dan

membuat stainless steel tahan terhadap korosi. Atau dapat juga alloy-ing baja dengan

Mn dan Cu dikombinasi dengan S.

c. Menghambat

Alloy-ing As dan Sb pada kuningan akan mencegah de-zin-cificasi.

Metoda lain untuk meningkatkan ketahanan logam terhadap korosi adalah refining

(pemurnian) dan annealing (penguatan). Pada refining (pemurnian), dilakukan

123

pengurangan kandungan S dan P dalam baja atau kandungan C dalam baja tahan karat.

Sedangkan annealing adalah pemanasan untuk menghilangkan sisa partikel yang

membuat logam menjadi kaku. Pemanasan dilakukan untuk merubah struktur dari alloy.

3. Lapisan pelindung

Tujuan utama dari lapisan pelindung adalah melindungi permukaan logam dari kontak

dengan oksigen dan uap air di udara. Pembahasan yang lebih rinci akan dilakukan dalam

bab tersendiri.

4. Proteksi katodik

Metoda ini sesuai untuk struktur yang terendam dalam larutan atau terkubur dalam tanah

yang menghantar listrik. Metoda ini melibatkan perubahan potensial elektrokimia dari

logam untuk mencegah atau sekurang-kurangnya mengurangi pelarutan logam tersebut.

Logam yang akan dilindungi difungsikan sebagai katoda sehingga terlindungi dari proses

korosi. Dengan demikian perlu dicari logam yang lebih tidak mulia untuk dijadikan

anoda.

Untuk melindungi baja, digunakan Mg, Zn, Al, atau alloy sebagai logam yang

dikorbankan (anoda). Untuk melindungi Cu, dapat digunakan baja karbon sebagai anoda.

Pipa untuk mengalirkan air minum, minyak, dan gas, perlu dilindungi dengan

menyambungkan dengan logam yang lebih tidak mulia sebagai anoda pada tempat-tempat

sepanjang pipa.

5-6 Pencegahan Korosi Melalui Pemilihan Bahan dan Desain

Semua usaha untuk mencegah terjadinya korosi sebaiknya dimulai dari tahapan membuat

desain. Sebelum menetapkan desain, harus diperhitungkan terlebih dahulu dengan seksama

124

tentang material untuk konstruksi, kondisi atmosfer dan lingkungan, akses untuk

pemeliharaan dan perbaikan, dan lain-lain.

Prinsip-prinsip pemilihan desain dan materi adalah sebagai berikut :

1. Pada setiap desain, semakin banyak sudut, pojok, pinggiran, dan permukaan dalam,

semakin sulit untuk melakukan tindakan permukaan yang efisien. Oleh karena itu,

sedapat mungkin hindari profil dengan bentuk L, T, dan U dalam konstruksi.

2. Tidak ada korosi yang terjadi tanpa adanya uap air. Desain struktur sebaiknya sedemikian

rupa sehingga uap air tidak tinggal lama pada bahan yang di desain. Profil harus diatur

sedemikian rupa supaya air akan teralirkan sampai habis, dan sedapat mungkin hindari

crevice corrosion (korosi celah). Sebagai contoh, desain kotak listrik yang bersentuhan

dengan atmosfer harus sedemikian rupa sehingga air tidak tinggal diatas atau di celah.

Desain tempat penampungan air harus dapat dikeringkan dan dibersihkan dengan

sempurna.

125

Uap air yang mengembun yang terbentuk ketika ada kontak antara gas panas dengan

permukaan logam yang dingin akan menimbulkan masalah yang serius. Uap air yang

mengembun bukan air murni, dan mungkin mengandung elektrolit. Hal ini dapat

dihindari dengan membuat desain yang mengalirkan sampai habis uap air yang

mengembun atau dengan menghindari terjadinya pengembunan melalui pemasangan

isolasi panas.

3. Korosi galvani harus dihindari. Korosi jenis ini terjadi apabila logam-logam yang

berhubungan memiliki perbedaan potensial, hadirnya elektrolit, larutan mengandung

oksigen atau asam yang menyebabkan reaksi katoda. Pemilihan desain dan material harus

menghindari terjadinya hal-hal tersebut. Logam dan alloy yang berbeda jangan

disambungkan, terutama kalau logam/alloy tersebut berbeda jauh potensial elektrodanya.

Apabila hal ini tidak dapat dihindari, maka gunakan isolasi listrik yang efisien, yang tidak

menyerap uap air.

Kecepatan korosi juga tergantung pada besar relatif dari anoda dan katoda, kombinasi

antara anoda yang kecil dan katoda yang besar sedapat mungkin dihindari. Oleh karena

itu, pada pengelasan, baut, mur, dan sekrup sebaiknya dibuat dari logam yang lebih mulia

dari pada logam yang disambungkan. Cat anti korosi yang baik akan membuat proses

korosi pada tingkat yang minimum. Pengelasan yang tidak berkesinambungan tidak

disarankan, dilihat baik dari sudut pandang mekanika maupun korosi. Sisi las yang lebih

kecil sebaiknya yang diarahkan ke medium yang korosif.