Redoks dan Elektrokimia: Korosi

Redoks dan Elektrokimia. Korosi adalah kemerosotan atau kerusakan sifat logam oleh karena proses elektrokimia, yang biasanya berjalan lambat. Contoh yang paling umum adalah korosi logam besi dengan terbentuknya karat oksidanya. Dengan demikian korosi menimbulkan banyak kerugian. Korosi logam melibatkan proses anodik yaitu oksidasi logam menjadi ionnya dengan melepaskan elektron ke dalam (permukaan) logam dan proses katodik yang mengkonsumsi elektron tersebut dengan laju yang sama. Proses katodik biasanya merupakan reduksi ion hidrogen atau oksigen dari lingkungan sekitarnya.

Reaksi Kimia Korosi Logam

Untuk contoh korosi logam besi dalam udara lembab, proses reaksi redoks yang terjadi dapat dinyatakan sebagai berikut:

Anoda  :   { Fe (s)                                                 Fe²⁺ (aq) + 2 e }            2x
Katoda :    O² (g) + 4 H⁺ (aq) + 4 e                    2 H₂O (l)
Redoks :    2 Fe (s) + O₂ (g) + 4 H⁺ (aq)             Fe²⁺ (aq) + 2 H₂O (l)

Dari data potensial elektrode dapat dihitung bahwa emf standar untuk proses korosi ini adalah E^o_sel = +1,67 V. Reaksi ini terjadi pada lingkungan asam dengan ion H⁺ sebagian dapat diperoleh dari reaksi karbon dioksida atmosfer dengan air membentuk H₂CO₃. Ion Fe²⁺ yang terbentuk di anode kemudian teroksidasi lebih lanjut oleh oksigen membentuk besi(III) oksida:

4 Fe²⁺ (aq) + O₂ (g) + (4 + 2x) H₂O (l) 2 Fe₂O₃.x H₂O + 8 H⁺ (aq)

Hidrat besi(III) oksida inilah yang dikenal dengan 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 adalah:

O₂ (g) + 2 H₂O (l) + 2 e 4 OH^- (aq)

Korosi besi relatif lebih cepat terjadi dan berlangsung terus, sebab lapisan senyawa besi(III) oksida yang terjadi bersifat porous sehingga mudah ditembus oleh udara maupun air. Tetapi, aluminium mempunyai potensial reduksi jauh lebih negatif dibandingakn besi, proses korosi lanjut menjadi terhambat karena hasil oksidasi, Al₂O₃, yang melapisinya tidak bersifat porous sehingga melindungi logam yang dilapisi dari kontak dengan udara luar.

Penyebab Korosi

Korosi merupakan reaksi kimia yang terjadi secara alami dan spontan. Tanpa campur tangan manusia, logam dapat bereaksi dengan faktor luar dan menyebabkan peristiwa korosi. Beberapa faktor penyebab korosi antara lain:

1. Tingginya reaktivitas logam.
2. Adanya zat pengotor.
3. Adanya udara bebas, uap air, dan gas tertentu seperti CO₂ dan SO₂.
4. Adanya zat-zat elektrolit.

Laju Korosi

Laju korosi juga dikenal dengan rasio korosi. Laju korosi dihitung dengan mengambil korosi pada seluruh permukaan. Laju korosi diukur dengan kondisi mpy (mils per penetration)

mpy = (berat hilang akibat korosi dalam gram) x (22300) / (A)(dt)

dimana
A = luas permukaan korosi (in²)
d = massa jenis logam (g/cm³)
t = waktu korosi (hari)

Pencegahan Korosi

Perlindungan katodik

Prinsip dari perlindungan katodik adalah mengubah potensial elektroda dari struktur logam sehingga dapat menambah "kekebalan" logam yang ingin dilindungi. Bagian yang dilindungi tentu saja adalah permukaan, karena korosi dimulai dari bagian permukaan, sehingga menutup kemungkinan terjadinya reaksi korosi. Perlindungan katodik penting digunakan untuk logam alat-alat selam dan bawah tanah.

Penghambat (inhibitor) korosi

Adanya molekul asing dapat mempengaruhi reaksi pada permukaan. Proses korosi adalah salah satu jenis reaksi permukaan. Korosi dapat dikendalikan dengan senyawa asning yang dikenal dengan senyawa inhibitor (penghambat). Senyawa penghambat dapat terabsorpsi pada permukaan logam yang bereaksi. Senyawa tersebut langsung menyerap ke arah lapisan permukaan logam. Senyawa penghambat dapat berkerja pada cara yang berbeda, yaitu memblokir bagian yang rawan korosi dan mencegah laju anodik maupun katodik. Cara lainnya adalah dengan meningkatkan potensial elektroda. Contoh senyawa yang dapat menghambat reaksi anodik adalah heksilamina dan natrium benzoat. Dengan cara yang sama, oksidator seperti nitrit, kromat, amina, tiourea juga dapat digunakan untuk menghambat korosi.