KOROSI GALVANIK: MEKANISME, CONTOH, PROTEKSI - KIMIA

The korosi galvanik atau elektrokimia adalah proses dimana logam atau paduan degradasi lebih drastis dibandingkan dengan oksidasi konvensional. Dapat dikatakan bahwa ini adalah oksidasi yang dipercepat, dan bahkan, dengan sengaja dipromosikan; seperti yang terjadi di sel atau baterai.

Ini terjadi dalam beberapa kondisi. Pertama, harus ada logam aktif yang disebut anoda. Juga, dan kedua, harus ada logam mulia reaktif-rendah yang disebut katoda. Kondisi ketiga dan keempat adalah adanya media tempat elektron merambat, seperti air, dan spesies ionik atau elektrolit.

Mahkota besi berkarat. Sumber: Pixnio.

Korosi galvanik terutama terlihat di lingkungan laut atau di tepi pantai. Arus udara meningkatkan massa uap air, yang pada gilirannya membawa beberapa ion; yang terakhir akhirnya menempel pada lapisan tipis air atau tetesan yang menempel pada permukaan logam.

Kondisi kelembaban dan salinitas ini mendukung korosi logam. Artinya, mahkota besi seperti pada gambar di atas akan lebih cepat berkarat jika terekspos ke sekitar laut.

Kemudahan suatu logam untuk teroksidasi dibandingkan dengan logam lainnya dapat diukur secara kuantitatif melalui potensi reduksinya; Tabel dengan potensi ini berlimpah dalam buku kimia. Semakin negatif Anda, semakin besar kecenderungan Anda untuk berkarat.

Demikian juga, jika logam ini berada di hadapan logam lain dengan potensi reduksi yang sangat positif, sehingga memiliki ΔE yang besar, oksidasi logam reaktif akan lebih agresif. Faktor lain, seperti pH, kekuatan ion, kelembaban, keberadaan oksigen, dan hubungan antara area logam yang teroksidasi dan yang tereduksi, juga penting.

Mekanisme

Konsep dan reaksi

Sebelum membahas mekanisme di balik korosi galvanik, konsep tertentu harus diklarifikasi.

Dalam reaksi redoks, satu spesies kehilangan elektron (teroksidasi) sementara yang lain memperolehnya (tereduksi). Elektroda tempat terjadinya oksidasi disebut anoda; dan di mana reduksi terjadi, katoda (dalam bahasa Inggris aturan mnemonik redcat biasanya digunakan untuk mengingatnya).

Jadi, untuk elektroda (sepotong, sekrup, dll.) Dari logam M, jika teroksidasi, dikatakan sebagai anoda:

M => M ^{n +} + ne ^-

Jumlah elektron yang dilepaskan akan sama dengan besarnya muatan positif kation yang dihasilkan M ^{n +} .

Kemudian elektroda lain atau logam R (kedua logam harus bersentuhan dengan cara tertentu), menerima elektron yang dilepaskan; tetapi ini tidak mengalami reaksi kimia jika ia memperoleh elektron, karena ia hanya akan menghantarkannya (arus listrik).

Oleh karena itu, harus ada spesies lain dalam larutan yang secara resmi dapat menerima elektron ini; sebagai ion logam yang mudah tereduksi, misalnya:

R ^{n +} + ne ^- => R

Artinya, lapisan logam R akan terbentuk dan elektroda akan menjadi lebih berat; sedangkan logam M akan kehilangan massa karena atomnya terlarut.

Depolarizer

Bagaimana jika tidak ada kation logam yang dapat direduksi dengan cukup mudah? Dalam hal ini, spesies lain yang ada di media akan mengambil elektron: depolarizer. Ini terkait erat dengan pH: O ₂ , H ⁺ , OH ^- dan H ₂ O.

Oksigen dan air memperoleh elektron dalam reaksi yang dinyatakan dengan persamaan kimia berikut:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^- => 4OH ^-

Sedangkan ion H ⁺ diubah menjadi H ₂ :

2H ⁺ + 2e ^- => H ₂

Ini yaitu spesies OH ^- dan H ₂ adalah produk umum korosi galvanik atau elektrokimia.

Bahkan jika logam R tidak berpartisipasi dalam reaksi apapun, fakta bahwa ia lebih mulia daripada M meningkatkan oksidasinya; dan akibatnya, akan ada produksi ion OH ^- atau gas hidrogen yang lebih tinggi. Karena, bagaimanapun, itu adalah perbedaan antara potensi reduksi, ΔE, salah satu pendorong utama proses ini.

Korosi besi

Mekanisme korosi besi. Sumber: Wikipedia.

Setelah klarifikasi sebelumnya, contoh korosi besi dapat diatasi (gambar atas). Misalkan ada lapisan tipis air di mana oksigen larut. Tanpa kehadiran logam lain, depolarisasilah yang akan mengatur nada reaksi.

Dengan demikian, besi akan kehilangan beberapa atom dari permukaannya untuk larut dalam air sebagai kation Fe ²⁺ :

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Kedua elektron akan berjalan melalui sepotong besi karena besi merupakan penghantar listrik yang baik. Jadi di mana oksidasi atau situs anoda dimulai diketahui; tetapi tidak di mana pengurangan atau lokasi situs katodik akan dilanjutkan. Situs katoda bisa di mana saja; dan semakin besar areanya, semakin buruk logam tersebut akan terkorosi.

Misalkan elektron mencapai suatu titik seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Di sana oksigen dan air menjalani reaksi yang telah dijelaskan, dimana OH ^- dilepaskan . Anion OH ^{- ini} dapat bereaksi dengan Fe ²⁺ untuk membentuk Fe (OH) ₂ , yang mengendap dan mengalami oksidasi berikutnya yang akhirnya mengubahnya menjadi karat.

Sementara itu, situs anoda semakin banyak retak.

Contoh

Dalam kehidupan sehari-hari contoh korosi galvanik sangat banyak. Kita tidak harus mengacu pada mahkota besi: artefak apa pun yang terbuat dari logam dapat menjalani proses yang sama di lingkungan yang lembab dan asin.

Selain pantai, musim dingin juga dapat memberikan kondisi ideal untuk korosi; misalnya, saat menyekop garam ke salju di jalan untuk mencegah mobil tergelincir.

Dari sudut pandang fisik, kelembaban dapat dipertahankan pada sambungan las dari dua logam, menjadi lokasi aktif korosi. Ini karena kedua logam berperilaku seperti dua elektroda, dengan yang lebih reaktif kehilangan elektronnya.

Jika produksi ion OH ^- cukup banyak, bahkan dapat menimbulkan korosi pada cat mobil atau perangkat yang bersangkutan.

Indeks anodik

Seseorang dapat membuat contoh korosi galvaniknya sendiri dengan menggunakan tabel potensial reduksi. Namun, tabel indeks anodik (yang disederhanakan) akan dipilih untuk menggambarkan hal ini.

Indeks anodik untuk logam atau paduan yang berbeda. Sumber: Wikipedia.

Misalkan kita ingin membangun sel elektrokimia. Logam yang berada di bagian atas tabel indeks anodik lebih bersifat katodik; artinya, mereka mudah direduksi dan oleh karena itu akan sulit untuk memilikinya dalam solusi. Sedangkan logam yang berada di bawah lebih bersifat anodik atau reaktif, dan mudah terkorosi.

Jika kita memilih emas dan berilium, kedua logam tersebut tidak dapat bersatu dalam waktu lama, karena berilium akan teroksidasi dengan sangat cepat.

Dan jika, di sisi lain, kita memiliki larutan ion Ag ⁺ dan kita membenamkan sebuah batang aluminium di dalamnya, ia akan larut pada saat yang sama saat partikel perak logam mengendap. Jika batang ini dihubungkan ke elektroda grafit, elektron akan melakukan perjalanan ke sana untuk menyimpan perak secara elektrokimia di atasnya sebagai film perak.

Dan jika batangan aluminium itu terbuat dari tembaga, larutan akan berubah menjadi kebiruan karena adanya ion Cu ²⁺ di dalam air.

Perlindungan korosi elektrokimia

Lapisan pengorbanan

Misalkan Anda ingin melindungi lembaran seng dari korosi dengan adanya logam lain. Pilihan paling sederhana adalah menambahkan magnesium, yang akan melapisi seng sehingga, setelah teroksidasi, elektron yang dilepaskan dari magnesium akan mengurangi kembali kation Zn ²⁺ .

Namun, film MgO pada seng akan berakhir retak lebih cepat daripada nanti, menyediakan situs anoda dengan kepadatan arus tinggi; artinya, korosi seng akan meningkat tajam hanya pada titik-titik tersebut.

Teknik perlindungan terhadap korosi elektrokimia ini dikenal sebagai penggunaan lapisan pengorbanan. Yang paling terkenal adalah seng, digunakan dalam teknik terkenal yang disebut galvanisasi. Di dalamnya, logam M, terutama besi, dilapisi dengan seng (Fe / Zn).

Sekali lagi, seng mengoksidasi dan oksidanya berfungsi untuk menutupi besi dan mengirimkan elektron ke sana yang mereduksi Fe ²⁺ yang dapat terbentuk.

Lapisan mulia

Misalkan lagi Anda ingin melindungi lembaran seng yang sama, tetapi sekarang Anda akan menggunakan kromium sebagai pengganti magnesium. Kromium lebih mulia (lebih katodik, lihat tabel bilangan anodik) daripada seng, dan oleh karena itu bekerja sebagai pelapis mulia.

Masalah dengan jenis pelapis ini adalah setelah retak, lapisan ini selanjutnya akan meningkatkan dan mempercepat oksidasi logam di bawahnya; dalam hal ini, seng akan lebih terkorosi daripada dilapisi dengan magnesium.

Dan terakhir, ada lapisan lain yang terdiri dari cat, plastik, antioksidan, lemak, resin, dll.

Eksperimen untuk anak-anak

Plat besi dalam pelarutan garam tembaga

Eksperimen sederhana dapat dibuat dari tabel indeks anoda yang sama. Melarutkan jumlah yang wajar (kurang dari 10 gram) CuSO ₄ · 5H ₂ O dalam air, seorang anak diminta untuk mencelupkan ke dalam piring besi yang telah dipoles. Sebuah foto diambil dan prosesnya dibiarkan berlangsung selama beberapa minggu.

Larutan awalnya berwarna kebiruan, tetapi akan mulai pudar saat pelat besi berubah warna menjadi tembaga. Hal ini disebabkan fakta bahwa tembaga lebih mulia daripada besi, dan oleh karena itu kation Cu ²⁺ -nya akan tereduksi menjadi tembaga logam dari ion yang diberikan oleh oksidasi besi:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^-

Cu ²⁺ + 2e ^- => Cu

Pembersihan oksida perak

Benda perak berubah menjadi hitam seiring waktu, terutama jika bersentuhan dengan sumber senyawa belerang. Karatnya dapat dihilangkan dengan merendam benda di dalam bak berisi air berisi soda kue dan aluminium foil. Bikarbonat menyediakan elektrolit yang akan memfasilitasi pengangkutan elektron antara benda dan aluminium.

Hasilnya, anak akan menghargai bahwa benda tersebut kehilangan bintik hitamnya dan akan bersinar dengan karakteristik warna peraknya; sedangkan aluminium foil akan berkarat menghilang.

Referensi

Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (Edisi ke-8). CENGAGE Learning.
Wikipedia. (2019). Korosi galvanik. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
Stephen Lower. (16 Juni 2019). Korosi Elektrokimia. Kimia LibreTexts. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
Universitas Terbuka. (2018). 2.4 Proses korosi: korosi galvanik. Diperoleh dari: open.edu
Layanan Teknis Pelanggan Brush Wellman Inc. (sf). Panduan Korosi Galvanik. Sikat Bahan Rekayasa Wellman.
Giorgio Carboni. (1998). Eksperimen dalam elektrokimia. Diperoleh dari: funsci.com

KOROSI GALVANIK: MEKANISME, CONTOH, PROTEKSI - KIMIA - 2025