bab ii korosi dan michaelis menten -...
TRANSCRIPT
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 4
BAB II
KOROSI dan MICHAELIS
MENTEN
Di alam bebas, kebanyakan logam ditemukan dalam keadaan tergabung secara
kimia dan disebut bijih. Oleh karena keberadaan bijih di kerak bumi sudah ada
sejak bumi terbentuk, maka kita boleh beranggapan bahwa kondisi kimia dari
bijih ditentukan oleh kehendak alam dan mengatakan bahwa bijih berada dalam
tingkat energi paling rendah. Dengan kata lain bahwa logam yang belum
bergabung dengan bahan lain memiliki tingkat energi tinggi. Sehingga karena
energi bebas senyawa kimia logam lebih rendah dari energi bebas logam, maka
menurut hukum kedua termodinamika kebanyakan logam cenderung turun ke
tingkat energi yang lebih rendah dengan bereaksi dengan bahan lain membentuk
senyawa logam. Peristiwa turunnya tingkat energi inilah yang kita sebut korosi
atau dalam bahasa sehari-hari disebut perkaratan.
Mudah tidaknya logam berkarat berkaitan dengan keaktifan logam itu. Makin
aktif suatu logam (makin negatif harga potensial elektroda atau energi bebasnya),
maka makin mudah pula ia berkarat.
Ada logam yang tidak mengalami korosi yaitu seng, alumunium, dan yang
termasuk ke dalam kelas logam mulia. Seng dan alumunium yang energi bebasnya
lebih negatif daripada besi sebenarnya mengalami korosi, namun karat logam
hasil korosi tersebut ternyata melekat kuat pada permukaannya sehingga
melindungi logam dari korosi lebih lanjut. Sedangkan untuk logam mulia
misalnya emas dan platina, tidak mengalami korosi karena energi bebas keduanya
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 5
yang bernilai positif yang artinya kedua logam ini tidak terkorosi secara alami di
udara yang basah atau lembab. Jika pun terkorosi, laju dari reaksi sangat lambat
yang diakibatkan oleh energi bebas aktivasi yang mungkin terlalu besar. Seperti
halnya logam mulia, besi yang berabad-abad terendam di dasar kubangan lumpur
pun bisa tidak mengalami korosi di alam bebas dikarenakan keterasingannya
terhadap oksigen.
2.1 Pengertian Korosi Terdapat banyak definisi dari korosi. Keberagaman akan definisi tersebut
disebabkan oleh perbedaan sudut pandang mengenai korosi. Ada yang
melihat dari segi prosesnya, ada juga yang melihat dari segi hasil dari proses
itu. Berikut beberapa definisi korosi:
(1) Korosi adalah reaksi permukaan satu arah (irreversible) dari suatu materi
(logam, keramik, polimer) dengan lingkungan yang menghasilkan
berkurangnya materi tersebut. [IUPAC]
(2) Sebuah proses hilangnya logam oleh reaksi kimia. Jika logamnya besi,
maka prosesnya disebut perkaratan.
[chemed.chem.purdue.edu/genchem/glossary/c.html]
Gambar 2.1 Karat pada logam
(3) Serangan kimia atau elektrokimia tahap demi tahap terhadap logam oleh
atmosfer, uap, dan lain-lain. [www.weirton.com/glossary/C.html]
(4) Aksi kimia yang menyebabkan kehancuran dari permukaan material oleh
oksidasi atau kombinasi kimia. [www.acculam.com/defs.htm]
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 6
(5) Pelarutan logam yang disebabkan oleh reaksi kimia, biasanya antara air
dan pipa logam atau antara dua buah logam yang berbeda. Dalam sistem
perairan, korosi dapat menyebabkan kegagalan struktur, kebocoran, dan
penurunan kualitas air. [mauiwater.org/glossary.html]
Meskipun ada bermacam-macam definisi dari korosi, namun intinya sama,
yaitu penurunan mutu logam akibat reaksi elektrokimia dengan
lingkungannya dan menyebabkan beberapa kerugian.
2.2 Mekanisme Korosi Semua interaksi antara unsur-unsur dan senyawa-senyawa ditentukan oleh
perubahan-perubahan energi bebas yang ada. Perubahan yang terjadi tersebut
bisa berlangsung secara spontan dan tidak spontan. Energi bebas merupakan
satu-satunya faktor penentu apakah suatu reaksi berlangsung secara spontan
atau tidak.
Jika suatu zat A ingin berubah menjadi zat B sedangkan energi bebas yang
dimilikinya lebih tinggi daripada B, maka perubahan energi yang terjadi
adalah secara spontan. Di pihak lain, jika energi bebas A lebih kecil daripada
B maka zat A membutuhkan tambahan energi untuk berubah menjadi B.
Kebutuhan akan energi tambahan inilah yang menyebabkan perubahan energi
berlangsung secara tidak spontan. Korosi merupakan gejala yang timbul
akibat adanya perubahan energi, maka korosi bisa terjadi secara spontan
maupun tidak spontan.
Lebih lanjut, korosi dapat terjadi dalam medium kering dan juga medium
basah. Contoh korosi yang berlangsung dalam medium kering adalah
penyerangan logam besi oleh gas oksigen (O2) atau gas belerang dioksida
(SO2). Dikarenakan sebagian logam di dunia ini memiliki tingkat energi
bebas yang lebih tinggi daripada senyawa kimianya, maka dalam tugas akhir
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 7
ini akan dibahas mengenai korosi yang terjadi pada logam, yang berlangsung
secara spontan dan terjadi pada medium basah.
2.2.1 Teori Keadaan Peralihan Misalkan dua zat A dan B berinteraksi sedemikian rupa untuk
membentuk zat baru C dan D.
A+B → C+D
Agar dapat menghasilkan zat-zat baru tersebut, A dan B bukan hanya
harus saling sentuh tapi juga harus berpadu secara fisik untuk
membentuk suatu zat peralihan AB. Secara teori, keadaan peralihan
harus mempunyai energi bebas lebih tinggi dibanding jumlah energi
bebas A dan B. Kemudian karena yang dibahas adalah reaksi spontan,
maka energi-energi hasil reaksi harus lebih rendah dari energi bebas
reaktan.
Setelah terbentuk, zat pada keadaan peralihan dapat berubah kembali
menjadi reaktan atau terus berubah menjadi hasil reaksi.
Gambar 2.2 Diagram Tingkat Energi
B BAB II : MEKA
P
d
d
m
b
t
2.2.2 LL
d
k
k
m
t
Dari pe
korosi p
lingkun
kimia an
reaksi r
reaksi r
teradsor
terjadi r
dilepask
reaksi re
1. Reak
Kem
Dim
bere
ANISME KORO
Proses keba
dapat terjad
dalam prose
meskipun p
berlangsung
terbentuknya
Laju ReakLaju reaksi
dalam setia
kecepatan b
konsentrasi
mempengaru
temperatur d
enjelasan di
pada logam
gan dalam h
ntara logam
edoks. Seny
redoks dan
rpsi disekita
reaksi oksid
kan pada rea
eduksi.
ksi anoda
mudian yang
mana ion Mz+
eaksi membe
OSI dan MICH
alikan yaitu
di. Namun k
esnya harus
proses keb
dengan laju
a hasil reaks
ksi adalah peru
ap satuan
berkurangny
produk tiap
uhi laju re
dan katalis.
atas, dapat
m. Adanya p
hal ini larut
m dengan ling
yawa logam
berubah m
ar permukaa
dasi, yaitu p
aksi anoda d
disebut seb+ yang terbe
entuk hasil k
HAELIS MENTE
dari zat C
karena reaks
s mendapat
balikan mu
u yang lebih
si).
ubahan kons
waktu. Da
ya konsentr
p satuan w
eaksi, yaitu
t ditarik sua
perbedaan en
tan elektroli
gkungannya
terbentuk te
menjadi ion-
an logam. P
pelepasan ele
digunakan o
agai reaksi a
entuk mungk
korosi yang
EN
dan D kemb
sinya bukan
pasokan en
ungkin terja
h rendah da
sentrasi pere
apat juga
asi pereaks
waktu. Ada
u konsentra
atu garis be
nergi bebas
it, menyebab
. Reaksi kim
erlebih dahul
-ion logam
Pada reaksi
ektron. Sem
oleh katoda
anoda adalah
kin tetap ting
tidak larut. A
bali menjad
reaksi spon
nergi bebas.
adi, proses
aripada laju
eaksi atau h
didefinisika
si atau ber
beberapa fa
asi, luas p
esar mengen
antara loga
bkan terjadi
mia yang terj
lu sebelum m
Fe2+ atau
redoks ini,
mentara elek
untuk berla
h
ggal dalam l
Akibatnya h
8
di A dan B
ntan, maka
. Sehingga
snya akan
maju (laju
hasil reaksi
an sebagai
rtambahnya
aktor yang
permukaan,
nai kinerja
am dengan
inya reaksi
jadi adalah
mengalami
Fe3+ yang
, di anoda
ktron yang
angsungnya
larutan dan
hal tersebut
B BAB II : MEKA
men
dem
2. Reak
Sem
yakn
Reaksi
yang ter
yang le
sedikit
akan ter
Elektron
anoda k
bermuat
perpind
diukur
dapat m
yang di
tergolon
ANISME KORO
nghalangi pe
mikian, permu
ksi katoda
mentara reak
ni: 1. Jika PH
2. Jika PH
redoks inila
rbentuk dan
ebih kecil ya
demi sediki
rus berlangsu
Gam
n yang terli
ke katoda.
tan, yaitu
ahannya me
dengan men
mengetahui b
ihasilkan, m
ng cepat dan
OSI dan MICH
elarutan loga
ukaan logam
si katoda ya
H larutan < 7
H larutan
ah yang kem
teradsorpsi
ang kemudi
t permukaan
ung selama l
mbar 2.3 Ion
ibat dalam r
Hal ini dim
bermuatan
enimbulkan
nggunakan
esar kecilny
menunjukkan
n mengakiba
HAELIS MENTE
am lebih lan
m disebut me
ang terjadi d
7 :
7 :
mudian men
di permukaa
ian terlepas
n logam ter
logam masih
teradsorpsi
reaksi kimia
mungkinkan
n negatif
arus listrik
voltalab da
ya laju korosi
n bahwa laju
atkan korosi
EN
njut sehingg
engalami pem
dapat dibagi
nyebabkan k
an logam be
dari permu
sebut terkor
h ada.
dipermukaa
a akan berg
n karena ele
maka pe
k. Arus listr
an dari peng
i yang terjad
u reaksi red
i semakin c
ga korosi ter
masifan.
i menjadi du
korosi. Ion-
erubah menj
ukaan logam
rosi. Reaksi
an logam
gerak bolak
ektron adala
engangkutan
rik yang ter
gukuran ter
di. Besarnya
doks yang b
epat terjadi.
9
rhenti. Bila
ua kondisi,
-ion logam
adi ion-ion
m, sehingga
redoks ini
balik dari
ah partikel
nnya atau
rjadi dapat
sebut, kita
arus listrik
erlangsung
Demikian
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 10
sebaliknya, jika arus yang dihasilkan terbilang kecil, maka laju reaksi lambat
dan korosi dengan lambat terjadi.
2.3 Penghentian Korosi Secara teori, penghilangan salah satu dari empat komponen penyebab korosi
yaitu anoda, katoda, eletrolit, dan hubungan listrik dapat menghambat bahkan
menghentikan reaksi korosi. Namun pada kenyataannya, suatu logam yang
berada di alam bebas akan menemukan sendiri jalannya untuk terkorosi. Baik
karena anoda dan katoda berada dalam logam yang sama, maupun karena
bereaksi dengan oksigen sebagai elektrolitnya (Hukum II Termodinamika).
Berikut beberapa cara penghentian korosi yang pernah dilakukan di lapangan.
Dari contoh-contoh tersebut, diharapkan kita dapat melihat kelebihan dan
kekurangan metode yang digunakan.
2.3.1 Mecegah kontak antara logam dengan oksigen atau air.
Korosi dapat dicegah dengan melapisi besi dengan cat. Akan tetapi cat
hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh. Jika sudah retak atau
pecah, maka korosi akan tetap berlangsung.
2.3.2 Besi sebagai Anoda
Melapisi besi dengan logam yang kurang aktif atau yang memiliki
harga potensial lebih positif merupakan cara lain untuk mencegah
korosi. Sama halnya dengan metode 2.3.1, cara ini pun hanya
melindungi besi jika lapisannya utuh. Bahkan logam pelapis justru
akan mempercepat terjadinya korosi saat lapisannya rusak. Disini besi
akan menjadi anoda sehingga logam pelapis akan mendorong oksidasi
besi. Prinsip atau metode ini digunakan pada pembuatan kaleng yang
mana menggunakan timah sebagai pelapis besi. Timah akan
mempercepat korosi pada kaleng-kaleng bekas sehingga lebih cepat
hancur.
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 11
2.3.3 Perlindungan Katoda (pengorbanan anoda)
Logam yang lebih aktif atau yang harga potensialnya lebih negatif
dijadikan pelapis besi membentuk sel elektrokimia dengan besi
sebagai katoda. Dengan demikian yang teroksidasi adalah lapisan
pelindung bukan besi. Disini besi hanya berfungsi sebagai tempat
terjadinya reduksi oksigen, sehingga besi terlindungi karena dijadikan
katoda dan logam pelindungnya dikorbankan. Berbeda dengan 2.3.2 ,
besi akan tetap selama logam pelapis masih ada lapisannya tidak utuh
atau rusak. Kelemahan dari metode ini adalah logam pelapis yang
telah terkorosi harus terus diganti agar besi tetap terjaga dari korosi.
Meskipun metode perlindungan katoda kurang efektif, namun cara
inilah yang masih dipakai dan efektif hingga saat ini.
2.3.4 Penggunaan Senyawa Inhibitor
Secara umum, suatu inhibitor adalah suatu zat kimia yang dapat
menghambat atau memperlambat reaksi kimia. Sedangkan inhibitor
korosi adalah suatu zat kimia yang bila ditambahkan ke dalam suatu
lingkungan dapat menurunkan laju penyerangan korosi lingkungan itu
terhadap suatu logam. Sifat inhibitor berlawanan dengan katalis, yang
mempercepat laju reaksi.
2.3.4.1 Mekanisme kerja inhibitor
Mekanisme kerja inhibitor dapat dibedakan sebagai berikut:
(1) Inhibitor teradsorpsi pada permukaan logam dan
membentuk suatu lapisan tipis dengan ketebalan beberapa
molekul inhibitor. Lapisan ini tidak dapat dilihat oleh mata
biasa, namun dapat menghambat penyerangan lingkungan
terhadap logamnya.
(2) Melalui pengaruh lingkungan (misal pH) menyebabkan
inhibitor dapat mengendap dan selanjutnya teradsorpsi pada
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 12
HN
C N
C
permukaan logam serta melindunginya terhadap korosi.
Endapan yang terjadi cukup banyak, sehingga lapisan yang
terjadi teramati oleh mata.
(3) Inhibitor terlebih dahulu mengkorosi logamnya dan
menghasilkan suatu zat kimia yang kemudian melalui
peristiwa adsorpsi dari produk korosi tersebut membentuk
suatu lapisan pasif pada permukaan logam.
(4) Inhibitor menghilangkan konstituen yang agresif dari
lingkungannya.
Gambar 2.4 Inhibitor Melapisi Logam
2.3.4.2 Inhibitor yang Digunakan
Pada percobaan yang dilakukan di laboratorium korosi kimia
fisik material, Program Studi Kimia, FMIPA ITB, inhibitor
yang digunakan adalah inhibitor turunan imidazol. Imidazol
adalah senyawa aromatik yang termasuk dalam golongan
senyawa aromatik heterosiklik berantai lima, dimana dua
diantaranya adalah unsur nitrogen dan sisanya adalah karbon.
Struktur imidazol:
C
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 13
Jadi, cara kerja metode ini adalah dengan menambahkan senyawa
inhibitor kedalam sistem, sehingga seakan-akan ada lapisan tipis
yang melindungi logam dari keterhubungan langsung dengan
lingkungan. Sehingga reaksi kimia yang terjadi bukanlah reaksi
antara logam dengan lingkungan, tapi reaksi antara senyawa
inhibitor dengan lingkungan.
2.4 Percobaan dan Data Untuk mendapatkan data yang dibutuhkan, baik yang tanpa inhibitor maupun
yang menggunakan inhibitor, dilakukanlah percobaan dengan menggunakan
sel tiga elektroda.
Peralatan: 1. Voltmeter
2. Gelas piala
3. Elektroda, yang terdiri dari elektroda kerja, elaktroda bantu, dan
elektroda acuan.
4. Kabel penghubung
5. Larutan elektrolit berupa Natrium Klorida.
Prosedur: 1. Tuang larutan Natrium Klorida ke dalam gelas piala
2. Tempelkan kabel penghubung ke masing-masing elektroda.
Hubungkan kabel yang terdapat pada elektroda kerja dengan
terminal negatif voltmeter. Celupkan elektroda-elektroda yang
akan digunakan ke dalam gelas piala. Jaga agar elektroda-
elektroda tersebut tidak bersentuhan, juga agar kabel tidak
berhubungan langsung dengan larutan.
3. Catat besar arus yang terjadi, demikian pula dengan besar laju
reaksi.
B BAB II : MEKA
Ilustrasi
Dengan
eletrolit
Dari be
berikut:
Dimana
inhibito
senyawa
Percoba
dan ang
ANISME KORO
i :
n A adalah e
t, dan V adal
eberapa kali
a Blanko a
r. Sementar
a inhibitor d
aan yang dil
gka 1, 2, d
OSI dan MICH
Gam
elektroda ke
lah voltmete
melakukan
adalah perco
ra IDETA d
dan yang mem
lakukan ada
dan seterusny
HAELIS MENTE
mbar 2.5 Perc
erja, B elekt
er.
n percobaan
obaan yang
dan D11jg a
mbedakan k
alah sebanya
ya yang me
EN
cobaan
troda acuan,
, didapatkan
g belum m
adalah perco
keduanya ada
ak enam kal
engikuti kat
C elektrod
nlah data-da
menggunakan
obaan yang m
alah stuktrur
li untuk seti
ta Blanko,ID
14
a bantu, D
ata sebagai
n senyawa
melibatkan
r kimianya.
iap metode
DETA dan
B
2
BAB II : MEKA
D11jg
didapatk
Icorr men
dengan
mengan
persatua
sama ar
2.5 PengolProgram
didapatk
Dimana
ANISME KORO
menunjukka
kan.
nunjukkan b
satuan mi
ndung makn
an waktu (m
rtinya dengan
lahan Datm SPSS digu
kan adalah s
a:
N
Range
Minimum
Maximum
OSI dan MICH
an pada per
banyaknya ar
iliAmpere p
na seberapa
mm/Y). Seh
n laju korosi
ta unakan untuk
sebagai berik
HAELIS MENTE
rcobaan keb
rus yang terj
per satuan
a besar pe
hingga dapat
i dengan Y m
k mengolah d
kut:
jumlah data
jangkauan
terkecil)
nilai data te
nilai data te
EN
berapa hasil
jadi dalam p
luas (mA/
ermukaan lo
t dikatakan
menunjukkan
data-data ya
a yang dihitu
(data terb
erkecil
erbesar
l pengukura
proses terjadi
/cm2). Corr
ogam yang
bahwa cor
n tahun (yea
ang ada. Hasi
ung
besar diku
15
an tersebut
inya korosi
rate disini
g terkorosi
rrate disini
ar).
il yang
rang data
B
2
BAB II : MEKA
Dengan
0.99998
semakin
sebalikn
2.6 KinetiMempe
dasar d
mekanis
diplot m
enzim y
Leonor
dengan
persama
ANISME KORO
Mean
Standar De
Variansi
n koefisien
85. Yang be
n besar arus
nya.
ika Michalajari penga
dari kinetika
sme enzim.
menjadi suat
yang mengha
Gambar
Michaelis
menurunka
aan Michaeli
OSI dan MICH
eviasi
korelasi an
erarti mode
s maka laju
elis Mentearuh konsent
a enzim yan
Namun keti
tu graf laju
asilkan kurva
r 2.6 Hubun
dan Maud
an suatu p
is Menten.
HAELIS MENTE
rata-rata da
dibagi bany
ukuran pen
ukuran pen
ntara arus
el hubungan
u korosi pu
en trasi substra
ng merupaka
ika data diba
reaksi terha
a hiperbolik
ngan konsent
Menten me
persamaan y
EN
ata yang ad
yaknya data)
nyebaran data
nyebaran data
korosi dan
n antara ked
un semakin
at pada laju
an alat pent
angun dari p
adap konsen
seperti diba
trasi dengan
encoba menj
yang kemu
da (jumlah s
)
a
a
n laju koro
duanya line
cepat. Dem
reaksi adal
ting untuk m
percobaan da
ntrasi substr
awah ini.
laju reaksi
jelaskan fen
udian dikena
16
semua data
osi sebesar
ear, artinya
mikian pula
lah konsep
memahami
an hasilnya
rat, banyak
nomena ini
al sebagai
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 17
Dalam reaksinya, enzim tidak langsung merubah suatu substrat menjadi
produk. Sebelum menjadi produk, enzim mengikat substrat membentuk
enzim substrat kompleks.
Reaksi kimia :
dengan:
E enzim
S substrat
ES substrat kompleks
P produk (hasil reaksi)
k1 tetapan laju pembentukan ES
k-1 tetapan laju penguraian ES kembali menjadi S
k2 tetapan laju pembentukan hasil reaksi
Laju reaksi 1
Keadaaan setimbang terjadi ketika laju penambahan sama dengan laju
berkurangnya .
2
3
Substitusi persamaan (3) ke persamaan (2):
BAB II : MEKANISME KOROSI dan MICHAELIS MENTEN 18
4
Substitusi persamaan (4) ke persamaan (1):
5
Laju reaksi akan maksimal jika jumlah substrat terbatas.
Dengan mengasumsikan [S]>>[E] yang mengakibatkan [E0]=[ES], maka
didapat:
Sehingga persamaan (5) menjadi
Persamaan inilah yang dikenal sebagai persamaan kinetika Michaelis Menten.