Korosi galvanik – mekanisme, contoh, perlindungan

Korosi galvanik atau elektrokimia adalah proses dimana logam atau paduan terdegradasi lebih cepat dibandingkan dengan oksidasi konvensionalnya. Dapat dikatakan bahwa itu adalah oksidasi yang dipercepat, dan bahkan dipromosikan dengan sengaja; seperti yang terjadi pada sel atau baterai.

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

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

Kondisi kelembaban dan salinitas ini mendukung korosi logam. Dengan kata lain, mahkota besi seperti pada gambar di atas akan lebih cepat teroksidasi jika terkena di sekitar laut.

Kemudahan suatu logam untuk teroksidasi dibandingkan dengan yang lain dapat diukur secara kuantitatif melalui potensi reduksinya; Buku teks kimia penuh dengan tabel potensi E. Semakin negatif, semakin besar kecenderungannya untuk berkarat.

Demikian juga, jika logam ini dengan adanya logam lain dengan potensi reduksi yang sangat positif, sehingga memiliki ΔE yang besar, oksidasi logam reaktif akan lebih agresif. Faktor lain, seperti pH, kekuatan ionik, kelembapan, keberadaan oksigen, dan rasio area logam yang teroksidasi dengan yang tereduksi, juga penting.

mekanisme

Konsep dan reaksi

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

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

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

M => M ⁿ⁺ + ne ^–

Jumlah elektron yang dibebaskan akan sama dengan besarnya muatan positif kation Mn ^{+ yang dihasilkan} .

Kemudian, elektroda lain atau logam R (kedua logam harus bersentuhan dalam beberapa cara), menerima elektron yang dilepaskan; tetapi tidak mengalami reaksi kimia jika memperoleh elektron, karena hanya akan menghantarkan elektron (arus listrik).

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

Rn ⁺ + ne ^– => R

Dengan kata lain, lapisan logam R akan terbentuk dan karenanya elektroda akan menjadi lebih berat; sedangkan logam M akan kehilangan massa saat atom-atomnya larut.

Depolarisasi

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

Oksigen dan air mendapatkan elektron dalam reaksi yang dinyatakan oleh persamaan kimia berikut:

O ₂ + 2H ₂ O + 4e ^– => 4OH ^–

Sedangkan ion H ⁺ diubah menjadi _H2 :

2H ⁺ + 2e ^– => H ₂

Ini berarti bahwa spesies OH ^– dan H ₂ adalah produk umum dari korosi galvanik atau elektrokimia.

Sekalipun logam R tidak berpartisipasi dalam reaksi apa pun, fakta bahwa logam itu lebih mulia daripada M mendorong oksidasinya; dan akibatnya, akan ada produksi ion OH ^– atau gas hidrogen yang lebih besar. Karena, bagaimanapun, itu adalah perbedaan antara potensi reduksi, ΔE, salah satu penggerak utama dari proses ini.

korosi besi

Setelah klarifikasi sebelumnya, contoh korosi besi (gambar di atas) dapat diatasi. Misalkan ada lapisan tipis air di mana oksigen terlarut. 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 potongan besi karena merupakan penghantar listrik yang baik. Jadi Anda tahu di mana oksidasi dimulai atau situs anodik; tetapi tidak di mana reduksi akan dilanjutkan atau lokasi situs katoda. Situs katoda bisa di mana saja; dan semakin besar area yang memungkinkan, semakin buruk korosi logam.

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

Sementara itu, situs anoda semakin 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 mengalami proses yang sama di lingkungan yang lembab dan asin.

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

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

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

indeks anodik

Seseorang dapat membangun contoh korosi galvaniknya sendiri dengan menggunakan tabel potensial reduksi. Namun, tabel indeks anodik (disederhanakan dengan sendirinya) akan dipilih untuk mengilustrasikan poin ini.

Indeks anodik Sumber: Wikipedia.

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

Sebaliknya, jika kita memiliki larutan ion Ag ⁺ dan kita menenggelamkan batang aluminium di dalamnya, itu akan larut bersamaan dengan pengendapan partikel logam perak. Jika batang tersebut dihubungkan ke elektroda grafit, elektron akan bergerak ke batang tersebut untuk menyimpan perak secara elektrokimia di atasnya sebagai film perak.

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

Perlindungan terhadap korosi elektrokimia

lapisan pengorbanan

Misalkan itu dimaksudkan untuk 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 mereduksi kembali kation Zn ²⁺ .

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

Teknik perlindungan terhadap korosi elektrokimia ini dikenal sebagai penggunaan pelapis korban. Yang paling terkenal adalah seng, yang 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 besi yang mereduksi Fe ²⁺ yang mungkin terbentuk.

pelapis 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 indeks anodik) daripada seng, dan karena itu berfungsi sebagai lapisan mulia.

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

Dan terakhir, ada pelapis lain yang terdiri dari cat, plastik, antioksidan, gemuk, resin, dll.

percobaan anak-anak

Plat besi dalam larutan garam tembaga

Eksperimen sederhana dapat dibuat dari tabel indeks anodik yang sama. Larutkan CuSO ₄ · 5H _{2 O} dalam jumlah yang wajar (kurang dari 10 gram) dalam air, seorang anak diminta untuk mencelupkan ke dalam pelat besi yang dipoles. Foto diambil dan prosesnya dibiarkan berkembang selama beberapa minggu.

Larutan awalnya berwarna kebiruan, tetapi akan mulai kehilangan warna karena pelat besi berubah warna menjadi tembaga. Ini karena tembaga lebih mulia daripada besi, dan karena itu kation Cu ²⁺ akan direduksi menjadi logam tembaga dari ion yang dilepaskan oleh oksidasi besi:

Fe => Fe ²⁺ + 2e ^–

Cu ²⁺ + 2e ^– => Cu

pembersihan perak oksida

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

Hasilnya, anak akan dapat menilai bahwa benda tersebut kehilangan bintik hitamnya dan akan bersinar dengan warna perak yang khas; sementara aluminium foil tidak akan menimbulkan korosi.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Whitten, Davis, Peck & Stanley. (2008). Kimia. (edisi ke-8). Pembelajaran CENGAGE.
3. Wikipedia. (2019). Korosi galvanik. Diperoleh dari: en.wikipedia.org
4. Stephen Bawah. (16 Juni 2019). Korosi Elektrokimia. Teks Libre Kimia. Diperoleh dari: chem.libretexts.org
5. Universitas Terbuka. (2018). 2.4 Proses korosi: korosi galvanik. Diperoleh dari: open.edu
6. Layanan Teknis Pelanggan Brush Wellman Inc. (nd). Panduan untuk Korosi Galvanik. Sikat Bahan Direkayasa Wellman.
7. Giorgio Carboni. (1998). Eksperimen dalam elektrokimia. Diperoleh dari: funsci.com