Coba kalian perhatikan alat apa saja disekitar kita yang terbuat dari logam dan dari jenis logam apa alat tersebut di buat? Mungkin ada alat tulis kalian yang terbuat dari logam, atau peralatan ibu memasak, atau peralatan ayah. Kita akan mendapatkan banyak jenis alat yang terbuat dari logam. Mulai dari keperluan perorangan, rumah tangga, transportasi sampai konstruksi bagunan. Faktanya banyak peralatan dari logam kita yang mengalami kerusakan akibat berkarat. Bagaimana pandangan kalian jika melihat alat-alat tersebut berkarat. Apa masih memenuhi fungsinya?

Apa itu karat pada logam? Proses perkaratan logam lebih dikenal dengan istilah korosi. Korosi adalah proses rusaknya logam akibat logam tersebut berubah menjadi senyawa lain melalui reaksi redoks dengan lingkungannya, sehingga nilai fungsi serta estetikanya tidak sesuai harapan. Istilah perkaratan lebih dikhususkan untuk logam besi yang mengalami korosi. Peralatan yang terbuat dari besi jika mengalami perkaratan akan menjadi tidak kuat, karena senyawa karat besi bersifat rapuh dan warna yang tidak menarik.

Coba kalian perhatikan ilustrasi berikut! gambar pertama mengilustrasikan sebagian anjungan lepas pantai dan gambar kedua adalah gambar knalpot motor yang berkarat. Lihatlah bahwa kerusakan besi pada anjungan berkarat dimulai dari besi bagian bawah atau kontak dengan air. Sedangkan pada motor bagian knalpot akan mengalami perkaratan terlebih dahulu dibanding  bagian lainnya.

Pada kasus lain, pernahkah kalian memperhatikan bahwa kran air yang dipasang ayah diluar rumah cenderung lebih cepat berkarat di banding kran air di dalam kamar mandi kita? Kalian pasti tahu bahwa kran diluar rumah mendapat pengaruh lingkungan yang lebih banyak dibanding yang berada di dalam rumah. Salah satunya adalah pengaruh air hujan yang relatif bersifat asam karena pengaruh polusi udara.

Dari beberapa kasus di atas, bagaimana kalian menjelaskan proses perkaratan tersebut bisa terjadi? Dan faktor apa saja yang mempengaruhi perkaratan? Dari fakta tersebut apakah faktor air dan panas dan larutan elektrolit asam dapat mempengaruhi proses perkaratan pada besi? Jawabnya tentu iya kan?

1. Mekanisme proses reaksi perkaratan besi

Agar kalian lebih memahami proses perkaratan kita akan memperhatikan gambar dan penjelasan berikut:

Gambar 1.3 Proses reaksi perkaratan besi

Pada gambar diilustrasikan ada tetesan air yang menempel pada sepotong besi. Dari peristiwa tersebut akhirnya terbentuk suatu sel galvani alami. Dimana besi akan menjadi anode dan mengalami oksidasi menjadi Fe²⁺ menurut reaksi:

Fe(s)   →  Fe²⁺ (aq) + 2e    E⁰ = +0,44 V

Mulai saat itu kita akan melihat permukaan potongan besi menjadi tidak merata, sehingga luas  permukaan bidang sentuh antara air dan besi juga semakin luas. Elektron dari hasil oksidasi besi (Fe) akan berlari kearah molekul oksigen (O₂) yang berada di pertemuan antara besi dengan air, kemudian mereduksi molekul oksigen tersebut menurut reaksi:

O₂(g) + 4H⁺(l) + 4e → 2H₂O(aq)   E⁰ = +0,40 V

Lihatlah bahwa keberadaan air dalam reaksi juga menentukan keberlangsungan reaksi.

Secara redoks maka keseluruhan reaksi diberikan sebagai berikut:

Anode         : Fe(s)   →  Fe²⁺ (aq) + 2e                                                         E⁰ = +0,44 V

Katode        : O₂(g) + 4H⁺(aq) + 4e → 2H₂O(l)                                         E⁰ = +0,40 V    +

Reaksi sel   : 2Fe(s) + ½O₂(g) + 4H⁺(aq)  →  2Fe²⁺ (aq) + 2H₂O(l)        E⁰sel = +0,84 V

Lihat pula bahwa potensial sel bernilai positif yaitu +0,84 V. Ini menjelaskan bahwa perkaratan besi terjadi secara spontan. Kemudian Fe²⁺ akan mengalami oksidasi lebih lanjut sedemikian rupa sehingga menjadi karat besi 2Fe₂O₃.nH₂O. Menurut reaksi:

Fe²⁺(aq) + ½ O₂(g) + (2+n)H₂O(l) → Fe₂O₃.nH₂O (s) + 4H⁺ (aq)

Ion H⁺ dalam reaksi tersebut terbentuk kembali dalam hasil akhir reaksi menunjukkan bahwa ion tersebut merupakan katalis dalam proses perkaratan.

Untuk lebih jelasnya perhatikan reaksi berikut:

2Fe(s) + ½ O₂(g) + 4H⁺(aq)  →  2Fe²⁺  (aq) + 2H₂O(l)

2Fe²⁺(aq) +  O₂(g) + (n+2)H₂O(l) → Fe₂O₃.nH₂O (s) + 4H⁺ (aq)            +

2Fe(s) + 3/2 O₂(g) + nH₂O(l) + 4H⁺(aq) →  Fe₂O₃.nH₂O (s) +  4H⁺ (aq)

atau

2Fe(s) + 3/2 O₂(g) + nH₂O(l) →  Fe₂O₃.nH₂O (s)

Fe₂O₃.nH₂O merupakan senyawa oksida besi yang berwarna coklat kemerahan dan bersifat rapuh.

2. Faktor-faktor yang mempengaruhi proses perkaratan besi

Jika kalian mencermati beberapa kasus perkaratan besi dan reaksi-reaksi pada proses perkaratan besi, maka faktor-faktor yang mempengaruhi proses perkaratan dapat dibagi 2 yaitu faktor utama dan faktor pendukung. Faktor utama adalah faktor yang terlibat langsung pada reaksi dan sebagai penentu utama berlangsungnya reaksi tersebut. Faktor utama meliputi gas oksigen dan air. Sedangkan faktor pendukung adalah zat-zat lain atau kondisi lain yang secara langsung mempengarui proses perkaratan, faktor ini meliputi keterlibatan zat elektrolit (asam, basa, garam), permukaan besi yang tidak merata, serta pemanasan.

Dalam kegiatan belajar sebelumnya sudah dipelajari bahwa proses perkaratan pada besi merupakan proses yang spontan. Jika kalian sebagai perancang konstruksi bangunan apa kalian akan membiarkan kejadian ini berlangsung? Tentu tidak?

Kalian pasti akan mengutamakan faktor keselamatan pengguna serta faktor ekonomi untuk penghematan dana regenerasi alat atau rekosntruksi bangunan.

Kalau kalian lihat dari faktor-faktor yang mempengaruhi proses perkaratan besi Langkah apa yang akan kalian lakukan untuk proses pencegahan perkaratan pada besi. Tentunya secara umum adalah langkah-langkah untuk menghindari kontak besi dengan faktor-faktor pemicu terjadinya reaksi perkaratan yang meliputi gas oksigen, air,  elektrolit serta  mengupayakan permukaan besi lebih rata. Cara-cara umum yang digunakan untuk pencegahan perkaratan besi meliputi 2 cara yaitu teknik pelapisan logam dan teknik perlindungan katoda.

Teknik pelapisan logam.

Cara yang dapat dilakukan antara lain adalah:

1.Pengecatan.

Terdapat 2 bahan cat besi yaitu bahan dasar minyak dan bahan dasar lateks.

Bahan ini cukup memberikan perlindungan terhadap logam besi dan memberi tambah nilai estetikanya.

2.Pelapisan dengan plastik.

Plastik merupakan bahan polimer dari hidrokarbon. Cara ini ini juga efektif untuk melapisi beberapa alat rumah tangga dan memberi nilai estetika.

3.Pelapisan dengan minyak atau oli

Cara mencegah korosi selanjutnya yaitu dengan pelumuran oli atau gemuk.

Pelapisan besi baja dengan menggunakan oli atau gemuk ini bisa dilakukan untuk bahan-bahan yang tidak berhubungan dengan estetika karena akan merusak pemandangan.

4.Tin plating (pelapisan dengan timah)

Timah (Sn) ini termasuk logam tahan karat. Kaleng dari kemasan dari besi umumnya yang dilapisi dengan timah. Proses pelapisan dapat dilakukan secara elektrolisis. Lapisan pada timah akan melindungi besi selama lapisan itu masih utuh. Apabila terdapat goresan, maka timah ini justru mempercepat suatu proses korosi karena potensial elektrode timah lebih positif dari besi.

5.Chrome plating (pelapisan dengan krom)

Krom (Cr) memberi lapisan pelindung, sehingga besi yang sudah diberi lapisan krom akan mengkilap. Pelapisan dengan krom ini dilakukan dengan proses elektrolisis. Krom juga dapat memberikan perlindungan meskipun pada suatu lapisan krom tersebut ada yang rusak. Cara ini umumnya dapat dilakukan pada kendaraan bermotor, misalnya saja bumper mobil.

6.Pelapisan dengan Seng (Galvanisasi)

Seng (Zn) juga dapat melindungi besi meskipun lapisannya ada yang rusak. Hal ini karena potensial pada elektrode besi lebih negatif daripada seng, maka pada besi yang terkontak dengan seng akan membentuk sel elektrokimia dengan suatu besi sebagai katode dan seng yang akan mengalami oksidasi sehingga besi akan lebih awet.

Teknik perlindungan katoda atau proteksi katoda.

Cara yang digunakan dalam Teknik ini meliputi:

1.Pengorbanan anoda

Cara ini dilakukan dengan menggunakan logam lain yang lebih reaktif sebagai anoda. Kalian bisa memilih logam-logam yang mempunyai potensial reduksi lebih kecil dari logam besi. Logam apa itu? Logam yang paling efektif tentunya yang mempunyai potensial reduksi jauh lebih kecil dari besi.

Perbaikan pada pipa bawah tanah yang terkorosi mungkin juga memerlukan perbaikan yang mahal biayanya. Hal ini dapat diatasi dengan sebuah teknik sacrificial anode, yaitu dengan cara menanamkan sebuah logam magnesium atau aluminium kemudian dihubungkan ke pipa besi melalui sebuah kawat.

Lalu logam magnesium atau aluminium  itu akan berkarat, sedangkan besi tidak karena magnesium atau alauminium merupakan suatu logam yang reaktif (lebih mudah berkarat)

Gambar 2.1 Pengorbanan anoda Aluminium

2.Menggunakan arus paksa (Impressed current)

Arus paksa atau Impressed current protection cathode adalah  proteksi dengan menggunakan sumber arus yang berasal dari luar, biasanya dari arus AC yang dilengkapi dengan penyearah arus (rectifier) sehingga menjadi arus DC, dimana kutub negatif dihubungkan ke struktur yang dilindungi, dan kutub positif dihubungkan dengan anoda yang mempunyai potensial lebih tinggi dari struktur yang dilindungi. Pada Impressed Current Protection Cathode, arus listrik mengalir dari rectifier menuju anoda, lalu dari anoda melalui elektrolit ke permukaan struktur, kemudian mengalir sepanjang struktur dan kembali ke rectifier melalui konduktor elektrik. Karena struktur menerima elektron bukan malah melepaskan elektron, maka struktur menjadi terproteksi.

Gambar 2.2 Arus paksa (Impressed current) dan aliran elektronnya