Proses Perkaratan Besi dan cara Pencegahannya

Korosi merupakan masalah yang selalu mendapat perhatian sebab korosi dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar. Dalam arti luas Korosi merupakan peristiwa perusakan logam oleh karena terjadinya reaksi kimia antara logam dengan zat-zat di lingkungannya membentuk senyawa yang tak dikehendaki.

Terjadinya korosi merupakan suatu peristiwa elektrokimia. Menurut teori elektrokimia, suatu logam akan mengalami korosi jika pada permukaan logam terdapat bagian yang bertindak sebagai Anode (daerah oksidasi) dan ada bagian yang bertindak sebagai Katode (daerah reduksi oksigen)

Jika besi kontak dengan air atau udara yang dengan uap air, besi tersebut akan berkarat. Komposisi utama karat besi adalah besi (III) oksida terhidrat,  Fe2O3∙xH2O. Mekanisme perkaratan besi bergantung pada keadaan lingkungan keberadaaan besi tersebut. Pembentukan karat besi akan lebih cepat dengan adanya asam, garam, logam yang kurang reaktif dan temperatur tinggi.

Unsur utama dalam pembentungan karat besi adalah Air dan Oksigen. Pembentukan karat besi dimulai dari teroksidasinya Fe menjadi Fe2+ menurut reaksi :

Fe(s) --> Fe2+ + 2e

Fe2+ yang terbentuk akan meninggalkan besi melalui air dan bereaksi dengan O2 membentuk Fe3+ dalam karat. Dalam perkaratan tersebut, oksigen mengalami reduksi sebagai berikut :

O2(g) + 4H+(aq) + 4e --> 2H2O(l) atau O2(g) + 2H2O(l) + 4e --> 4OH-(aq) 

oksigen bertindak sebagai zat oksidator yang mengoksidasi Fe2+(aq) lebih lanjut menjadi Fe3+ yang selanjutnya Fe3+ terhidrolisis membentuk karat sesuai reaksi berikut :

 2Fe3+(aq) + (3+x) H2O --> Fe2O3∙xH2O(s) + 6H+(aq) atau

Fe2+(aq) + 2OH-(aq) --> Fe(OH)2(aq)

4Fe(OH)2(aq) + O2(g) --> Fe2O3(s) + 4H2O(l)

Cara Pencegahan Karat Besi (Korosi)

Pertama : Menggunakan lapisan pelindung untuk mencegah kontak langsung dengan H2O dan O2

Contoh lapisan pelindung yang dapat digunakan, antara lain lapisan cat, lapisan oli dan gemuk, lapisan plastik, dan pelapisan logam lain, seperti Sn, Zn, dan Cr. Pada pelapisan cat dan pelapisan plastik, bila cat tergores/terkelupas atau plastik terkelupas, proses perkaratan akan mulai terjadi pada bagian yang terpapar dengan udara tersebut. Pada pelapisan dengan oli dan gemuk, perlu dilakukan pengolesan secara berkala.

Melakukan pelapisan besi dengan timah (dikenal dengan nama tin plating), timah lebih tahan korosi (kurang reaktif) dibanding besi, di mana potensial reduksi besi lebih negatif (E° Fe = −0,44 V; E° Sn = −0,14 V). Namun, apabila lapisan timah tergores, maka timah justru akan mempercepat korosi pada besi. Pelapisan timah umumnya digunakan pada kaleng-kaleng kemasan makanan dengan tujuan agar kaleng-kaleng bekas cepat rusak dan hancur.

Melakukan pelapisan besi dengan zink (dikenal dengan nama galvanisasi), zink lebih reaktif dibanding besi (E° Fe = −0,44 V; E° Sn = −0,76 V). Berbeda dengan timah, bila lapisannnya tidak utuh, zink masih dapat melindungi besi dari korosi. Hal ini terjadi sebagaimana terbentuknya sel elektrokimia dengan zink sebagai anode yang teroksidasi dan besi sebagai katode. Mekanisme perlindungan ini disebut perlindungan katode. Pelapisan zink umumnya digunakan pada besi penopang konstruksi dan pipa besi.

Melakukan pelapisan besi dengan kromium (dikenal dengan nama chrome plating), kromium lebih reaktif dibanding besi (E° Fe = −0,44 V; E° Cr = −0,74 V). Sama seperti zink, mekanisme perlindungan katode juga terjadi pada pelapisan kromium meskipun ada lapisan kromium yang rusak. Pelapisan kromium umumnya digunakan pada ketel, setang, dan bemper mobil.

Kedua : Menggunakan perlindungan katode / proteksi katodik dimana dapat menggunakan logam lain yang lebih reaktif sebagai anode korban

Logam lain yang lebih reaktif dari besi, seperti Zn, Cr, Al, dan Mg, (dalam deret volta terletak di sebelah kiri Fe) akan berfungsi sebagai anode korban yang menyuplai elektron yang digunakan untuk mereduksi oksigen pada katode besi. Metode perlindungan katode ini dapat dilakukan dengan pelapisan seperti pada galvanisasi dan chrome plating ataupun dengan hanya menghubungkan logam anode korban dengan besi. Sebagai contoh, pipa besi yang ditanam di bawah tanah dan badan kapal laut umumnya dihubungkan dengan batang magnesium. Magnesium akan berfungsi sebagai anode korban dan besi menjadi katode yang terlindungi dari korosi (E° Fe = −0,44 V; E° Cr = −2,37 V), namun batang magnesium tersebut harus diganti secara berkala.

Ilustrasi : Pipa besi yang ada dalam tanah dilindungi oleh logam Magnesium (Mg)