Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya terhadap Korosi Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi Potensiodinamik
SINTESIS ZINK DIISOAMILDITIOFOSFAT PADA MEDIUM
HEPTANA DAN KARAKTERISASI KINERJA INHIBISINYA
TERHADAP KOROSI LOGAM TEMBAGA YANG DIUKUR
SECARA POLARISASI POTENSIODINAMIK
YUNITA PRIMASANTI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Zink
Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya
terhadap Korosi Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi Potensiodinamik
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Oktober 2014
Yunita Primasanti
NIM G44100032
ABSTRAK
YUNITA PRIMASANTI. Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada Medium
Heptana dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya terhadap Korosi Logam
Tembaga yang Diukur secara Polarisasi Potensiodinamik. Dibimbing oleh
KOMAR SUTRIAH dan MOHAMMAD KHOTIB.
Senyawa zink dialkilditiofosfat (ZDTP) telah dikenal sebagai aditif
dalam pelumas memiliki berbagai fungsi, salah satunya adalah antikorosi.
ZDTPi dapat disintesis melalui 2 tahapan, yang pertama adalah
pembentukan zat antara, yaitu asam dialkilditiofosfat (ADTP) dari reaksi
antara difosforus pentasulfida (P2S5) dengan isoamil alkohol. Tahap kedua
adalah penambahan oksida logam, yaitu ZnO. Kinerja ZDTPi sebagai
antikorosi diukur menggunakan teknik polarisasi potensiodinamik.
Efektivitas inhibisi ZDTPi pada logam Cu mencapai 98.77% pada
konsentrasi larutan inhibitor 3%. Parameter termodinamika menunjukkan
spontanitas reaksi korosi berkurang dengan kehadiran inhibitor. Energi
aktivasi meningkat setelah penambahan inhibitor karena meningkatnya
energi minimum reaksi.
Kata kunci: antikorosi, asam dialkilditiofosfat, polarisasi potensiodinamik,
termodinamika, zink dialkilditiofosfat
ABSTRACT
YUNITA PRIMASANTI. Zinc Diisoamyldithiophosphate Synthesis in
Heptane Medium and Inhibition Performance Characterization of Copper
Metal Corrosion Using Potentiodynamic Polarization Technique.
Supervised by KOMAR SUTRIAH and MOHAMMAD KHOTIB.
Zinc dialkyldithiophosphates (ZDTP) compound is known as a
lubricant additive and has many functions, one of which is as anti-corrosion.
ZDTPi was synthesized in 2 steps. The first step was formation of
intermediates so called dialkyldithiophosphates acid (ADTP) as resulted
from the reaction between diphosphorus pentasulfide (P2S5) and isoamyl
alcohol. The second step was addition of metal oxide, ZnO. ZDTPi
performance as an anti-corrosion was measured by potentiodynamic
polarization technique. The inhibiton effectiveness of ZDTPi to metal Cu
reached 98.77% in the 3% concentration of inhibitor solution.
Thermodynamic parameter showed a decreasing spontaneity reaction in the
presence of inhibitor. The activation energy increased due to the increasing
inhibitor addition as indicated by the increasing minimum energy of
reaction.
Keywords: anti-corrosion, dialkyldithiophosphates acid, potentiodynamic
polarization, thermodynamic, zink dialkyldithiophosphates
SINTESIS ZINK DIISOAMILDITIOFOSFAT PADA MEDIUM
HEPTANA DAN KARAKTERISASI KINERJA INHIBISINYA
TERHADAP KOROSI LOGAM TEMBAGA YANG DIUKUR
SECARA POLARISASI POTENSIODINAMIK
YUNITA PRIMASANTI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana
dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya terhadap Korosi
Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi
Potensiodinamik
Nama
: Yunita Primasanti
NIM
: G44100032
Disetujui oleh
Dr Komar Sutriah, MS
Pembimbing I
Mohammad Khotib, SSi MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala
atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan.
Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret
2014 ini ialah inhibitor korosi, dengan judul Sintesis Zink
Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana dan Karakterisasi Kinerja
Inhibisinya terhadap Korosi Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi
Potensiodinamik.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Komar Sutriah, MS
dan Bapak Mohammad Khotib, SSi MSi selaku pembimbing. Penghargaan
penulis sampaikan kepada Denar Zuliandanu, SSi, Nofianita Khoirunnisa,
SSi, Maulana Septiana, SSi, dan Faisal Rizki Gumelar, SSi yang telah
membantu selama penelitian. Terima kasih juga untuk staf analis
Laboratorium Terpadu IPB yang telah membantu selama pengumpulan data
penelitian.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, adik, serta
seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih juga
disampaikan kepada sahabat-sahabat saya (Mulyati, Mega, Eva, Wulan,
Vicky, Rosalina, Fitha, Tazkiya, Aris, dan Dita), mahasiswa penelitian di
Laboratorium Terpadu IPB, teman-teman mahasiswa Laboratorium Fisik
dan Lingkungan, dan teman-teman Kimia 47 atas doa dan dukungannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2014
Yunita Primasanti
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
13
Latar Belakang
13
Tujuan Penelitian
2
Waktu dan Lokasi
2
METODE
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Sintesis ZDTPi dan Penciriannya
5
Pencirian Produk ZDTPi
6
Pengaruh Konsentrasi ZDTPi terhadap Arus Korosi
7
Pengaruh Suhu pada Efektivitas Inhibisi Korosi ZDTPi
9
Parameter Termodinamika dan Kinetika Korosi
SIMPULAN DAN SARAN
10
12
Simpulan
12
Saran
12
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
13
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Rendemen sintesis ZDTPi
2 Analisis kadar logam Zn pada produk ZDTPi
3 Parameter korosi dan efektivitas inhibisi korosi larutan ZDTPi
4 Pengaruh suhu pada arus korosi
5 Parameter termodinamika dan kinetika korosi
6
7
8
9
10
DAFTAR GAMBAR
1 Rute sintesis ZDTPi
2 Spektrum inframerah produk ZDTPi
3 Hubungan konsentrasi inhibitor dengan efektivitas inhibitor
4 Aluran kurva persamaan Arrhenius keadaan transisi
5 Aluran kurva persamaan Arrhenius
6
7
9
10
11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir sintesis
2 Rangkaian alat sintesis
3 Elektrode Cu, reservoir, dan Potensiostat
4 Bobot dan perhitungan sintesis
5 Data hasil analisis kadar Zn
6 Data arus korosi
7 Data variasi suhu
14
15
16
17
18
19
21
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan berbagai logam dalam berbagai aspek kehidupan semakin
meningkat dari tahun ke tahun. Hal tersebut dipicu oleh adanya
perkembangan teknologi, pertumbuhan ekonomi, dan pembangunan
nasional. Logam-logam seperti baja, besi, aluminium, perak, dan tembaga
digunakan di berbagai industri baik sebagai komponen utama maupun
komponen tambahan. Terdapat banyak faktor yang menyebabkan turunnya
daya guna dari logam tersebut. Salah satu penyebabnya adalah terjadinya
korosi atau proses pengaratan logam (Irianty dan Khairat 2013). Korosi
menjadi salah satu masalah penting yang dihadapi oleh kelompok industri
maju. Kerugian yang dialami industri akibat peristiwa korosi, yaitu adanya
gangguan saat proses produksi, operasi berjalan tidak efisien, dan tingginya
harga pemeliharaan akibat penambahan ongkos pengontrolan korosi pada
mesin (Malik et al. 2011).
Proses terjadinya korosi dapat dikendalikan atau diperlambat lajunya
dengan pelapisan pada permukaan logam, perlindungan katodik, dan
penambahan inhibitor korosi (Irianty dan Khairat 2013). Penggunaan
inhibitor korosi memiliki banyak keuntungan, yaitu tingginya efektivitas
inhibisi, harga yang murah, rendahnya toksisitas, dan mudah diproduksi
(Malik et al. 2011). Istilah pelumasan dikenal di industri sebagai salah satu
upaya untuk menghambat terjadinya korosi. Permukaan logam dilindungi
sehingga dapat mencegah keausan dan gesekan mesin yang menjadi
penyebab korosi. Penambahan aditif inhibitor korosi dapat meningkatkan
kinerja dari pelumas sebagai antikorosi (Dinoiu et al. 2007).
Senyawa zink dialkilditiofosfat (ZDTP) telah dikenal selama empat
puluh tahun sebagai aditif dalam pelumas dengan konsentrasi kurang dari
1.5% dari bobot total pelumas (Dinoiu et al. 2007). Senyawa ini
mengandung gugus fosfor dan sulfur sehingga memiliki sifat antioksidan
yang kuat. Struktur ZDTP dapat teradsorpsi pada permukaan logam dan
membentuk lapisan pasif sehingga permukaan menjadi tidak terlalu aktif
terkorosi. Atom sulfur, fosfor, dan zink berperan dalam proses adsorpsi
sedangkan rantai alkil bertindak sebagai penghalang (barrier) yang
melindungi permukaan logam dari serangan oksidasi dari luar (Zuliandanu
2013).
Sintesis ZDTP dapat dilakukan melalui 2 tahapan, yang pertama
adalah pembentukan zat antara, yaitu asam dialkilditiofosfat (ADTP) dari
reaksi antara difosforus pentasulfida (P2S5) dengan alkohol. Tahap kedua
adalah penambahan oksida logam yaitu ZnO. (Rudnick 2009). Alkohol yang
digunakan dapat berbentuk rantai linear atau bercabang primer atau
sekunder, siklik atau aromatik dengan panjang yang berbeda-beda. Semakin
panjang rantai alkil yang digunakan, kelarutannya dalam minyak pelumas
menjadi semakin tinggi. Hal ini disebabkan sifat kepolaran ZDTP, yaitu
nonpolar. Pengaruh panjang rantai alkil lainnya adalah terbentuknya
2
stabilitas termal yang tinggi pada produk ZDTP yang dihasilkan. ZDTP
dengan alkil primer memiliki kestabilan termal, kestabilan hidrolitik,
antiaus, dan antioksidan yang baik (Rudnick 2009). Halangan sterik yang
besar dapat mengurangi kemudahan molekul ZDTP untuk teradsorpsi pada
permukaan logam (Zuliandanu 2013).
Pengukuran kinerja antikorosi dari ZDTP dapat dilakukan
menggunakan teknik polarisasi potensiodinamik. Teknik elektrokimia ini
banyak digunakan untuk mengukur kinerja antikorosi berdasarkan pantauan
arus korosi. Parameter polarisasi yang digunakan untuk menjadi parameter
pengukur kinerja antikorosi tersebut yaitu arus korosi, potensial korosi, dan
kemiringan Tafel (Zuliandanu 2013). Selain itu perlu digunakan juga
besaran termodinamika untuk mengukur kemudahan terjadinya reaksi
korosi. Akan tetapi, pembahasan termodinamika tentang korosi hanya
menunjukkan ada tidaknya kecenderungan korosi. Perlu dipelajari kinetika
proses korosi untuk menentukan kecepatan terjadinya reaksi korosi tersebut
(Atkins dan Paula 2012).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan melakukan sintesis dalam medium heptana
dan karakterisasi senyawa Zink (diisoamil ditiofosfat) serta menguji
kinerjanya sebagai antikorosi pada logam tembaga dengan teknik polarisasi
potensiodinamik.
Waktu dan Lokasi
Penelitian ini akan dilaksanakan dari bulan Maret hingga Juli 2014 di
Laboratorium Terpadu, Kampus IPB Baranangsiang Bogor.
METODE
Bahan dan Alat
Penelitian ini terdiri atas 2 bagian. Bagian pertama adalah sintesis
ZDTPi serta penciriannya dan bagian kedua adalah pengujian antikorosi
dengan teknik polarisasi potensiodinamik. Bahan-bahan yang digunakan
untuk sintesis dan pencirian ZDTPi adalah P2S5 (Merck), isoamil alkohol,
ZnO (teknis), n-heptana, HNO3 pekat, HCl 37%, KBr, dan akuades.
Pengujian antikorosi dengan teknik polarisasi potensiodinamik
menggunakan bahan-bahan yaitu aseton, ampelas silikon karbida 100 CW,
HCl 5%, larutan NaCl 1%, dan kupon tembaga (elektrode kerja).
Peralatan yang dibutuhkan adalah labu didih, termometer, pemanas,
pengaduk magnetik, neraca analitik, stopwatch, potensiostat DY2300, AAS
3
Shimadzu, dan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR)
Prestige-21 Shimadzu.
Prosedur
Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat (ZDTPi) (Dinoiu et al. 2007)
Bagan alir dari sintesis dijelaskan pada Lampiran 1. Tahap pertama
adalah sintesis ADTP terlebih dahulu. P2S5 dan isoamil alkohol direaksikan
dengan nisbah mol 1:4 dalam pelarut n-heptana selama 12 jam di dalam
labu didih. Pemanasan dan pengadukan dilakukan pada suhu 70 oC pada
penangas air. Rangkaian alat untuk sintesis tahap pertama ditunjukkan pada
Lampiran 2. Produk dari hasil reaksi ini adalah asam diisoamilditiofosfat
(ADTPi). Sebanyak 1 mol ZnO ditambahkan pada wadah ADTPi lalu
dilakukan pengadukan tanpa pemanasan selama 12 jam untuk membentuk
ZDTPi. Produk diekstraksi dengan 20 mL n-heptana dan dicuci dengan 20
mL air. Fase organik yang diambil lalu diuapkan pelarutnya. Selanjutnya
bobot ZDTPi ditimbang untuk mendapatkan rendemennya.
Pencirian Gugus Fungsi dengan FTIR
ZDTPi hasil sintesis dicirikan dengan menggunakan tipe FTIR
Prestige-21 Shimadzu untuk menentukan gugus fungsi atau ikatan kimia
pada produk. Pengukuran dilakukan dengan menggerus produk dengan KBr
kemudian dibuat pelet dan diukur pada panjang gelombang 400-5000 cm-1.
Penetapan Kadar Zn dengan AAS
Sampel Zink (diisoamil ditiofosfat) ditimbang sebanyak 0.5 g dan
ditambahkan 10 mL HNO3 pekat. Campuran didestruksi hingga asap
menghilang dan ditambahkan 10 mL HCl 37%. Larutan hasil destruksi
disaring ke labu takar 100 mL lalu ditera dengan akuades. Larutan ini
kemudian diukur kadar Zn-nya dengan AAS Shimadzu AA-6300 pada
panjang gelombang 213.9 nm dengan lebar celah 0.7 nm.
Pengukuran dengan Teknik Polarisasi Potensiodinamik
Elektrode kerja tembaga (Cu) dipreparasi dengan cara diampelas
permukaannya kemudian dibilas dengan akuades dan aseton. Setelah itu,
elektrode Cu dimasukkan ke dalam reservoir yang berisi larutan uji NaCl
1%. Reservoir diberikan sirkulasi air pada dindingnya untuk memelihara
kestabilan suhu. Elektrode Ag/AgCl dan kawat Pt berturut-turut dipasang
sebagai elektrode pembanding dan elektrode pembantu. Kabel warna hitam,
putih, dan merah dari potensiostat DY2300 berturut-turut disambungkan
pada elektrode kerja, pembanding, dan pembantu. Gambar dan rangkaian
alat ditunjukkan pada Lampiran 3.
Larutan uji dibiarkan mencapai kesetimbangan dengan elektrode
sekitar 5 menit. Setelah itu, program DY2300 Potensiostat pada perangkat
komputer dinyalakan dan dipilih teknik linear polarization pada kotak
dialog. Pengukuran blanko dilakukan pada rentang potensial 60 sampai 100
mV untuk anode dan 60 sampai 0 mV untuk katode dengan scan rate 0,25
4
mV/s. Setelah pengukuran blanko selesai, elektrode Cu dibersihkan kembali
dengan cara dibilas HCl 5% kemudian dicuci dengan akuades dan diampelas
kembali. Setelah itu, dicuci kembali menggunakan akuades dan aseton.
Elektrode Cu yang telah dibersihkan kemudian dicelupkan ke dalam
larutan ZDTPi dengan konsentrasi 0.5%, 1%, 2%, dan 3% selama 15 detik
dan ditiriskan beberapa saat. Elektrode kerja kemudian dirangkaikan
kembali pada reservoir dan dilakukan lagi pengondisian secara 2 menit.
Setelah pengondisian selesai, sampel diukur pada rentang potensial yang
sama baik untuk anode maupun katode. Data yang didapatkan kemudian
diproses menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel sehingga didapat
kurva polarisasi. Dari kurva tersebut, diperoleh informasi berupa potensial
korosi (Ecorr), tetapan Tafel anode (a) dan katode (c), serta arus korosi
(icorr). Efektivitas inhibitor dan derajat penutupan permukaan () dihitung
sesuai persamaan berikut.
Parameter Termodinamika Proses Korosi
Parameter termodinamika ditentukan
Arrhenius keadaan transisi:
berdasarkan
persamaan
Pengukuran dilakukan pada suhu 30, 40, 50, dan 60 oC. Parameter ΔH* dan
ΔS* berturut-turut merupakan perubahan entalpi dan entropi keadaan
transisi, sedangkan NAh adalah tetapan Planck Molar (3.99 × 10-10 JSmol-1).
Dengan memvariasikan suhu (T), maka ΔH* dan ΔS* dapat ditentukan dari
kurva ln (icorr/T) vs 1/T, sedangkan perubahan energy bebas Gibbs transisi
(ΔG*) dihitung dengan persamaan berikut:
ΔG* = ΔH* – TΔS*
Kinetika Laju Korosi dengan Tinjauan Energi Aktivasi
Energi aktivasi atau biasa dikenal sebagai energi pengaktifan
merupakan energi minimum yang dibutuhkan untuk suatu reaksi dapat
berjalan.
5
dengan A merupakan tetapan Arrhenius yang ditentukan secara empirik, Ea
adalah energi aktivasi proses korosi (kJ mol-1), R adalah tetapan gas ideal
(8.314 J mol-1K-1), dan T adalah suhu (K) (Atkins dan Paula 2012).
Pengukuran dilakukan pada suhu 30, 40, dan 50oC.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Sintesis ZDTPi dan Penciriannya
Sintesis ZDTPi dilakukan melalui dua tahapan, yaitu dengan
mencampurkan difosforus pentasulfida (P2S5) dengan isoamil alkohol dalam
pelarut n-heptana sehingga dihasilkan zat antara, yaitu asam
dialkilditiofosfat (ADTP). Pelarut n-heptana memiliki sifat nonpolar
sehingga dapat memudahkan reaksi antara P2S5 yang bersifat nonpolar
dengan alkohol yang bersifat polar. Oleh karena itu, n-heptana dapat
melarutkan kedua reaktan dengan baik (Hayati 2013).
Unsur Fosfor (P) memiliki peranan penting sebagai antikorosi. Oleh
sebab itu P2S5 yang direaksikan dibuat berlebih agar didapat konsentrasi
fosfor yang lebih tinggi. Konsentrasi P yang tinggi dapat meningkatkan
peluang terbentuknya ZDTP yang akan dihasilkan (Dinoiu et al. 2007).
Selain itu untuk memastikan bahwa isoamil alkohol habis terpakai saat
reaksi karena alkohol yang tersisa akan mengganggu adisi ZnO terhadap
ADTP pada tahap 2 sintesis (Zuliandanu 2013).
Pemanasan pada tahap pertama sangat dibutuhkan untuk
menghilangkan hasil samping yaitu gas H2S yang dapat mengganggu
jalannya reaksi. Namun apabila suhu terlalu tinggi maka produk ADTP akan
terdekomposisi dan rendemen yang dihasilkan akan rendah (Rismawati
2013). Pembentukan ADTP harus dalam kondisi tertutup sebagai upaya
pencegahan terjadinya oksidasi pada ADTP yang dihasilkan (Hayati 2013).
Tahap kedua adalah penambahan oksida logam ZnO sehingga
menghasilkan produk akhir ZDTP (Rudnick 2009). Waktu sintesis yang
digunakan pada kedua tahap adalah 12 jam agar reaksi berjalan sempurna
dan rendemen yang diperoleh besar (Rismawati 2013). Rute sintesis
(Rudnick 2009) ditunjukkan pada Gambar 1. Rendemen yang dihasilkan
ditunjukkan oleh Tabel 1. Bobot reaktan dan perhitungan rendemen sintesis
ditujukkan pada Lampiran 4.
6
ADTP
ZDTPi
Gambar 1 Rute sintesis ZDTPi (R= isoamil alkohol)
Tabel 1 Rendemen sintesis ZDTPi
Sampel
Ulangan 1
Ulangan 2
Bobot ZDTPi (g)
20.3320
20.2823
Rendemen (%)
93.54
93.31
Pencirian Produk ZDTPi
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR
Spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR) digunakan
untuk mendeteksi gugus fungsi dari senyawa ZDTPi yang dihasilkan.
Spektrum yang dihasilkan pada Gambar 2 menunjukkan adanya puncak
serapan pada bilangan gelombang 3000-2750 cm-1 regang C-H, 1467 cm-1
regang –CH2-, dan 1384 cm-1 regang –CH3. Bilangan gelombang di daerah
1072 cm-1 menunjukkan adanya ikatan P-O-C dan 673-590 cm-1
menunjukkan adanya ikatan P-S (Hayati 2013). Sementara itu, serapan Zn-S
pada daerah 400-300 cm-1 tidak dapat diukur. Dari hasil interpretasi ini
dapat diduga bahwa produk ZDTPi telah terbentuk, diantaranya dengan
ditandai hilangnya alkohol yang habis bereaksi pada daerah bilangan
gelombang 3500-3200 cm-1.
7
Gambar 2 Spektrum inframerah produk ZDTPi
Analisis Kadar Zn dengan AAS
Alat yang banyak digunakan untuk analisis logam adalah atomic
absorption spectroscopy (AAS) atau spektroskopi serapan atom (SSA).
Sampel yang telah dipreparasi kemudian diatomisasi dari atom pada
keadaan dasar. Logam yang terkandung dalam sampel akan menyerap sinar
elektromagentik sehingga tereksitasi. Rasio sinar yang terserap dengan yang
diteruskan dapat dibaca oleh alat sebagai konsentrasi dari logam Zn (Dewi
2009). Kadar Zn yang didapat dari percobaan relatif sama dengan kadar Zn
teoritis. Hasil analisis logam Zn yang terukur ditunjukkan pada Tabel 2 dan
Lampiran 5.
Tabel 2 Analisis kadar logam Zn pada produk ZDTPi
Ulangan
1
2
Kadar (%) Zn hasil
percobaan
12.08
11.79
Kadar (%) Zn teoritis
10.83
Pengaruh Konsentrasi ZDTPi terhadap Arus Korosi
Pengujian korosi dengan menggunakan teknik polarisasi
potensiodinamik ini dilakukan untuk melihat ketahanan dari logam yang
telah ditambahkan ZDTPi terhadap oksidasi ketika diberi potensial dari luar.
Adanya ion klorida menyebabkan lingkungan korosi meningkat. Ion klorida
8
memiliki sifat agresif dari golongan asam kuat sehingga dapat merusak
lapisan oksida logam. Produk ZDTPi sebagai inhibitor akan mengurangi
kemungkinan permukaan logam kontak langsung dengan lingkungan (Tjitro
et al. 2000). Proses pengendalian ini dapat memperlambat kecepatan korosi
karena inhibitor secara kimia berinteraksi dengan permukaan logam untuk
memberi tingkat perlindungan tertentu terhadap logam (Djatmiko dan
Budiarto 2009).
Arus korosi dapat ditentukan berdasarkan polarisasi potensiodinamik.
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan metode Tafel sehingga didapat
kurva polarisasi anodik dan katodik (Sunarya et al. 2008). Arus korosi
kemudian didapat dari perpotongan antara kurva Tafel anode dan katode.
Peningkatan konsentrasi larutan ZDTPi menyebabkan arus korosi akan
mengalami penurunan dan adanya peningkatan efektivitas inhibisi. Hasil
pengukuran dengan menggunakan metode polarisasi potensiodinamik
ditunjukkan pada Tabel 3 dan Lampiran 6.
Konsentrasi ZDTP yang memberikan laju korosi (CR) paling kecil,
derajat penutupan permukaan () yang besar, dan daya inhibisi paling besar,
yaitu pada konsentrasi 3%. Nilai yang besar mengakibatkan permukaan
logam tertutupi penuh oleh inhibitor (Zuliandanu 2013). Peningkatan
permukaan logam yang terlindungi ini menyebabkan difusi ion-ion dan
elektron yang terlepas dari permukaan logam akan sulit terlepas sehingga
arus yang dihasilkan kecil dan laju korosi akan berkurang (Djatmiko dan
Budiarto 2009).
Tabel 3 Parameter korosi dan efektivitas inhibisi korosi larutan ZDTPi
Konsentrasi (%)
Blanko
0.5
1
2
3
Arus korosi %EI
(mA)
3.3000
2
39.39
0.7350
77.71
0.1280
96.12
0.0400
98.77
CR
0.3940
0.7770
0.9610
14.9163
9.0401
3.3222
0.5785
0.9880
0.1831
Kurva pada Gambar 3 menunjukkan bahwa persen efektivitas inhibisi
meningkat seiring dengan kenaikan konsentrasi ZDTPi. Peningkatan ini
tidak terlihat linear setelah penambahan konsentrasi ZDTPi 2%. Kurva
tersebut menggambarkan bahwa penambahan konsentrasi ZDTPi di atas 2%
tidak meningkatkan nilai persen efektivitas inhibisi secara signifikan.
9
Gambar 3 Hubungan konsentrasi inhibitor dengan efektivitas inhibitor
Pengaruh Suhu pada Efektivitas Inhibisi Korosi ZDTPi
Kenaikan suhu lingkungan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan
adanya serangan oksidasi yang cepat pada permukaan logam. Peningkatan
ini memicu bertambahnya energi pada sistem yang dapat meningkatkan
keaktifan dari gerakan ion klorida dalam reservoir. Ion klorida yang bersifat
agresif ini dapat mengikis lapisan logam tembaga. Akibatnya terjadi
penurunan polarisasi anodik dan bertambah negatifnya potensial anoda
sebagai tanda terjadinya korosi. Penambahan inhibitor ZDTPi dapat
melindungi lapisan logam tembaga sehingga terbentuk lapisan tipis
(Soedarsono 2004).
Data pada Tabel 4 menunjukkan bahwa laju korosi semakin
meningkat karena adanya kenaikan suhu. Penambahan ZDTPi sebagai
inhibitor menyebabkan laju korosi menurun dibandingkan blangko.
Penurunan persen efektivitas inhibisi (EI%) akibat bertambahnya suhu
menunjukkan adanya mekanisme adsorpsi secara fisik atau fisisorpsi.
Menurut Ebenso et al. (2008) mekanisme fisisorpsi ditunjukkan oleh adanya
penurunan %EI dengan kenaikan suhu sedangkan untuk mekanisme
kimisorpsi, nilai %EI meningkat dengan kenaikan suhu.
Tabel 4 Pengaruh suhu pada arus korosi
Suhu
(oC)
30
40
50
Garis Tafel
Larutan
Blangko
Sampel
Blangko
Sampel
Blangko
Sampel
Anode
Katode
y= -5.068x + 0.039
y= -1.928x + 0.053
y= -7.904x + 0.021
y= -6.405x + 0.054
y= -12.207x + 0.01
y= -16.764x + 0.09
y= 14.610x + 0.098
y= 16.876x + 0.088
y= 12.650x + 0.097
y= 6.579x + 0.081
y= 8.760x+0.132
y= 6.533x + 0.095
Arus korosi
(mA)
2.9983
1.8613
3.6975
2.0793
5.6708
3.4038
%EI
53.41
43.76
39.98
10
Parameter Termodinamika dan Kinetika Korosi
Besaran termodinamika dan kinetika digunakan untuk mengukur
kemudahan suatu reaksi korosi dapat terjadi. Derajat ketidakteraturan sistem
dijelaskan dengan perubahan entropi (ΔS) dan kespontanan suatu reaksi
dijelaskan melalui perubahan energi bebas Gibbs (ΔG). Parameter
termodinamika korosi tersebut didapatkan melalui aluran kurva ln (i/T)
terhadap 1000/T (Gambar 4) sesuai dengan persamaan Arrhenius keadaan
transisi.
Gambar 4 Aluran kurva persamaan Arrhenius keadaan transisi
Tabel 5 menunjukkan bahwa nilai H* sampel lebih besar dari
blangko. Hal ini dapat menunjukkan bahwa dengan penambahan inhibitor
ZDTPi akan menyebabkan reaksi korosi yang terjadi membutuhkan energi
yang lebih besar dibandingkan blanko. Nilai S* yang meningkat
mengindikasikan adanya kenaikan derajat ketidakaturan sistem saat reaktan
berubah menjadi kompleks teraktifkan (Zarrouk et al. 2011). Nilai G*
menjelaskan spontanitas suatu reaksi. Reaksi kimia berjalan spontan dengan
adanya arah penurunan nilai G*. Jika nilai G* berkurang maka reaksi
korosi mempunyai kecenderungan untuk lebih mudah terjadi (Atkins dan
Paula 2012). Nilai G* pada Tabel 5 menunjukkan bahwa dengan
penambahan inhibitor ZDTPi terjadi peningkatan nilai G* sehingga reaksi
korosi berjalan tidak spontan.
Tabel 5 Parameter termodinamika dan kinetika korosi
Blangko
Sampel
-1
H* (kJmol- S* (Jmol-1K- G* (kJmol- Ea (kJmol )
1
1
1
)
)
)
22.5480
-161.8369
71.5825
25.0740
32.5063
-135.1756
73.4628
35.1777
11
Aspek kinetika dapat digunakan untuk melihat mekanisme inhibisi
dari ZDTPi dengan melihat kecepatan dari reaksi korosi. Tinjauan mengenai
kinetika korosi dapat dijelaskan berdasarkan nilai energi aktivasi (Ea) proses
korosi. Nilai Ea didapat melalui persamaan Arrhenius (Gambar 5). Gradien
kurva dikalikan dengan tetapan gas ideal (R) merupakan nilai Ea dari reaksi
yang terjadi (Zarrouk et al. 2011). Nilai Ea didefinisikan sebagai energi
minimum yang harus dimiliki agar suatu reaksi bisa terjadi (Atkins dan
Paula 2012). Semakin meningkatnya nilai Ea maka energi minimum yang
dibutuhkan untuk terjadinya proses korosi akan semakin besar sehingga laju
korosi akan menurun (Zarrouk et al. 2011).
Data pada Tabel 5 menunjukkan dengan adanya penambahan ZDTPi,
nilai Ea semakin meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya
penambahan ZDTPi, dibutuhkan energi yang lebih besar agar reaksi korosi
dapat terjadi. Peningkatan nilai Ea akibat penambahan inhibitor diduga
membuktikan adanya mekanisme fisisorpsi (Zarrouk et al. 2011). Adanya
interaksi daya tarik elektrostatik antara muatan gugus hidrofilik dan muatan
gugus permukaan atom logam menunjukkan mekanisme fisisorpsi (Malik et
al. 2011).
Gambar 5 Aluran kurva persamaan Arrhenius
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada medium n-heptana telah
berhasil dilakukan dengan rendemen yang tinggi sebesar 93.54% dan
93.31%. Hal ini dibuktikan oleh pencirian gugus fungsi menggunakan FTIR
yang menunjukkan adanya pita-pita serapan yang khas untuk ZDTP. Kinerja
antikorosi ZDTP telah berhasil ditentukan dengan teknik polarisasi
potensiodinamik. Efektivitas inhibisi korosi semakin meningkat seiring
meningkatnya konsentrasi ZDTP yang ditambahkan. ZDTP mampu
menurunkan spontanitas reaksi korosi yang terukur berdasarkan peningkatan
G dari 71.5825 kJmol-1 menjadi 73.4628 kJmol-1. Nilai Ea yang didapat
dengan penambahan inhibitor lebih besar dibanding blangko. Hal ini
mengindikasikan bahwa reaksi korosi yang terjadi membutuhkan energi
minimum yang lebih besar sehingga laju korosi pun menurun dengan
adanya penambahan ZDTP.
Saran
Adanya penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan logam pusat
yang digunakan dengan logam lain yang memiliki kinerja yang baik sebagai
antikorosi. Selain itu perlu dilakukan penelitian menggunakan alkohol
dengan rantai alkil lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins PW, Paula JD. 2012. Physical Chemistry Sixth Edition. New York
(US): WH Freeman.
Dewi KSP. 2009. Kemampuan adsorpsi batu pasir yang dilapisi besi oksida
(Fe2O3) untuk menurunkan kadar Pb dalam larutan. J Bumi Lestari.
9(2):254-262.
Dinoiu V, Florescu D, Bogatu L. 2007. The influence of synthesis method
of zinc dialkyldithiophosphates on the process of additivation. Rev
Chim. 58(2):183-185.
Djatmiko E, Budiarto. 2009. Analisis laju korosi dengan metode polarisasi
dan potensiodinamik bahan baja SS 304l. Seminar Nasional ke- 15
Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir; 2009
Oktober 17; Surakarta, Indonesia. Surakarta (ID): Universitas
Pancasila. hlm 182-194.
Ebenso EE, Eddy NO, Odiongenyi AO. 2008. Corrosion inhibitive
properties and adsorption behavior of ethanol extract of Piper
guinensis as a green corrosion inhibitor for mild steel in H2SO4. Afr J
Pure Appl Chem. 2(11):107-115.
Hayati IK. 2013. Pengaruh pelarut pada rendemen sintesis zink
bis(dibutilditiofosfat) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
13
Irianty RS, Khairat. 2013. Ekstrak daun papaya sebagai inhibitor korosi
pada baja AISI 4140 dalam medium air laut. J. Ilmiah Sains Terapan.
4(2):77-82.
Ketis NK, Wahyuningrum D, Achmad S, Bundjah B. 2010. Efektifitas
asam glutamat sebagai inhibitor korosi pada baja karbon dalam larutan
NaCl 1%. J. Matematika dan Sains. 15(1):1-8.
Malik MA, Hashim MA, Nabi F, Al-Thabairi AS. 2011. Anti-corrosion
ability of surfactans: a review. Int J Electrochem Sci. 6:1927-1948.
Perez N. 2004. Electrochemistry and Corrosion Science. Boston (USA):
Kluwer Academic Publishers.
Rismawati. 2013. Pengaruh jenis alkohol pada rendemen sintesis zink
dialkilditiofosfat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rudnick LR. 2009. Lubricant Additives Chemistry and Applications Second
Edition. Prancis (FR): CRC Press.
Soedarsono BSA. 2004. Korelasi efisiensi anoda korban Al-Azn-In terhadap
perubahan kurva polarisasi dengan menggunakan metode
potensiodinamik [tesis]. Jakarta (ID): Universitas Indonesia.
Sunarya Y, Radiman CL, Achmad S, Bundjali B. 2008. Pengaruh
temperatur terhadap mekanisme inhibisi oleh sistein pada korosi baja
karbon dalam larutan NaCl jenuh CO2. J Matematika dan Sains. 13
(3):90-96.
Sutrisno, E. 2012. Laju korosi lapisan krom pada knalpot berbahan baja
karbon AISI 1010 [skripsi]. Depok (ID): Universitas Gunadarma.
Utomo B. 2009. Jenis korosi dan penanggulangannya. Kapal. 6(2):138-141.
Zarrouk A, Hammouti B, Zarrok H, Al-Dayab SS, Messali M. 2011.
Temperature effect, activation energies and thermodynamic adsorption
studies of l-cysteine methyl ester hydrochloride as copper corrosion
inhibitor in nitric acid 2M. Int J Electrochem Sci. 6:6261-6274.
Zuliandanu D. 2013. Kinerja antikorosi zink dialkilditiofosfat berdasarkan
studi termodinamika dan kinetika dengan teknik polarisasi
potensiodinamik [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
14
Lampiran 1 Bagan alir sintesis
Isoamil alkohol + P2S5
Pemanasan dan pengadukan
ADTP
ZnO
Pengadukan tanpa pemanasan
Pemisahan Produk
Pemisahan dan pencucian
Produk sintesis
Pencirian
dengan FTIR
Penetapan kadar
Zn dengan AAS
Uji kinerja korosi
(Potensiostat EA160)
15
Lampiran 2 Rangkaian alat sintesis
(Sumber: Hayati 2013)
Keterangan:
a. campuran pereaksi
b. penangas air
c. rangkaian alat penjerap hasil samping gas H2S
16
Lampiran 3 Elektrode Cu, reservoir, dan Potensiostat
Elektrode Cu
Reservoir
Potensiostat
17
Lampiran 4 Bobot dan perhitungan sintesis
Sampel
Ulangan 1
Ulangan 2
Bobot reaktan yang ditimbang (g)
P2S5
Alkohol
ZnO
8.0127
12.7233
2.9313
8.0047
12.8043
2.9316
Contoh perhitungan rendemen (Ulangan 1):
Mol isoamil alkohol =
Mol produk
=
Bobot teoritis ZDTP = mol teoritis Mr ZDTP
= 0.036 mol 603.8 g/mol
= 21.7368 gram
Rendemen
=
Bobot
ZDTP (g)
20.3320
20.2823
Rendemen
(%)
93.54
93.31
18
Lampiran 5 Data hasil analisis kadar Zn
Ulangan
bobot
Konsentrasi
1
2
sampel
(g)
0.5129
0,5187
terbaca AAS
(mg/L)
620.5793
611.6968
Kadar (%)
Zn
hasil
percobaan
12.08
11.79
Rerata kadar (%)
Zn hasil percobaan
Kadar (%)
Zn
teoritis
11.94
10,83
Contoh perhitungan :
Kadar Zn hasil percobaan (%)
× 100%
× 100%
12,08 %
Kadar Zn teoritis (%)
10,83 %
19
Lampiran 6 Data arus korosi
Arus
korosi
(mA)
%EI
y=16.82x+0.1167
3.3000
-
-
y=-9.853x+0.037
y=11.923x+0.082
2
39.39
0.39
1
y=-24.662x+0.027
y=47.126x+0.0803
0.7350
77.71
0.77
2
y=-24.678x+0.047
y=92.007x+0.0677
0.1280
96.12
0.96
3
y=-515.13x+0.036
y=367.11x+0.0722
0.0400
98.77
0.98
Garis Tafel
Konsentrasi
(%)
anode
katode
Blanko
y=-6.650x+0.039
0.5
Perhitungan Ekstrapolasi Tafel
1. Arus blangko
Persamaan garis Tafel anode: y=-6.650x + 0.039
Persamaan garis Tafel katode: y=16.82x + 0.1167
Arus korosi (x) saat terjadi perpotongan (y1= y2)
maka y1= y2
-6.650x + 0.039 = 16.82x + 0.1167
-0.0777 = 10.17x
x = 3.300 mA
2. Efektivitas Inhibisi
=
= 39.39%
20
3. Derajat penutupan permukaan
=
= 0.39
4. Laju korosi (CR)
CR =
CR =
CR =
CR = 14.92 mm y-1
Kurva polarisasi zink diisoamilditiofosfat
21
Lampiran 7 Data variasi suhu
Larutan
Blanko
1%
ZDTP
1000/T
I (mA)
Ln i
303
313
323
3.30
3.19
3.09
2.9983
3.6975
5.6708
1.0980
1.3076
1.7353
Ln
(i/T)
0.0098 -4.6157
0.0118 -4.4385
0.0175 -4.0423
303
313
323
3.30
3.19
3.09
1.3968
2.0793
3.4038
0.3341
0.7320
1.2248
0.0046 -5.3795
0.0066 -5.0142
0.0105 -4.5564
Suhu
i/T
22
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 30 Juni 1993. Penulis
sebagai anak dari pasangan Teguh Dwi Santono, SE dan Ninik Martuti
merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari
SMA Negeri 6 Bogor dan pada tahun yang sama diterima di Departemen
Kimia, Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI.
Selama mengikuti masa perkuliahan penulis pernah aktif dalam
organisasi Ikatan Mahasiswa Kimia IPB selama periode 2011-2012 sebagai
Bendahara Departemen Pengembangan Kimia dan Seni (PKS) dan periode
2012-2013 sebagai Sekretaris Dewan Pengawas Imasika (DPI). Penulis juga
aktif dalam organisasi nasional Ikatan Himpunan Mahasiswa Kimia
Indonesia periode 2012-2014 sebagai Anggota Departemen Keilmuan.
Penulis menjadi asisten praktikum Kimia B TPB dan asisten praktikum
Kimia Fisik pada tahun ajaran 2013-2014. Penulis juga berkesempatan
melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di Balai Pengujian Mutu Barang,
Jakarta pada tahun 2013 dengan judul laporan Kandungan Multiresidu
Pestisida Golongan Organoklorin dalam Bayam.
HEPTANA DAN KARAKTERISASI KINERJA INHIBISINYA
TERHADAP KOROSI LOGAM TEMBAGA YANG DIUKUR
SECARA POLARISASI POTENSIODINAMIK
YUNITA PRIMASANTI
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
PERNYATAAN MENGENAI SKRIPSI DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA
Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi berjudul Sintesis Zink
Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya
terhadap Korosi Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi Potensiodinamik
adalah benar karya saya dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum
diajukan dalam bentuk apa pun kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan maupun tidak
diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam
Daftar Pustaka di bagian akhir skripsi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Oktober 2014
Yunita Primasanti
NIM G44100032
ABSTRAK
YUNITA PRIMASANTI. Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada Medium
Heptana dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya terhadap Korosi Logam
Tembaga yang Diukur secara Polarisasi Potensiodinamik. Dibimbing oleh
KOMAR SUTRIAH dan MOHAMMAD KHOTIB.
Senyawa zink dialkilditiofosfat (ZDTP) telah dikenal sebagai aditif
dalam pelumas memiliki berbagai fungsi, salah satunya adalah antikorosi.
ZDTPi dapat disintesis melalui 2 tahapan, yang pertama adalah
pembentukan zat antara, yaitu asam dialkilditiofosfat (ADTP) dari reaksi
antara difosforus pentasulfida (P2S5) dengan isoamil alkohol. Tahap kedua
adalah penambahan oksida logam, yaitu ZnO. Kinerja ZDTPi sebagai
antikorosi diukur menggunakan teknik polarisasi potensiodinamik.
Efektivitas inhibisi ZDTPi pada logam Cu mencapai 98.77% pada
konsentrasi larutan inhibitor 3%. Parameter termodinamika menunjukkan
spontanitas reaksi korosi berkurang dengan kehadiran inhibitor. Energi
aktivasi meningkat setelah penambahan inhibitor karena meningkatnya
energi minimum reaksi.
Kata kunci: antikorosi, asam dialkilditiofosfat, polarisasi potensiodinamik,
termodinamika, zink dialkilditiofosfat
ABSTRACT
YUNITA PRIMASANTI. Zinc Diisoamyldithiophosphate Synthesis in
Heptane Medium and Inhibition Performance Characterization of Copper
Metal Corrosion Using Potentiodynamic Polarization Technique.
Supervised by KOMAR SUTRIAH and MOHAMMAD KHOTIB.
Zinc dialkyldithiophosphates (ZDTP) compound is known as a
lubricant additive and has many functions, one of which is as anti-corrosion.
ZDTPi was synthesized in 2 steps. The first step was formation of
intermediates so called dialkyldithiophosphates acid (ADTP) as resulted
from the reaction between diphosphorus pentasulfide (P2S5) and isoamyl
alcohol. The second step was addition of metal oxide, ZnO. ZDTPi
performance as an anti-corrosion was measured by potentiodynamic
polarization technique. The inhibiton effectiveness of ZDTPi to metal Cu
reached 98.77% in the 3% concentration of inhibitor solution.
Thermodynamic parameter showed a decreasing spontaneity reaction in the
presence of inhibitor. The activation energy increased due to the increasing
inhibitor addition as indicated by the increasing minimum energy of
reaction.
Keywords: anti-corrosion, dialkyldithiophosphates acid, potentiodynamic
polarization, thermodynamic, zink dialkyldithiophosphates
SINTESIS ZINK DIISOAMILDITIOFOSFAT PADA MEDIUM
HEPTANA DAN KARAKTERISASI KINERJA INHIBISINYA
TERHADAP KOROSI LOGAM TEMBAGA YANG DIUKUR
SECARA POLARISASI POTENSIODINAMIK
YUNITA PRIMASANTI
Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains
pada
Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2014
Judul Skripsi : Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana
dan Karakterisasi Kinerja Inhibisinya terhadap Korosi
Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi
Potensiodinamik
Nama
: Yunita Primasanti
NIM
: G44100032
Disetujui oleh
Dr Komar Sutriah, MS
Pembimbing I
Mohammad Khotib, SSi MSi
Pembimbing II
Diketahui oleh
Prof Dr Dra Purwantiningsih Sugita, MS
Ketua Departemen
Tanggal Lulus:
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah subhanahu wa ta’ala
atas segala karunia-Nya sehingga karya ilmiah ini berhasil diselesaikan.
Tema yang dipilih dalam penelitian yang dilaksanakan sejak bulan Maret
2014 ini ialah inhibitor korosi, dengan judul Sintesis Zink
Diisoamilditiofosfat pada Medium Heptana dan Karakterisasi Kinerja
Inhibisinya terhadap Korosi Logam Tembaga yang Diukur secara Polarisasi
Potensiodinamik.
Terima kasih penulis ucapkan kepada Bapak Dr Komar Sutriah, MS
dan Bapak Mohammad Khotib, SSi MSi selaku pembimbing. Penghargaan
penulis sampaikan kepada Denar Zuliandanu, SSi, Nofianita Khoirunnisa,
SSi, Maulana Septiana, SSi, dan Faisal Rizki Gumelar, SSi yang telah
membantu selama penelitian. Terima kasih juga untuk staf analis
Laboratorium Terpadu IPB yang telah membantu selama pengumpulan data
penelitian.
Ungkapan terima kasih juga disampaikan kepada ayah, ibu, adik, serta
seluruh keluarga, atas segala doa dan kasih sayangnya. Terima kasih juga
disampaikan kepada sahabat-sahabat saya (Mulyati, Mega, Eva, Wulan,
Vicky, Rosalina, Fitha, Tazkiya, Aris, dan Dita), mahasiswa penelitian di
Laboratorium Terpadu IPB, teman-teman mahasiswa Laboratorium Fisik
dan Lingkungan, dan teman-teman Kimia 47 atas doa dan dukungannya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat.
Bogor, Oktober 2014
Yunita Primasanti
DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL
vi
DAFTAR GAMBAR
vi
DAFTAR LAMPIRAN
vi
PENDAHULUAN
13
Latar Belakang
13
Tujuan Penelitian
2
Waktu dan Lokasi
2
METODE
2
Bahan dan Alat
2
Prosedur
3
HASIL DAN PEMBAHASAN
5
Hasil Sintesis ZDTPi dan Penciriannya
5
Pencirian Produk ZDTPi
6
Pengaruh Konsentrasi ZDTPi terhadap Arus Korosi
7
Pengaruh Suhu pada Efektivitas Inhibisi Korosi ZDTPi
9
Parameter Termodinamika dan Kinetika Korosi
SIMPULAN DAN SARAN
10
12
Simpulan
12
Saran
12
DAFTAR PUSTAKA
12
LAMPIRAN
13
RIWAYAT HIDUP
15
DAFTAR TABEL
1 Rendemen sintesis ZDTPi
2 Analisis kadar logam Zn pada produk ZDTPi
3 Parameter korosi dan efektivitas inhibisi korosi larutan ZDTPi
4 Pengaruh suhu pada arus korosi
5 Parameter termodinamika dan kinetika korosi
6
7
8
9
10
DAFTAR GAMBAR
1 Rute sintesis ZDTPi
2 Spektrum inframerah produk ZDTPi
3 Hubungan konsentrasi inhibitor dengan efektivitas inhibitor
4 Aluran kurva persamaan Arrhenius keadaan transisi
5 Aluran kurva persamaan Arrhenius
6
7
9
10
11
DAFTAR LAMPIRAN
1 Bagan alir sintesis
2 Rangkaian alat sintesis
3 Elektrode Cu, reservoir, dan Potensiostat
4 Bobot dan perhitungan sintesis
5 Data hasil analisis kadar Zn
6 Data arus korosi
7 Data variasi suhu
14
15
16
17
18
19
21
PENDAHULUAN
Latar Belakang
Penggunaan berbagai logam dalam berbagai aspek kehidupan semakin
meningkat dari tahun ke tahun. Hal tersebut dipicu oleh adanya
perkembangan teknologi, pertumbuhan ekonomi, dan pembangunan
nasional. Logam-logam seperti baja, besi, aluminium, perak, dan tembaga
digunakan di berbagai industri baik sebagai komponen utama maupun
komponen tambahan. Terdapat banyak faktor yang menyebabkan turunnya
daya guna dari logam tersebut. Salah satu penyebabnya adalah terjadinya
korosi atau proses pengaratan logam (Irianty dan Khairat 2013). Korosi
menjadi salah satu masalah penting yang dihadapi oleh kelompok industri
maju. Kerugian yang dialami industri akibat peristiwa korosi, yaitu adanya
gangguan saat proses produksi, operasi berjalan tidak efisien, dan tingginya
harga pemeliharaan akibat penambahan ongkos pengontrolan korosi pada
mesin (Malik et al. 2011).
Proses terjadinya korosi dapat dikendalikan atau diperlambat lajunya
dengan pelapisan pada permukaan logam, perlindungan katodik, dan
penambahan inhibitor korosi (Irianty dan Khairat 2013). Penggunaan
inhibitor korosi memiliki banyak keuntungan, yaitu tingginya efektivitas
inhibisi, harga yang murah, rendahnya toksisitas, dan mudah diproduksi
(Malik et al. 2011). Istilah pelumasan dikenal di industri sebagai salah satu
upaya untuk menghambat terjadinya korosi. Permukaan logam dilindungi
sehingga dapat mencegah keausan dan gesekan mesin yang menjadi
penyebab korosi. Penambahan aditif inhibitor korosi dapat meningkatkan
kinerja dari pelumas sebagai antikorosi (Dinoiu et al. 2007).
Senyawa zink dialkilditiofosfat (ZDTP) telah dikenal selama empat
puluh tahun sebagai aditif dalam pelumas dengan konsentrasi kurang dari
1.5% dari bobot total pelumas (Dinoiu et al. 2007). Senyawa ini
mengandung gugus fosfor dan sulfur sehingga memiliki sifat antioksidan
yang kuat. Struktur ZDTP dapat teradsorpsi pada permukaan logam dan
membentuk lapisan pasif sehingga permukaan menjadi tidak terlalu aktif
terkorosi. Atom sulfur, fosfor, dan zink berperan dalam proses adsorpsi
sedangkan rantai alkil bertindak sebagai penghalang (barrier) yang
melindungi permukaan logam dari serangan oksidasi dari luar (Zuliandanu
2013).
Sintesis ZDTP dapat dilakukan melalui 2 tahapan, yang pertama
adalah pembentukan zat antara, yaitu asam dialkilditiofosfat (ADTP) dari
reaksi antara difosforus pentasulfida (P2S5) dengan alkohol. Tahap kedua
adalah penambahan oksida logam yaitu ZnO. (Rudnick 2009). Alkohol yang
digunakan dapat berbentuk rantai linear atau bercabang primer atau
sekunder, siklik atau aromatik dengan panjang yang berbeda-beda. Semakin
panjang rantai alkil yang digunakan, kelarutannya dalam minyak pelumas
menjadi semakin tinggi. Hal ini disebabkan sifat kepolaran ZDTP, yaitu
nonpolar. Pengaruh panjang rantai alkil lainnya adalah terbentuknya
2
stabilitas termal yang tinggi pada produk ZDTP yang dihasilkan. ZDTP
dengan alkil primer memiliki kestabilan termal, kestabilan hidrolitik,
antiaus, dan antioksidan yang baik (Rudnick 2009). Halangan sterik yang
besar dapat mengurangi kemudahan molekul ZDTP untuk teradsorpsi pada
permukaan logam (Zuliandanu 2013).
Pengukuran kinerja antikorosi dari ZDTP dapat dilakukan
menggunakan teknik polarisasi potensiodinamik. Teknik elektrokimia ini
banyak digunakan untuk mengukur kinerja antikorosi berdasarkan pantauan
arus korosi. Parameter polarisasi yang digunakan untuk menjadi parameter
pengukur kinerja antikorosi tersebut yaitu arus korosi, potensial korosi, dan
kemiringan Tafel (Zuliandanu 2013). Selain itu perlu digunakan juga
besaran termodinamika untuk mengukur kemudahan terjadinya reaksi
korosi. Akan tetapi, pembahasan termodinamika tentang korosi hanya
menunjukkan ada tidaknya kecenderungan korosi. Perlu dipelajari kinetika
proses korosi untuk menentukan kecepatan terjadinya reaksi korosi tersebut
(Atkins dan Paula 2012).
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan melakukan sintesis dalam medium heptana
dan karakterisasi senyawa Zink (diisoamil ditiofosfat) serta menguji
kinerjanya sebagai antikorosi pada logam tembaga dengan teknik polarisasi
potensiodinamik.
Waktu dan Lokasi
Penelitian ini akan dilaksanakan dari bulan Maret hingga Juli 2014 di
Laboratorium Terpadu, Kampus IPB Baranangsiang Bogor.
METODE
Bahan dan Alat
Penelitian ini terdiri atas 2 bagian. Bagian pertama adalah sintesis
ZDTPi serta penciriannya dan bagian kedua adalah pengujian antikorosi
dengan teknik polarisasi potensiodinamik. Bahan-bahan yang digunakan
untuk sintesis dan pencirian ZDTPi adalah P2S5 (Merck), isoamil alkohol,
ZnO (teknis), n-heptana, HNO3 pekat, HCl 37%, KBr, dan akuades.
Pengujian antikorosi dengan teknik polarisasi potensiodinamik
menggunakan bahan-bahan yaitu aseton, ampelas silikon karbida 100 CW,
HCl 5%, larutan NaCl 1%, dan kupon tembaga (elektrode kerja).
Peralatan yang dibutuhkan adalah labu didih, termometer, pemanas,
pengaduk magnetik, neraca analitik, stopwatch, potensiostat DY2300, AAS
3
Shimadzu, dan spektrofotometer inframerah transformasi Fourier (FTIR)
Prestige-21 Shimadzu.
Prosedur
Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat (ZDTPi) (Dinoiu et al. 2007)
Bagan alir dari sintesis dijelaskan pada Lampiran 1. Tahap pertama
adalah sintesis ADTP terlebih dahulu. P2S5 dan isoamil alkohol direaksikan
dengan nisbah mol 1:4 dalam pelarut n-heptana selama 12 jam di dalam
labu didih. Pemanasan dan pengadukan dilakukan pada suhu 70 oC pada
penangas air. Rangkaian alat untuk sintesis tahap pertama ditunjukkan pada
Lampiran 2. Produk dari hasil reaksi ini adalah asam diisoamilditiofosfat
(ADTPi). Sebanyak 1 mol ZnO ditambahkan pada wadah ADTPi lalu
dilakukan pengadukan tanpa pemanasan selama 12 jam untuk membentuk
ZDTPi. Produk diekstraksi dengan 20 mL n-heptana dan dicuci dengan 20
mL air. Fase organik yang diambil lalu diuapkan pelarutnya. Selanjutnya
bobot ZDTPi ditimbang untuk mendapatkan rendemennya.
Pencirian Gugus Fungsi dengan FTIR
ZDTPi hasil sintesis dicirikan dengan menggunakan tipe FTIR
Prestige-21 Shimadzu untuk menentukan gugus fungsi atau ikatan kimia
pada produk. Pengukuran dilakukan dengan menggerus produk dengan KBr
kemudian dibuat pelet dan diukur pada panjang gelombang 400-5000 cm-1.
Penetapan Kadar Zn dengan AAS
Sampel Zink (diisoamil ditiofosfat) ditimbang sebanyak 0.5 g dan
ditambahkan 10 mL HNO3 pekat. Campuran didestruksi hingga asap
menghilang dan ditambahkan 10 mL HCl 37%. Larutan hasil destruksi
disaring ke labu takar 100 mL lalu ditera dengan akuades. Larutan ini
kemudian diukur kadar Zn-nya dengan AAS Shimadzu AA-6300 pada
panjang gelombang 213.9 nm dengan lebar celah 0.7 nm.
Pengukuran dengan Teknik Polarisasi Potensiodinamik
Elektrode kerja tembaga (Cu) dipreparasi dengan cara diampelas
permukaannya kemudian dibilas dengan akuades dan aseton. Setelah itu,
elektrode Cu dimasukkan ke dalam reservoir yang berisi larutan uji NaCl
1%. Reservoir diberikan sirkulasi air pada dindingnya untuk memelihara
kestabilan suhu. Elektrode Ag/AgCl dan kawat Pt berturut-turut dipasang
sebagai elektrode pembanding dan elektrode pembantu. Kabel warna hitam,
putih, dan merah dari potensiostat DY2300 berturut-turut disambungkan
pada elektrode kerja, pembanding, dan pembantu. Gambar dan rangkaian
alat ditunjukkan pada Lampiran 3.
Larutan uji dibiarkan mencapai kesetimbangan dengan elektrode
sekitar 5 menit. Setelah itu, program DY2300 Potensiostat pada perangkat
komputer dinyalakan dan dipilih teknik linear polarization pada kotak
dialog. Pengukuran blanko dilakukan pada rentang potensial 60 sampai 100
mV untuk anode dan 60 sampai 0 mV untuk katode dengan scan rate 0,25
4
mV/s. Setelah pengukuran blanko selesai, elektrode Cu dibersihkan kembali
dengan cara dibilas HCl 5% kemudian dicuci dengan akuades dan diampelas
kembali. Setelah itu, dicuci kembali menggunakan akuades dan aseton.
Elektrode Cu yang telah dibersihkan kemudian dicelupkan ke dalam
larutan ZDTPi dengan konsentrasi 0.5%, 1%, 2%, dan 3% selama 15 detik
dan ditiriskan beberapa saat. Elektrode kerja kemudian dirangkaikan
kembali pada reservoir dan dilakukan lagi pengondisian secara 2 menit.
Setelah pengondisian selesai, sampel diukur pada rentang potensial yang
sama baik untuk anode maupun katode. Data yang didapatkan kemudian
diproses menggunakan perangkat lunak Microsoft Excel sehingga didapat
kurva polarisasi. Dari kurva tersebut, diperoleh informasi berupa potensial
korosi (Ecorr), tetapan Tafel anode (a) dan katode (c), serta arus korosi
(icorr). Efektivitas inhibitor dan derajat penutupan permukaan () dihitung
sesuai persamaan berikut.
Parameter Termodinamika Proses Korosi
Parameter termodinamika ditentukan
Arrhenius keadaan transisi:
berdasarkan
persamaan
Pengukuran dilakukan pada suhu 30, 40, 50, dan 60 oC. Parameter ΔH* dan
ΔS* berturut-turut merupakan perubahan entalpi dan entropi keadaan
transisi, sedangkan NAh adalah tetapan Planck Molar (3.99 × 10-10 JSmol-1).
Dengan memvariasikan suhu (T), maka ΔH* dan ΔS* dapat ditentukan dari
kurva ln (icorr/T) vs 1/T, sedangkan perubahan energy bebas Gibbs transisi
(ΔG*) dihitung dengan persamaan berikut:
ΔG* = ΔH* – TΔS*
Kinetika Laju Korosi dengan Tinjauan Energi Aktivasi
Energi aktivasi atau biasa dikenal sebagai energi pengaktifan
merupakan energi minimum yang dibutuhkan untuk suatu reaksi dapat
berjalan.
5
dengan A merupakan tetapan Arrhenius yang ditentukan secara empirik, Ea
adalah energi aktivasi proses korosi (kJ mol-1), R adalah tetapan gas ideal
(8.314 J mol-1K-1), dan T adalah suhu (K) (Atkins dan Paula 2012).
Pengukuran dilakukan pada suhu 30, 40, dan 50oC.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Sintesis ZDTPi dan Penciriannya
Sintesis ZDTPi dilakukan melalui dua tahapan, yaitu dengan
mencampurkan difosforus pentasulfida (P2S5) dengan isoamil alkohol dalam
pelarut n-heptana sehingga dihasilkan zat antara, yaitu asam
dialkilditiofosfat (ADTP). Pelarut n-heptana memiliki sifat nonpolar
sehingga dapat memudahkan reaksi antara P2S5 yang bersifat nonpolar
dengan alkohol yang bersifat polar. Oleh karena itu, n-heptana dapat
melarutkan kedua reaktan dengan baik (Hayati 2013).
Unsur Fosfor (P) memiliki peranan penting sebagai antikorosi. Oleh
sebab itu P2S5 yang direaksikan dibuat berlebih agar didapat konsentrasi
fosfor yang lebih tinggi. Konsentrasi P yang tinggi dapat meningkatkan
peluang terbentuknya ZDTP yang akan dihasilkan (Dinoiu et al. 2007).
Selain itu untuk memastikan bahwa isoamil alkohol habis terpakai saat
reaksi karena alkohol yang tersisa akan mengganggu adisi ZnO terhadap
ADTP pada tahap 2 sintesis (Zuliandanu 2013).
Pemanasan pada tahap pertama sangat dibutuhkan untuk
menghilangkan hasil samping yaitu gas H2S yang dapat mengganggu
jalannya reaksi. Namun apabila suhu terlalu tinggi maka produk ADTP akan
terdekomposisi dan rendemen yang dihasilkan akan rendah (Rismawati
2013). Pembentukan ADTP harus dalam kondisi tertutup sebagai upaya
pencegahan terjadinya oksidasi pada ADTP yang dihasilkan (Hayati 2013).
Tahap kedua adalah penambahan oksida logam ZnO sehingga
menghasilkan produk akhir ZDTP (Rudnick 2009). Waktu sintesis yang
digunakan pada kedua tahap adalah 12 jam agar reaksi berjalan sempurna
dan rendemen yang diperoleh besar (Rismawati 2013). Rute sintesis
(Rudnick 2009) ditunjukkan pada Gambar 1. Rendemen yang dihasilkan
ditunjukkan oleh Tabel 1. Bobot reaktan dan perhitungan rendemen sintesis
ditujukkan pada Lampiran 4.
6
ADTP
ZDTPi
Gambar 1 Rute sintesis ZDTPi (R= isoamil alkohol)
Tabel 1 Rendemen sintesis ZDTPi
Sampel
Ulangan 1
Ulangan 2
Bobot ZDTPi (g)
20.3320
20.2823
Rendemen (%)
93.54
93.31
Pencirian Produk ZDTPi
Analisis Gugus Fungsi dengan FTIR
Spektrofotometer inframerah transformasi fourier (FTIR) digunakan
untuk mendeteksi gugus fungsi dari senyawa ZDTPi yang dihasilkan.
Spektrum yang dihasilkan pada Gambar 2 menunjukkan adanya puncak
serapan pada bilangan gelombang 3000-2750 cm-1 regang C-H, 1467 cm-1
regang –CH2-, dan 1384 cm-1 regang –CH3. Bilangan gelombang di daerah
1072 cm-1 menunjukkan adanya ikatan P-O-C dan 673-590 cm-1
menunjukkan adanya ikatan P-S (Hayati 2013). Sementara itu, serapan Zn-S
pada daerah 400-300 cm-1 tidak dapat diukur. Dari hasil interpretasi ini
dapat diduga bahwa produk ZDTPi telah terbentuk, diantaranya dengan
ditandai hilangnya alkohol yang habis bereaksi pada daerah bilangan
gelombang 3500-3200 cm-1.
7
Gambar 2 Spektrum inframerah produk ZDTPi
Analisis Kadar Zn dengan AAS
Alat yang banyak digunakan untuk analisis logam adalah atomic
absorption spectroscopy (AAS) atau spektroskopi serapan atom (SSA).
Sampel yang telah dipreparasi kemudian diatomisasi dari atom pada
keadaan dasar. Logam yang terkandung dalam sampel akan menyerap sinar
elektromagentik sehingga tereksitasi. Rasio sinar yang terserap dengan yang
diteruskan dapat dibaca oleh alat sebagai konsentrasi dari logam Zn (Dewi
2009). Kadar Zn yang didapat dari percobaan relatif sama dengan kadar Zn
teoritis. Hasil analisis logam Zn yang terukur ditunjukkan pada Tabel 2 dan
Lampiran 5.
Tabel 2 Analisis kadar logam Zn pada produk ZDTPi
Ulangan
1
2
Kadar (%) Zn hasil
percobaan
12.08
11.79
Kadar (%) Zn teoritis
10.83
Pengaruh Konsentrasi ZDTPi terhadap Arus Korosi
Pengujian korosi dengan menggunakan teknik polarisasi
potensiodinamik ini dilakukan untuk melihat ketahanan dari logam yang
telah ditambahkan ZDTPi terhadap oksidasi ketika diberi potensial dari luar.
Adanya ion klorida menyebabkan lingkungan korosi meningkat. Ion klorida
8
memiliki sifat agresif dari golongan asam kuat sehingga dapat merusak
lapisan oksida logam. Produk ZDTPi sebagai inhibitor akan mengurangi
kemungkinan permukaan logam kontak langsung dengan lingkungan (Tjitro
et al. 2000). Proses pengendalian ini dapat memperlambat kecepatan korosi
karena inhibitor secara kimia berinteraksi dengan permukaan logam untuk
memberi tingkat perlindungan tertentu terhadap logam (Djatmiko dan
Budiarto 2009).
Arus korosi dapat ditentukan berdasarkan polarisasi potensiodinamik.
Pengukuran dilakukan dengan menggunakan metode Tafel sehingga didapat
kurva polarisasi anodik dan katodik (Sunarya et al. 2008). Arus korosi
kemudian didapat dari perpotongan antara kurva Tafel anode dan katode.
Peningkatan konsentrasi larutan ZDTPi menyebabkan arus korosi akan
mengalami penurunan dan adanya peningkatan efektivitas inhibisi. Hasil
pengukuran dengan menggunakan metode polarisasi potensiodinamik
ditunjukkan pada Tabel 3 dan Lampiran 6.
Konsentrasi ZDTP yang memberikan laju korosi (CR) paling kecil,
derajat penutupan permukaan () yang besar, dan daya inhibisi paling besar,
yaitu pada konsentrasi 3%. Nilai yang besar mengakibatkan permukaan
logam tertutupi penuh oleh inhibitor (Zuliandanu 2013). Peningkatan
permukaan logam yang terlindungi ini menyebabkan difusi ion-ion dan
elektron yang terlepas dari permukaan logam akan sulit terlepas sehingga
arus yang dihasilkan kecil dan laju korosi akan berkurang (Djatmiko dan
Budiarto 2009).
Tabel 3 Parameter korosi dan efektivitas inhibisi korosi larutan ZDTPi
Konsentrasi (%)
Blanko
0.5
1
2
3
Arus korosi %EI
(mA)
3.3000
2
39.39
0.7350
77.71
0.1280
96.12
0.0400
98.77
CR
0.3940
0.7770
0.9610
14.9163
9.0401
3.3222
0.5785
0.9880
0.1831
Kurva pada Gambar 3 menunjukkan bahwa persen efektivitas inhibisi
meningkat seiring dengan kenaikan konsentrasi ZDTPi. Peningkatan ini
tidak terlihat linear setelah penambahan konsentrasi ZDTPi 2%. Kurva
tersebut menggambarkan bahwa penambahan konsentrasi ZDTPi di atas 2%
tidak meningkatkan nilai persen efektivitas inhibisi secara signifikan.
9
Gambar 3 Hubungan konsentrasi inhibitor dengan efektivitas inhibitor
Pengaruh Suhu pada Efektivitas Inhibisi Korosi ZDTPi
Kenaikan suhu lingkungan yang terlalu tinggi dapat menyebabkan
adanya serangan oksidasi yang cepat pada permukaan logam. Peningkatan
ini memicu bertambahnya energi pada sistem yang dapat meningkatkan
keaktifan dari gerakan ion klorida dalam reservoir. Ion klorida yang bersifat
agresif ini dapat mengikis lapisan logam tembaga. Akibatnya terjadi
penurunan polarisasi anodik dan bertambah negatifnya potensial anoda
sebagai tanda terjadinya korosi. Penambahan inhibitor ZDTPi dapat
melindungi lapisan logam tembaga sehingga terbentuk lapisan tipis
(Soedarsono 2004).
Data pada Tabel 4 menunjukkan bahwa laju korosi semakin
meningkat karena adanya kenaikan suhu. Penambahan ZDTPi sebagai
inhibitor menyebabkan laju korosi menurun dibandingkan blangko.
Penurunan persen efektivitas inhibisi (EI%) akibat bertambahnya suhu
menunjukkan adanya mekanisme adsorpsi secara fisik atau fisisorpsi.
Menurut Ebenso et al. (2008) mekanisme fisisorpsi ditunjukkan oleh adanya
penurunan %EI dengan kenaikan suhu sedangkan untuk mekanisme
kimisorpsi, nilai %EI meningkat dengan kenaikan suhu.
Tabel 4 Pengaruh suhu pada arus korosi
Suhu
(oC)
30
40
50
Garis Tafel
Larutan
Blangko
Sampel
Blangko
Sampel
Blangko
Sampel
Anode
Katode
y= -5.068x + 0.039
y= -1.928x + 0.053
y= -7.904x + 0.021
y= -6.405x + 0.054
y= -12.207x + 0.01
y= -16.764x + 0.09
y= 14.610x + 0.098
y= 16.876x + 0.088
y= 12.650x + 0.097
y= 6.579x + 0.081
y= 8.760x+0.132
y= 6.533x + 0.095
Arus korosi
(mA)
2.9983
1.8613
3.6975
2.0793
5.6708
3.4038
%EI
53.41
43.76
39.98
10
Parameter Termodinamika dan Kinetika Korosi
Besaran termodinamika dan kinetika digunakan untuk mengukur
kemudahan suatu reaksi korosi dapat terjadi. Derajat ketidakteraturan sistem
dijelaskan dengan perubahan entropi (ΔS) dan kespontanan suatu reaksi
dijelaskan melalui perubahan energi bebas Gibbs (ΔG). Parameter
termodinamika korosi tersebut didapatkan melalui aluran kurva ln (i/T)
terhadap 1000/T (Gambar 4) sesuai dengan persamaan Arrhenius keadaan
transisi.
Gambar 4 Aluran kurva persamaan Arrhenius keadaan transisi
Tabel 5 menunjukkan bahwa nilai H* sampel lebih besar dari
blangko. Hal ini dapat menunjukkan bahwa dengan penambahan inhibitor
ZDTPi akan menyebabkan reaksi korosi yang terjadi membutuhkan energi
yang lebih besar dibandingkan blanko. Nilai S* yang meningkat
mengindikasikan adanya kenaikan derajat ketidakaturan sistem saat reaktan
berubah menjadi kompleks teraktifkan (Zarrouk et al. 2011). Nilai G*
menjelaskan spontanitas suatu reaksi. Reaksi kimia berjalan spontan dengan
adanya arah penurunan nilai G*. Jika nilai G* berkurang maka reaksi
korosi mempunyai kecenderungan untuk lebih mudah terjadi (Atkins dan
Paula 2012). Nilai G* pada Tabel 5 menunjukkan bahwa dengan
penambahan inhibitor ZDTPi terjadi peningkatan nilai G* sehingga reaksi
korosi berjalan tidak spontan.
Tabel 5 Parameter termodinamika dan kinetika korosi
Blangko
Sampel
-1
H* (kJmol- S* (Jmol-1K- G* (kJmol- Ea (kJmol )
1
1
1
)
)
)
22.5480
-161.8369
71.5825
25.0740
32.5063
-135.1756
73.4628
35.1777
11
Aspek kinetika dapat digunakan untuk melihat mekanisme inhibisi
dari ZDTPi dengan melihat kecepatan dari reaksi korosi. Tinjauan mengenai
kinetika korosi dapat dijelaskan berdasarkan nilai energi aktivasi (Ea) proses
korosi. Nilai Ea didapat melalui persamaan Arrhenius (Gambar 5). Gradien
kurva dikalikan dengan tetapan gas ideal (R) merupakan nilai Ea dari reaksi
yang terjadi (Zarrouk et al. 2011). Nilai Ea didefinisikan sebagai energi
minimum yang harus dimiliki agar suatu reaksi bisa terjadi (Atkins dan
Paula 2012). Semakin meningkatnya nilai Ea maka energi minimum yang
dibutuhkan untuk terjadinya proses korosi akan semakin besar sehingga laju
korosi akan menurun (Zarrouk et al. 2011).
Data pada Tabel 5 menunjukkan dengan adanya penambahan ZDTPi,
nilai Ea semakin meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa dengan adanya
penambahan ZDTPi, dibutuhkan energi yang lebih besar agar reaksi korosi
dapat terjadi. Peningkatan nilai Ea akibat penambahan inhibitor diduga
membuktikan adanya mekanisme fisisorpsi (Zarrouk et al. 2011). Adanya
interaksi daya tarik elektrostatik antara muatan gugus hidrofilik dan muatan
gugus permukaan atom logam menunjukkan mekanisme fisisorpsi (Malik et
al. 2011).
Gambar 5 Aluran kurva persamaan Arrhenius
12
SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Sintesis Zink Diisoamilditiofosfat pada medium n-heptana telah
berhasil dilakukan dengan rendemen yang tinggi sebesar 93.54% dan
93.31%. Hal ini dibuktikan oleh pencirian gugus fungsi menggunakan FTIR
yang menunjukkan adanya pita-pita serapan yang khas untuk ZDTP. Kinerja
antikorosi ZDTP telah berhasil ditentukan dengan teknik polarisasi
potensiodinamik. Efektivitas inhibisi korosi semakin meningkat seiring
meningkatnya konsentrasi ZDTP yang ditambahkan. ZDTP mampu
menurunkan spontanitas reaksi korosi yang terukur berdasarkan peningkatan
G dari 71.5825 kJmol-1 menjadi 73.4628 kJmol-1. Nilai Ea yang didapat
dengan penambahan inhibitor lebih besar dibanding blangko. Hal ini
mengindikasikan bahwa reaksi korosi yang terjadi membutuhkan energi
minimum yang lebih besar sehingga laju korosi pun menurun dengan
adanya penambahan ZDTP.
Saran
Adanya penelitian lebih lanjut dengan memvariasikan logam pusat
yang digunakan dengan logam lain yang memiliki kinerja yang baik sebagai
antikorosi. Selain itu perlu dilakukan penelitian menggunakan alkohol
dengan rantai alkil lainnya.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins PW, Paula JD. 2012. Physical Chemistry Sixth Edition. New York
(US): WH Freeman.
Dewi KSP. 2009. Kemampuan adsorpsi batu pasir yang dilapisi besi oksida
(Fe2O3) untuk menurunkan kadar Pb dalam larutan. J Bumi Lestari.
9(2):254-262.
Dinoiu V, Florescu D, Bogatu L. 2007. The influence of synthesis method
of zinc dialkyldithiophosphates on the process of additivation. Rev
Chim. 58(2):183-185.
Djatmiko E, Budiarto. 2009. Analisis laju korosi dengan metode polarisasi
dan potensiodinamik bahan baja SS 304l. Seminar Nasional ke- 15
Teknologi dan Keselamatan PLTN serta Fasilitas Nuklir; 2009
Oktober 17; Surakarta, Indonesia. Surakarta (ID): Universitas
Pancasila. hlm 182-194.
Ebenso EE, Eddy NO, Odiongenyi AO. 2008. Corrosion inhibitive
properties and adsorption behavior of ethanol extract of Piper
guinensis as a green corrosion inhibitor for mild steel in H2SO4. Afr J
Pure Appl Chem. 2(11):107-115.
Hayati IK. 2013. Pengaruh pelarut pada rendemen sintesis zink
bis(dibutilditiofosfat) [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
13
Irianty RS, Khairat. 2013. Ekstrak daun papaya sebagai inhibitor korosi
pada baja AISI 4140 dalam medium air laut. J. Ilmiah Sains Terapan.
4(2):77-82.
Ketis NK, Wahyuningrum D, Achmad S, Bundjah B. 2010. Efektifitas
asam glutamat sebagai inhibitor korosi pada baja karbon dalam larutan
NaCl 1%. J. Matematika dan Sains. 15(1):1-8.
Malik MA, Hashim MA, Nabi F, Al-Thabairi AS. 2011. Anti-corrosion
ability of surfactans: a review. Int J Electrochem Sci. 6:1927-1948.
Perez N. 2004. Electrochemistry and Corrosion Science. Boston (USA):
Kluwer Academic Publishers.
Rismawati. 2013. Pengaruh jenis alkohol pada rendemen sintesis zink
dialkilditiofosfat [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
Rudnick LR. 2009. Lubricant Additives Chemistry and Applications Second
Edition. Prancis (FR): CRC Press.
Soedarsono BSA. 2004. Korelasi efisiensi anoda korban Al-Azn-In terhadap
perubahan kurva polarisasi dengan menggunakan metode
potensiodinamik [tesis]. Jakarta (ID): Universitas Indonesia.
Sunarya Y, Radiman CL, Achmad S, Bundjali B. 2008. Pengaruh
temperatur terhadap mekanisme inhibisi oleh sistein pada korosi baja
karbon dalam larutan NaCl jenuh CO2. J Matematika dan Sains. 13
(3):90-96.
Sutrisno, E. 2012. Laju korosi lapisan krom pada knalpot berbahan baja
karbon AISI 1010 [skripsi]. Depok (ID): Universitas Gunadarma.
Utomo B. 2009. Jenis korosi dan penanggulangannya. Kapal. 6(2):138-141.
Zarrouk A, Hammouti B, Zarrok H, Al-Dayab SS, Messali M. 2011.
Temperature effect, activation energies and thermodynamic adsorption
studies of l-cysteine methyl ester hydrochloride as copper corrosion
inhibitor in nitric acid 2M. Int J Electrochem Sci. 6:6261-6274.
Zuliandanu D. 2013. Kinerja antikorosi zink dialkilditiofosfat berdasarkan
studi termodinamika dan kinetika dengan teknik polarisasi
potensiodinamik [skripsi]. Bogor (ID): Institut Pertanian Bogor.
14
Lampiran 1 Bagan alir sintesis
Isoamil alkohol + P2S5
Pemanasan dan pengadukan
ADTP
ZnO
Pengadukan tanpa pemanasan
Pemisahan Produk
Pemisahan dan pencucian
Produk sintesis
Pencirian
dengan FTIR
Penetapan kadar
Zn dengan AAS
Uji kinerja korosi
(Potensiostat EA160)
15
Lampiran 2 Rangkaian alat sintesis
(Sumber: Hayati 2013)
Keterangan:
a. campuran pereaksi
b. penangas air
c. rangkaian alat penjerap hasil samping gas H2S
16
Lampiran 3 Elektrode Cu, reservoir, dan Potensiostat
Elektrode Cu
Reservoir
Potensiostat
17
Lampiran 4 Bobot dan perhitungan sintesis
Sampel
Ulangan 1
Ulangan 2
Bobot reaktan yang ditimbang (g)
P2S5
Alkohol
ZnO
8.0127
12.7233
2.9313
8.0047
12.8043
2.9316
Contoh perhitungan rendemen (Ulangan 1):
Mol isoamil alkohol =
Mol produk
=
Bobot teoritis ZDTP = mol teoritis Mr ZDTP
= 0.036 mol 603.8 g/mol
= 21.7368 gram
Rendemen
=
Bobot
ZDTP (g)
20.3320
20.2823
Rendemen
(%)
93.54
93.31
18
Lampiran 5 Data hasil analisis kadar Zn
Ulangan
bobot
Konsentrasi
1
2
sampel
(g)
0.5129
0,5187
terbaca AAS
(mg/L)
620.5793
611.6968
Kadar (%)
Zn
hasil
percobaan
12.08
11.79
Rerata kadar (%)
Zn hasil percobaan
Kadar (%)
Zn
teoritis
11.94
10,83
Contoh perhitungan :
Kadar Zn hasil percobaan (%)
× 100%
× 100%
12,08 %
Kadar Zn teoritis (%)
10,83 %
19
Lampiran 6 Data arus korosi
Arus
korosi
(mA)
%EI
y=16.82x+0.1167
3.3000
-
-
y=-9.853x+0.037
y=11.923x+0.082
2
39.39
0.39
1
y=-24.662x+0.027
y=47.126x+0.0803
0.7350
77.71
0.77
2
y=-24.678x+0.047
y=92.007x+0.0677
0.1280
96.12
0.96
3
y=-515.13x+0.036
y=367.11x+0.0722
0.0400
98.77
0.98
Garis Tafel
Konsentrasi
(%)
anode
katode
Blanko
y=-6.650x+0.039
0.5
Perhitungan Ekstrapolasi Tafel
1. Arus blangko
Persamaan garis Tafel anode: y=-6.650x + 0.039
Persamaan garis Tafel katode: y=16.82x + 0.1167
Arus korosi (x) saat terjadi perpotongan (y1= y2)
maka y1= y2
-6.650x + 0.039 = 16.82x + 0.1167
-0.0777 = 10.17x
x = 3.300 mA
2. Efektivitas Inhibisi
=
= 39.39%
20
3. Derajat penutupan permukaan
=
= 0.39
4. Laju korosi (CR)
CR =
CR =
CR =
CR = 14.92 mm y-1
Kurva polarisasi zink diisoamilditiofosfat
21
Lampiran 7 Data variasi suhu
Larutan
Blanko
1%
ZDTP
1000/T
I (mA)
Ln i
303
313
323
3.30
3.19
3.09
2.9983
3.6975
5.6708
1.0980
1.3076
1.7353
Ln
(i/T)
0.0098 -4.6157
0.0118 -4.4385
0.0175 -4.0423
303
313
323
3.30
3.19
3.09
1.3968
2.0793
3.4038
0.3341
0.7320
1.2248
0.0046 -5.3795
0.0066 -5.0142
0.0105 -4.5564
Suhu
i/T
22
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 30 Juni 1993. Penulis
sebagai anak dari pasangan Teguh Dwi Santono, SE dan Ninik Martuti
merupakan anak pertama dari dua bersaudara. Tahun 2010 penulis lulus dari
SMA Negeri 6 Bogor dan pada tahun yang sama diterima di Departemen
Kimia, Institut Pertanian Bogor melalui jalur USMI.
Selama mengikuti masa perkuliahan penulis pernah aktif dalam
organisasi Ikatan Mahasiswa Kimia IPB selama periode 2011-2012 sebagai
Bendahara Departemen Pengembangan Kimia dan Seni (PKS) dan periode
2012-2013 sebagai Sekretaris Dewan Pengawas Imasika (DPI). Penulis juga
aktif dalam organisasi nasional Ikatan Himpunan Mahasiswa Kimia
Indonesia periode 2012-2014 sebagai Anggota Departemen Keilmuan.
Penulis menjadi asisten praktikum Kimia B TPB dan asisten praktikum
Kimia Fisik pada tahun ajaran 2013-2014. Penulis juga berkesempatan
melaksanakan kegiatan Praktik Lapangan di Balai Pengujian Mutu Barang,
Jakarta pada tahun 2013 dengan judul laporan Kandungan Multiresidu
Pestisida Golongan Organoklorin dalam Bayam.