Karat Ini adalah noda coklat kemerahan yang muncul pada permukaan besi atau besi saat terkena udara dan kelembapan. Karena besi logam tidak stabil jika bersentuhan dengan udara, ia terbentuk melalui oksidasi besi logam menjadi besi oksida atau hidroksida, biasanya diwakili oleh rumus kimia FeOOH.
Karat adalah masalah utama bagi masyarakat karena secara signifikan merusak struktur seperti jembatan, bangunan, kendaraan, mesin, antara lain membutuhkan biaya besar dengan perbaikan dan pemeliharaan. Karat adalah jenis korosi, fenomena spontan dari penghancuran logam dan paduan. Saat ini, beberapa teknik seperti galvanisasi digunakan untuk mengurangi dampak pembentukan karat.
Baca juga: Bagaimana hubungan udara garam dengan korosi logam?
ringkasan karat
Karat ditandai dengan noda coklat kemerahan yang terbentuk pada permukaan besi dan paduan besi yang bersentuhan dengan udara dan kelembapan.
Karat terbentuk ketika besi, yang tidak stabil dengan adanya oksigen atmosfer, dioksidasi menjadi besi oksida dan hidroksida.
Itu dapat diwakili oleh rumus kimia umum FeOOH.
Komponen utama karat adalah besi terhidrasi III oksida, Fe2HAI3∙H2HAI.
Karat adalah masalah utama bagi negara dan perusahaan, karena biaya pemeliharaan dan perbaikannya tinggi.
Ini menyebabkan dampak struktural yang besar, karena secara mekanis melemahkan struktur logam.
Ada teknik untuk mengurangi atau mengurangi karat, seperti proteksi katodik dan galvanisasi.
Pembentukan karat adalah jenis korosi.
Apa yang menyebabkan karat?
Karat adalah noda coklat kemerahan yang muncul pada permukaan logam, lebih khusus pada besi dan paduan besi, saat terpapar ke atmosfer atau terendam di perairan alami. Dalam hal itu, logam besi (Fe) dioksidasi menjadi campuran oksida (Fe2HAI3∙H2O dan Fe3HAI4) dan hidroksida (Fe(OH)2, Fe(OH)3) dari besi, yang biasanya juga diwakili oleh rumus FeOOH, yang berusaha mengembunkan semua fase besi yang ada dalam karat.
Proses yang menyebabkan karat secara kimia dikenal sebagai korosi., konsekuensi dari tindakan lingkungan terhadap suatu material, yang menyebabkan kerusakannya, mulai dari permukaannya.
Bagaimana karat terjadi?
Besi logam secara termodinamika tidak stabil dengan adanya gas oksigen., yang merupakan sekitar 20% dari atmosfer kita dan merupakan media di mana logam tersebut paling sering terpapar.
Dalam kondisi ini, oksidanya membentuk FeO (oksida besi II), Fe2HAI3 (Besi III oksida) dan Fe3HAI4 (Besi II, III oksida). Kehadiran air membuat media menjadi lebih agresif, mendukung pembentukan karat (FeOOH). Sama seperti garam dasar dan hidroksida membutuhkan air untuk pembentukannya, karat, campuran oksida dan hidroksida, juga membutuhkan air, membuat peran kelembaban relatif menjadi jelas:
4 Fe3HAI4 (s) + O2 (g) + 6H2O (l) → 12 FeOOH (s)
Di daerah dengan kelembaban relatif udara yang tinggi, pembentukan tumpukan korosi sering terjadi., akibat terbentuknya lembaran air yang mengembun (mencair) pada permukaan logam seluruhnya atau sebagian.
Dalam hal ini, kita harus memperhatikan potensi reduksi standar dari spesies yang terlibat:
Keyakinan2+ (aq)/Fe (s): E° = –0,44 V
Keyakinan3+ (di sini)/Fe2+ (aq): E° = 0,77 V
HAI2 (g)/OH– (aq): E° = 0,82 V
Nilai-nilai menunjukkan itu Proses di mana Fe dioksidasi oleh O secara kimia spontan.2 larut dalam air, karena besi memiliki potensial reduksi standar yang lebih rendah. Oleh karena itu, kita harus:
Fe(s) → Fe2+ (aq) + 2 dan–
HAI2 (g) + 2H2O(l) + 4 dan– → 4OH– (Di Sini)
Secara singkat, Pembentukan karat dapat diberikan sebagai:
2 Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4 OH– (aq) → 2 FeOOH (s) + 2 H2O(l)
Meskipun konsentrasi oksigen di udara konstan, kelarutannya dalam air rendah (1,4 x 10–3 mol. L–1 H2O pada 20 °C), yang dikonsumsi dengan cepat pada permukaan baja (paduan logam terutama terdiri dari besi dan karbon). Meskipun terus-menerus diisi ulang oleh udara, oksigen ini, setiap saat, harus melewati suatu lapisan lapisan karat yang lebih tebal untuk menyerang baja lagi, yang memperlambat kecepatan karat dari waktu ke waktu. korosi.
jenis karat
Warna karat akan bervariasi tergantung pada jumlah oksigen dan kelembapan.
Karat merah: kaya akan Fe2HAI3∙H2O (hidrat besi III oksida), terjadi di lingkungan dengan oksigenasi dan kelembapan tinggi, menjadi bentuk yang paling umum, terbentuk secara seragam.
Karat kuning: kaya akan FeO(OH)H2O (atau Fe(OH)3), terjadi di lingkungan dengan kelembapan tinggi, biasanya pada logam yang ditemukan dengan genangan air dalam jumlah besar, seperti di dekat bak cuci dan bak mandi.
karat hitam: kaya akan Fe3HAI4, terjadi di lingkungan dengan konsentrasi oksigen rendah dan kelembaban sedang. Muncul sebagai bintik hitam, tidak diproduksi dengan cepat, dan karena itu mudah untuk dilawan.
karat coklat: kaya akan Fe2HAI3, terjadi di lingkungan dengan konsentrasi oksigen tinggi dan kelembapan rendah (bahkan tanpa). Karena itu, ini adalah jenis karat yang jauh lebih kering, tidak terjadi secara seragam, tetapi pada titik-titik tertentu di permukaan.
Lihat juga: Apa saja jenis-jenis korosi?
Komposisi kimia karat
Biasanya, dikatakan demikian Karat terdiri dari besi terhidrasi III oksida (Fe2HAI3∙H2O), tetapi dapat dipahami bahwa ada spesies besi lain dalam komposisinya. seperti besi itu logam sedikit stabil dalam kontak dengan oksigen di udara, wajar jika bagian logam ini membentuk lapisan tipis Fe3HAI4 (magnetit) pada permukaannya. Kontak konstan dengan oksigen di udara dan kelembaban menimbulkan spesies teroksidasi lainnya, seperti FeOOH, dalam bentuk kristal α-FeOOH (goethite) dan γ-FeOOH (lepidocrocite). Spesies ini tumpang tindih berlapis-lapis di sepanjang karat.
akibat karat
Proses pembentukan karat berada dalam bidang korosi., masalah yang berdampak besar pada ekonomi negara-negara industri dan maju.
Diperkirakan sekitar 30% dari produksi besi dan baja dunia hilang karena korosi., biaya yang dapat setara dengan 1 hingga 5% dari PDB negara-negara tersebut. Pada tahun 2019, misalnya, Brasil menghabiskan sekitar BRL 290 miliar (sekitar 4% dari PDB-nya) untuk perawatan korosi.
Biaya pemeliharaan struktur diperlukan, karena penggantian bisa lebih mahal, dan selain itu, karat menyebabkan kerusakan serius pada keamanan struktur. Saat mengoksidasi, logam kehilangan sifat mekaniknya yang baik. Oksida yang terbentuk, secara umum, rapuh dan dapat merusak bagian, struktur, dan peralatan. Tidak hanya itu, mereka juga dapat mencemari produk yang dikemas, misalnya makanan.
Selain biaya langsung untuk mengganti dan merawat bagian yang berkarat, karat juga dapat membawa masalah tidak langsung. Sebuah struktur seperti jembatan atau jalan layang, yang perlu ditutup untuk pemeliharaan, dapat menyebabkan gangguan besar dalam pergerakan orang, mempengaruhi masyarakat dan rutinitas kerja. Mesin yang berkarat dapat kehilangan efisiensi atau dikeluarkan dari lini produksi untuk pemeliharaan, sehingga menurunkan produktivitas.
Bagaimana cara menghindari karat?
Saat ini sudah ada teknik antioksidan atau anti korosi yang secara drastis mengurangi pembentukan karat pada bagian logam. Diantaranya, kami dapat menyoroti beberapa, seperti perlindungan katodik dan anodik, pelapis anti korosi dan penghambat korosi.
Dalam proteksi katodik, logam yang diinginkan dilindungi oleh logam yang lebih mudah teroksidasi (potensial reduksi lebih rendah) yang dimasukkan ke dalam strukturnya, yang menimbulkan sel galvanik. Dengan cara ini, logam yang dimasukkan bertindak sebagai anoda, mengoksidasi, dan kemudian melindungi struktur logam yang diinginkan, yang bertindak sebagai katoda dan tetap dalam bentuk tereduksi (logam). Anoda yang dimasukkan umumnya dikenal, dalam teknik ini, sebagai "logam korban", justru karena teroksidasi di tempat yang lain.
Penggunaan pelapis mencegah struktur logam bersentuhan dengan lingkungan oksidatif, sehingga menciptakan penghalang yang akan menghambat atau bahkan mencegah pembentukan karat. Contohnya adalah cat epoksida dan timah merah, yang antara lain melindungi pipa, pagar, gerbang. Pelapisan lain yang dikenal adalah galvanisasi, yang terdiri dari pelapisan potongan besi dengan logam yang kurang mulia. Ini adalah kasus sekrup galvanis, di mana struktur besinya dilapisi dengan logam seng.
Inhibitor korosi adalah zat kimia, yang bersifat organik atau anorganik, yang ditambahkan ke lingkungan untuk mencegah proses pembentukan karat. Idenya adalah untuk menghasilkan produk dalam media yang membentuk film pelindung dan bertindak sebagai penghalang logam, membuat kontak dengan media pengoksidasi menjadi sulit. Untuk mempelajari lebih lanjut tentang cara mencegah karat, klik Di Sini.
Apa perbedaan antara karat dan korosi?
Karat sebenarnya adalah zat yang terbentuk selama proses korosi besi dan paduannya, seperti baja. Korosi lebih luas, karena menyangkut semua proses penghancuran logam dan paduan secara spontan, disebabkan oleh interaksi kimia, biokimia dan elektrokimia antara logam dan paduan dengan lingkungan lingkungan. Selama korosi, logam diubah menjadi senyawa yang secara termodinamika lebih stabil seperti oksida, hidroksida, garam atau karbonat. Oleh karena itu, kita dapat mengatakan bahwa pembentukan karat merupakan salah satu proses terjadinya korosi.
Beberapa penulis mengatakan bahwa karat merupakan akibat dari proses korosi basah atau korosi elektrokimia, karena proses seperti itu membutuhkan keberadaan air untuk terjadi dan itu terjadi secara spontan.
Sumber
AZ KARAT. Apa itu Karat & Jenis Karat yang Paling Umum. AZ Karat, c2023. Tersedia di: https://azrust.com/what-is-rust/.
CARNEIRO, C. Pengeluaran untuk menahan korosi baja berdampak pada 4% dari PDB Brasil. SEG, 2022. Tersedia di: https://www.segs.com.br/mais/economia/338194-gastos-para-conter-corrosao-do-aco-impactam-4-do-pib-brasileiro.
TEKNOLOGI PERMUKAAN CURTISS-WRIGHT. Jenis karat dan cara perawatan permukaan logam dapat membantu mencegah oksidasi. Teknologi Permukaan Curtiss-Wright, 2020. Tersedia di: https://www.cwst.co.uk/types-of-rusting-and-how-metal-surface-treatment-can-help-prevent-oxidation/.
MERCIER, J. P.; ZAMBELLI, G.; KURZ, W. Korosi, degradasi dan penuaan. Di dalam: Pengantar Ilmu Material, P. 379-399, 2002.
MERÇON, F.; GUIMARÃES, P. Saya. W.; MAINER, F. B. Korosi: Contoh Biasa dari Fenomena Kimia. Kimia Baru di Sekolah. N. 19, 2004. Tersedia di: http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc19/a04.pdf.
POPOV, b. TIDAK. Rekayasa Korosi: Prinsip dan Pemecahan Masalah. Oxford: Elsevier, 2015.
SILVA, m. ay. F.; PEREIRA, M. W.; CODARO, E. N.; AKSIARI, H. A. Korosi baja karbon: pendekatan sehari-hari dalam pengajaran kimia. Kimia Baru, v. 38, tidak. 2, hal. 293-296, 2015. Tersedia di: https://s3.sa-east-1.amazonaws.com/static.sites.sbq.org.br/quimicanova.sbq.org.br/pdf/v38n2a22.pdf.
Oleh Stefano Araujo Novais
Guru kimia
