Pengaratan

 
1.6 Pengaratan
 
Definisi Pengaratan Besi
Kakisan logam yang berlaku pada besi.
 
Proses Pengaratan Besi
  • Apabila logam besi mengalami pengaratan, lapisan oksida besi yang berwarna perang terbentuk pada permukaan besi; bersifat mudah retak dan telap.
  • Oleh itu pengaratan berlaku secara berterusan dan merosakkan struktur besi.
 
Syarat-Syarat untuk Pengaratan Besi
  • Gas oksigen.
  • Air.
 
Gambar menunjukkan 'TINDAK BALAS REDOKS BAGI PENGARATAN. 1. Pengoksidaan. 2. Penurunan. 3. Pembntukan sel kimia. 4. Pembentukan karat.
 
Tindak Balas Redoks bagi Pengaratan
Langkah Penjelasan

Pengoksidaan

  • Atom ferum melepaskan elektron untuk membentuk ion ferum(II), \(Fe^{2+}\).
    • \(Fe(p)\rightarrow Fe^{2+}(ak)+2e^-\)
  • Elektron yang dilepaskan akan mengalir melalui besi ke permukaan.
  • Besi adalah konduktor elektrik, oleh itu elektron dapat mengalir melalui besi.
  • Terdapat gas oksigen di permukaan.

Penurunan

  • Elektron yang dilepaskan daripada proses pengoksidaan diterima oleh gas oksigen.
  • Oleh kerana gas oksigen menerima elektron, oksigen diturunkan menjadi ion hidroksida, \(OH^-\)
    • \(O_2(g)+2H_2O(ce) +4e^-\rightarrow 4OH^-(ak)\)

Pembentukan sel kimia

  • Bahagian sistem yang mengalami pengoksidaan adalah terminal negatif sel kimia.

  • Bahagian sistem yang mengalami penurunan adalah terminal positif sel kimia. 

    • \(2\times [Fe(p)\rightarrow Fe^{2+}(ak)+2e^-]\\ O_2(g)+2H_2O(ce) +4e^-\rightarrow 4OH^-(ak)\\\text{Bersamaan dengan}\\ 2Fe(p)+O_2(g)+2H_2O(ce)\rightarrow 2Fe^{2+}(ak)+4OH^-(ak)\)

Pembentukan karat

  • Ion ferum(II), \(Fe^{2+}\) mengalir dari terminal negatif ke terminal positif.
  • Di terminal positif, ion ferum(II), \(Fe^{2+}\) bertindak balas dengan ion hidroksida, \(OH^-\) untuk membentuk ferum(II) hidroksida, \(Fe(OH)_2\)
    • \(Fe(ak)+2OH^-(ak)\rightarrow Fe(OH)_2(p)\)
  • Ferum(II) hidroksida, \(Fe(OH)_2\) dioksidakan untuk membentuk  ferum(III) hidroksida, \(Fe(OH)_3\)
    • \(4Fe(OH)_2(p)+O_2(g)+2H_2O(ce)\rightarrow 4Fe(OH)_3(p)\)
  • Ferum(III) hidroksida, \(Fe(OH)_3\)  kemudian membentuk karat.
  • Karat besi ialah  ferum(III) oksida terhidrat, \(Fe_2O_3.3H_2O\)
    • \( 4Fe(OH)_3(p)\rightarrow Fe_2O_3.3H_2O(p)\\ \phantom{ 4Fe(OH)_3(p)\rightarrow}Karat\)
 
Pembentukan Karat
Gambar menunjukkan proses pengaratan pada besi. Terdapat dua terminal positif yang terletak pada bahagian atas besi, dengan karat yang terbentuk di sekelilingnya. Di antara terminal-terminal tersebut terdapat air. Terminal negatif terletak di bahagian bawah besi. Terdapat juga simbol oksigen (O₂) di sebelah kiri gambar.
 
Definisi Kakisan Logam
  • Pengoksidaan logam melalui tindakan udara atau gas oksigen, air dan / atau elektrolit.
  • Logam yang teroksida akan melepaskan elektron untuk membentuk ion.
 
Kakisan Logam
  • Semakin elektropositif suatu logam, semakin mudah logam terkakis. Sebagai contohnya, kakisan logam besi lebih cepat daripada logam kuprum.
 
Pencegahan Kakisan Logam
Menggunakan Logam yang Lebih Elektropositif
  • Kakisan logam boleh dicegah dengan menyentuh logam yang lebih elektropositif dengan logam yang dilindungi.
  • Logam yang lebih elektropositif melepaskan elektron lebih mudah.
  • Contoh; lapisan zink melindungi besi, tetapi terdapat calar pada lapisan zink.
    • Zink lebih elektropositif daripada besi.
    • Zink dioksidakan dengan melepaskan elektron.
    • Elektron mengalir ke permukaan besi di mana terdapat air dan oksigen.
  • Daripada besi yang dioksidakan, lapisan zink bertindak sebagai lapisan perlindungan yang 'terkorban' seperti yang ditunjukkan di bawah:
Zink sebagai Lapisan Perlindungan
Imej ini menunjukkan proses elektrokimia yang berlaku pada permukaan logam. Di bahagian atas terdapat titisan air yang besar. Titisan ini bersentuhan dengan lapisan zink (Zn) yang berada di atas permukaan besi (Fe). Dalam titisan air, ion Zn2+ terlarut. Anak panah menunjukkan bahawa zink (Zn) melepaskan dua elektron (2 e-) dan menjadi ion Zn2+. Elektron-elektron ini kemudian bergerak ke arah oksigen (O2) yang berada di dalam titisan air. Oksigen (O2) bertindak balas dengan ion hidrogen (H+) dan elektron-elektron tersebut untuk membentuk air (H2O).

 

Menggunakan Logam Kurang Elektropositif
  • Lapisan logam yang kurang elektropositif (contohnya, stanum atau timah) masih boleh melindungi besi daripada dikakis.
  • Walau bagaimanapun, jika lapisan pelindung tercalar, kakisan besi dipertingkatkan dan bukannya dicegah.
  • Logam yang lebih elektropositif melepaskan elektron lebih mudah.
  • Contoh; lapisan stanum melindungi besi, tetapi terdapat calar pada lapisan timah.
    • Besi lebih elektropositif daripada timah.
    • Besi dioksida dengan melepaskan elektron.
    • Elektron mengalir ke permukaan besi di mana terdapat air dan oksigen.
  • Daripada timah yang dioksidakan, besi dioksida pada kadar yang lebih cepat kerana besi lebih elektropositif daripada timah.
 

 

 

 

 

Pengaratan

 
1.6 Pengaratan
 
Definisi Pengaratan Besi
Kakisan logam yang berlaku pada besi.
 
Proses Pengaratan Besi
  • Apabila logam besi mengalami pengaratan, lapisan oksida besi yang berwarna perang terbentuk pada permukaan besi; bersifat mudah retak dan telap.
  • Oleh itu pengaratan berlaku secara berterusan dan merosakkan struktur besi.
 
Syarat-Syarat untuk Pengaratan Besi
  • Gas oksigen.
  • Air.
 
Gambar menunjukkan 'TINDAK BALAS REDOKS BAGI PENGARATAN. 1. Pengoksidaan. 2. Penurunan. 3. Pembntukan sel kimia. 4. Pembentukan karat.
 
Tindak Balas Redoks bagi Pengaratan
Langkah Penjelasan

Pengoksidaan

  • Atom ferum melepaskan elektron untuk membentuk ion ferum(II), \(Fe^{2+}\).
    • \(Fe(p)\rightarrow Fe^{2+}(ak)+2e^-\)
  • Elektron yang dilepaskan akan mengalir melalui besi ke permukaan.
  • Besi adalah konduktor elektrik, oleh itu elektron dapat mengalir melalui besi.
  • Terdapat gas oksigen di permukaan.

Penurunan

  • Elektron yang dilepaskan daripada proses pengoksidaan diterima oleh gas oksigen.
  • Oleh kerana gas oksigen menerima elektron, oksigen diturunkan menjadi ion hidroksida, \(OH^-\)
    • \(O_2(g)+2H_2O(ce) +4e^-\rightarrow 4OH^-(ak)\)

Pembentukan sel kimia

  • Bahagian sistem yang mengalami pengoksidaan adalah terminal negatif sel kimia.

  • Bahagian sistem yang mengalami penurunan adalah terminal positif sel kimia. 

    • \(2\times [Fe(p)\rightarrow Fe^{2+}(ak)+2e^-]\\ O_2(g)+2H_2O(ce) +4e^-\rightarrow 4OH^-(ak)\\\text{Bersamaan dengan}\\ 2Fe(p)+O_2(g)+2H_2O(ce)\rightarrow 2Fe^{2+}(ak)+4OH^-(ak)\)

Pembentukan karat

  • Ion ferum(II), \(Fe^{2+}\) mengalir dari terminal negatif ke terminal positif.
  • Di terminal positif, ion ferum(II), \(Fe^{2+}\) bertindak balas dengan ion hidroksida, \(OH^-\) untuk membentuk ferum(II) hidroksida, \(Fe(OH)_2\)
    • \(Fe(ak)+2OH^-(ak)\rightarrow Fe(OH)_2(p)\)
  • Ferum(II) hidroksida, \(Fe(OH)_2\) dioksidakan untuk membentuk  ferum(III) hidroksida, \(Fe(OH)_3\)
    • \(4Fe(OH)_2(p)+O_2(g)+2H_2O(ce)\rightarrow 4Fe(OH)_3(p)\)
  • Ferum(III) hidroksida, \(Fe(OH)_3\)  kemudian membentuk karat.
  • Karat besi ialah  ferum(III) oksida terhidrat, \(Fe_2O_3.3H_2O\)
    • \( 4Fe(OH)_3(p)\rightarrow Fe_2O_3.3H_2O(p)\\ \phantom{ 4Fe(OH)_3(p)\rightarrow}Karat\)
 
Pembentukan Karat
Gambar menunjukkan proses pengaratan pada besi. Terdapat dua terminal positif yang terletak pada bahagian atas besi, dengan karat yang terbentuk di sekelilingnya. Di antara terminal-terminal tersebut terdapat air. Terminal negatif terletak di bahagian bawah besi. Terdapat juga simbol oksigen (O₂) di sebelah kiri gambar.
 
Definisi Kakisan Logam
  • Pengoksidaan logam melalui tindakan udara atau gas oksigen, air dan / atau elektrolit.
  • Logam yang teroksida akan melepaskan elektron untuk membentuk ion.
 
Kakisan Logam
  • Semakin elektropositif suatu logam, semakin mudah logam terkakis. Sebagai contohnya, kakisan logam besi lebih cepat daripada logam kuprum.
 
Pencegahan Kakisan Logam
Menggunakan Logam yang Lebih Elektropositif
  • Kakisan logam boleh dicegah dengan menyentuh logam yang lebih elektropositif dengan logam yang dilindungi.
  • Logam yang lebih elektropositif melepaskan elektron lebih mudah.
  • Contoh; lapisan zink melindungi besi, tetapi terdapat calar pada lapisan zink.
    • Zink lebih elektropositif daripada besi.
    • Zink dioksidakan dengan melepaskan elektron.
    • Elektron mengalir ke permukaan besi di mana terdapat air dan oksigen.
  • Daripada besi yang dioksidakan, lapisan zink bertindak sebagai lapisan perlindungan yang 'terkorban' seperti yang ditunjukkan di bawah:
Zink sebagai Lapisan Perlindungan
Imej ini menunjukkan proses elektrokimia yang berlaku pada permukaan logam. Di bahagian atas terdapat titisan air yang besar. Titisan ini bersentuhan dengan lapisan zink (Zn) yang berada di atas permukaan besi (Fe). Dalam titisan air, ion Zn2+ terlarut. Anak panah menunjukkan bahawa zink (Zn) melepaskan dua elektron (2 e-) dan menjadi ion Zn2+. Elektron-elektron ini kemudian bergerak ke arah oksigen (O2) yang berada di dalam titisan air. Oksigen (O2) bertindak balas dengan ion hidrogen (H+) dan elektron-elektron tersebut untuk membentuk air (H2O).

 

Menggunakan Logam Kurang Elektropositif
  • Lapisan logam yang kurang elektropositif (contohnya, stanum atau timah) masih boleh melindungi besi daripada dikakis.
  • Walau bagaimanapun, jika lapisan pelindung tercalar, kakisan besi dipertingkatkan dan bukannya dicegah.
  • Logam yang lebih elektropositif melepaskan elektron lebih mudah.
  • Contoh; lapisan stanum melindungi besi, tetapi terdapat calar pada lapisan timah.
    • Besi lebih elektropositif daripada timah.
    • Besi dioksida dengan melepaskan elektron.
    • Elektron mengalir ke permukaan besi di mana terdapat air dan oksigen.
  • Daripada timah yang dioksidakan, besi dioksida pada kadar yang lebih cepat kerana besi lebih elektropositif daripada timah.