Kimia Sekolah — Kelas 1 sampai 12 · Grades 1–12

19Logam: Reaksi dengan Asam dan Korosi

Di sebuah pelabuhan, lambung baja sebuah kapal nelayan tua bergaris-garis karat jingga. Di dermaga, sebuah pagar berlapis seng telah berdiri di bawah hujan selama tiga puluh tahun dan masih berkilau kelabu kusam. Di sebuah museum, sebentuk cincin emas yang terkubur selama tiga ribu tahun masih secemerlang hari ketika cincin itu dibuat. Logam-logam tidak semuanya menghadapi dunia dengan cara yang sama: sebagian diserang air, udara, dan asam, sebagian lagi hampir tidak sama sekali.

Yang sudah kamu ketahui

Ion adalah atom yang bermuatan; logam membentuk kation seperti $\ce{Fe^{2+}}$ , $\ce{Zn^{2+}}$ , $\ce{Al^{3+}}$ , yang dikenali dengan uji pengendapan (Bab 17). Larutan asam mengandung banyak ion $\ce{H+(aq)}$ (Bab 18). Hidrogen terbakar dengan letupan melengking di mulut tabung reaksi (Bab 10).

Lambung kapal tua: bajanya sedang berkarat.

19.1 Logam dalam asam klorida

Di laboratorium — Tiga logam dalam asam

Guru menjatuhkan sepotong kecil besi, seng, dan tembaga ke dalam tiga tabung reaksi berisi asam klorida encer. Gelembung-gelembung naik dari besi dan seng, perlahan dari besi, deras dari seng, dan logam-logam itu perlahan menghilang; tidak terjadi apa-apa pada tembaga. Gas yang ditampung dalam tabung kecil menimbulkan letupan melengking: gas itu hidrogen. Dengan natrium hidroksida, cairan tabung pertama memberikan endapan hijau (ion $\ce{Fe^{2+}}$ ), cairan tabung kedua endapan putih (ion $\ce{Zn^{2+}}$ ).

Besi, seng, dan tembaga dalam asam klorida encer: besi dan seng melepaskan hidrogen; tembaga tidak bereaksi.

Proposisi 19.1 (Logam ditambah asam)

Banyak logam — besi, seng, aluminium, magnesium — bereaksi dengan ion-ion $\ce{H+}$ sebuah asam: logam itu menghilang sebagai ion-ion logam, yang tetap terlarut, dan gas hidrogen dilepaskan. Tembaga, perak, dan emas tidak bereaksi dengan asam klorida.

19.2 Menuliskan persamaan dengan ion

Definisi 19.2 (Ion penonton)

Ion yang ada di dalam larutan selama reaksi berlangsung tetapi tidak ikut bereaksi, dan ditemukan tanpa berubah di akhir reaksi, disebut ion penonton. Ion itu tidak dituliskan dalam persamaan.

Contoh 19.3 (Besi dan seng dalam asam klorida)

Asam klorida mengandung ion $\ce{H+(aq)}$ dan $\ce{Cl-(aq)}$ . Ion-ion klorida ditemukan tanpa berubah di akhir reaksi: ion-ion itu penonton. Persamaannya adalah

\ce{Fe(s) + 2H+(aq) -> Fe^{2+}(aq) + H2(g)}, \qquad \ce{Zn(s) + 2H+(aq) -> Zn^{2+}(aq) + H2(g)}.

Keduanya setara baik atomnya maupun muatannya: $+2$ di setiap ruas.

Metode 19.4 (Menuliskan persamaan reaksi logam dengan asam)

Pereaksi: logam (s) dan ion-ion $\ce{H+(aq)}$ .
Produk: ion logam (aq), dengan muatannya yang biasa, dan hidrogen $\ce{H2(g)}$ .
Setarakan atom-atomnya, lalu periksalah bahwa muatan totalnya sama di kedua ruas.

Untuk aluminium: $\ce{2Al(s) + 6H+(aq) -> 2Al^{3+}(aq) + 3H2(g)}$ ; muatan $+6$ di setiap ruas.

Keselamatan

Hidrogen yang dilepaskan sangat mudah menyala. Reaksinya dilakukan dalam tabung reaksi kecil, oleh guru, jauh dari nyala api apa pun kecuali nyala yang dipakai untuk uji letupan.

19.3 Korosi

Definisi 19.5 (Korosi dan karat)

Yang disebut korosi adalah serangan perlahan terhadap sebuah logam oleh zat-zat di sekitarnya — oksigen, air, asam, garam — yang mengubah logam itu menjadi ion atau senyawa seperti oksida. Korosi besi dan baja menghasilkan karat, oksida besi terhidrasi yang cokelat dan rapuh, yang mengelupas dan membiarkan serangan itu berlanjut lebih dalam.

Proposisi 19.6 (Yang diperlukan besi untuk berkarat)

Besi hanya berkarat jika oksigen dan air sama-sama mencapainya. Garam yang larut dalam air, seperti di jalan-jalan yang ditaburi garam pada musim dingin atau di tepi laut, mempercepat perkaratan.

Di laboratorium — Tiga paku, satu minggu

Tiga paku besi yang bersih ditempatkan dalam tiga tabung reaksi: yang pertama dalam udara kering bersama zat pengering yang menyerap uap air; yang kedua dalam air yang telah dididihkan untuk menghilangkan udara terlarutnya, ditutup selapis minyak; yang ketiga separuh dalam air keran, separuh di udara. Seminggu kemudian, hanya paku ketiga yang berkarat.

Percobaan tiga paku: besi hanya berkarat di tempat air dan oksigen mencapainya bersama-sama, di sini di permukaan air.

Contoh 19.7 (Aluminium dan tembaga melindungi dirinya sendiri)

Aluminium langsung diserang oksigen udara, tetapi lapisan tipis oksida yang terbentuk melekat pada logam itu dan menutupinya dari udara: kusen jendela aluminium tahan puluhan tahun. Tembaga, yang perlahan diserang udara, air, dan karbon dioksida, menjadi tertutup kerak hijau, yaitu patina, yang juga melekat dan melindungi logam di bawahnya. Sebaliknya, karat mengelupas.

Patung Liberty: kulit tembaganya tertutup patina hijau. Foto: Elcobbola, domain publik.

19.4 Melindungi logam

Definisi 19.8 (Galvanisasi)

Yang disebut galvanisasi adalah melapisi baja dengan selapis seng, dengan mencelupkannya ke dalam seng cair. Seng diserang udara dan air menggantikan baja di bawahnya: bahkan di tempat lapisan itu tergores, seng di dekatnya terkorosi lebih dulu dan bajanya terhindar.

Proposisi 19.9 (Cara melindungi besi dan baja)

jauhkan air dan udara: cat, minyak, gemuk, lapisan plastik;
galvanisasi: lapisan seng yang terkorosi menggantikan baja;
pakailah baja tahan karat, paduan besi dengan kromium, yang melindungi dirinya dengan lapisan oksida tipis yang menutup rapat;
pasang balok-balok seng pada lambung kapal: sengnya perlahan termakan menggantikan baja, dan diganti dari waktu ke waktu (cara kerjanya dijelaskan di salah satu buku universitas).

19.5 Latihan

Latihan 19.1 ★

Gas apa yang dilepaskan ketika seng bereaksi dengan asam klorida? Bagaimana gas itu dikenali?

Solusi

Solusi Latihan 19.1.

Hidrogen: bilah kayu menyala di mulut tabung menimbulkan letupan melengking.

Latihan 19.2 ★

Manakah di antara logam-logam berikut yang bereaksi dengan asam klorida encer: besi, tembaga, seng, emas, aluminium?

Solusi

Solusi Latihan 19.2.

Besi, seng, dan aluminium bereaksi; tembaga dan emas tidak.

Latihan 19.3 ★

Apa yang diperlukan besi agar berkarat?

Solusi

Solusi Latihan 19.3.

Oksigen dan air, kedua-duanya.

Latihan 19.4 ★

Apa itu ion penonton? Sebutkan ion penontonnya ketika besi bereaksi dengan asam klorida.

Solusi

Solusi Latihan 19.4.

Ion yang ada selama reaksi tetapi tidak ikut bereaksi. Dengan asam klorida: ion klorida $\ce{Cl-}$ .

Latihan 19.5 ★★

Tuliskan persamaan reaksi magnesium dengan ion-ion $\ce{H+}$ sebuah asam (ion magnesium adalah $\ce{Mg^{2+}}$ ). Periksalah muatannya.

Solusi

Solusi Latihan 19.5.

$\ce{Mg(s) + 2H+(aq) -> Mg^{2+}(aq) + H2(g)}$ ; muatan $+2$ di setiap ruas.

Latihan 19.6 ★★

Setelah besi bereaksi dengan asam klorida, bagaimana kamu dapat menunjukkan bahwa larutannya mengandung ion besi(II)?

Solusi

Solusi Latihan 19.6.

Tambahkan natrium hidroksida: endapan hijau $\ce{Fe(OH)2}$ menunjukkan ion besi(II).

Latihan 19.7 ★★

Lihatlah gambar tiga paku. Mengapa air dalam tabung kedua dididihkan dan ditutup minyak?

Solusi

Solusi Latihan 19.7.

Pendidihan menghilangkan udara yang terlarut dalam air, dan minyak mencegah udara larut kembali: paku itu mendapat air tetapi tidak mendapat oksigen.

Latihan 19.8 ★★

Mengapa mobil lebih cepat berkarat di kota yang jalan-jalannya ditaburi garam pada musim dingin?

Solusi

Solusi Latihan 19.8.

Garam yang larut dalam air yang terpercik ke mobil mempercepat perkaratan.

Latihan 19.9 ★★

Mengapa kusen jendela aluminium tidak habis berkarat, padahal aluminium bereaksi dengan oksigen udara?

Solusi

Solusi Latihan 19.9.

Lapisan oksida yang terbentuk melekat pada logam dan menutupinya dari udara: serangan itu berhenti di permukaan.

Latihan 19.10 ★★

Berikan tiga cara melindungi rangka sepeda dari baja terhadap karat.

Solusi

Solusi Latihan 19.10.

Catlah, beri minyak atau gemuk, galvanisasilah (atau buatlah dari baja tahan karat).

Latihan 19.11 ★★★

Tuliskan dan periksalah persamaan reaksi aluminium dengan ion-ion $\ce{H+}$ sebuah asam. Berapa molekul hidrogen yang terbentuk untuk 200 atom aluminium?

Solusi

Solusi Latihan 19.11.

$\ce{2Al(s) + 6H+(aq) -> 2Al^{3+}(aq) + 3H2(g)}$ : 2 Al dan 6 H di setiap ruas, muatan $+6$ di setiap ruas. Untuk 200 atom Al: $200 \times \frac{3}{2} = 300$ molekul hidrogen.

Latihan 19.12 ★★★

Sebuah ember baja berlapis seng tergores sampai ke bajanya. Jelaskan mengapa baja di dasar goresan itu tidak berkarat untuk waktu yang lama.

Solusi

Solusi Latihan 19.12.

Seng di sekitar goresan terkorosi menggantikan baja: selama masih ada seng di dekatnya, bajanya terhindar.

19.6 Soal: Berapa Tebal Lapisan Sengnya?

Soal 19.1

Soal akhir pekan — melarutkan lapisan seng sebuah pelat berlapis seng untuk mengetahui tebalnya

Sebuah pelat baja berlapis seng, berbentuk persegi bersisi $10.0\,\mathrm{cm}$ , dilapisi seng pada kedua permukaannya (tepi-tepinya diabaikan). Di laboratorium, guru menimbangnya, $125.6\,\mathrm{g}$ , lalu mencelupkannya ke dalam asam klorida yang mengandung zat tambahan yang mencegah asam menyerang baja. Ketika gelembung-gelembungnya berhenti, pelat itu dibilas, dikeringkan, dan ditimbang lagi: $113.5\,\mathrm{g}$ . Massa $1\,\mathrm{cm}^{3}$ seng adalah $7.13\,\mathrm{g}$ .

Bagian I — Reaksinya.

Tuliskan persamaan reaksi seng dengan ion-ion $\ce{H+}$ dari asam.
Gas apa yang menimbulkan gelembung? Uraikan ujinya.
Uji apa yang akan menunjukkan ion-ion seng di dalam larutan sesudahnya?
Sebutkan ion-ion penontonnya.

Bagian II — Sengnya.

Berapa massa seng yang telah larut?
Mengapa gelembung-gelembung itu menjadi tanda bahwa sengnya belum larut seluruhnya?
Apa yang akan terjadi pada baja jika asam itu tidak mengandung zat tambahan? Uji apa yang kemudian akan menunjukkannya?
Mengapa seng melindungi baja pada pelat itu selama seng itu masih ada?

Bagian III — Tebalnya.

Berapa luas total permukaan pelat yang dilapisi, dalam $\mathrm{cm}^{2}$ ?
Berapa volume yang ditempati seng itu?
Simpulkan tebal lapisan seng itu, dalam sentimeter.
Nyatakan tebal itu dalam mikrometer ( $1\,\mathrm{cm}$ $= 10\,000\,\text{µ}\mathrm{m}$ ).

Solusi

Solusi Soal 19.1.

1. $\ce{Zn(s) + 2H+(aq) -> Zn^{2+}(aq) + H2(g)}$ .

2. Hidrogen: letupan melengking dengan bilah kayu menyala.

3. Natrium hidroksida memberikan endapan putih $\ce{Zn(OH)2}$ .

4. Ion-ion klorida $\ce{Cl-}$ .

5. $125.6 - 113.5 = 12.1\,\mathrm{g}$ .

6. Hidrogen dilepaskan selama seng bereaksi dengan asam; ketika seng sudah habis, gelembung-gelembungnya berhenti.

7. Besi dalam baja juga akan bereaksi, menghasilkan hidrogen dan ion $\ce{Fe^{2+}}$ ; natrium hidroksida lalu akan memberikan endapan hijau.

8. Seng diserang menggantikan baja dan menjauhkan air dan udara dari baja itu.

9. $2 \times 10.0 \times 10.0 = 200\,\mathrm{cm}^{2}$ .

10. $12.1 \div 7.13 \approx 1.70\,\mathrm{cm}^{3}$ .

11. $1.70 \div 200 = 0.0085\,\mathrm{cm}$ .

12. $0.0085 \times 10\,000 = 85\,\text{µ}\mathrm{m}$ : lapisan seng itu tebalnya sekitar $85\,\text{µ}\mathrm{m}$ .

Istilah yang didefinisikan dalam bab ini

Lihat semua 852 istilah di glosarium