HALF CELL (ELEKTRODA STANDARD ) SISTEM PROTEKSI KATODIK (CATHODIC PROTECTION)

Pengukuran potensial suatu logam pada hakikatnya adalah mengukur nilai potensial reduksi atau potensial oksidasi logam tersebut.  Potensial reduksi adalah nilai potensial listrik yang didapatkan ketika ion logam menangkap electron dan menjadi logamnya. Sedangkan potensial oksidasi adalah potensial listrik yang timbul ketika logam melepas electron menjadi ion logamnya. Reaksi reduksi tidak bisa berjalan sendiri, selalu  dibarengi dengan reaksi oksidasi. Reaksi Oksidasi terjadi di anoda dan reaksi reduksi di katoda.

Pada Anoda :

Mg      –>       Mg2+   +          2e  (Oksidasi)

Pada Katoda :

Fe2+    +          2e       –>       Fe   (Reduksi)

2 H+      +          2e       –>       H2 (gas)

2 H+    +          ½ O2   +          2e       –>  H2O

H2O    +          ½ O2    +          2e       –>  2 OH

Karena itulah pengukuran potensial reduksi atau potensial oksidasi adalah pengukuran relative dengan menggunakan suatu standard yaitu standard hydrogen. Reaksi reduksi pembentukan hydrogen sebagai standard ditentukan mempunyai nilai potensial adalah 0.

2H+ + 2e –> H2  E = 0.00 volt

 

 Standard hidrogen ini hanya bisa digunakan di laboratorium, sehingga tidak akan bisa diaplikan dilapangan, karena itu dibuatlah Half cell (reference standard) yang dapat digunakan dilapangan.

Gambar 1. Hydrogen Reference Cell

Terdapat beberapa half cell yang digunakan dalam pengukuran proteksi katodik, dan semua Half Cell distandardkan dengan Hydrogen.

Copper- Copper Sulphate Electrode (CSE)

CSE merupakan elektroda standard (reference Electrode) yang paling popular digunakan . CSE tidak cocok digunakan pada elektrolit yang mengandung chlorine, karena ion-ion chlorine dapat masuk ke dalam larutan CuSO4 jenuh pada half cell dan merusak larutan tersebut. Larutan Cuso4 jenuh pada half cell berfungsi untuk mencegah batang tembaga terkorosi dan membuat half cell menjadi stabil. Bagian-bagian dalam sebuah CSE adalah :

Gambar 2. Copper – Copper Sulphate Reference Cell

Silver - Silver Chloride Electrode (SCE)

Silver –silver chloride (Ag – AgCl) digunakan untuk melakukan pengukuran proteksi katodik dilingkungan air laut dan pada struktur pondasi beton. Terdapat dua tipe silver – silver chloride electrode, yang pertama adalah silver electrode yang langsung kontak dengan air laut. Dan yang kedua adalah silver electrode dalam larutan Potasium chloride (KCl) pada sebuah  wadah berpori mirip seperti Copper-Copper Sulphate electrode.

Gambar 3. Silver-Silver Chloride Reference Cell dalam Larutan KCl
Gambar 4. Silver-Silver Chloride Reference Cell

Hg- HgCl2 / Calomel Reference Electrode

Calomel reference electrode terbuat dari mercury – Mercurious Chloride dalam larutan potassium Chloride (KCl) jenuh. Biasanya digunakan untuk percobaan di laboratorium dan sebagai kalibrator  Half Cell CSE di laboratorium. Calomel tidak digunakan di lapangan dikarenakan kandungan mercury yang bisa mencemari lingkungan.

Gambar 5. Calomel Reference Cell

Zinc Reference Electrode

Zinc digunakan sebagai reference electrode untuk permanen reference underground (ditanam) dan pengukuran daerah laut. Sebagai permanen reference zinc dibungkus dengan backfill yang sama dengan anoda korban, sedangkan untuk air laut zinc digunakan secara bare. Zinc merupakan pseudo reference atau nilai potensialnya bisa berubah-ubah tergantung dari kondisi lingkungan, karena itu zinc cocok digunakan untuk riset. Sebagai reference cell, zinc dibuat dari logam murni dengan kandungan hingga 99.9 %. Kelebihan dari zinc ini adalah mempunyai umur pakai yang lebih lama dibandingkan permanen reference cell lainnya.

Gambar 6. Zinc Underground Reference Cell
Gambar 7. Zinc Sea Water Reference Cell

Terdapat dua jenis elektroda standard yaitu portable dan permanent. Portable mempunyai kelebihan dapat digunakan dilapangan, dapat dipindah-pindah dan bisa dimaintenance (dibersihkan dan di isi ulang larutannya). Permanen electrode digunakan dengan cara di install dekat dengan struktur logam yang akan diukur. Setelah dinstall permanen electrode tidak bisa dimaintenance,  oleh karena itu Permanen electrode mempunyai umur pemakaian dan harus selalu dikalibrasi dengan portable reference untuk tetap mendapatkan hasil yang akurat.

Penggunaan reference cell yang mana saja dapat dengan mudah dikonversikan dengan reference cell yang kita inginkan dengan perbandingan sebagai berikut:

Gambar 8. Perbandingan skala Reference Cell

Untuk memudahkan dalam melakukan konversi maka dibuat grafik sebagai berikut :

Gambar 9. Grafik skala Reference Cell

Sebagai contoh sebuah logam yang diukur dengan menggunakan reference cell copper-copper sulphate (CSE) mempunyai nilai -810 mV, maka berapa nilai potensial logam tersebut jika diukur dengan reference cell lainnya?

Untuk menjawab hal tersebut maka kita harus mengukur perbedaan nilai skala antara reference cell lain dengan Reference Cell CSE. Perbedaannya adalah sebagai berikut :

Cu/CuS04 dibanding Ag/AgCl = 0,316 – 0,256 = 60 mV

Cu/CuSo4 dibanding Hg/Hg2Cl2 = 0,316 – 0,241 = 75 mV

Cu/CuSo4 dibanding H2 = 0,316 – 0,00 = 316 mV

Cu/CuSo4 dibanding Zn/Zn2+ = 0,316 – (-800) = 1116 mV

CSE merupakan reference cell yang paling banyak digunakan untuk pengukuran pada lingkungan tanah, oleh karena itu jika kita ingin membandingkan reference cell lain dengan CSE maka untuk memudahkan CSE akan menjadi 0,00 sehingga grafik menjadi :

Gambar 10. Grafik skala Reference Cell terhadap Cu/CuSO4

Maka nilai -810 mV logam yang akan diukur dengan CSE akan mempunyai nilai (-810 – (-60) = -750 mV jika diukur dengan Ag/AgCl2

Jika diukur dengan Hg/HgCl2 Akan mempunyai nilai -810 – (-75) = -735 mV

Jika diukur dengan Zn akan mempunyai nilai -810 –(-1116) = -306 mV

Dengan adanya grafik yang sudah kita buat seperti diatas, akan memudahkan kita menggunakan logam apapun sebagai reference selama dikalibrasi dengan CSE. Namun perlu dicatat bahwa penggunaan logam sebagai reference cell selain reference cell diatas adala sementara. Sebagai contoh jika seorang teknisi kelupaan membawa CSE dan dia sudah dilapangan tidak mungkin balik ke kantor mengambil CSE. Maka dia bisa memakai sebuah paku .

Gambar 11. Paku sebagai reference cell

Pengukuran potensial proteksi dengan menggunakan paku sebagai reference cell didapatkan nilai sebesar -600 mV. Maka teknisi tersebut kemudian kembali ke kantor dan mengukur nilai potensial paku tersebut dengan CSE reference cell sebenarnya didapatkan nilai -350 mV, maka nilai potensial proteksi dari pipa yang sesungguhnya jika diukur dengan CSE adalah (– 600 mV) + (-350 mV) = – 950 mV.

Referensi :

  1. NACE International, “CP-2 Cathodic Protection Technician Manual”, Houston, 2009
  2. Appalachian Underground Corrosion Short Course, “Advanced Course Modul”, West Virginia, 2013
  3. Robert A Francis, “Corrosion Control”, Australia, 2005
  4. Wikipedia