kimia air

1.      SUMBER DAN KEGUNAAN AIR

Sepanjang sejarah, kuantitas dan kualitas air yang sesuai dengan kebutuhan manusia merupakan faktor penting yang menentukan kesehatan hidupya. Kualitas air yang buruk yang disebabkan adanya berbagai jenis bakteri pathogen dan kandungan bahan – bahan kimia berbahaya dapat membunuh berjuta manusia terutama di negara – negara sedang berkembang. Suplai air dunia di dapatkan dari 5 bagian siklus hidrologi

GAMBAR

Sebagian besar dari air ditemukan dalam bentuk lautan dan samudera. Bagian lainya terdapat dalam bentuk uap air di atmosfer. Air dalam bentuk padat juga ditemukan di bumi yaitu yang membentuk salju di daerah kutub utara dan selatan. Air permukaan terdapat dalam danau, sungai dan sumber – sumber air lainnya, sedangkan air tanah (ground water), terdapat di dalam tanah. Air tanah dapat melarutkan mineral – mineral bahan induk dari tanah yang dilewatinya. Sebagian besar mikroorganisme yang semula ada dalam air tanah berangsur – angsur disaring sewaktu air meresap dalam tanah. Terdapat perbedaan yang cukup besar anatara air tanah dengan air permukaan. Air permukaan yang mengandung bahan organic mudah terurai dalam konsentrasi tinggi secara normal akan mengandung bakteri dalam jumlah tinggi pula yang mempunyai pengaruh cukup besar terhadap kualitas air permukaan. Air yang digunakan oleh manusia adalah air permukaan tawar dan air tanah murni.

2.      SIFAT – SIFAT YANG UNIK DARI AIR

Ilmu yang mempelajari tentang air disebut ilmu Hidrologi. Ada dua cabang dari ilmu ini, yaitu Limnologi yang mempelajari sifat – sifat air tawar dan Oseanografi yang mempelajari tentang lautan.

Air merupakan senyawa kimia yang terdiri dari atom H, dan O. Sebuah molekul air terdiri dari satu atom O yang berikatan kovalen dengan dua atom H. Molekul air yang satu dangna molekul – molekul air lainya bergabung dengan satu ikatan hydrogen anatara atom H dengan atom O dari molekul air yang lain. Adanya ikatan hydrogen inilah yang menyebabkan air mempunyai sifat – sifat khas

Sifat	Efek dan Kegunaan
Pelarut yang sangat baik. Konstanta dielektrik paling tinggi diantara cairan murni lainnya Tegangan permukaan lebih tinggi daripda cairan lainnya Transparan terhadap cahaya tampak dan sinar yang mempunyai panjang gelombang lebih besar dari ultra violet	Transport zat-zat makanan dan bahan buangan yang dihasilkan proses biologi. Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam larutan Faktor pengendali dalam fisiologi; Membentuk fenomena tetes dan permukaan Tidak berwarna, mengakibatkan cahaya yang dibutuhkan untuk fotosintesis mencapai kedalamn tertentu.

Bobot jenis tertinggi dalam bentuk cairan (fasa cair) pada 4º C Panas peungapan lebih tinggi dari material lainnya Kapasitas kalor lebih tinggi dibandingkan dengan cairan lain kecuali ammonia Panas laten dan peleburan lebih tinggi daripada cairan lain kecuali ammonia

Air beku (es)mengapung, sikulasi vertical mengahmbat strtifikasi badan air. Menentukan transfer panas dan molekul air antara atmosfer dan badan air Stabilisasi dari temperature organism dan wilayah geografis Temperature stabil pada titik beku

Dari table dapat dijelaskan bahwa air selain pelarut yang sangat baik juga mempunyai konstanta dielektrik yang sangat tinggi sehingga berpengaruh besar terhadap sifat – sifat pelarutnya. Hal ini menyebabkan banyak sekali senyawa ionis berdesosiasi dalam air. Kapasitas kalor air cukup tinggi yaitu 1 kal g^-1C^-1, oleh karena itu kalor yang diperlukan untuk merubah suhu dari sejumlah massa air cukup tinggi pula sehingga menstabilkan suhu air pada seluruh wilayah geografi.

3.      SIFAT – SIFAT UNIK BADAN AIR

Danau dapat diklasifikasikan sebagai oligotropik, eutropik, atau dystropik. Danau oligotrofik adalah danau yang relative muda. Danau ini dalam dan berair jernih, kurang mengandug zat hara akibatnya kurang produktif untuk aktivitas biologis. Danau eutropik lebih banyak mengandung zat hara sehingga airnya agak keruh dan lebih dapat menunjang kehidupan aquatic. Aliran sungai diklasifikasikan dalam empat tahapan, yaitu stadium lahir, muda, dewasa dan umur tua. Pada stadium lahir sungai belum tererosi, air tanah berperan penting pada stadium ini sehingga kalau musim kemarau sungai muda masih didukung oleh aliran air tanah tetapi aliran sungai berjalan secara kontinu. Sungai stadium dewasa, air sungai umurnya bersih dan lebih dalam dibanding sungai muda, sedangkan sungai tua lebih dalam lagi telah hampir mencpai tingkat dasar geologinya. Ada hubungan antara suhu dengan bobot jenis air. Hubungan khas ini menyebabkan pembentukan lapisan – lapisan yang berbeda dalam badan air, terutama air danau. Selama musim panas lapisan permukaan danau atau epilimnion dipanaskan oleh radiasi matahari, sehingga bobotnya lebih kecil. Lapisan ini mengapung diatas lapisan dasar atau hypolimnion. lapisan diantaranya disebut thermoclyne. Fenomena ini disebut strasifikasi tremal. Lapisan epilimnion yang mendapat sinar matahari langsung menyebabkan ganggang tumbuh amat subur. Epilimnion mengandung oksigen terlarut (DO) yang relative lebih tinggi dibandingkan dengan lapisan lainya, pada umunya bersifat aerobic. Di hypolimnion, bahan – bahan organic mudah diuraikan oleh bakteri – bakteri pengurai yang menyebabkan air dilapisan ini kekurangan oksigen, sehingga bersifat anaerobic. Sifat – sifat kimia dan biologi dari lautan juga sangat unik disebabkan oleh kedalaman air yang cukup tinggi, kadar garam juga yang tinggi dan faktor – faktor lainya.

4.      SIFAT – SIFAT KIMIA PERAIRAN

ALKALINITAS

Kapasitas air untuk menerima protein disebut alkalinitas. Alkalinitas penting dalam perlakuan air seperti pada proses pengolahan air limbah industry atau limbah domestic. Air yang sangat alkali atau bersifat basa sering mempunyai pH tinggi dan umunya mengandung padatan terlarut yang tinggi. Sifat – sifat ini dapat menurunkan kegunaanya untuk keperluan dalam tangki uap, prosesing makanan dan system saluran air dalam kota. Alkalinitas memegang peranan penting dalam penentuan kemampuan air untuk mendukung pertumbuhan ganggang dan kehidupan perairan lainya. Pada umumnya, komponen utama yang memegang peran dalam menentukan alkalinitas perairan adalah ion bikarbonat, ion karbonat dan ion hidroksil.

HCO₃^-    +       H⁺                       CO₂       +    H₂O

CO₃^2-     +        H⁺                      HCO₃^-  

OH^-        +       H⁺                             H₂O

Alkalinitas umunya dinyatakan sebagai alkalinitas fenolftalein yaitu proses situasi dengan asam untuk mencapai pH 8,3 diman HCO₃^- merupakan ion terbanyak, dan alkalinitas total, yang menyatakan situasi dengan asam menuju titik akhir indicator metal jingga (pH 4,3) yang ditunjukan oleh berubahnya kedua jenis ion karbonat dan bikarbonat menjadi CO₂ .

ACIDITAS

Pada system perairan alami asiditas adalah kapasitas air untuk menetralkan OH^-. Penyebab dari asiditas umunya adalah asam – asam lemah. Penentuan asiditas lebih sukar dibandingkan alkalinitas. Hal ini disebabkan oleh adanya dua zat utama yang berperan yaitu CO₂ han H₂S yang keduanya mudah menguap, yang mudah hilang dari sample yang diukur.

TERJADINYA SENYAWA KOMPLEKS

Dalam air ion logam dapat bergabung dengan ion negative, atau dengan senyawa netral membentuk sebuah kompleks atau senyawa koordinasi. Sebuah kompleks mengandung sebuah atom logam pusat dimana terikat electron – electron yang dimiliki oleh ligan sebagai donor elektronya. Bilangan koordinasi dari sebuah atom logam atau ion, adlah jumlah kelompok donor electron ligan yang diikat kepada logam itu. Bilangan – bilangan koordinasi yang paling umum adalah 2, 4, atau 6. Kompleks yang lebih penting adalah senyawa kompleks dengan senyawa pengkelat.

PENTINGNYA SENYAWA KOMPLEKS DALAM PERAIRAN

Banyak ion logam yang ditemukan dalam system perairan alami teritama ion – ion yang didapat dalam konsentrasi yang sangat renik, membentuk kompleks kuat dengan berbagai macam pengaruh seperti :

1.      Hilangnya ion – ion logam dalam larutan

2.      Perubahan petensial redoks yang ada

3.      Pembentukan kompleks juga melarutkan ion – ion dari senyawa logam tidak larut.

Kestabilan senyawa kompleks berkaitan dengan berbagai sifat dari ion logam dan ligan. Berikut ini merupakan hal – hal yang sangat penting :

A.    Ukuran dan keadaan oksidasi dari logam. Logam dengan ukuran lebih kecil dan dengan keadaan oksidasu positif leboih tinggi membentuk kompleks yang elbih kuat.

B.     Perubahan energy bebas dari pembentukan kompleks tergantung pada perubahan entropi dan entalpi reaksinya.

C.     Konfigurasi electron dari ion metal

D.    Kekuatan dan kelemahan dari perpaduan antara logam dan ligan.

5.      MIKROORGANISME SEBAGAI KATALIS REAKSI KIMIA PERAIRAN

Mikroorganisme seperti bakteri, cendewan, dan ganggang merupakan katalis hidup yang dapat mempengaruhi sejumlah proses – proses kimia yang terjadi dalam air dan tanah. Sebagian besar reaksi – reaksi kimia penting yang terjadi dalam perairan, terutama yang melibatkan bahan – bahan organic dan proses oksidasi – reduksi terjadi melalui oerantara bakteri.

GANGGANG

Dalam ekosistem aquatic, ganggang sebagai oerganisme mikroskopis umum yang berfungsi sebagai produsen hidup dari hara – hara anorganik dan menghasilkan sebuah organic dari karbon dioksida melalui reaksi fotosintesis.

CENDAWAN

Cendawan tidak tumbuh tidak tumbuh baik dalam air, tetapi cendawan memainkan peranan yang cukup besar dalam penentuan komposisi air karena produksi yang cukup banyak dari hasil – hasil dekomposisi oleh cendawan darat yang akhirnya masuk keperairan. Cendawan adalah organism non fotosintetik, membutuhkan oksigen untuk kehidupanya (organism aerobic) dan umunya tumbuh dengan subur dalam media yang lebih asam dari pada bakteri.

BAKTERI DAN KLASIFIKASINYA

Bakteri dapat dibagi menjadi dua golongan utama, yaitu autotropik dan bakteri heterotropik. Sebuah contoh dari jenis autotropik adalah gallionella. Dengan bahan – bahan anorganik paling sederhana, bakteri autotropik harus mensitesis semua protein yang sangat kompleks, enzim, dan bahan – bahan lainya yang dibutuhkan untuk proses kehidupan.

Bakteri heteretropik tergantung dari senyawa – senyawa organic baik untuk enenrginya maupun untuk karbon yang diperlukan untuk pembentukan biomanya.

Klasifikasi lain dari bakteri yaitu dari kebutuhan oksigen molekuler, sebgai bakteri aerobic dna anerobic. Bakteri aerobic membutuhkan oksigen sebagai akseptor ( penerima ) electron. Bakteri anaerobic tidak membutuhkan oksigen dan kadang kala oksigen molekuler sangat toksik terhadap bakteri anaerobic.

Bakteri jenis lainnya adalah bakteri fakultatif yaitu bakteri yang menggunakan oksigen bebas bila oksigen molekuler tidak tersedia. Ion nitrat dan ion sulfat merupakan pengganti oksigen dalam perairan. Mengingat mokroorganisme dapat berfungsi sebagai katalis terhadap reaksi – reaksi perairan, maka terdapatr enzim – enzim sebagai katalis untuk reaksi –reaksi biokimia di dalam mikroorganisme tersebut.

6.      KEHIDUPAN AKUATIK

            Organisme yang hidup dalam ekosistem akuatik (perairan) dan digolongkan menjadi autotropik dan heterotropik. Organisme autotropik menggunakan sinar matahari atau energi kimia untuk merubah unsur-unsur senyawa organik yang sederhana menjadi sempurna.

Kemampuan dari suatu badan air menghasilkan bahan-bahan untuk kehidupan  dikenal sebagai produktivitas. Sifat-sifat fisika dan kimia badan air sangat mempengaruhi kehidupan akuatik. Suhu, kecerahan, dan turbulensi termasuk tiga sifat fisika yang utama yang memberikan pengaruh terhadap kehidupan akuatik.

Tumbuhan air sangat berpengaruh terhadap zat-zat makanan untuk organisme hidup. Tumbuhan juga memegang peranan dalam transport oksigen, karbon dioksida dan gas-gas lain melalui badan air dan dalam pertukaran gas-gas tersebut pada bidang persentuhan air dan atmosfer. Oksigen merupakan zat kunci dalam menetukan jenis dan keberadaan kehidupan akuatik.

Karbon dioksida (CO₂) dihasilkan oleh proses pernafasan organisme dalam air dan sediment. Gas CO₂ juga dapat masuk kedalam air dari atmosfer. Gas ini dibutuhkan untuk proses produksi biomas melalui reaksi fotosintesis pada ganggang. Tingginya konsentrasi gas CO₂ dalam air yang dihasilkan oleh proses perombakan bahan organik menyebabkan pertumbuhan ganggang sangat cepat dan produktivitasnya.

7.      BAHAN-BAHAN KIMIA DALAM PERAIRAN

NAMA	RUMUS	MUATAN LISTRIK
Ammonium	NH4+	1+
Hydroxyl	OH-	1-
Bikarbonat	HCO3-	1-
Karbonat	CO3-	2-
Ortofosfat	PO4-	3-
Mono-hidrogen-ortofosfat	HPO4-	2-
Di-hidrogen-ortofosfat	H2PO4-	1-
Bisulfat	HSO4-	1-
Sulfat	SO4-	2-
Bisulfat	HSO3-	1-
Sulfit	SO3-	2-
Nitirit	NO2-	1-
Nitrat	NO3-	1-
Hipoklorit	OCl-	1-

SENYAWA NITROGEN DALAM AIR

Senyawa- senyawa  nitrogen terdapat dalam keadaan terlarut juga sebagai bahan tersuspensi. Jenis-jenis nitrogen anorganik dalam air adalah ion nitrat (NO₃), dan ammonium (NO₂). Nitrogen perairan merupakan penyebab utama pertumbuhan yang sangat cepat dariganggang yang menyababkan eutrofikasi.

Kemampuan ion nitrat sebagai penerima electron diguunakan dalam proses pengolangahan air limbah untuk menghilangkan electron dengan membiarkan ion nitrat mengoksidasi methanol melalui reaksi bermedia bakteri dalam kondisi anaerob yang disebut denitrefikasi.

Dalam system pencernaan dari bayi dan binatang memamah biak, nitrat direduksi menjadi nitrit. Nitrit ini dapat mengikat hemoglobin dalam dalam darah yang dikenal dengan methemoglobinemi, dimana korbannya seperti terkena penyakit jantung yang disebut penyakit bayi biru( blue baby ).

SENYAWA FOSFOR

Dalam air, fosfor merupakan suatu komponen yang sangat penting dan sering menimbulkan permasalahan lingkungan. Fosfor termasuk salah satu dari beberapa unsur yang essinsial untuk pertubuhan ganggang dalam air, pencemaran kualitas air. Sumber fosfor adalah limbah industri, hanyutan dari pupuk, limbah domestic, hancuran bahan organic, dan mineral fosfat.

Kenaikan konentrasi fosfat merupakan adanya zat pencemar dalam perairan. Senyawa-senyawa fosfat tersebut dalam bentuk organo fosfat tau polifosfat. Sejumlah industry dapat membuang polifosfat berupa bahan pencuci yang mengapung di atas permukaan air. Senyawa fosfor organic terdapat antara lain dalam bentuk asam nukleat, fosfolipid, gulafosfat. Senyawa ini  termasuk  kedalam perairan.

BAHAN ORGANIC

Secara umum senyaawa organic mengandung unsur-unsur C, H, O, dan beberapa mengandung N, S, P, dan Fe. Senyawa-senyawa organic pada umumnya tidak stabil dan mudah dioksidasi secara biologis atau kimia menjadi senyawa stabil, antara lain CO₂ dan H₂O. Proses inilah yang menyababkan konsentrasi oksigen terlarut dalam perairan menurun dan hal ini menyebabkan permasalahan bagi kehidupan akuatik. Untuk menyatakan kandungan bahan organic dalam perairan dilakukan dengan pengukuran jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menguraikan bahan tersebut sehingga menjadi senyawa yang stabil.

1.      Biochemical oxygen demand (BOD) atau kebutuhan oksigen yang dibutuhkan oleh mikroorganisme selama penghancuran bahan organic dalam waktu tertentu pada suhu 20⁰ C. oksidasi biokimia ini merupakan proses yang lambat secara teoritis memerlukan reaksi sempurna.

2.      Chemical oxygen demand (COD) atau kebutuhan oksigen, yaitu oksidasi secara kimia dengan menggunakan kalium bikarbonat yang dipanaskan  dengan asam sulfat pekat. COD umumnya lebih besar dari BOD, karena jumlah senyawa kimia yang bias dioksidasi secara kimiawi lebih besar dibandingkan oksidasi secara biologis.

Kelarutan Gas Dalam Air

            Kebanyakan gas dalam air larut dengan derajat (konsentrasi) yang berbedda-beda atau bereaksi secara kimia dengan air.Kedua jenis gas yang paling banyak membentuk udara (udara merupakan campuran yang homogeny dari berbagai jenis gas) yaitu nitrogen dan oksigen, meskipun tidak bereaksi dengan air tapi larut dalam jumlah yang terbatas. Nitrogen yang larut dalam perairan dapat menyebabkan masalah berat ketika  membentuk gelembung gas dalam darah ikan dan menyebabkan ikan “kejang” dan bahkan kematian. Dengan Kelantanan dari setiap gas adalah proporsional dengan tekanan partial gas yang kontak dengan cairan tersebut dikenal dengan Hukum Henry. Dengan catatan hukum ini hanya berlaku bagi gas yang tidak melakukan interaksi (bereaksi) dengan pelarutnya. Jadi hukum ini berlaku untuk gas CO₂, dan Cl₂  karena gas-gas tersebut bereaksi dengan air:

CO₂+ H₂O       «        H⁺+ HCO₃^-

SO₂+ H₂O       «        H⁺+ HSO₃^-

Cl₂+ H₂O         «        HCl+ HOCL

            Keseimbangan antara molekul-molekul gas di atmosfer dan di dalam larutan dapat dinyatakan sebagai berikut :

            X_(q)      «        X_(aq)

Sedangkan kelarutan gas di dalam air, X, dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut :

[X_(aq)]               =          K.Px

                        Keterangan:

K adalah konstanta suatu gas pada suhu tertentu

Px adalah tekanan parsial gas

Beberapa nilai K untuk berbagai macam gas dalam air terdapat pada tabel 2.3.

Tabel 2.3.KonstantaHukum Henry untukBebagai Gas dalam Air pada 25°C

Gas	K, Mol. L-1 atm-1
O2 CO2 H2 N2 CH4 NO	1,28 ´ 10-3 3,38 ´ 10-2 7,90 ´ 10-4 6,48 ´10-4 1,34 ´ 10-3 2,0 ´ 10-3

            Sumber:Manahan, 1994

            Uap air sendiri memberikan tekanan parsial, maka dalam perhitungan kelarutan gas membutuhkan koreksi.Pada tabel 2.4 dimuat tekanan parsial dari uap air pada berbagai suhu.

Tabel 2.4.TekananUap Air padaBerbagaiSuhu

T, °C	PH2O, torr	PH2O, atm
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 100	4,579 6,543 9,209 12,788 17,535 23,756 31,824 42,175 55,324 71,88 92,51 760,00	0,00603 0,00861 0,01212 0,01683 0,02307 0,03126 0,04187 0,05549 0,07279 0,09458 0,12172 1,0000

            Sumber:Manahan, 1994

Kelarutan gas-gas dalam cairan dipengaruhi oleh suhu.Kelarutan nya semakin menurun dengan kenaikan suhu. Pengaruh ini dirumuskan dalam persamaan Clausius-Claplyron.

            Log      =         

                        Keterangan:

            D = Konsentrasi gas

            T = Suhumutlak (°K)

            DH = KalorlarutandalamKal/mol

            R = Konsentrasi gas (1.987 Kal^-1.mol^-1)

OksigenDalam Air

Semua makhluk hidup membutuhkan oksigen tidak terkecuali mereka yang hidup dalam air. Kehidupan akuatik seperti ikan, mendapatkan oksigennya dalam bentuk oksigen terlarut. Tanpa adanya oksigen terelarut pada konsentrasi tertentu banyak jenis organism akuatik tidak akan ada dalam air. Banyak ikan mati dalam perairan tercemar bukan diakibatkan oleh toksitosi zat pencemar langsung, tetapi karena kekurangan oksigen sebagai akibat dari digunakannya gas tersebut pada proses penguraian/penghancuran zat tercemar.

Dalam udara yang bersih dan kering terdapat 20,95% oksigen berdasar volume. Sebagian besar oksigen dalam air berasal dari atmosfer. Oleh karena itu, kemampuan suatu badan air untuk mengisi oksigen kembali dengan cara kontak dengan atmosfer merupakan hal yang sangat penting.

Kelarutan oksigen dalam air tergantung dari suhu (persamaan Clausius-Claplyron), tekanan parsial oksigen dalam atmosfer dan kandungan garam dalam air.

Dibawah ini contoh perhitungan kelantanan oksigen sebagai fungsi dari tekanan parsial.

Soal :

·         Hitung kelarutan oksigen dalam air yang jenuh dalam udara pada tekanan 1,000 atm dan suhu 25°C.

Pemecahan :

·         Diket :            Dari tabel 2.4 tekanan uap air pada suhu 25°C = 0,0313 atm.

Udara kering mengandung 20,95% oksigen.

Maka, tekanan parsial oksigen :

Þ    (1,000 atm- 0,0313atm) ´ 0,2095 = 0,2029 atm.

Konsentrasi molar oksigen dalam air dihitung berdasarkan hokum Henry :

Þ    [O_2(aq)]       = K.PO₂

[O_2(aq)]       = (1,28´ 10^-3 molL^-1) ´ (0,2029 atm)

[O2_(aq)]      = 2,60´ 10^-4 molL^-1

                 = 2,60´ 10^-4 M

MR O2     = 32

Maka kelarutannya= 8,32 mg/L

            Dari perhitungan tersebut, kelantanan oksigen dalam air padasuhu 25°C dalam keseimbangan dengan udara pada tekanan 1 atm hanya 8,32 mg/L. Berarti air dalam keadaan tersebut tidak dapat mengandung kadar oksigen terlalu tinggi bila dibandingkan dengan banyak jenis zat terlarut yang lain.

            Pengaruh suhu terhadap kelarutan gas-gas dalam air dapat dihitung dengan menggunakan persamaan Clausius-Claplyron. Pengaruh suhu ini sangat penting dalam kasus oksigen. Kelarutan oksigen dalam air pada berbagai suhu terdapat pada tabel 2.5. Dengan kenaikan suhu air, terjadi penurunan kelarutan oksigen yang diikuti dengan naiknya kecepatan pernafasan organism perairan, sehingga sering menyebabkan adanya suatu keadaan dimana naiknya kebutuhan oksigen diikuti oleh turunnya kelarutan gas tersebut dalam air.

Tabel 2.5.Kelarutan Jenuh Oksigen dalam Air pada Berbagai Temperatur di bawah Tekanan Udara 760 mm Hg.

Temperatur °C	Kelarutanoksigen Mg/L	Tekananuap air Mm Hg
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30	14,6 14,2 13,8 13,5 13,1 12,8 12,8 12,5 12,2 11,9 11,6 11,3 11,1 10,8 10,6 10,2 10,4 10,0 9,7 9,5 9,4 9,2 9,0 8,8 8,7 8,5 8,4 8,2 8,1 7,9 7,8 7,6	5 5 5 6 6 7 7 7 8 8 9 9 10 11 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 24 25 27 28 30 32

KARBON DIOKSIDA DAN BERBAGAI JENIS KARBONAT

Gas CO₂ mempunyai sifat keasaman, maka akan menjadi lebih rumit dalam menghitung kelarutannya dalam air di bangdingkan kelarutan gas-gas yang sukar bereaksi seperti O₂ dan N_2.

Karbon dioksida, ion karbonat, dan ion bikarbonat mempunyai sifat yang sangat penting terhadap sifat-sifat kimia air. Banyak sifat kimia di endapkan sebagai garam dari ion kaerbonat, CO₃^2+. Dalam fotosintesisnya ganggang menggunakan CO₂ terlarut untuk menghasilkan biomas. Keseimbangan CO₂ di atmosfer sebagai berikut:

CO_2(a) ↔  CO_2(atmosfer)

Dan keseimbangan ion CO₃^2- antara larutannya dalam air dengan mineral-mineral karbonat padat adalah:

MCO₂ ↔  M²⁺  +  CO₃^2-

(garam karbonat yang segdikit larut)

Hal ini mampunyai pengaruh yang kuat terhadap pH air.

Karbon dioksida mempunyai komponen sangdat kecil dari atmosfer kecil yang normal, hanya berkisar 0,0314 % volume. Dengan demikian air murni atau air yang bebas alkalinitas dalam keseimbangan nya dengan atmosfer hanya mengandung kaerbon dioksida sangat rendah.oleh karena itu pembentukan HCO₃^- dan CO₃^2- akan menaikkan kelarutan karbon dioksida.

Konsentrasi yang tinggi dariCO₂ ini memberikan pengaruh yang cukup besar terhadap kehidupan akuatik kaererna akan mrenghambat pernafasan dan pertukaran gas t3ererut3ama badgi hrewan perairan, bahkan dapat mengakibatkan kematian. Kangdungan CO₂ yang aman tidak boleh melebihi 25 mg/L.

Dalam perairan alami, gas CO₂ di hasilkan dari penguraian bahan-bahan organik oleh bakteri. Ganggang yang menggunakan CO₂ dalam fotosintesis juga menghasilkan CO₂ melalui proses metabolisme tanpa cahaya. Waktu air merembes melalui lapisan-lapisan dari hancuran bahan organik sambil masuk kedalam tanah, air ini dapat melarutkan banyak CO₂ yang di hasilkan oleh pernafasan organisme dalam tanah. Seterusnya, waktu air masuk melewati batuan kapur, air tersebut melarutkan kalsium kalsium kaerbonat, karena adanya CO₂ yang terlarut.

CaCO₃+ CO₂+ H₂O→   Ca²⁺   +  2HCO₃^-

Proses ini merupakan salah satu srebab dari terbentuknya gua-gua kapur. Walaupun CO₂ dalam air sering terdapat sebagai H₂CO_3, konstanta kesetimbangan untuk reaksi,

CO_2(aq)  +  H₂O   ↔H₂CO₃

Hanya sekitar 2 x 10^-3 pada suhu 25⁰C dan hanya sebagian kecil dari karbon dioksida terlarut secara aktual terdapat sebagai H₂CO_3. Jadi dapat di simpulkan secara sederhana bahwa karbon dioksida yang tidak mengalami ionisasi dalam air sebagai CO₂ terlarut dan juga H₂CO₃ yang tidak tergdisosiasi. Berarti CO₂ terlarut adalah CO₂ molekuler yang terlarut dan H₂CO₃ yang tidak terdisosiasi.

Sistem CO₂ – HCO₃ – CO₂ dapat di tulis dengan reaksi-reaksi dan konstanta keseimbangan sebagai berikut:

CO₂   +   H₂O     ↔    H⁺   +   HCO₃^-

K₁ = [H⁺] [HCO₃^-] = 4,45 x 10^-7

             [CO₂]

pK₁ = 6,35

selanjutnya:    HCO₃^-   ↔  H⁺ + CO₃^2-

K₂ = [H⁺] [CO₃^2-] = 4,69 x 10^-11

           HCO₃^-

pK₂ = 10,32

dengan mengunakan data tersebut dapat di hitung berapa kelarutan karbon dioksida.

Contoh perhitungan:

Bila di anggap terjadi kesetimbangan antara udara murni dengan air murni pada suhu 25⁰C, berapa total CO₂ terlarut? Konstanta hukum henry untuk CO₂ = 0,038 mol.L^-1.atm, dan tekanan parsial uap air = 0,0313 atm pada 25⁰C.

Jawaban :

Udara mengandung 0,0314 % ( volume ) CO₂

Hukum Henry : [X_(aq)] = K.Px

Hitung dulu Px, yaitu PCO₂

PCO₂ = ( 10000 ― 0,0313 ) atm x 0,0314 x 10^-2

PCO₂ = 3,04 x 10^-4 atm

[CO²] = 0,038 mol.L^-1.atm^-1 x 3,04 x 10^-4 atm

[CO²] = 1,028 x 10^-5 mol L^-1 = 1,028 x10^-5 M

Karbon dioksida sebagian terdisosiasi dalam air menghasilkan ion-ion H⁺ dan HCO^3- yang konsentasinya sama.

CO₂   +   H₂O   ↔H⁺  +  HCO₃^-

Untuk reaksi di atas K = 4,45 x 10^-7

K = [H⁺][HCO₃^-]

           [CO₂]

Karena [H⁺] = [HCO₃^-]

K = [H⁺]²= 4,45 x 10^-7

      [CO₂]

[H⁺]² = [CO₂] x 4,45 x 10^-7

[H⁺] = ( 1,028 x 10^-5 x 10^-7)^1/2

[H⁺] = 2,14 x 10^-6 = [HCO₃^-]

Jumlah total CO² yang larut dalam satu liter

air murni = [CO₂] + [HCO₃^-]

                  = 1,242 x 10^-5 mol/liter

Kelarutan karbon dioksida naik sangat besar dengan kehadiran basa dalam air.

Silikon Dalam Air

Silikon merupakan unsur kedua terbanyak di kerak bumi setelah oksigen yaitu sebesar 27,7 % hal ini menyebabkan silikon tersebar luas dalam air. Konsentrasi normal dari silikon berkisar antar 1 sampai 30 mg/L sebagai SiO₂, meskipun kadangkala mencapai 100 mg/L suatu fenomena yang menarik adalah air laut di bagian permukaan umumnya konsentrasi silikon nya sangat rendah karena unsur ini di gunakan untuk kerang dan pembentukan tulang organisme laut.

Silika dalam air dapat berasal dari berbbagai macam sumber, baik dari sumber pencemaran. Senyawa silikat di gunakan dalam pembuatan senyawa detergen dan sebagai anti karat. Oleh karena itu silikon/ion dari senyawa silikon terdapat banyak dalam air buanngan baik limbah industri maupun limbah domestik.

Belerang Dalam Air

Secara umum sebagian besar belerang yang terdapat dalam air adalah S(IV) dalam ion sulfat, SO₄^2-. Dalam kondisi anaerobik SO₄^2- dapat direduksi oleh aktivitas bakteri menjadi H₂S, HS^-, atau garam sulfide yang tidak larut. Gas H₂S di hasilkan dari reduksi sulfat tersebut menyebabkan bau “telur busuk” yang di keluarkan oleh banyak air yang tergenang dan air-air tanah. Adanya perbedaan jenis belerang (bilamnngan oksidasinya) dalam air menggambarkan adanya hubungan antara pH air, potensial oksidasi, dan aktivitas bakteri.

Dalam air ion sulfat dapat berasal dari bnyak sumber. Sulfat dapat berasal dari hasil pencucian mineral utma gips, CaSO₄, 2H₂O. Oksidasi dari mineral-mineral sulfide yang di pengaruhi oleh mikroorganisme, seperti pyrit, FeS₂ menghahsilkan sulfat. Garam sulfat digunakan dalam pembuatan detergen dan dalam banyak hasil industri seperti industri pupuk ZA, maka ion sulfat merupakan komponen yang umum dari air buangan. Seperti telah di kemukakan dalam bab I, air hujan di berbagai belahan dunia termasuk Indonesia mengandung sejumlah besar ion sulfat yang di kenal dengan hujan asam (acid rain). Hal ini di sebabkan oleh adanya pencemaran udara yang cukup berat oleh SO₂ yang kemudian mengalami oksidasi di udara sebagai berikut:

2SO₂   +   2H₂O   +   O₂  →4H⁺   +   2SO₄^2-

Adanya H₂SO₄ di atmosfer inilah yang menyababkan hujan asam yang kadang kala pHnya mencapai 4.

Klorida Dan Fluorida Dalam Air

 Senyawa halida, klorida, dan Flourida merupakan senyawa-senyawa umum yang terdapat pada perairan alami. Senyawa-senyawa tersebut mengalami proses disosiasi dalam air membentuk ion-ionnya. Ion klorida pada tingkat sedang relatif mempunyai pengaruh kecil terhadap sifat-sifat kimia dan biologi perairan. Kation dari garam-garam klorida dalam air terdapat dalam keadaan mudah larut, dan ion klorida secara umum tidak membentuk senyawa kompleks yang kuat dengan ion-ion logam. Ion ini juga tidak dapat dioksidasi dalam keadaan normal dan tidak bersifat toksit. Tetapi kelebihan garam klorida ini dapat menyebabkan penurunan kualitas air yang di sebabkan oleh tingginya salinitas. Air ini tidak layak untuk air pengairan dan keperluan rumah tangga.

Ion fluorida jauh lebih penting dalam air dari pada ion-ion klorida. Fluor adalah salah satu unsur halogen yang keelekronegatifannya paling tinggi di bandingkan unsur-unsur halogen lainnya.

Dalam media asam, ion fluorida membentuk asam hidroflurat. Yang mengion:

HF     →     H⁺   +   F

Harga pKa = 3,13 oleh karena itu, dalam kisaran pH normal air, fluorida lebih banyak terdapat sebagai F^- dari pada HF. Garam-garam fluorida dari kation-kation divalent mempunyai kelarutan sedang. Konstanta hasil kali kelarutan daei beberapa garam fluorida seperti tabel 2.6.

Tabel 2.6Konstanta Hasil Kali Kelarutan Beberapa Garam Fluorida

Senyawa	Konstanta Hasil kalikelarutan
BF2 CaF2 PbF2 SrF2	1,05 x 10-6 3,9 x 10-11 3,1 x 10-6 2,7 x 10-9

^{sumber; Manahan, 1994}

Kelarutan AgF cukup besar dibandingkan senyawa AgCl, AgBr, AgI yang sangat rendah. Selain itu senyawa fluorida membentuk komplek yang kuat dengan Be(II) dan Fe(III).

Beberapa sifat geokimia dan fisiologis ion florida berasal dari kenyataan bahwa ion ini mempunyai jari-jari dan muatan yang sama dengan ion OH^-. Sebagai konsekuensinya, florida dan hidroksida mempunyai tingkah laku yang sama. Oleh karena itu, ion flurida dapat di ganti dengan ion hidriksida dalam mineral-mineral dan dalam bahan mineral dari gigi dan tulang.

Dalam kebanyakan air tawar ion florida umumnya terdapat dalam konsentrasi kurang dari 1 mg/L. Konsentrasi yang melebihi 10 mg/L jarang di temukan. Fluorida di tambahkan pada banyak air untuk keperluan air minum rumah tangga untuk mencegah kerusakan gigi dengan konsentrasi kurang lebih 1 mg/L.

Kalsium dan Magnesium dalam Air

Secara umum dari kation-kation yang di temukan dalam banyak ekosistem air tawar kalsium mempunyai konsentrasi tinggi. Kalsium adalah unsur kimia yang memegang peranan penting dalam banyak proses geokimia. Mineral merupakan sumber primer ion kalsium dalam air. Di antara mineral-mineral primer yang berperan adalah gips,CaSO, 2H₂O, anhidratnya, CaSO_4, dolomite, CaMg(CO₃)₂, kalsit dan aragonite yang merupakan modifikasi yang berbeda dari CaCO₃.

Air yang mengandung karbon dioksida tinggi mudah melarutkan kalsium dari mineral-mineral karbonatnya.

CaCO₃   +  CO₂   +  H₂O   →Ca₂⁺  +  2HCO₃^-

Reaksi sebaliknya akan berlangsung bila CO₂ hilang dari perairan. Kanbon dioksida yang masuk keperairan melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisme, penghancuran bahan organik dalam air, dan sediment berperan sangat besar terhadap kadar CO₂ dan HCO₃^- dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses kimia perairan dan geokimia.

Ion kalsium, bersama-sama dengan magnesium dan kadang-kadang ion ferro, ikut menyebabkan kesadahan air, baik yang bersifat kesadahan sementara maupun kesadahantetap. Kesadahan sementara di sebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan bikarbonat dalam air dan dapat di hilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:

Ca₂⁺   +   2HCO₃^-   →CaCO₃   +  CO₂   +  H₂O

Sedangkan kesadahan tetap di sebabkan oleh adanya kalsium atau magnesium sulfat yang perlunakannya melalui proses kapur-soda abu, proses zeolit dan proses resin organik. Banyaknya ahli masak yang merasa terganggu oleh endapan putih kalsium karbonat, CaCO₃ yang terbentuk dalam tempat pendidihan air yang mempunyai kesadahan sementara.

Air sadah juga tidak menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun di gunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi lebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi meurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan penggunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis  pada alat-alat yang di cuci sehingga mengganggu proses pembersihan dan pembilasan oleh air.

Degerjen mempunyai sifat yang agak berbeda dengan sabun, deterjen dapat menurunkan tekanan permukaan air tanpa harus bereaksi dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air. Oleh karena itu detergen dapat di gunakan pada berbagai derajat kesadahan air. Sayangnya limbah deterjen kalau masuk kalau masuk ke lingkungan tidak dapat di hancurkan oleh mikroba. Tapi saat ini industri-industri sudah dapat memproduksi sejenis deterjen yang dapat di hancurkan oleh mikroba.

Ion kalsium Ca²⁺ mempunyai kecenderunga relative kecil untuk membentuk ion komplek. Dalam banyak sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertana-tama larut yang ada adalah Ca²⁺. Oleh karena itu pada konsentrasi HCO₃^- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca²⁺ - HCO₃^-  dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca²⁺  -  SO₄^2-  dapat terjadi.

Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca²⁺ lebih kecil di bandingkan dengan ion logam-logam divalen lainnya, maka densitas muatan ion Mg²⁺jauh lebih besar dan ikatan yang lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan hidrasi. Magnesium dalam air terutama terutama terdapat sebagai ion Mg⁺ HCO₃^- dan Mg²⁺ SO₄^2-  terjadi bila konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.

Mineral-mineral seperti dolomit adalah sumber magnesium yang paling umum dalama air.

CaMg (CO₃)₂  +  2CO₂   +  2H₂O → Ca²⁺ + Mg²⁺ + 4HCO₃^-

Pada umumnya konsentrasi magnesium dalam air tawar lebih kecil di bandingkan kalsium. Telah di teliti bahwa di lautan magnesium dalam bentuk larutan lebih lama dari kalsium. Hal ini di sebabkan senyawa Mg²⁺ mengendap lebih lambat di bandingkan senyawa Ca²⁺.

KALSIUM DAN MAGNESIUM DALAM AIR

            Secara umum dari kation-kation yang di temukan di ekosistem air tawar, kalsium memiliki konsentrasi tinggi. Kalsium adalah unsur kimi yang memegang peranan penting dalam banyak proses geokimia.

            Mineral merupakan sumber primer ion kalsium. Kebanyakan mineral adalah modifikasi dari kalsium karbonat. Air yang mengandung banyak karbon dioksida tinggi mudah melarutkan kalsium dari mineral mineral karbonatnya.

CaCO₃ + CO₂ + H₂O                 Ca₂⁺ + 2HCO₃^-

Reaksi sebaliknya akan terjadi bila CO₂ hilang dari perairan. Kurangnya karbon dioksida akan membuat kesulitan dalam melarutkan kalsium.

            Ion kalsium, bersama magnesium dan ion ferro, ikut menyebabkan kesadahan air, baik berisfat sementara maupun tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh adanya ion ion kalsium dan bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut. Sedangkan kesadahan air tetap disebabkan adanya kalsium atau magnesium sulfat yang proses pelunakannya melalui proses kapur-soda abu, proses zeolit dan proses resin organik.

            Ion kalsium, mempunyai kecendrungan relative kecil untuk membentuk ion kompleks. Sedangkan magnesium memiliki kecendrungan lebih besar untuk membentuk ion kompleks. Mineral dolomit adalah sumber magnesium yang paling umum di air.

Logam Alkali dalam Air

            Natrium umumnya terdapat dalam konsentrasi yang lebih tinggi di air tawar dibandingkan dengan kalium. Kalium relative lebih rendah karena unsur ini tidak mudah dilepaskan dari sumbernya dan unsur ini mudah sekali diadsorbsi oleh mineral mineral. Jenis alami dari kalium adalah feldspar, essensial dan bergabung ke dalam bahan tanaman.

Alumunium dalam Air

            Alumunium merupakan unsur terbanyak ke-3 di kerak bumi. Konsentrasi dari alumunium yang terlarut dalam kebanyakan air kemungkinan kurangg dari 1,0mg/l.

            Pada nilai ph 4,0 jenis alumunium terlarut adalah Al(H2O)³⁺ dan ion Al³⁺ yang terhidrasi kehilangan ion hidrogen pada nilai ph lebih dari empat. Dalam kisaran ph 4,5-6,5, terjadi polimerisasi dimulai dengan pembentukan dimmer, yang akhirnya berhenti dengan pembentukan partikel partikel gibsite,Al₂O₃, 3H₂O. Alumunium bersifat amfoter dan pada ph lebih dari 10 terbentuk ion aluminat yan glarut Al(OH)₄^-.

Besi dalam Air

            Besi adalah salah satu unsur penting dalam ai permukaan dan air tanah. Sifat kimia perairan dari besi adalah sifat redoks. Pembentukan kompleks, dan pertikaran dari besi antara fasa dan dase padat yang mengandung besi karbonat, hidroksida dan sulfide. Besi (II) Fe²⁺ merupakan besi yang umum ditemukan pada air tanah. Secara umum Fe(II) terdapat dalam air tanah berkisar antara 1,0-10 mg/l. Namun demukian tingkat kandungan besi sampai sebesar 50 mg/l dapat ditemukan di tempat tempat tertentu. Air tanah yang mengandung Fe(II) mempunyai sifat yang unik. Dalam kondisi tidak ada oksigen yang berasal dari atmosfer ion ferro akan berubah menjadi ion ferri menurut reaksi

4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O             4 Fe(OH)₃ + 8 H⁺

Dan air menjadi keruh.

            Dalam perairan yang mempunyai ph sangat rendah, kedua bentuk ion ferro dan ferri dapat ditemukan. Hal ini dapat terjadi apaila perairan memperoleh buangan limbah tambang asam. Limbah yang bersifat H₂SO₄ yang dihasilkan oleh oksida FeS₂, melalui reaksi berikut :

            2FeS₂ + 2H₂O + 7O₂            4H+ + 4SO₄^2- + 2 Fe²⁺

Dan tahap selanjutnya oksida dari ion ferro menjadi ferri dalam suatu proses yang sangat lambat menurut reaksi :

            4Fe²⁺ + O₂ + 4H⁺                  4Fe³⁺ + 2H₂O

Pada ph dibawah 3,5 oksida tersebut dikatalis oleh bakteri besi.

            Kerusakan perairan yang tercemar oelh limbah tambang asam ini diperlihatkan dengan penutupan permukaan air dengan Fe(OH)₃ yang bersifat semigelatin.

Mangan dalam Air

            Mangan bersifat racun, pada keperluan domestik kandungan mangan yang diperbolehkan adalah 0.05 mg/l. Air yang berasal dari tambang asam dapat ditemukan konsentrasi sampai 1,0 mg/l.  Dalam kondisi aerob mangan dalam perairan terdapat dalam bentuk MnO₂, sedangkan pada ph yang agak tinggi terbentuk mangan yang tidak larut seperti MnO₂,Mn₃O₄, dan MnCO₃.