Ringkasan Bab2-Kimia Air (Satuan Proses)

7/22/2019 Ringkasan Bab2-Kimia Air (Satuan Proses)

1/15

Nama : Adindya Febriandana

NIM : D14112037

Rangkuman Bab IIKimia Air

2.2. Sumber dan Kegunaan Air

Kuantitas dan kualitas air yang sesuai dengan kebutuhan manusia merupakan faktor penting yangmenentukan kesehatan hidupnya. Kuantitas air berhubungan dengan adanya bahan-bahan lain terutama

senyawa-senyawa kimia, baik dalam bentuk senyawa organik maupun anorganik dan juga adanyamikroorganisme yang memegang peranan penting dalam menentukan komposisi kimia air.

Kualitas air yang buruk disebabkan adanya berbagai jenis bakteri pathogen dan kandungan bahan-bahan kimia berbahaya.

Suplai air dunia didapatkan dari 5 bagian siklus hidrologi. Sebagian besar dari air ditemukan dalambentuk lautan dan samudra. Bagian lainnya terdapat dalam bentuk uap air di atmosfer.

Air dalam betuk padat juga ditemukan di Bumi yaitu yang membentuk salju di daerah kutub utara dan

selatan.

Air tanah (ground water) dapat melarutkan mineral-mineral bahan induk dari tanah yang dilewatinya.Sebagian besar mikroorganisme yang semula ada dalam air tanah berangsur-angsur disaring sewaktu airmeresap dalm tanah.

Perbedaan yang cukup besar antara air tanah dengan air permukaan disebabkan oleh kandungan

berbagai zat, baik yang terlarut maupun yang tersuspensi dalam perjalanan menuju ke laut. Airpermukaan yang mengandung bahan organik mudah terurai dalam konsentrasi tinggi secara normal akanmengandung bakteri dalam jumlah tinggi pula yang mempunyai pengaruh cukup besar terhadap kualitasair permukaan.

Keterkaitan yang sangat kuat antara lapisan air (hydrosphere) dimana air berada dengan lapisan

tanah/lahan (geosphere) dimana keduanya dipengaruhi oleh kegiatan manusia dan dapat mempengaruhiiklim mikro (mikro climate) di wilayah-wilayah.

Akibatnya adalah nebingkatnya limpasan air, erosi, dan akumulasi dari lumpur dalam badan air

(sungai) serta dapat meningkatkan unsure-unsur hara dipermukaan air, sehingga siklus nutrient akandipercepat dan akan sangat memberikan pengaruh terhadap karakteristik kimia dan biologi dari badan air.

2.3. Sifat-Sifat Yang Unik Dari Air

Ilmu yang mempelajari tentang air disebut Ilmu Hidrologi, dan dua cabang dari ilmu ini yaituLimnologi(mempelajari sifat-sifat air tawar) dan Oseanografi(mempelajari tentang lautan).

Molekul air yang satu dengan molekul-molekul air lainnya bergabung dengan satu ikatan hydrogen

antara atom H dengan atom O dari molekul air yang lain. Adanya ikatan hydrogen inilah yangmenyebabkan air mempunyai sifat-sifat yang khas.


2/15

Sifat Efek dan KegunaanPelarut yang sangat baik. Transport zat-zat makanan dan bahan buangan yang

dihasilkan proses biologi.

Konstanta dielektrik paling tinggi diantara

cairan murni lainnya.

Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam

larutannya.

Tegangan permukaan lebih tinggi daripada

cairan lainnya.

Faktor pengendali dalam fisiologi; membentuk fenomena

tetes dan permukaan

Transparan terhadap cahaya tampak dan

sinar yang mempunyai panjang gelombanglebih besar dari ultraviolet.

Tidak berwarna, mengakibatkan cahaya yang dibutuhkan

untuk fotosintesis mencapai kedalaman tertentu.

Bobot jenis tertinggi dalam bentuk cairan

(fasa cair) pada

Air beku (es) mengapung, sirkulasi vertikal menghambatstratifikasi badan air.

Panas penguapan lebih tinggi dari material

lainnya.

Menentukan transfer panas dan molekul air antara atmosfer

dan badan air.

Kapasitas kalor tinggi dibandingkandengan cairan lain kecuali ammonia.

Stabilisasi dari temperatur organisme dan wilayahgeographis

Panas laten dan peleburan lebih tinggi

daripada cairan lain kecuali ammonia.

Temperatur stabil pada titik beku.

Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi banyak bahan, sehingga air merupakan media transportutama bagi zat-zat makanan dan produk buangan/sampah yang dihasilkan proses kehidupan. Oleh karenaitu, air yang ada di Bumi tidak pernah terdapat dalam keadaan murni, tetapi selalu ada senyawa ataumineral/unsur lain yang terdapat di dalamnya.

Air mempunyai konstanta dielektrik yang sangat tinggi sehingga berpengaruh besar terhadap sifat-sifatpelarutnya. Hal ini menyebabkan banyak sekali senyawa ionis berdesosiasi dalam air.

2.4. Sifat-Sifat Unik Badan Air

Danau dapat diklasifikasikan sebagai oliogotropik(danau yang relatif muda, berair jernih, dan kurang

mengandung zat hara akiatnya kurang produktif untuk aktivitas biologis) , eutropik (umur relatif lebihtua dibanding oliogotropik, agak keruh, lebih banyak mengandung zat hara, dan menunjang kehidupanaquatik) , dystropik (umur danau paling tua, dangkal, diepnuhi tumbuhan air dan biasanya airnya

berwarna serta mempunyai pH yang rendah).Aliran sungai diklasifikasikan dalam 4 tahapan, yaitu 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) , stadium muda , stadium dewasa (airsungai umumnya bersih dan lebih dalam dibanding sungai muda) dan stadium umur tua (kedalamanhamper mencapai tingkat dasar geologinya).

Hubungan khas antara suhu dengan bobot jenis air menyebabkan lapisan-lapisan yang berbeda dalambadan air.

Selama musim panas, lapisan permukaan danau atau epilimnion dipanaskan oleh radiasi matahari,

sehingga bobotnya lebih kecil. Lapisan ini mengapung diatas lapisan dasar atau hypolimnion. Lapisandiantaranya disebut thermoclyne. Fenomena ini disebut strasifikasi tremal. Ketika terjadi perbedaan suhuantara 2 lapisan, air tidak tercampur dan memiliki sifat-sifat kimia dan biologi yang berbeda.

Selama musim gugur, suhu epilimnion dingin. Pada saat suhu epilimnion dan hypolimnion sama,

seluruh badan air mempunyai suhu yang tidak berbeda. Hilangnya strasifikasi termal ini menyebabkanbadan air mempunyai satu satuan hidrologi dan proses pencapuran yang terjadi dikenal sebagai peristiwa

pembalikan (turn-over).Tipe lain dari badan air adalah estuaria. Estuaria dibentuk oleh pertemuan aliran air tawar ke dalam air

asin (air laut) sehingga badan air ini mempunyai sifat-sifat kimia dan biologi yang unik. Estuaria


3/15

merupakan daerah tempat berkembang biaknya kebanyakan dari kehidupan laut yang membuatkelestarian menjadi sangat penting bagi makhluk-makhluk tersebut.

Sifat-sifat kimia dan biologi dari lautan juga sangat unik disebabkan oleh kedalaman air yang cukuptinggi, kadar garam juga yang sangat tinggi dan faktor-faktor lainnya.

2.5. Sifat-Sifat Kimia Perairan

Air secar alamiah tidak pernah dijumpai dalam keadaan betul-betul murni. Oleh karena itu, terdapatkesukaran dalam menjelaskan sifat-sifat kimia dari perairan (sistem akuatik secara alamiah). Sebagai

suatu sistem yang terbuka, perairan mempunyai variable input dan output dari energy dan materi. Makadari itu gambaran yang tepat dari sifat-sifat kimia perairan didasarkan pada alkalinitas/asiditas, kelarutan,

kostanta pembentukan kompleks, potensial redoks, dan pH.

AlkalinitasAlkalinitas adalah kapasitas air untuk menerima protein. Dengan mengetahui alkalinitas, dapat

dihitung jumlah bahan kimia yang harus ditambahkan dalam pengolahan air limbah. Air yang sangatalkali atau bersifat basa sering mempunyai pH tinggi dan umumnya mengandung padatan terlarut yang

tinggi. Sifat-sifat ini dapat menurunkan kegunaannya untuk keperluan dalam tangki uap, prosesing

makanan dan sistem saluran air dalam kota. Alkalinitas memegang peranan penting dalam penentuankemampuan air untuk mendukung pertumbuhan ganggang dan kehidupan perairan lainnya.

Pada umumnya, komponen utama yang memegang peran dalam menentukan alkalinitas perairan adalah

ion bikarbonat, ion karbonat dan ion hidroksil.

Yang lainnya, yang sedikit menyumbang alkalinitas adala ammonia dan konyugat basa-basa dari asam-asam fosfat, silikat, borat, dan asam-asam organik.Alkalinitas umumnya dinyatakan sebagai alkalinitas fenolftalein yaitu proses situasi dengan asam untuk

mencapai pH 8,3 dimana merupakan ion terbanyak, dan alkalinitas total yang menyatakan situasi

dengan asam menuju titik akhir indikator metal jingga (pH 4,3) yang ditunjukkan oleh berubahnya kedua

jenis ion karbonat dan bikarbonat menjadi .Kalau pH merupakan faktor intesitas, alkalinitas merupakan faktor kapasitas, dimana kapasitas itu

merupakan kapasitas air tersebut untuk menetralkan asam. Oleh karena itu, kadang-kadang penambahan

alkalinitas lebih banyak dibutuhkan untuk mencegah supaya air itu tidak menjadi asam.

Dalam kebanyakan air alami alkalinitas disebabkan oleh adanya dan sedikit oleh adanya

,

dan air dengan alkalinitas tinggi mempunyai konsentrasi karbon organik yang tinggi. Dalam mediadengan pH rendah, ion hidrogen dalam air mengurangi alkalinitas.

AciditasPada sistem perairan alami, asiditas adalah kapasitas air untuk menetralkan . Penyebab dari

asiditas umumnya adalah asam-asam lemah seperti ,

, protein dan ion-ion

logam yang bersifat asam, terutama .

Penentuan asiditas lebih sukar dibandingkan alkalinitas, karena oleh adanya 2 zat utama yang berperan

yaitu dan yang keduanya mudah menguap, yang mudah hil ang dari sample yang diukur.


4/15

+

+ +

Hal tersebut berakibat terjadinya kesukaran dalam pengawetan contoh air yang baik terhadap adanyagas-gas terseut untuk dianalisa.

Istilah asam mineral bebas dipakai dalam asam-asam kuat seperti dan HCl dalam air. Bilatotal asiditas ditentukan oleh situasi dengan absa sampai titik akhir flenolftalein (pH 8,2), maka untukasam mineral beas ditentukan oleh situasi dengan basa sampai tiitk akhir indikator metal jingga pada pH

4,3.Sifat asam dari ion-ion logam yang terhidrat dapat berperan terhadap asiditas, seperti :

Al ( Al (

Pada pengolahan air limbah (terutama limbah industri), penentuan asiditas menjadi penting untukmemperhitungkan jumlah kapur atau zat-zat lain yang harus ditambahkan dalam proses pembiakan airlimbah.

Terjadinya Senyawa Kompleks

Dalam air ion logam dapat bergabung dengan ion negative, atau dengan senyawa netral membentuksebuah kompleks atau senyawa kordinasi. Sebuah kompleks mengandung sebuah atom logam pusatdimana terikat electron-elektron yang dimiliki oleh ligan sebagai donor elektronnya. Ligan-ligan dari

banyak senyawa kompleks akan berubah dengan cepat pada larutan yang berbeda.

Bilangan koordinasi dari sebuah atom logam atau ion adalah jumlah kelompok donor elektron ligan yang

diikat kepada logam itu. Bilangan-bilangan koordinasi yang paling umum adalah 2, 4 atau 6. Senyawa

kompleks berinti banyak mengandung 2 atau lebih atom-atom logam yang terikat bersama-sama melalui

jembatan ligan, yang sering terjadi adalah . Bila ion kadnium bergabung dengan ion sianida:

+

Maka terbentuk ion kompleks . Selanjutnyabila ion-ion sianida ditambahkan akan membentuk

senyawa kompleks yang lebih lemah, artinya lebih mudah terdisosiasi.

(, (, dan (

Dalam contoh tersebut, ligan sianidadisebut sebagai ligan unidentatyang berarti hanya mempunyai1 tempat untuk mengadakan ikatan pada ion logam pusat kadnium.

Kompleks yang lebih penting adalah kompleks dengan senyawa pengkelat. Pengkelat mempunyailebih dari satu atom yang dapat diikat pada sebuah ion logam pusat pada 1 waktu untuk membentuk

sebuah struktur cincin. Ion pyrofosfat, mengikat pada 2 temapt terhadap sebuah ion kalsium

membentuk sebuah kelat.

O O

O P O P O

O O


5/15

Kelat lebih stabi dibandingkan dengan kompleks yang melibatkan ligan-ligan unindentat karena

mampu berikatan dengan sebuah ion logam pada lebih dari 1 tempat secara simultan.Ligan-ligan yang ditemukan diperairan alami dan air buangan terdiri dari bermacam-macam gugus fungsi

senyawa organik yang dapat memberikan elektron-elektron yang dibutuhkan untuk mengikat ligan itu

pada ion-ion logam. Di antara gugus-gusus fungsi yang paling umum adalah :

O

C O Karboksilat

R Amino aromatic

C Fenoksida

O

O P O Fosfat

O

Banyaknya pengaruh berbahaya dari logam-logam toksik diakibatkan oleh pergantian dari ion-ion

logam yang terjadi secara alamiah dalam pembentukan kompleks oleh ion-ion logam kontaminan.Padaumumnya, Pembentukan kompleks dalam perairan alami melibatkan banyak reaksi penting. Hal ini

mencakup perubahan-perubahan bilangan oksidasi logam, seperti halnya yang terjadi pada oksidasi-reduksi, dekarboksilasi atau reaksi-reaksi hidrolistis dari ligan.

Pentingnya Senyawa Kompleks Dalam PerairanBanyak ion logam yang ditemukan dalam sistem perairan alami terutama ion-ion uang didapat dalam

konsentrasi yang sat renik, membentuk kompleks kuat dengan berbagai macam pengaruh seperti :1. Hilangnya ion-ion logam dalam larutan.2. Perubahan potensial redoks yang ada.3. Pembentukan kompleks juga melarutkan ion-ion dari senyawa logam tidak larut.

Pupuk fosfat cair dalam bentuk ammonium polifosfat merupakan sumber pencemar yang sangatpopular. Salah satu faktor yang memberikan nilai dari pupuk polifosfat adalah kapasitasnya untukbertindak sebagai zat pengkelat, melarutkan ion-ion logam dari hara mikro dalam tanah dan menjadikanlogam-logam esensial lebih berguna bagi tanaman.

Beberapa logam yang terdapat dalam jumlah sangat sedikit merupakan unsur penting untukpertumbuhan ganggang. Logam-logam yang harus ada dalam konsentrasi rendah dalam mediumganggang adalah Cu, Fe, Zn, Ca, Mn. Logam-logam ini membentuk kelat-kelat logam yang relatif

kuat.Beberapa diantaranya terdapat sebagai ion logam terhidrasi sederhana, seperti Cu( ,


6/15

Fe( , dan Mn(

yang tidak stabil dan mengendap sebagai hidroksida-hidroksida atau

jenis-jenis lainnya yang tidak larut.Zat pengkelat yang kaut, EDTA(Ethylene Diamine Tetra Acetate), digunakan dalam pengolahan

makanan, salah satu pengaruh adalah mengkelat ion-ion logam dan menghilangkan rasa logam. Kadang

juga ditambahkan pada air pendingin dan air pemanas masakan untuk menghindari pembentukan karat.Dapat juga terjadi bahwa senyawa EDTA ini didapatkan pada air limbah dan perairan alami.

Ligan EDTA mengkoordinasi ion logam yang sama melalui 4 kelompok dan melalui 2 atomnitrogen. Oleh karena itu, secara simultan EDTA dapat mengkoordinasi keenam tempat koordinasi padasebuah atom logam dengan 6 buah bilangan koordinasi, yang merupakan kompleks yang sangat stabil.

Kestabilan senyawa kompleks berkaitan dengan berbagai sifat dari ion logam dan ligan. Berkut inimerupakan hal-hal yang sangat penting :

1. Ukuran dan keadaan oksidai dari logam. Logam dengan ukuran lebih kecil dan dengan keadaanoksidai positif lebih tinggi membentuk kompleks yang lebih kuat.

2. Perubahan energi bebas dari pembentukan kompleks tergantung pada perubahan entropi dan entalpireaksinya.

3. Konfigurasi elektron dari ion metal.4. Kekuatan dan kelemahan dari perpaduan antara logam dan ligan.2.6. Mikroorganisme Sebagai Katalis Reaksi Kimia Perairan

Sebagian besar reaksi-reaksi kimia penting yang terjadi dalam perairan, terutama yang melibatkanbahan-bahan organik dan proses oksidasi-reduksi terjadi melalui perantara bakteri. Ganggang merupakanprodusen primer bahan organik biologis (biomas) dalam air. Ganggang digolongkan sebagai produsen

karena menggunakan energi matahari dan menyimpannya sebagai energi kimia yang terkandung dalambiomas.

GanggangGanggang sebagai organisme mikroskopis umum yang berfungsi sebagai produsen hidup dari hara-

hara anorganik dan menghasilkan bahan organik dan karbondioksida melalui reaksi fotosintesis. Hara-

hara umum yang dibutuhkan oleh ganggang adalah karbon yang berasal dari atau , nitrogen

umumnya sebagai , fosfor yang sebagian dalam bentuk ortofosfat, belerang sebagai , danunsur-unsur renik termasuk natrium, kalsium, magnesium, besi, kobalt dan molibden.

Dalam ketiadaan cahaya, ganggang memetaolisme bahan organik dalam hal yang sama sepertiorganisme non fotosintetik yaitu melakukan metabolimenya dengan menggunakan energi kimia daridegradasi simpanan pati atau lemak, atau dari konsumsi protoplasma ganggang itu sendiri.

CendawanCendawan 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 cendawandarat yang akhirnya masuk ke perairan.

Cendawan adalah organisme non fotosintetik, membutuhkan oksigen untuk kehidupannya (organisme

aerobic), dan umumnya tumbuh dengan subur dalam media yang lebih asam daripada bakteri. Cendawanjuga lebih toleran terhadap konsentrasi ion-ion logam berat yang lebih tinggi dibandingkan bakteri.

Bakteri dan KlasifikasinyaBakteri dibagi menjadi 2 golongan utama, yaitu bakteri autotropik dan bakteri heterotropik.

Pertumbuhan autotropik tidak tergantung dari bahan organik, hidup dengan sempurna dalam mediumanorganik, menggunakan karbondioksida atau jenis-jenis karbonat lain sebagai sumber karbon dan jumlahsumber energi yang digunakan tergantung dari jenis bakterinya.


7/15

Sebuah contoh dari jenis autotropik adalah gallionela. Dengan adanya oksigen bakteri ini tumbuh

dalam suatu medium yang mengandung Cl, fosfat, garam-garam mineral, sebagai sumber

karbon, dan FeS padat sebagai sumber energi. Reaksi dibawah ini merupakan reaksi yang menghasilkanenergi :

4 FeS + 9+ 104Fe(+ 4+ 8

Pembentukan endapan Fe(diikuti oleh pertumbuhan bakteri tersebut.Konsumsi dan produksi bakteri autotropik meliputi kisaran mineral-mineral yang sangat luas, maka

bakteri autotropik ikut serta dalam banyak perubahan biokimia.Bakteri heterotropik merupakan mikroorganisme yang dalam ekosistem berfungsi

menghancurkanbahan-bahan organik pencemar dalam perairan, dalam buangan organik, dalam prosespengolahan air buangan (air limbah) secara biologis.

Klasiifikasi lain dari bakteri yaitu dari kebutuhan oksigen molekuler, sebagai bakteri aerobic dananaerobic. Bakteri aerobic membutuhkan oksigen sebagai akseptor (penerima) elektron, seperti terlihat

dari reaksi dibawah ini :

+ 4+ 4 2O

Bakteri anaerobik tidak membutuhkan oksigen dan kadang kala oksigen molekuler sangat toksik

terhadap bakteri anaerobik. Hasil perombakan senyawa-senyawa kimia dalam lingkungan oleh kedua

jenis bakteri ini berbeda.

Bakteri jenis lainnya adalah bakteri fakultatif yaitu bakteriyang menggunakan oksigen bebas bilaoksigen molekuler tidak tersedia. Ion nitrat dan ion sulfat merupakan pengganti oksigen dalam perairan.

Mengingat mikroorganisme dapat berfungsi sebagai katalis terhadap reaksi-reaksi perairan, makaterdapat enzim-enzim sebagai katalis untuk reaksi-reaksi biokimia didalam mikroorganisme tersebut.

Enzim ini diberi nama dengan penambahan akhiran ase pada nama substrat yang dipengaruhinya.Sebagai contoh, ureaseadalah enzim yang mengkatalisis hidrolisa urea.

Aktivitas enzim ini dipengaruhi oleh parameter-parameter sepert pH dan suhu perairan, dimanaparameter tersebut mempengaruhi aktivitas microbial.

2.7. Kehidupan Akuatik

Organisme yang hidup dalam ekosistem akuatik (perairan) dapat digolongkan menjadi autotropik(menggunakan sinar matahari atau energi kimia untuk merubah unsur-unsur senyawa organik yangsederhana menjadi sempurna dengan molekul kompleks yang menyusun organisme hidup) danheterotropik (menggunakan zar-zat organik yang dihasilkan organisme autotropik (produsen) sebagaisumber energi dan sebagai bahan mentah untuk membentuk biomasnya).

Kemampuan dari suatu badan air menghasilkan bahan-bahan untuk kehidupan dikenal sebagaiproduktivitas.

Sifat-sifat fisika dan kimia badan air sangat mempengaruhi kehidupan akuatik. Suhu, kecerahandan

turbulensi termasuk 3 sifat fisika utama yang memberikan pengaruh terhadap kehidupan akuatik. Suhusangat rendah menyebabkan proses biologi berjalan sangat tinggi dapat memusnahkan kehidupan akuatik.

Pertumbuhan ganggang sangat ditentukan oleh kecerahan badan air.Oksigen sering merupakan zat kunci dalam menentukan jenis dan keberadaan kehidupan akuatik.

Kekurangan oksigen bersifat fatal bagi kebanyakan hewan akuatik, tetapi adanya oksigen jugamenyebabkan fatal bagi kehidupan bakteri anaerob. Oleh karena itu, pengukuran terhadap konsentrasioksigen terlarut (Dissolved Oxygen (DO)) penting untuk menentukan sifat biologi suatu badan air seperti

sungai atau danau.


8/15

Kebutuhan oksigen biologi (Biochemical Oxygen Deman (BOD)) merupakan salah satu parameteruntuk kualitas air yang penting. BOD menunjukkan adanya oksigen yang digunakan bila bahan organik

dalam suatu volume air tertentu dirombak/diuraikan secara biologis.

Gas dibutuhkan untuk proses produksi biomas melalui proses fotosintesis oleh ganggang.

Tingginya konsentrasi gas dalam air yang dihasilkan oleh proses perombakan bahan organikmenyebabkan pertumbuhan ganggang sangat cepat dan produktivitasnya.

Salinitas perairan sering menentukan jenis biota yang ada.

2.8. Bahan-Bahan Kimia Dalam Perairan

Senyawa-senyawa dalam bentuk ion yang biasa terdapat di perairan :

Nama Rumus Muatan Listrik

Ammonium

Hydroxyl

Bikarbonat

Karbonat

Ortofosfat

Mono-hidrogen-ortofosfat

Di-hidrogen-ortofosfat

Bisulfat

Sulafat

Bisulfit

Sulfit

Nitrite

Nitrat

Hipoklorit

Senyawa Nitrogen Dalam AirDalam air, senyawa-senyawa ntrogen memegang peranan sangat penting dalam perairan reaksi-reaksi

biologi perairan. Jenis-jenis nitrogen anorganik utama dalam air adalah ion nitrat (), dan ammonium

(). Dalam kondisi tertentu terdapat dalam bentuk nitrit (

).Sebagian besar dari nitrogen total

dalam air terikat sebagai nitrogen organik, yaitu dalam bahan-bahan yang berprotein, juga dapatberbentuk senyawa/ion-ion lainnya dari bahan pencemar.

Nitrogen perairan merupakan penyebab utama pertumbuhan yang sangat cepat dari ganggang yangmenyebabkan eutrofikasi.

Dalam kondisi tanpa katalis biologi, ion nitrat hanya sedikit bereaksi dalam ait. Kemampuanpertukaran ion dari bahan-bahan yang terjadi secara alamiah tidak mengikat ion dengan kuat.

Dalam sistem pencernaan dari bayi dan binatang memamah biak, nitrat direduksi menjadi nitrit. Nitrit

ini dapat mengikat hemoglobin dalam darah, sehingga mengurangi kemampuannya sebagai pembawaoksigen dalam darah. Hal ini menyebabkan kondisi yang dikenal dengan methemoglobinemi, dimanakorbannya seperti terkena serangan jantung yang disebut penyakit paru-paru(blue baby).

Senyawa FosforFosfor merupakan salah satu dari beberapa unsur yang essensial untuk pertumbuhan ganggang dalam

air. Pertumbuhan ganggang yang berlebihan disamping hasil hancuran biomas dapat menyebabkan

pencemaran kualitas air. Sumber fosfor adalah limbah industri, hanyutan dari pupuk, limbah domestik,hancuran bahan organik, dan mineral fosfat.


9/15

Fosfor dalam bentuk padat terjadi sebagai suspensi garam-garam yang tidak larut, dalam bahanbiologic, atau terabsorbsi dalam bahan padat. Fosfat juga dapat berada sebagai ligan dalam sebuah

kompleks logam karena fosfat bereaksi dengan sejumlah zat membentuk senyawa yang tidak larut, danmudah diabsorpsi oleh tumbuh-tumbuhan, konsentrasi dari fosfat anorganik terlarut dalam kebanyakan

perairan konstan.Kenaikan konsentrasi fosfat merupakan adanya zat pencemar dalam perairan. Senyawa-senyawa fosfat

tersebut dalam bentuk organofosfat atau polifosfat. Senyawa fosfor organik terdapat antara lain dalambentuk asam-asam nukleat, fosfolipid, gulafosfat. Senyawa ini masuk ke dalam perairan bersama-samadengan limbah industri dan rumah tangga.

Bahan OrganikBahan organik banyak terdapat dalam bentk karbohidrat, protein, lemak yang membentuk organisme

hidup dan senyawa-senyawa lainnya yang merupakan sumber daya alam yang sangat penting dandibutuhkan oleh manusia. Secara normal, bahan organik tersusun oleh unsur-unsur C, H, O dan dalam

beberapa hal mengandung N, S, P dan Fe.Senyawa-senyawa organik pada umumnya tidak stabil dan mudah dioksidasi secara biologis atau

kimia menjadi senyawa stabil, antara lain menjadi dan . Proses inilah yang menyebabkankonsentrasi oksigen terlarut dalam perairan menurun dan hal ini menyebabkan permasalahan bagi

kehidupan akuatik. Untuk menyatakan kandungan bahan organik dalam perairan dilakukan denganmengukur jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk menguraikan bahan tersebut sehingga menjadi sneyawa

yang stabil.1. Biochemical Oxygen Demand (BOD) atau kebutuhan oksigen yang dibutuhkan mikro organisme

selama penghancuran bahan organik dalam waktu tertentu pada suhu 20C. Hasil reaksi biokimia yangberbeda akan diperoleh pada suhu yang berbeda karena kecepatan reaksi biokimia tergantung padasuhu.

2. Chemical Oxygen Demand (COD) atau kebutuhan oksigen, yaitu oksidasi secara kimiawi denganmenggunakan kaliumbikarbonat yang dipanaskan dengan asam sulfat pekat. COD umumnya lebih

besar dari BOD, karena jumlah senyawa kimia yang bisa dioksidasi secara kimiawi lebih besardibandingkan oksidasi secara biologis.

Kelarutan Gas Dalam AirKedua jenis gas yang paling banyak membentuk udara (udara merupakan campuran yang homogen

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 ketikamembentuk gelembung gas dalam darah ikan dan menyebabkan ikan kejang dan bahkan kematian. Kelantanan dari setiap gas adalah proporsional dengan tekanan partial gas yang kontak dengan cairan

tersebut dikenal dengan Hukum Henry. Dengan catatan, hukum ni hanya berlaku bagi gas yang tidak

melakukan interaksi (bereaksi) dengan pelarutnya. Jadi hukum ini tidak berlaku untuk gas dan karena gas-gas tersebut beraksi dengan air.

Keseimbangan antara molekul-molekul gas di atmosfer dan didalam larutan dapat dinyatakan sebagai

berikut :

(

(

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

[(] = K.Px

Dimana K adalah konstanta suatu gas pada suhu tertentu dan Px adalah tekanan parsial gas. Beberapanilai K untuk berbagai macam gas dalam air dapat dilihat pada tabel dibawah ini :


10/15

Gas K, Mol. 1.28 x

3,38 x

7,90 x

6,48 x

1,34 x

NO 2,0 x

Uap air sendiri memberikan tekanan parsial, maka dalam perhitungan kelarutan gas membutuhkankoreksi. Pada tabel dibawah, dimuat tekanan parsial dari uap air pada berbagai suhu :

T, C O, torr O, atm0 4,579 0,00603

5 6,543 0,00861

10 9,209 0,01212

15 12,788 0,0168320 17,535 0,02307

25 23,756 0,03126

30 31,824 0,04187

35 42,175 0,05549

40 55,324 0,07279

45 71,88 0,09458

50 92,51 0,12172

100 760,00 1,0000

Kelarutan gas-gas dalam cairan dipengaruhi oleh suhu. Kelarutannya semakin menurun dengan

kenaikan suhu. Pengaruh ini dirumuskan dalam persamaan Clausius-Claplyron.

Log

=

[

-

]

Dimana : D = Konsentrasi gasT = Suhu mutlak (K)

H = Kalor larutan dalam Kal/mol

R = Konstanta gas (1,987 Kal. . )

Oksigen Dalam AirKehidupan akuatik mendapatkan oksigennya dalam bentuk oksigen terlarut. Banyak ikan mati dalam

perairan tercemar bukan diakibatkan oleh toksitasi zat pencemar langsung, tetapi karena kekuranganoksigen sebagai akiat dari digunakannya gas tersebut pada proses penguraian/penghancuran zat tercemar.

Dalam udara yang bersih dan kering terdapat 20,95% oksigen berdasar volume. Sebagian besaroksigen 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.


11/15

Pengaruh suhu terhadap kelarutan gas-gas dalam air dapat dihitung dengan menggunakan persamaanClausius-Claplyron. Dengan kenaikan suhu air, terjadi penurunan organisme perairan, sehingga sering

menyebabkan adanya suatu keadaan dimana naiknya kebutuhan oksigen diikuti oleh turunnya kelarutangas tersebut dalam air.

Berikut adalah tabel kelarutan oksigen dalam air pada berbagai suhu :

Temperatur (C) Kelarutan Oksigen (mg/l) Tekanan Uap Air (mm Hg)0 14,6 5

1 14,2 5

2 13,8 5

3 13,5 6

4 13,1 6

5 12,8 7

6 12,5 7

7 12,2 8

8 11,9 8

9 11,6 9

10 11,3 9

11 11,1 1012 10,8 11

13 10,6 11

14 10,2 12

15 10,4 13

16 10,0 14

17 9,7 15

18 9,5 16

19 9,4 17

20 9,2 18

21 9,0 19

22 8,8 20

23 8,7 2124 8,5 22

25 8,4 24

26 8,2 25

27 8,1 27

28 7,9 28

29 7,8 30

30 7,6 32

Karbondioksida dan Berbagai Jenis KarbonatGas mempunyai sifat keasaman, maka akan menjadi lebih rumit dalam menghitung kelarutannya

dalam air dibandingkan kelarutan gas-gas yang sukar bereaksi seperti dan .Dalam fotosintesisnya, ganggang menggunakan terlarut untukmenghasilkan biomas. Keseimbangan

di atmosfer sebagai berikut :

( (

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


12/15

+

(garam karbonat yang sedikit larut)

Hal ini mempunyai pengaruh buffer yang kuat terhadap pH air.

merupakan komponen sangat kecil dari atmosfer kering yang normal, hanya berkisar 0,0314%volume. Dengan demikian air murni atau air yang bebas alkalinitas dalam keseimbangannya dengan

atmsfer hanya mengadung rendah. Oleh karena itu, pembentukan dan

akan menaikkan

kelarutan .

Konsentrasi yang tinggi dari ini memberikan pengaruh yang ccukup besar terhadap kehidupanakuatik karena akan menghambat pernafasan dan pertukaran gas terutama bagi hewan perairan, bahkan

dapat mengakibatkan kematian. Kandungan dalam air yang aman tidak boleh melebihi 25mg/l.Dalam perairan alami, gas dihasilkan dari penguraian bahan-bahan organik oleh bakteri.

Ganggang yang menggunakan dalam fotosintesis juga menghasilkan melalui proses metabolismtanpa cahaya.

Silikon Dalam AirSilikon merupakan unsure kedua terbanyak di kerak bumi setelah oksigen yaitu sebesar 27,7%. Hal inimenyebabkan silikon tersebar luas dalam air. Konsentrasi normal dari silikon dalam air berkisar antara 1

sampai 30 mg/l sebagai , meskipun kadang kala mencapai 100mg/l. Suatu fenomena yang menarikadalah air laut di bagian permukaan umumnya konsentrasi silikonnya sangat rendah karena unsur inidigunakan oleh kerang dan pembentukan tulang organisme laut.

Belerang Dalam AirSecara umum, sebagian besar belerang yang terdapat dalam air adalah S(IV) dalam ion sulfat

.

Dalam kondisi anaerobis, dapat direduksi oleh aktivitas bakteri menjadi ,

, atau garam

sulfida yang tidak larut. Gas yang dihasilkan dari reduksi sulafat tersebut menyebabkan bau telurbusuk yang dikeluarkan oleh banyak air yang tergenang dan air-air tanah. Adanya perbedaan jenis

belerang (bilangan oksidasinya) dalam air menggambarkan adanya hubungan antara pH air, potensialoksidasi dan aktivitas bakteri.

Sulfat dapat berasal dari hasil pencucian mineral utama gips, , . Oksidasi dari mineral-

mineral sulfida yang dipengaruhi oleh mikroorganisme, seperti pyrite, menghasilkan sulfat. Garamsulfat digunakan dalam pembuatan deterjen dan dalam banyak hasil industri seperti industry pupuk ZA,maka ion sulfat merupakan komponen yang umum dari air buangan. Air hujan diberbagai belahan duniamengandung sejumlah besar ion sulfat yang dikenal dengan hujan asam (acid rain). Hal ini disebabkan

oleh adanya pencemaran udara yang cukup berat oleh gas yang kemudian mengalami oksidasi diudara sebagai berikut :

2+ 2+ 4+ 2

.

Adanya di atmosfer inilah yang menyebabkan terjadinya hujan asam yang kadang kala pH-nya

mencapai 4.

Klorida dan Fluorida Dalam AirGaram-garam klorida dapat menyebabkan penurunan kualitas air yang disebabkan oleh tingginya

salinitas. Air ini tidak layak untuk air pengairan dan keperluan rumah tangga.Ion Fluorida jauh lebih penting dalam air daripada ion-ion klorida. Fluor adalah salah satu unsur

halogen yang keelektronegatifannya paling tinggi dibandingkan unsur-unsur halogen lainnya.

Dalam media asam, ion fluoride membentuk asam hidrofluorat yang mengion :


13/15

HF +

Harga pKa = 3,13. Oleh karena itu, dalam kisaran pH normal air fluoride lebih banyak terdapat

sebagaidaripada HF. Garam-garam fluoride dari kation-kation divalent mempunyai kelarutan sedang.

Konstanta hasil kali kelarutan dari beberapa garam fluoride seperti pada tabel dibawah ini :

Senyawa Konstanta Hasil Kali Kelarutan

1,05 x

3,9 x

3,1 x

2,7 x

Beberapa sifat geokimia dan fisiologis ion fluorida berasal dari kenyataan bahwa ion ini mempunyai

jari-jari dan muatan yang sama dengan ion . Sebagai konsekuensinya, fuorida dan hidroksidamempunyai tingkah laku yang sama. Oleh karena itu, ion fluorida dapat diganti dengan ion hidroksidadalam mineral-mineral dan dalam bahan mineral dari gigi dan tulang.

Dalam kebanyakan air tawar, ion fluorida umumnya terdapat dalam konsentrasi kurang dari 1mg / l.

Konsentrasi yang melebihi 10mg / l jarang ditemukan. Fluorida ditambahkan pada banyak air untukkeperluan air minum rumah tangga untuk mencegah kerusakan gigi dengan konsentrasi kurang lebih 1mg/ l.

Kalsium dan Magnesium Dalam AirKalsium adalah unsur kimia yang memegang peranan penting dalam banyak proses geokimia. Mineral

merupakan sumber primer ion kalsium dalam air. Diantara mineral-mineral primer yang berperan penting

adalah gips (.2), anhidratnya (), dolomite (CaMg.(), kalsit dan aragonit yang

merupakan modifikasi yang berbeda dari .Air yang mengandung kalrbondioksida tinggi mudah melarutkan kalsium dan minera-mineral

karbonatnya.Pernafasan mikroorganisme, penghancuran bahan organik dalam air da sediment berperan sangat besar

terhadap kadar dan 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 kesadahan tetap. Kesadahan sementara

disebabkan oleh adanya ion-ion kalsium dan bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan

mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi :

2+ + OSedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau magnesium sulfat yang proses

pelunakannya melalui proses kapur-soda abu, proses zeolit dan proses resin organik.Ion kalsium (mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam

kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah . Oleh

karena itu, pada konsentrasi yang sangat tinggi, pasangan ion -

dapat terbentuk dalam

jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion

- dapat terjadi.

Densitas muatan ion jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan

hidrasi. Magnesium dalam air terutama terdapat sebagai ion . dan .

terjadi bila

konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.


14/15

Mineral-mineral seperti dolomite adalah sumber magnesium yang paling umum dalam air.Pada umumnya konsentrasi magnesium dalam air tawar lebih kecil dibandingkan kalsium. Dilautan,

magnesium dalam bentu larutan lebih lama dari kalsium. Hal ini disebabkan senyawa mengendap

lebih lambat dibandingkan senyawa .

Logam Alkali Dalam AirNatrium umumnya terdapat dakam konsentrasi yang lebih tinggi didalam air tawar dibandingkan

dengan kalium. Ion natrium sama dengna iom klorida, bersosiasi dengan salinitas yang berlebihan dapatmenyebabkan penurunan kualitas air yang cukup serius.

Kalium dalam perairan alami relatif rendah konsentrasinya dari natrium karena unsur ini tidak mudah

dilepaskan dari sumbernya dan unsur ini mudah sekali diadsorpsi oleh mineral-mineral. Jenis sumberalami dari kalium adalah feldspar, esensial dan bergabung kedalam bahan tanaman.

Alumunium Dalam AirAlumunium merupakan unsur terbanyak ketiga dalam kerak Bumi. Kebanyakan alumunium yang

dibawa air terdapat sebagai partikel-partikel mineral mikroskopik yang tersuspensi. Konsentrasi darialumunium yang terlarut dalam kebanyakan air kemungkinan kurang dari 1,0 mg /l.

Pada nilai pH dari 4,0 jenis alumunium yang terlarut adalah Al(dan ion yang terhidrasi

kehilangan ion hidrogen pada nilai pH > 4,0.Dalam kisaran pH 4,5-6,5 , terjadi polimerisasi dimulai dengan pembentukan dimmer, yang akhirnya

berhenti dengan pembentukan partikel-partikel padat dari gibbsit, , 3.Alumunium bersifat amfoter dan pada perairan alami dengan pH diatas kurang lebih 10, terbentuk ion

aluminat yang larut Al(. Ion fluoride membentuk kompleks yang sangat kuat dengan alumunium

dan dengan adanya fluoride dengan konsentrasi tinggi terbentuk jenis kompleks fluoride seperti mungkin akan terbentuk dalam air. Ion Alumunium membentuk endapan dengan silika dan dengan ionortofosfat.

Besi Dalam AirBesi adalah salah satu dari unsur-unsur penting dalam air permukaan dan air tanah. Sifat kimia

perairan dari besi adalah sifat redoks. Pembentukan kompleks, metabolism oleh mikroorganisme dan

pertukaran dari besi antara fasa dan fase padat yang mengandung besi karbonat, hidroksida dan sulfida.

Besi(III) sebagai ion berhidrat yang dapat larut () merupakan jenis besi yang terdapat dalam airtanah. Karena air tanah tidak berhubungan dengan oksigend ari atmosfer, konsumsi oksigen bahan

organik dalammedia mikroorganisme sehingga menghasilkan keadaan reduksi dalam air tanah. Olehkarena itu, besi dengan biloks rendah (Fe(II)) umum ditemukan dalam air tanah dibandingkan Fe(III).

Dalam perairan dengan pH sangat rendah, kedua bentuk ion ferro dan ferri dapat ditemukan. Hal ini

terjadi bila perairan memperoleh buangan dari limbah tambang asam(Acid Mine Waters). Limbah yang

bersifat yang dihasilkan oleh oksidasi dari oksidasi, Fe( bijih besi) melalui reaksi berikut :

2Fe(s) + 2O + 7 4+ 4

+ 2

Dan tahap selanjutnya oksidasi dari ion ferro menjadi ion ferri dalam suatu proses yang

4+ 4 + 2O

terjadi sangat lambat. Dibawah pH 3.5 oksidasi tersebut dikatalisis oleh bakteri besi (Thiobacillus

ferroxidaus). Bakteri lainnya yang terlibat dalam oksidasi besi dengan adanya air tambang asam adalahThi obacill us thiooxidaus dan Thi obacill us ferr ooxidaus.

Dengan bantuan bakteri ini, ioin ferri selanjutnya melarutkan pyrit :


15/15

Fe(s) + 14+ 8O 15

+ 2+ 16

Ion ferro selanjutnya mengalami oksidasi menjadi ion ferri. Peristiwa tersebut merupakan siklus daripelarutan pyrit.

Kerusakan perairan yang disebabkan oleh aliran limbah tambang asam ini diperlihatka dengan

penutupan permukaan air oleh suatu lapisan yang sangat tipis dari Fe(yang bersifat semigelatin.

Mangan Dalam AirToksisitas Mangan (Mn) relatif sudah tampak pada konsentrasi rendah. Dengan demikian, Mn yang

diizinkan dalam air yang digunakan untuk keperluan domestik sangat rendah, yaitu 0,05 mg / l. Dalam

kondisi aerob, mangan dalam perairan terdapat dalam bentuk Mn dan pada dasar perairan tereduksi

menjadi atau dalam air yang kekurangan oksigen (DO rendah). Oleh karena itu, pemakaian air yangberasal dari dasar suatu sumber air sering ditemukan mangan dalam konsentrasi tinggi.

Pada pH yang agak tinggi dan kondisi aerob terbentuk mangan yang tidak larut seperti Mn,

atau MnCmeskipun oksidasi dari itu berjalan relative lambat.

- SELESAI -

Documents

Ringkasan Bab2-Kimia Air (Satuan Proses)