Air - file.upi.edufile.upi.edu/Direktori/FPMIPA/JUR._PEND._KIMIA/196802161994022... · temperatur...

Air

Rumus molekul H2O

Massa molar 18.02 g/mol

Volume molar 55,5 mol/ L

Kerapatan pada fasa1000 kg/m3, liquid917 kg/m3, solid

Titik Leleh 0 °C (273.15 K) (32 ºF)

Titik didih 100 °C (373.15 K) (212ºF)

Titik Beku 00 C pada 1 atm

Titik triple 273,16 K pada 4,6 torr

Kalor jenis 4186 J/(kg·K)

Tegangan permukaan 73 dyne/cm pd 200C

Tekanan uap 0.02112 atm pd 200C

Kalor penguapan 40.63 kJ/mol

Kalor pembentukan 6.013 kJ/mol

Kapasitas kalor 4.22 kJ/kg K

Konstanta dielektrik 78.54 pd 250C

Viskositas 1.002 centipoise pd 200C

Konduktivitas panas 0.60 Wm-1K-1 (293K)

Kalor pelelehan 3.34X105 J/kg

Temperatur kritis 647 K

Tekanan kritis 22.1 X 106 Pa

Kecepatan suara 1480 m/s (T=293 K)

Permitivitas relatif 80 (T=298 K)

Indeks refraksi (relatif terhadap udara)

• 1.31 (es: 598 nm, T=273 K, p=p0)

• 1.34 (air: 430-490 nm, T=293 K, p=p0)

• 1.33 (air: 590-690 nm, T=293 K, p=p0)

Tidak berwarna, tidak berasa, dan tidak berbau

Memiliki tiga fasa yang berbeda: cair, gas, dan padat pada

temperatur normal di bumi. Air di bumi selalu

berinteraksi, berubah, dan bergerak.

Dapat menyerap sejumlah kalor karena memiliki kalor

jenis yang tinggi

Mempunyai tegangan permukaan yang sangat tinggi.

Tegangan permukaan tersebut berguna untuk gaya

kapilaritas air

Air adalah pelarut yang baik karena kepolarannya, konstanta

dielektrik yang tinggi dan ukurannya yg kecil, terutama

untuk senyawa ionik dan garam yang polar

Air memiliki titik didih tinggi. Jika tidak mempunyai sifat ini

maka pada suhu yang normal tidak ada laut, danau, sungai,

atau binatang di bumi

Air mempunyai massa jenis yang lebih kecil dalam keadaan

beku bila dibandingkan dengan keadaan cair, karena sifat ini

di bagian dalam lautan meskipun suhunya turun tetap

berbentuk cair yang memungkinkan makhluk hidup tetap

hidup

Air adalah zat kimia yang istimewa,

terdiri dari dua atom hidrogen dan satu

atom oksigen

Panjang ikatan O—H = 95.7 picometer

Sudut H—O—H = 104.450

Energi ikatan O—H = 450 kJ/mol

Momen dipol = 1.83 D

Atom-atom hidrogen tertarik pada satu sisi atom oksigen,

menghasilkan molekul air yang mempunyai muatan positif

pada atom hidrogen dan muatan negatif pada atom oksigen.

Karena muatan yang berlawanan tersebut di dalam molekul

air saling tarik menarik dan membuatnya menjadi lengket.

Sisi positif dari suatu molekul air tertarik pada sisi negatif

dari molekul yang lain.

Bersifat polar karena adanya perbedaan muatan

Molekul air berbentuk seperti huruf V disebabkan

karena:

Struktur geometrinya yang tetrahedral (104.450)

Keberadaan pasangan elektron, bebas pada atom

oksigen

Sebagai pelarut yang baik karena kepolarannya

Bersifat netral (pH=7) dalam keadaan murni

Daur hidrologi yang terjadi di alam adalah suatu destilasi

yang maha besar dan merupakan suatu sistem distribusi

air

Siklus hidrologi adalah suatu tahapan-tahapan yang

diatur air dari atmosfer ke bumi dan kembali lagi ke

atmosfer

Laut/samudera

berevaporasi

presipitasiHujan, salju

kabut

berevaporasi presipitasi

Hujan, salju, kabut

Diintersepsi tanaman

tanahAir permukaansungai

Laut/samudera

Presipitasi → pembentukan butir-butir air dari uap ketika suhu

turun di bawah titik embun dan air jatuh sebagai hujan atau

salju.

Evaporasi → peristiwa air/es menguap dan naik ke udara.

Peristiwa ini terjadi pada tiap keadaan suhu sampai udara di

atas permukaan menjadi jenuh dengan uap.

Intersepsi → bagian presipitasi yg tetap pd permukaan

vegetasi. Sebagian air yg diintersepsi ini menguap dan sebagian

mencapai tanah secara langsung

Infiltrasi → proses masuknya air hujan ke dalam lapisan

permukaan tanah dan turun ke permukaan air tanah. Air dapat

bergerak secara vertikal/horizontal di bawah permukaan tanah

sehingga air tersebut memasuki kembali sistem air permukaan

Dari air yang dievaporasi di lautan, 90% jatuh kembali ke

lautan dan 10% terbawa angin dan jatuh ke daratan

menjadi:

Air bawah tanah (akifer)

Air tanah (infiltrasi sampai kedalaman akar tanaman)

Air permukaan

Air larian (mengalir ke permukaan menuju daerah yang

lebih rendah)

Air di alam tidak ada yang murni karena sifat-sifat air yang

dapat melarutkan berbagai macam zat yang ada pada

tempat yang dilewatinya.

Volume air di bumi mencapai 1.4 milyar km3 (70% dari

permukaan bumi), yang terdiri dari:

Air laut (97%)

Gunung es di kutub utara dan selatan bumi (2%)

Uap air di atmosfer (0.001%)

Air tanah (0.72%)

Air permukaan (0.0001%)

Dari keseluruhan air yang ada di bumi hanya sekitar

0.32% yang merupakan air tawar dan dapat

dimanfaatkan langsung untuk kehidupan manusia kira-

kira 0.003%.

Merupakan reservoir terbesar di bumi, berfungsi sebagai:

Pengatur iklim

Kompartemen penting dalam daur materi dan aliran

energi

Sumber mineral dan energi

Media transportasi

Pengencer limbah

Volume air laut kira-kira 1.35 milyar kilometer kubik

Air laut tidak dapat digunakan untuk kebutuhan domestik,

industri atau pertanian secara langsung. Untuk dijadikan air

tawar harus dilakukan desalinasi air laut

Air yang terdapat pada pori-pori tanah, pasir, kerikil, batuan

yang telah jenuh terisi air

Akifer tak tertekan (unconfined aquifer) mendapat air dari

infiltrasi

Akifer tertekan (confined aquifer) terdapat di antara

lapisan yang kurang permeable. Airnya berasal dari daerah

pengisian atau resapan di perbukitan.

Jumlah air bawah tanah 40X lebih banyak daripada air

permukaan, tetapi penyebarannya tidak merata dengan

pergerakan sangat lambat sekitar 1 m/tahun

Muka air tanah akan naik pada musim hujan dan turun pada

saat musim kemarau

Perairan di permukaan dapat

membentuk suatu ekosistem, misalnya

danau dan sungai

Faktor yang paling mempengaruhi pada

ekosistem perairan, diantaranya:

O2 terlarut (fotosintesis, respirasi,

penguraian)

Cahaya matahari (suhu, fotosintesis)

Danau oligotropik: Jernih, sinar matahari dapat tembus Bahan terlarut sedikit Fluktuasi suhu rendah Jumlah biota rendah

Danau eutropik Air agak keruh Terjadi fotosintesis Kadar O2 tinggi Biota sangat beraneka ragam Bahan terlarut banyak

Danau dystropik Air sangat keruh pH air rendah Kadar O2 sangat rendah Bahan organik sangat tinggi

Sun

O2 CO2

CH2 + H2O + hv → (CH2O) + O2

EpiliminionKelarutan O2 tinggi, Zat kimia terdapat dlm bentuk teroksidasi

THERMOCLINE

Hypoliminion Kelarutan O2 rendah, Zat kimia terdapat dlm bentuk tereduksi

photosynthesis

Stratifikasi termal adalah peristiwa adanya perbedaan suhu

antara dua lapisan sehingga air tidak bercampur dan memiliki

sifat kimia dan biologi yang berbeda.

Lapisan permukaan danau (epiliminion) dipanaskan oleh radiasi

matahari, bobotnya lebih kecil, DO tinggi, terjadi oksidasi dan

bersifat aerobic

Lapisan dasar (hypoliminion) bersifat anaerobic, DO rendah,

zat kimia ada dalam bentuk reduksi

Lapisan diantara epiliminion dan hypoliminion disebut

thermocline

Pada musim gugur, tidak terjadi stratifikasi termal dan

terjadi pencampuran (turn over) sehingga sifat fisika dan

kimia air menjadi lebih seragam

Air yang jatuh ke bumi, sebagian menguap kembali menjadi air

di udara, sebagian masuk ke dalam tanah, sebagian lagi mengalir

di permukaan. Aliran air di permukaan ini kemudian akan

berkumpul mengalir ke tempat yang lebih rendah dan

membentuk sungai yang kemudian mengalir ke laut

Karakteristik sungai:

Mempunyai arus

Fluktuasi air berdasarkan waktu/musim

Merupakan ekosistem terbuka

Terpengaruh ekosistem daratan

Cahaya dapat tembus sampai dasar sungai

Kadar O2 tinggi

8 macam bentuk polutan, yaitu:

Kebutuhan oksigen pd air buangan (oxygen demanding waters).

Misalnya pada buangan industri

Penyakit oleh mikroorganisme patogen, misalnya bakteri, parasit,

virus.

Senyawa anorganik dan mineral, misalnya asam, garam, dan logam

beracun.

misalnya pestisida, plastik, detergen, buangan industri dan minyak.

Bahan gizi tumbuhan (plant nutrients) misalnya nitrat, fosfat.

Sedimen misalnya tanah, garam, dan berbagai zat padat dari erosi

tanah

Zat radioaktif

Panas, misalnya dari industri dan proyek pendinginan air

Akibat dari pencemaran air:

Mengganggu estetis, misalnya:

Warna (terjadinya sedimentasi, adanya sifat asam)

Bau dari fenol

Rasa: senyawa organik, sedimen

Sifat-sifat yang merugikan misalnya:

Garam yang larut menyebabkan korosi

Air berlumpur, terjadinya sedimentasi

Menurunkan citra pada daerah pemukiman dan rekreasi

Merugikan pada kehidupan tumbuhan dan binatang, misalnya:

Zat nutrients, senyawa nitrogen dan fosfor

Panas membunuh ikan

Pestisida membunuh ikan

Merugikan pada kesehatan manusia, misalnya:

Bakteri

Virus

Buangan industri

Beberapa pestisida (pada makanan)

Logam (raksa, timbal, kadmium)

Merugikan pada genetika manusia dan pada reproduksi

Pestisida

Zat-zat kimia hasil industri

Radiologi

Minyak/pengolahan minyak

Senyawa organik

Pestisida

Erosi

Nutrien

Senyawa kompleks adalah senyawa yang terbentuk dari ion logam

yang bergabung dengan ligan (ion negatif atau senyawa netral) melalui

ikatan kovalen koordinasi.

Ikatan kovalenkoordinasi

Ligan yang memiliki gugus fungsi karboksilat, amino

aromatik, fenoksida, dan fosfat.

Ion logam

Dalam perairan alami : Mg2+, Na+, Fe2+, Fe3+, Ca2+, Zn2+,

VO2+.

Dalam perairan tercemar : Ca2+, Ni2+, Sr2+ ,Cd2+, Ba2+

Molekul-molekul air sekeliling kation dalam larutan air

dipindahkan dari kulit koordinasi dan diganti oleh atom ligan

lain.

Kekuatan ikatan molekul-molekul H2O menurun bila ion

bertambah besar dan molekul H2O lebih mudah berdisosiasi.

Pada umumnya, pembentukan kompleks dalam perairan

melibatkan banyak reaksi penting. Mencakup perubahan-

perubahan bilangan oksidasi logam, seperti halnya yang

terjadi pada oksidasi-reduksi, dekarboksilasi atau reaksi-

reaksi hidrolistis dari ligan.

Hilangnya ion logam dalam larutan

Perubahan potensial redoks yang ada

Dapat melarutkan ion-ion dari senyawa logam tidak larut.

AgCl (s) sukar larut

[AgCl2]- mudah larut

HgI2 (s) sukar larut

[HgI2]2- mudah larut

[Cu(NH2)4]2+ mudah larut

Kelarutan senyawa kompleks tergantung pada sifat molekul

air yang berkutub

Khelating Agent Sintesis : - NatriumTiofosfat

- EDTA

- NTA

- NaNO3

Alami(humic) : Substrat / Zat yang ada dalam tubuh

EDTA

Melarutkan logam berat, contoh : dalam pipa buangan

Pembersih dan pelarut untuk komponen reaktor dan hot cell

yang terkontaminasi

Humic

Mengubah kation dengan air yaitu menggeser ion logam dari air

Mengakumulasi sejumlah besar logam

Karbonat

- Meningkatkan korosi logam pipa

- Mencegah reaksi kimia lebih lanjut

32

Arang sekam padi

Kayu bakar

Sampah-sampah/tanah

Pipa

Kerikil

Kawat ram

Lumpur

Drum diameter 40 cm dan tinggi 72 cm

Dasar drum dibuat lubang-lubang

kecil (diameter 2 mm) dan 4 lubang

dengan diameter 3,5 mm. Pada

dinding drum diberi 6 lubang

berdiameter 3,5 mm. Jarak antara

masing-masing lubang 10 cm. Bagian

kiri dan kanan drum dipasangi pipa

yang panjangnya 15 cm. Pada bagian

dasar dari drum diberi kawat ram

(lihat Gambar 1).

33

Gambar 1. Alat Pembuatan Arang Sekam Padi

34

Tungku pembakaran :Tungku pembakaran adalah tungku rumah tangga yang dimodifikasi untuk pengarangan kayu bakar.

(Lihat Gambar 2)

Gambar 2. Tungku Pembakaran Sekam Padi

Alat penjernihan air terdiri atas 2 bagian :a) Alat pengendapan yang terbuat dari drum.b)Alat penyaringan yang dibuat dari gentong. Pada

dasar gentong diberi kerikil dan arang sekam padisetebal dari 10 sampai 20 cm di atasnya. Di atasarang sekam padi diberi ijuk.

Pembuatan arang sekam padi :a) Secara tradisional arang sekam padi dibuat dalam

suatu lubang yang berukuran : panjang 50 cm, tinggi30 cm dan diameter 50 cm, dengan kapasitas 5 kg.Sekam dibakar di atas tungku singer. Sekam yangsudah terbakar ditutup tanah dan diatasnya diberisampah. Pada salah satu sudut lubang diberi pipaudara.

b) Cara lain dengan menggunakan drum sebagi tungkupembakaran. Temperatur pada waktu pengarangan4000-6000 C dan lama pengarangan 2,5 jam. Bahanbakar kayu yang digunakan 5 kg, untuk 5 kg sekampadi.

Gambar 3. Alat Penjernihan Air

36

Proses penyaringan air: Tahap pertama pengendapan Tahap kedua penyaringan dengan arang sekam padi kira-kira 10

cm tebalnya. Proses penyaringan ini bekerja selama 6 jam/hari.

Dapat memenuhi kebutuhan air bersih untuk keperluankeluarga

Pengarangan sekam padi mudah dikerjakan oleh masyarakatpedesaan sendiri.

Relatif murah kesehatan. Sekam padi mudah diperoleh di pedesaan.

Pembakaran harus sempurna, apabila pembakaran”tidaksempurna” (kekurangan oksigen) arang sekam padi dan abu akanbercampur.

10 June 2010 37

ORGANISME DALAM SISTEM PERAIRAN

Organisme dalam sistem perairan dapat

digolongkan berdasarkan:

Aliran energi

Kebiasaan hidup

10 June 2010 38

ORGANISME DALAM SISTEM PERAIRANBerdasarkan aliran energi, organisme dibagimenjadi:

autotrof

yaitu organisme yang menggunakan sinarmatahari atau energi kimia untuk mengubahunsur-unsur senyawa organik yang sederhanamenjadi sempurna dengan molekul kompleksyang menyusun organisme hidup.

Contoh : alga (karena sel alga telah memilikikloroplas yang mengandung klorofil).

10 June 2010 39

ALGAMeliputi organisme fotosintetik, yang biasa

hidup di air atau ditempat basah. Dan tubuhnya

terdiri atas satu sel atau banyak sel, berkoloni,

berbentuk benang maupun lembaran.

Berdasarkan pigmen dominannya, dikelompokkan

kedalam beberapa kelas :

Chlorophyta (alga hijau)

Chrysophyta (alga keemasan)

Phaeophyta (alga pirang atau cokelat)

Rhodophyta (algamerah)

10 June 2010 40

ORGANISME DALAM SISTEM PERAIRAN

heterotrof

yaitu organisme yang memerlukan zat makananorganik (tidak mampu menyusun zat organiksendiri).

Contoh : porifera, zooplankton, ikan, udang,kerang, cumi-cumi dan lain-lain.

10 June 201041

PORIFERAPorifera berarti hewan yang mempunyai tubuh

berpori, merupakan hewan bersel banyak yang paling

sederhana dan belum mempunyai organ tubuh. Bentuk

tubuhnya beraneka ragam, menyerupai tumbuhan dan

warnanya sangat bervariasi seperti merah, abu-abu,

kuning, biru, violet, dan sebagainya. Porifera senantiasa

menempel atau melekat pada batu-batuan, karang atau

benda padat di dasar perairan tempat hidupnya.

10 June 2010 42

UDANG

Udang merupakan hewan yang tubuhnya terlindung

kulit keras yang sekaligus merupakan rangka luar atau

eksoskeleton yang tersusun atas zat tanduk atau kitin.

Tubuhnya terdiri atas sefalotoraks (kepala-dada) dan

abdomen. Udang hidup di air laut, air tawar, dan air

payau.

10 June 2010 43

KERANGTubuh dari kerang bersifat bilateral simetris dan

terlindung oleh cangkok kapur yang keras. Makanan dari

kerang berupa hewan kecil yang terdapat dalam perairan

yang masuk bersamaan air melalui sifon dan alat

pernapasannya berupa insang dan bagian mantel.

10 June 2010 44

CUMI-CUMITubuh cumi-cumi dapat dibedakan atas kepala, leher dan

badan. Mulutnya terdapat ditengah-tengah, dikelilingi oleh 10

tentakel (2 tentakel panjang yang berfungsi untuk menangkap

mangsa dan berenang, dan 8 tentakel yang lebih pendek).

Disisi kiri dan kanan tubuhnya terdapat sirip yang penting

untuk keseimbangan tubuh. Seluruh tubuh cumi-cumi terbungkus

oleh mantel. Cumi- cumi dapat bergerak dengan 2 cara, yaitu dengan

menggunakan tentakel dan dengan menyemprotkan air dari rongga

mantel.

Makanan cumi-cumi adalah udang-udangan, hewan moluska

lain, dan ikan.

10 June 2010 45

ORGANISME DALAM SISTEM PERAIRANBerdasarkan kebiasaan hidup, organisme dibedakanmenjadi:

Plankton

Nekton

Neuston

Perifiton

Bentos

10 June 2010 46

PLANKTONPlankton terdiri atas fitoplankton dan zooplankton,

dan biasanya melayang-layang (bergerak pasif) mengikuti

gerak aliran air.

10 June 2010 47

NEKTONNekton adalah hewan yang aktif berenang dalam

air. Contoh : ikan.

10 June 2010 48

NEUSTON

Neuston adalah organisme yang mengapung atau

berenang di permukaan air atau bertempat pada

permukaan air.

Contoh : serangga air.

10 June 2010 49

PERIFITONPerifiton merupakan tumbuhan atau hewan yang

melekat atau bergantung pada tumbuhan atau benda

lain. Contoh: keong.

10 June 2010 50

BENTOS

Bentos adalah hewan dan tumbuhan yang hidup di

dasar atau hidup pada endapan. Bentos dapat sessil

(melekat) atau bergerak bebas.

Contoh : cacing dan remis.