BAB ISIFAT DAN KUALITAS AIR

A. Kimia Air

Sebuah molekul air terdiri dari sebuah atom oksigen yang berikatan kovalen

dengan dua atom hidrogen. Hidrogen dan oksigen mempunyai daya padu yang

sangat besar antara keduanya. Keunikan air terjadi berkat ikatan pemadu kedua

unsurnya. Perangkaian jarak atom-atomnya mirip kunci yang masuk lubangnya,

kecocokannya begitu sempurna, sehingga air tergolong senyawa alam yang paling

mantap. Semua atom dalam molekul air terjalin menjadi satu oleh ikatan yang

kuat, yang hanya dapat dipecahkan oleh perantara yang paling agresif, misalnya

energi listrik atau zat kimia seperti logam kalium.

Oksigen mempunyai nomor atom 8 dan massa atom 16, terletak pada

periode ke-2 dan golongan VI A pada sistem periodik. Sebuah atom oksigen

mempunyai delapan elektron, dua elektron berada pada kulit elektron bagian

dalam (kulit K) dan enam elektron berada pada kulit berikutnya (kulit L), jadi

kulit L belum penuh atau masih bias diisi dua elektron. Sedang sebuah atom

hydrogen dengan nomor atom 1 hanya mempunyai satu elektron pada kulit K, jadi

belum penuh atau kekurangan satu elektron. Kulit yang belum terisi penuh

tersebut tidak mantap dan elektronnya cepat bergabung dengan elektron lain untuk

memenuhi ruang dalam suatu kulit. Kulit yang telah terisi penuh merupakan

bentuk yang mantap, dan setelah hal itu terjadi, maka akan dilawannya setiap

usaha pemisahan.

Dalam sebuah molekul air dua buah atom hydrogen berikatan dengan

sebuah atom oksigen melalui dua ikatan kovalen, yang masing-masing

mempunyai energi besar 110,2 kkal per mol. Ikatan kovalen tersebut merupakan

dasar bagi sifat air yang penting, misalnya kebolehan air sebagai pelarut.

Gambar1. Pembentukan molekul air (a) dua atom hydrogen dan sebuah atom oksigen; (b) molekul air, setiap electron hydrogen saling memanfaatkan (sharing) sepasang electron dengan oksigen ; (c) terjadinya dua kutub positif dan negative (dipolar) (Davis dan Day, 1961)

Bila dua atom hidrogen bersenyawa dengan sebuah atom oksigen, maka

molekul tersebut menghasilkan molekul yang berat sebelah, dengan kedua atom

hydrogen melekat di satu atom oksigen dengan sudut 104,5o antara keduanya.

Posisi tersebut mirip dengan dua telinga pada kepala kelinci. Akibat perbedaan

elektronegativitas antara hidrogen dan oksigen, sisi hidrogen molekul air

bermuatan positif sedang pada sisi oksigen bermuatan negatif.

Sebuah molekul air dapat digambarkan sebagai menempati pusat dari

sebuah tetrahedron, suatu benda ruang dengan 4 sisi yang masing-masing sisinya

merupakan segi tiga sama sisi, dengan arah muatan seperti terlihat pada Gambar

2. Sebuah molekul air dengan kutub-kutub positif dan negatif secara permanent

menjadi dwikutub (dipolar), seperti halnya sebatang magnet yang memmpunyai

kutub berbeda pada kedua ujungnya. Karena molekul air dapat ditarik oleh

senyawa lain yang bermuatan positif atau yang bermuatan negatif.

Daya tarik menarik di antara kutub positif molekul air yang satu dengan

kutub negative molekul air lainnya menyebabkan terjadinya penggabungan

molekul-molekul air melelui ikatan hydrogen. Ikatan-ikatan hydrogen jauh lebih

lemah dari pada ikatan kovalen. Ikatan-ikata hydrogen megikat molekul-molekul

air lain di sebelahnya dan sifat inilah yang bertangung jawab terhadap sifat

mengalirnya air. Molekul air yang satu dengan molekul air yang lain bergabung

dengan suatu ikatan hydrogen antara atom H dengan atom O dari molekul air

yang lain.

Gambar 2.a) Dua buah molekul air mrmbentuk sudut ikatan sekitar 105o

(Wyssling dan Muhlethaler, 1965)b) Orientasi muatan air pada bentuk tetrahedron (Fennema dan

Powrie, 1964)

Kemampuan molekul air membentuk ikatan hydrogen menyebabkan air

mempunyai sifat-sifat yang unik. Ikatan hydrogen yang terjadi antar molekul-

molekul yang berdampingan mengakibatkan air pada tekanan atmosfer bersifat

mengalir (flow) pada suhu 0-100 oC . Kelompok-kelompok kecil molekul air

bergabung dengan suatu pola tertentu, tetapi kelompok-kelompok tersebut

bergerak bebabas dan menyebabkan terjadinya pertukaran ikatan hydrogen. Ikatan

hydrogen ini tidak hanya mengikat molekul-molekul air satu sama lain, tetapi

dapat juga menyebabkan pembentukan hidrat antara air dengan senyawa-senyawa

lain yang mempunyai kutub O atau N, seperti senyawa metanol atau karbohidrat

yang mempunyai gugus -OH (hidroksil).

B. Sifat-Sifat Penting dan 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 laut). Kedua cabang ilmu ini

mempelajari sifat-sifat perairan alami termasuk di dalamnya sifat kimia, fisik, dan

biologi air.

Air merupakan senyawa kimia yang terdiri dari atom H dan O. Sebuah

molekul air terdiri dari satu atom O yang berkaitan kovalen dengan dua atom H.

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 yang menyebabkan air mempunyai sifat-sifat yang khas

seperti terlihat pada tabel berikut ini:

Tabel 1.1 Sifat-sifat Penting dan Unik dari AirSifat Efek dan Kegunaan

Pelarut yang sangat baik

Konstanta dielektrik paling tinggi diantara cairan murni lainnya.

Tegangan permukaan lebih tinggi dari pada cairan lainnya

Transparan terhadap cahaya tampak dan sinar yang mempunyai panjang gelombang lebih besar dari ultraviolet.

Bobot jenis tirtinggi dalam bentuk cairan (fasa cair) pada 4oC.

Panas panguapan 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.

Transport zat-zat makanan dan bahan buangan yang dihasilkan proses biologi.

Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam larutannya.

Faktor pengendali dalam fisiologi, membentuk fenomena tetes dan permukaan.

Tidak berwarna, mengakibatkan cayaya yang dibutuhkan untuk fotosintesis mencapai kedalaman tertentu.

Air beku (es) mengapung, sirkulasi vertical menghambat stratifikasi badan air.

Menentukan transfer panas dan molekul air antara atmosfer dan badan air.

Stabilisasi dari temperature organisme dan wilayah geographis.

Temparatur stabil pada titik beku.

Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi banyak bahan, sehingga air

merupakan media transport utama bagi zat-zat makanan dan produk

buangan/sampah yang dihasilkan proses kehidupan. Oleh karena itu air yang ada

di bumi tidak pernah terdapat dalam keadaan murni, tetapi selalu ada senyawa

atau mineral/unsure lain yang terdapat di dalamnya. Meskipun demikian tidak

berarti bahwa semua perairan di bumi ini telah tercemar. Sebagai contoh, air yang

berasal dari sumber air di daerah pegunungan atau daerah hulu sungai dapat

dianggap sebagai air yang bersih.

Dari tabel tersebut di atas 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-1.C-1. Oleh karena itu kalor yang diperlukan untuk merubah suhu dari

sejumlah massa air cukup tinggi pula sehingga mengstabilkan suhu air pada

seluruh wilayah geografi. Sifat alamiah yang dapat mencegah perubahan suhu

secara tiba-tiba dalam badan air yang cukup luas dan akan melindungi kehidupan

akuatik dari adanya kejutan perubahan suhu. Disamping itu dengan kalor

penguapan yang sangat tinggi yaitu 585 kal.g-1 pada suhu 20C dapat menjaga

kestabilan suhu badan air dan wilayah geografi sekitarnya, kondisi ini

mempengaruhi juga perpindahan kalor dan uap air antar badan air dan atmosfer.

Gambar 3.3 Kristal air dalam 2 bentuk yang berbeda

C. Sumber dan Kegunaan Air

Sepanjang sejarah, kuantitas dan kualitas air yang sesuai dengan kebutuhan

manusia merupakan faktor penting yang menentukan kesehatan hidupnya.

Kuantitas air berhubungan dengan adanya bahan-bahan lain terutama senyawa-

senyawa kimia baik dalam bentuk senyawa organik maupun anorganik juga

adanya mikroorganisme yang memegang peranan penting dalam menentukan

komposisi kimia air.

Seluruh peradaban manusia dan makhluk hidup lainnya dapat lenyap karena

kurangnya air yang disebabkan berbagai faktor terutama akibat dari perubahan

iklim. 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 didapatkan dari 5 bagian siklus hidrologi, seperti terlihat

pada gambar 3.2. Sebagian besar dari air ditemukan dalam bentuk lautan dan

samudra. Bagian lainnya terdapat dalam bentuk uap air di atmosfer.

Gambar 3.2 Siklus Hidrologi

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 antara air tanah dengan air

permukaan. Hal ini disebabkan oleh kandungan berbagai zat, baik yang terlarut

maupun yang tersuspensi dalam perjalanan menuju ke laut. Air permukaan yang

terkumpul dalam danau atau waduk mengandung nutrisi penting untuk

pertumbuhan ganggang. Air permukaan yang mengandung bahan organik mudah

terurai dalam konsentrasi tinggi secara normal akan mengandung bakteri dalam

jumlah tinggi pula yang mempunyai pengaruh cukup besar terhadap kualitas air

permukaan.

Ada keterkaitan yang sangat kuat antara lapisan air (hydrosphere) dimana

air berada dengan lapisan tanah/lahan (geosphere) dimana keduanya dipengaruhi

oleh kegiatan manusia. Misalnya, gangguan terhadap hutan menjadi lahan

pertanian dapat menyebabkan reduksi negative yang ada di atasnya dan

mengurangi proses transpirasi yaitu penguapan air oleh tanaman. Hal itu dapat

mempengaruhi iklim mikro (micro climate) di wilayah tersebut.

Akibat dari hal tersebut adalah meningkatnya limpasan air, erosi, dan

akumulasi dari lumpur dalam badan air (sungai) serta dapat meningkatkan unsur-

unsur hara di permukaan air, sehingga siklus nutrient akan dipercepat. Terjadinya

percepatan siklus tersebut akan sangat memberikan pengaruh terhadap

karakteristik kimia dan biologi dari badan air.

Air yang digunakan oleh manusia adalah air permukaan tawar dan air tanah

murni. Pada daerah kering sebagian kebutuhan airnya berasal dari lautan, suatu

sumber yang akan menjadi penting setelah persediaa air tawar dunia relative

berkurang dibandingkan kebutuhan. Meningkatnya kebutuhan air ini bukan hanya

disebabkan oleh jumlah penduduk dunia yang makin bertambah juga sebagai

akibat dari peningkatan taraf hidupnya yang diikuti oleh peningkatan kebutuhan

air untuk keperluan rumah tangga, industri, rekreasi disamping pertanian.

D. Standar dan Parameter Kualitas Air

Kualitas air badan penerima mengandung bahan /senyawa tertentu

sebelum menerima buangan. Kualitas tersebut menetapkan arah penggunaan air.

Adanya bahan pencemar yang sama dengan bahan yang terkandung dalam badan

air penerima, tidak akan mempengaruhi badan air penerima, kecuali konsentrasi

bahan pencemar tersebut cukup tinggi sehingga konsentrasinya di dalam badan

penerima meningkat melebihi standar mutu yang telah ditetapkan.

Air dibutuhkan untuk bermacam-macam kebutuhan. Kualitas air untuk

keperluan minum berbeda dengan keperluan industri. Peraturan Pemerintah No.

82 tahun 2001 Tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran

Air telah menetapkan kriteria mutu air berdasarkan kelas. Kriteria mutu tersebut

tergantung pada nilai parameter berikut.

Fisika : temperature, residu terlarut dan residu tersuspensi;

Kimia anorganik: pH, BOD, COD, DO, Total fosfat, NO3, NH3, arsen, kobalt,

barium, boron selenium, kadnium, khrom (VI), tembaga , besi, timbale,

mangan, air raksa, seng, khlorida, sianida, fluoride, nitrit, sulfat,khlorin bebas

dan belerang sebagai H2S;

Mikrobiologi : fecal coliform dan total coliform;

Radioaktivitas: gross A dan Gross B;

Kimia organic : minyak dan lemak, detergen sebagai MBAS, senyawa fenol,

BHC, aldrin/dieldrin, chlordane, DDT, heptachlor dan heptachlor epoxide,

lindane, eldrin, methoxychlor dan toxaphan.

E.

F.G.H.