bab i sifat air
TRANSCRIPT
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.