marine chemistry
TRANSCRIPT
![Page 1: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/1.jpg)
Profil Dosen Pengampu Mata Kuliah Kimia Kelautan
1
Drs. Muhammad Nadjib Mujahid, M.S.
![Page 2: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/2.jpg)
Kimia Air Laut (Sea Water Chemistry)
2
Membahas fenomena Oseanografi penting termasuk:
▪ Pola global sirkulasi laut & atmosfer serta pertumbuhan & penyebaran
organisme laut.
▪ Kehidupan di bumi berkembang dalam air 50 – 65%
▪ Keberadaan air dalam 3 wujud: padat, cair, dan gas
▪ 71% permukaan bumi adalah air laut, sehingga mengatur iklim & limbah
▪ Merupakan habitat utama mahluk hidup
![Page 3: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/3.jpg)
Marine Chemistry
3
![Page 4: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/4.jpg)
◦ Sisi molekul H bermuatan (+) sisi O
bermuatan (-), seperti magnet
◦ Molecul seperti itu bersifat polar
◦ Ikatan H lebih lemah dibandingkan
ikatan covalent
◦ Ikatan H memiliki kekuatan kumulatif
4
![Page 5: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/5.jpg)
Air & sifat Uniqnya
5
H+
H+
H+
H+ O-
O-
- - - - - -
- - - -
-
-
+ + +
+ + +
+
+
O
H H
: :
Bagian electro + menyerang electro –
(Opposites attract)
Molekul H2O membentuk ikatan H dengan
molekul H2O lainnya Demikianlah air
![Page 6: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/6.jpg)
◦ Molekulnya polar
Membentuk ikatan H
Sifat adhesi/cohesi
Viscositas
Tegangan permukaan
Padatan terapung
Molecul sederhana
Ikatan bersama-sama memberikan sifat unik
Ikatan kovalen dibentuk oleh pemakaian elektron bersama
Pada air, atom O berbagi dengan electron dari 2 atom hydrogen
Hal ini yang membuat molekul air stabil
Atom oxygen menarik electron bersama dekat dengan inti
Ini menciptakan molekul dengan 2 atom H disatu sisi, dan O disisi lain
6
![Page 7: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/7.jpg)
Polaritas molekul air menyebabkan ikatan hidrogen
7
![Page 8: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/8.jpg)
Sifat sifat H20
1. memiliki sifat kohesif
2. menolak perubahan suhu
3. kalor penguapan tinggi, sehingga mendinginkan permukaan
4. luas permukaan lebih besar saat membeku
5. merupakan pelarut serbaguna (universal)
8
![Page 9: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/9.jpg)
Sifat fisika & kimia densitas relatif (g/mL)
1.000 - 0.999 - 0.998 -8 -4 0 4 8 12 0C Densitas = 1 pada suhu 3,98 0C
Ratio serapan cahaya 0,4 V B G YO R ε - %T 0,2 0 400 500 600 700 (mµ)
9
![Page 10: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/10.jpg)
10
Air cair ▪ Karakteristik terpenting dari ikatan H adalah kemampuan untuk membuat air tetap cair pada suhu kamar ▪ Tanpa ikatan H, air akan menjadi gas pada suhu kamar ▪ Karena ikatan H memegang molekul bersama-sama, sehingga banyak energi (panas) yang dibutuhkan untuk menjadi uap ▪ Bumi akan menjadi planet uap dari pada planet air cair
![Page 11: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/11.jpg)
11
Kohesi & adhesi
• Karena ikatan H menarik molekul air satu sama lain, maka molekul air
cenderung tetap bersama-sama. Ini yang disebut kohesi.
• Kohesi air memberikan struktur yang lebih terorganisir daripada
kebanyakan cairan. • Air juga sebagai penuntun bahan lain karena sifatnya yang polar. Ini yang disebut adhesi. Contoh: Kecenderungan tetesan hujan berpegang teguh pada permukaan daun. Hanya ketika ada banyak air dan berat > gaya adhesi, tetesan akan mengalir meninggalkan daun. Viskositas
• Viskositas → kecenderungan fluida (gas atau cair) untuk melawan arus
• Kebanyakan fluida berubah viskositasnya karena perubahan suhu.
Contoh: memasak minyak, oli motor, dan syrup
• Sebagai air dingin, viskositas naik > cairan lainnya karena ikatan H
cenderung melawan panas yang memisahkan molekul
![Page 12: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/12.jpg)
12
• Penting karena mempengaruhi E akuatik organisme untuk berkembang.
Contoh, penurunan suhu 20 0C meningkatkan viskositas air > 60% • Pada air dingin, viskositas tinggi berarti drifting organisme (plankton) menggunakan lebih sedikit E untuk menjaga tidak tenggelam • Hewan berenang menggunakan lebih banyak E untuk bergerak
• Moleku cair berakumulasi (gaya kohesi) menyebabkan fenomena yang
dikenal sebagai tegangan.
• Tegangan permukaan adalah perlawanan air terhadap benda-benda yang
berusaha menembus permukaannya.
• Tegangan permukaan mempengaruhi seberapa cepat lautan mengambil
CO2 dari atmosfer dan melepas O2 ke atmosfer untuk mengimbangi polusi.
• Banyak bahan kimia (sabun & deterjen), cenderung mengurangi ikatan H
dan meniadakan tegangan permukaan
• Karena itu banyak serangga yang
didukung oleh tegangan permukaan
tidak dapat terapung karena sabun,
tegangan permukaan tidak dapat
mendukung badannya → Serangga tenggelam seperti binatang besar.
![Page 13: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/13.jpg)
13
Es mengapung
• Sifat air yang luar biasa
• Zat lain akan menjadi padat saat dingin dan tenggelam
• Air menjadi kurang padat ketika dipanaskan. Lebih padat saat dingin, tapi
hanya ke satu titik
• Ikatan H menyebar molekul ke struktur kristal yang memakan ruang lebih
besar daripada air cair
• Dengan volume > es, kurang padat, sehingga mengapung
![Page 14: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/14.jpg)
14
Pengaruhnya pada Planet Bumi
• Dengan terapung, es membentuk
lapisan termal dengan air di bawahnya,
sehingga memungkinkan mempertahan
kan panas dan tetap cair. Iklim bumi
akan secara substansial lebih dingin,
bahkan terlalu dingin untuk kehidupan.
• Jika es tenggelam, lautan akan
sepenuhnya beku, dan air tidak akan
mampu mempertahankan panas.
![Page 15: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/15.jpg)
15
Siklus Air
7 hari
3550 hari
![Page 16: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/16.jpg)
16
• Aliran sungai memerlukan waktu sekitar 37.000 th untuk mengairi laut, dari
kering sampai penuh.
• Waktu tempuh → massa reservoir dibagi dengan input air. Perbandingan
waktu tinggal rata rata air di atmosfer dengan penguapan dari lautan dan
benua hanya sekitar 10 hari.
Pertanyaan mendasarnya adalah:
• Apa kontrol kimia pada pertumbuhan biologi & makanan di laut? Pada
beberapa area laut Fe berperan mengendalikan pertumbuhan fitoplankton.
Fe2+
Ca2+ NO3
-
![Page 17: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/17.jpg)
17
Eksperimen Martin (1991)
• Martin melakukan experiments dengan menambahkan Fe pada sample,
menunjukkan bahwa Fe dapat merangsang pertumbuhan produksi
diatome.
![Page 18: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/18.jpg)
18
![Page 19: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/19.jpg)
Dari mana komponen tsb berasal ?
19
![Page 20: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/20.jpg)
Aktivitas Lingkungan
20
![Page 21: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/21.jpg)
Siklus Oksianion
21
![Page 22: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/22.jpg)
Di atmosfer
22
![Page 23: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/23.jpg)
Atmo-ocean
23
![Page 24: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/24.jpg)
24
![Page 25: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/25.jpg)
1. Tegangan permukaan > kebanyakan cairan, sehingga sulit meregangkan
permukaan air .
2. Kalor penguapan tinggi, sehingga melambatkan iklim di bumi.
3. Panas matahari diserap ketika permukaan air menguap .
25
![Page 26: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/26.jpg)
4. Air adalah pelarut
serbaguna karena
polaritasnya, karena
itu banyak senyawa
ionik larut dalam air
26
![Page 27: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/27.jpg)
Daya larut H2O
• Air ~ pelarut universal (solvent)
- Apapun akan dilarutkan = solute (misal garam)
- Jika terlalu banyak solute pengendapan
(misal gula atau garam)
27
Anions (-) misal Cl-
Cations (+) misal Na+
Senyawa yang terbentuk dari molekul
dengan muatan berlawanan =
“senyawa ionic” – larut baik dalam H2O
![Page 28: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/28.jpg)
• Garam (solute), larut dalam air (solvent)
– Hingga “titik jenuh” tercapai
• Pertanyaan: bagaimana mengatasinya?
– Menaikkan suhu. . .
» Solute dapat larut
28
![Page 29: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/29.jpg)
Major Component air laut
• Garam terlarut - hydrat anion & cation
Cl- 18,98 ‰ (ppt)
Na+ 10,556
SO4-2 2,649
Mg2+ 1,272
Ca+2 0,400
K+ 0,380
HCO3- 0,140
• Gas terlarut → nitrogen; oxygen; carbon dioxide
• Organic & anorganic → terlarut & suspensi
29
Rata-rata, konsentrasi garam terlarut
(salinitas) 3,5% atau 35‰
Kelimpahan relatif tsb tidak berubah
Sedangkan kelimpahan relatif unsur
minor, bervariasi
![Page 30: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/30.jpg)
30
![Page 31: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/31.jpg)
• 5 besar constituents (elements of SeaWater)
31
![Page 32: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/32.jpg)
32
![Page 33: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/33.jpg)
33
![Page 34: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/34.jpg)
34
Para pakar menggunakan
conductivitas pada suhu yang
berbeda untuk penentuan salinitas
berbagai samudra.
Salinitas mempengaruhi densitas
Kedalaman sirkulasi dan
arus laut Iklim
![Page 35: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/35.jpg)
35
![Page 36: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/36.jpg)
Salinitas, banyaknya garam total dalam air
36
![Page 37: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/37.jpg)
37
![Page 38: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/38.jpg)
Salinitas Air Laut
• Air laut mengandung 3,5% garam, gas terlarut, bahan organik & partikel
tak terlarut.
• Garam mempengaruhi sifat fisis air laut (densitas, kompresibilitas, titik
beku, dan suhu dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat,
tetapi tidak menentukannya.
• Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara
signifikan oleh salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah
garam di laut (salinitas) adalah daya hantar listrik (konduktivitas) &
tekanan osmosis.
38
![Page 39: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/39.jpg)
Menentukan Salinitas
• Penguapan air untuk penentuan berat garam adalah metode yang tidak tepat
• Karena kestabilan komposisi jika kita mengukur salah satu komponen, lebih tepat pengukuran salinitas
• Salinitas = 1,80655 x Chlorinity (ppt)
• Jika chlorinity 19,2 ppt, maka salinitas air laut 34,7 ppt = 35 ppt
39
Sumber garam
Sungai (angin dan gletser adalah sumber yang kurang penting dan tidak
langsung) pelapukan kerak Samudera Hydrothermal Vents terkait
dengan Mid-ocean pegunungan dan gunung berapi bawah laut lainnya
Pelapukan kerak samudra
Hydrothermal Vents terkait dengan Mid-ocean pegunungan dan gunung
berapi bawah laut lainnya
![Page 40: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/40.jpg)
Faktor penenggelaman
• Aktivitas biologi
• Interaksi dengan partikulat: tanah liat & bahan organik penyerap logam
terlarut
Pengendapan langsung
• Aktivitas hydrothermal
• Reaksi antara air laut dengan kerak samudra
• Mineral seperti Mg bersama sama dengan Ca yang ditambahkan ke air
laut
40
![Page 41: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/41.jpg)
Sifat fisika dan kimia air
• Kapasitas panas → E untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1° C
• E untuk memutuskan ikatan H, meningkatkan fraksi bebas air
• Penting dalam mempertahankan thermal & transport panas ke yang lebih tinggi dengan atmosfer
Input panas atau melepas terkait dengan perubahan fasa (es - cairan, cairan – uap)
Perubahan struktur air, H-bonding dengan perubahan fasa
Densitas → massa per unit volume (gram/cm3). Air murni maks 4°C
Densitas fasa air (es, cair, uap) karena perubahan struktur molekul
Berperan besar pada sirkulasi & stabilitas di kedalaman
41
![Page 42: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/42.jpg)
42
![Page 43: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/43.jpg)
Transmisi cahaya
• Terlihat sebagai bagian dari spektrum
• Terabsorb pada kolom
• Menyerap kuat IR (heat) & UV (mencegah kerusakan DNA)
Daya larut
• Pelarut hidrasi – interaksi antara solutes & air
• Ikatan H berkurang, orde air meningkat, densitas naik
• pengecualian solut pada pembekuan dan penguapan
• Efek lain dari solut: titik beku turun, titik didih naik
pH
• ukuran disosiasi air menjadi ionnya (H+, OH-)
• pH = - log [H+]
• Pengaruh pH pada proses biologi & reaksi geokimia
43
![Page 44: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/44.jpg)
44
![Page 45: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/45.jpg)
45
![Page 46: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/46.jpg)
Sifat konservatif air laut (sifat yang hanya berubah pada permukaannya):
suhu, salinitas, & gas gas inert
Sifat tsb tak dapat diubah oleh reaksi biologi atau geokimia
Penting pada identifikasi massa air, tracing & pencampuran
Sifat nonkonservatif(dapat diubah oleh reaksi biologi/geokimia)
Gas terlarut
• Proporsi gas di atmosfer ≠ di air laut
• N2 di samudra < di atmosfer
• O2 & CO2 > di samudra
• CO2 yang terus bertambah di atmosfer pemanasan global
46
![Page 47: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/47.jpg)
pH & CO2 Siklus CO2
• CO2 (gas) ↔ CO2 (dissolved)
• H2O + CO2 ↔ H2CO3
• H2CO3 ↔ H+ + HCO3-
• HCO3- ↔ H+ + CO3
2-
• Ca2+ + CO32- ↔ CaCO3 (solid)
• Alkalinitas → jumlah mol ion H yang diperlukan untuk mengkonversi semua anion asam lemah untuk membentuk senyawanya dalam 1 kg air
47
![Page 48: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/48.jpg)
Sikl
us
CO
2
48
![Page 49: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/49.jpg)
49
![Page 50: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/50.jpg)
• CO2 penting dibutuhkan oleh tumbuhan untuk photosynthesis.
• O2 penting dibutuhkan oleh hewan pada pernafasan
Photosynthesis:
• CO2 + H2O + energy [dari matahari] O2 + karbohidrat (= gula organic)
Pernafasan (kebalikan dari photosynthesis):
• O2 + sugar CO2 + H2O + energy
Oksigen terlarut
• Air laut & atmosfer, pertukaran udara-air hanya pada antarmuka
• Proses biologi mempengaruhi [O2] photosynthesis dan pernafasan
• Distribusi O2 di air mengontrol proses O2
50
![Page 51: Marine chemistry](https://reader038.vdocuments.net/reader038/viewer/2022102802/58ed89e01a28abbb598b4683/html5/thumbnails/51.jpg)
Fotosintesis
6H2O + 6CO2 → C6H12O6 + 6O2
air karbondioksid karbohidrat oksigen
51