BAB I SIFAT AIR

BAB I SIFAT DAN KUALITAS AIR 

A. Kimia 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. Oksi Oksige gen n memp mempun unya yaii nomo nomorr atom atom 8 dan dan mass massaa atom atom 16, 16, terle terleta tak k pada pada periode periode ke-2 dan golongan golongan VI A pada sistem sistem periodik. periodik. Sebuah Sebuah atom oksigen oksigen mempun mempunyai yai delapa delapan n elektro elektron, n, dua elektro elektron n berada berada pada pada kulit kulit elektro elektron n bagian 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 belum penuh penuh atau kekura kekuranga ngan n satu satu elektr elektron. on. Kulit Kulit yang yang belum belum terisi terisi penuh penuh tersebut tidak mantap dan elektronnya cepat bergabung dengan elektron lain untuk  memenu memenuhi hi ruang ruang dalam dalam suatu suatu kulit. kulit. Kulit Kulit yang yang telah telah terisi terisi penuh penuh merupa merupakan kan bentuk yang mantap, dan setelah hal itu terjadi, maka akan dilawannya setiap usaha pemisahan. Dalam Dalam sebuah sebuah moleku molekull air dua buah buah atom atom hydrog hydrogen en berika berikatan tan dengan dengan sebuah atom oksigen melalui dua ikatan kovalen, yang masing-masing mempunyai mempunyai energi besar 110,2 kkal per mol. Ikatan kovalen tersebut merupakan 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 104,5 o 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 105 o

(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 molekulmolekul 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 Air  Sifat Efek dan Kegunaan Pelarut yang sangat baik  Transport zat-zat makanan dan bahan buangan yang dihasilkan proses biologi. Konstanta dielektrik paling diantara cairan murni lainnya.

tinggi

Kelarutan dan ionisasi dari senyawa ini tinggi dalam larutannya.

Tegangan permukaan lebih tinggi dari pada cairan lainnya

Faktor pengendali dalam fisiologi, membentuk fenomena tetes dan permukaan.

Transparan terhadap cahaya tampak  Tidak berwarna, mengakibatkan cayaya dan sinar yang mempunyai panjang yang dibutuhkan untuk fotosintesis gelombang lebih besar dari ultraviolet. mencapai kedalaman tertentu. Bobot jenis tirtinggi dalam bentuk  Air beku (es) mengapung, sirkulasi cairan (fasa cair) pada 4oC. vertical menghambat stratifikasi badan air. Panas panguapan lebih tinggi dari material lainnya

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

Kapasitas kalor lebih tinggi Stabilisasi dari temperature organisme dibandingkan dengan cairan lain dan wilayah geographis. kecuali ammonia. Temparatur stabil pada titik beku. Panas laten dan peleburan lebih tinggi daripada cairan lain kecuali ammonia.

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 senyawasenyawa 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 unsurunsur 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, NO 3, 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.