12

KIMIA AIR

I. Definisi Umum

Water :

A clear colorless, nearly odorless and tasteless, liquid, H2O, essential for most plants and animal life and the most widely used of all solvents. Melting point 0oC, boiling point 1000C, specific gravity 1, weight per gallon 8,337 pounds

(American Heritage Dictionary of The English Language)

Definisi lainnya :

Menurut KBBI ( Kamus Besar Bahasa Indonesia, Balai Pustaka, 1995, Ed.2 )

Air ( benda ): Benda cair yang biasa terdapat di sumur, sungai, danau yang mendidih pada suhu 1000C.

Air asin : Air yang salinitasnya melebihi 40%.

Air garam : Air yang mempunyai kepekatan garam yang keasinannya hampir sama dengan air laut.

Air gravitasi : Air yang masuk atau keluar dari tanah karena pengaruh gaya tarik bumi

Air kisi : Air yang terperangkap dalam pori atau kisi antara butiran-butiran kecil penyusun batuan.

Air laut : Air di laut yang biasanya mempunyai kadar garam antara 30-35%.

Air limbah : Air yang membawa dan mengandung bahan-bahan buangan dari berbagai kegiatan penduduk atau pabrik.

Air lunak : Air yang tidak mengandung mineral.

Air payau : 1. Air yang tidak sedap rasanya akibat kelebihan kadar chlorida.

2. Campuran antara air laut dan air tawar yang biasanya mempunyai kadar garam kurang dari 30/mil.

Air tanah : Air yang terdapat di bawah permukaan tanah.

Air tanih : Air yang cukup dekat pada permukaan sehingga tersedia bagi akar tumbuhan.

Sumur : 1. Sumber air buatan dengan cara menggali tanah; perigi.

2. Lubang yang sengaja dibuat menembus lapisan tanah untuk memperoleh air, minyak atau gas.

3. Bangunan hidrolik berupa lubang yang digali ke dalam bumi untuk memungkinkan penyadapan air secara ekonomis dari akuifer.

Menurut Depkes R.I.

Air bersih :

Air yang digunakan untuk keperluan sehari-hari yang kualitasnya memenuhi syarat-syaratkesehatn dan dapat diminum apabila telah dimasak ( Permenkes RI. No. 416/Menkes/Per/IX/1990Air minum :

Air yang memenuhi syarat kesehatan dan dapat langsung diminum

II. SIFAT KIMIA ( Ikatan dan pH air )

Senyawa air terdiri dari satu molekul O (Oksigen) dan dua molekul H (Hidrogen) yang berikatan secara kovalen. Hidrogen dan oksigen mempunyai daya padu yang cukup besar. Keunikan air terjadi berkat ikatan pemadu kedua unsurnya. perangkaian jarak atom-atomnya mirip kunci yang masuk lubangnya, kecocokannya begitu sempurna, sehingga air tergolong senyawa yang paling mantap. Semua atom dalam molekul air terjalin menjadi satu oleh ikatan yang kuat, yang hanya dapat dipecahkan oleh perantara yang paling agresif, isalnya energi listrik atau energi kimia seperti logam kalium.

Sebuah atom oksigen mempunyai sebuah inti dengan delapan proton; kulit elektron bagian dalam berisi dua elektron dan sebuah kulit elektron luar hanya berisi enam elektron, jadi masih belum penuh atau kekurangan dua elektron. Sedang sebuah atom hidrogen mempunyai kulit elektron tunggal di sekeliling intinya, yang berisi hanya satu elektron, jadi masih belum penuh atau kekurangan satu elektron. Kulit yang belum berisi penuh tersebut tidak mantap dan elektronnya dengan cepat bergabung dengan elektron yang lain untuk memenuhi ruangan dalam suatu kulit. Kulit yang telah terisi penuh merupakan bentuk yang mantap, dan setelah hal itu terjadi, maka akan dilawannya setiap usaha pemisahan.

Ikatan Kovalen dan Ikatan Antar Molekul air

Dalam sebuah molekul air, dua buah atom hidrogen berikatan dengan sebuah atom oksigen melalui dua ikatan kovalen, yang masing-masing mempunyai energi sebesar 110,2 kkal/mol. Ikatan kovalen tersebut merupakan dasar bagi sifat air yang penting, misalnya kebolehan air sebagai pelarut.

KIMIA TANAH

Setiap tanah biasanya memiliki tiga atau empat lapisan yang berbeda. Lapisan dibedakan umumnya pada keadaan fisik yang terlihat, warna dan tekstur adalah yang utama. Hal ini membawa pengklasifikasian lebih lanjut dalam hal tekstur tanah yang dipengaruhi ukuran partikel, seperti apakah tanah itu lebih berpasir atau lebih liat dari pada lapisan tanah di atas dan di bawahnya.

Sebagian besar jenis tanah mengacu pada pola utama lapisan tanah yang terkadang disebut dengan lapisan tanah yang ideal. Setiap lapisan ditandai dengan huruf, dengan urutannya sebagai berikut: O-A-B-C-R.

Lapisan O

Huruf O menujukkan kata "organik". lapisan ini disebut juga dengan humus. Lapisan ini didominasi oleh keberadaan material organik dalam jumlah besar yang berasal dari berbagai tingkat dekomposisi. Lapisan O ini tidak sama dengan lapisan dedaunan yang berada di atas tanah, yang sesungguhnya bukan bagian dari tanah itu sendiri.

Lapisan A

Lapisan A adalah lapisan atas dari tanah, sehingga diberi huruf A. Kondisi teknis dari lapisan A mungkin bervariasi, namun seringkali dijelaskan sebagai lapisan tanah yang relatif lebih dalam dari lapisan O. Lapisan ini memiliki warna yang lebih gelap dari pada lapisan yang berada di bawahnya dan mengandung banyak material organik. Dan mungkin lapisan ini lebih ringan dan mengandung lebih sedikit tanah liat. Lapisan A dikenal sebagai lapisan yang memiliki banyak aktivitas biologi. Organisme tanah seperti cacing tanah, arthropoda, nematoda, jamur, dan berbagai spesies bakteri dan bakteri archaea terkonsentrasi di sini, dan seringkali berhubungan dengan akar tanaman.

Lapisan B

Lapisan B umunya disebut lapisan tanah bawah, dan mengandung lapisan mineral yang mirip dengan lapisan mineral tanah liat seperti besi atau aluminium, atau material organik yang sampai ke lapisan tersebut oleh suatu proses kebocoran. Akar tanaman menembus lapisan tanah ini, namun lapisan ini sangat miskin material organik. Lapisan ini umumnya berwarna kecoklatan, atau kemerahan akibat tanah liat dan besi oksida yang terbilas dari lapisan A.

Lapisan C

Lapisan C dinamakan karena berada di bawah A dan B. lapisan ini sedikit dipengaruhi oleh keberadaan proses pembentukan tanah dari bawah. Lapisan C ini mungkin mengandung bebatuan yang belum mengalami proses pelapukan. Lapisan C juga mengandung material induk.

Lapisan R

Lapisan R didefinisikan sebagai lapisan yang mengalami sebagian pelapukan bebatuan menjadi tanah. Berbeda dengan lapisan di atasnya, lapisan ini sangat padat dan keras dan tidak bisa digali dengan tangan.

Bahan Kimia Dalam Tanah

Mineral adalah senyawa anorganik alamiah dengan sifat kimia dan fisik tertentu.

Mineral

Bukan berasal dari jasad hidup

Terjadi secara alami

Berkomposisi kimia dan mempunyai rumus kimia

Contoh mineral : Pyrite (FeS2), Siderite (FeCO3), MnS, MnO, dll.

Mineral utama pembentuk kerak bumi:

1. Kuarsa (SiO2)

2. Kalsit (CaCO3)

3. Mika (Senyawa silikat + Al, Na, Mg, dll)

4. Feldspar (Senyawa silikat + Al & K)

5. Piraksen (Senyawa silikat + Al & unsur lain)

6. Pirit (FeS2)

7. Galena (Senyawa besi dengan timbal)

8. Magnetite (Senyawa oksida besi)

9. Grafit (Carbon)

Sumber CO2 dan terjadinya kesadahan dalam tanah

Sources of Hardness Minerals in Drinking Water

Water is a good solvent and picks up impurities easily. Pure water -- tasteless, colorless, and odorless -- is often called the universal solvent. When water is combined with carbon dioxide to form very weak carbonic acid, an even better solvent results. As water moves through soil and rock, it dissolves very small amounts of minerals and holds them in solution. Calcium and magnesium dissolved in water are the two most common minerals that make water "hard." The degree of hardness becomes greater as the calcium and magnesium content increases and is related to the concentration of multivalent cations dissolved in the water..

Indications of Hard Water

Hard water interferes with almost every cleaning task from laundering and dishwashing to bathing and personal grooming. Clothes laundered in hard water may look dingy and feel harsh and scratchy. Dishes and glasses may be spotted when dry. Hard water may cause a film on glass shower doors, shower walls, bathtubs, sinks, faucets, etc. Hair washed in hard water may feel sticky and look dull. Water flow may be reduced by deposits in pipes.

Dealing with hard water problems in the home can be a nuisance. The amount of hardness minerals in water affects the amount of soap and detergent necessary for cleaning. Soap used in hard water combines with the minerals to form a sticky soap curd. Some synthetic detergents are less effective in hard water because the active ingredient is partially inactivated by hardness, even though it stays dissolved. Bathing with soap in hard water leaves a film of sticky soap curd on the skin. The film may prevent removal of soil and bacteria. Soap curd interferes with the return of skin to its normal, slightly acid condition, and may lead to irritation. Soap curd on hair may make it dull, lifeless and difficult to manage.

When doing laundry in hard water, soap curds lodge in fabric during washing to make fabric stiff and rough. Incomplete soil removal from laundry causes graying of white fabric and the loss of brightness in colors. A sour odor can develop in clothes. Continuous laundering in hard water can shorten the life of clothes. In addition, soap curds can deposit on dishes, bathtubs and showers, and all water fixtures.

Hard water also contributes to inefficient and costly operation of water-using appliances. Heated hard water forms a scale of calcium and magnesium minerals that can contribute to the inefficient operation or failure of water-using appliances. Pipes can become clogged with scale that reduces water flow and ultimately requires pipe replacement.

Potential Health Effects

Hard water is not a health hazard. In fact, the National Research Council (National Academy of Sciences) states that hard drinking water generally contributes a small amount toward total calcium and magnesium human dietary needs. They further state that in some instances, where dissolved calcium and magnesium are very high, water could be a major contributor of calcium and magnesium to the diet.

Researchers have studied water hardness and cardiovascular disease mortality. Such studies have been "epidemiological studies," which are statistical relationship studies.

While some studies suggest a correlation between hard water and lower cardiovascular disease mortality, other studies do not suggest a correlation. The National Research Council states that results at this time are inconclusive and recommends that further studies should be conducted.

Testing

If you are on a municipal water system, the water supplier can tell you the hardness level of the water they deliver. If you have a private water supply, you can have the water tested for hardness. Most water testing laboratories offer hardness tests for a fee, including the Environmental Quality Center. Also many companies that sell water treatment equipment offer hardness tests. When using these water tests, be certain you understand the nature of the test, the water condition being measured, and the significance of the test results. An approximate estimate of water hardness can be obtained without the aid of outside testing facilities. Water hardness testing kits are available for purchase through water testing supply companies. If more accurate measurements are needed, contact a testing laboratory.

Interpreting Test Results

The hardness of your water will be reported in grains per gallon, milligrams per liter (mg/l) or parts per million (ppm). One grain of hardness equals 17.1 mg/l or ppm of hardness.

The Environmental Protection Agency (EPA) establishes standards for drinking water which fall into two categories -- Primary Standards and Secondary Standards.

Primary Standards are based on health considerations and Secondary Standards are based on taste, odor, color, corrosivity, foaming, and staining properties of water. There is no Primary or Secondary standard for water hardness. Water hardness is classified by the U.S. Department of Interior and the Water Quality Association as follows:

Classificationmg/l or ppmgrains/gal

Soft0 - 17.10 - 1

Slightly hard17.1 - 601 - 3.5

Moderately hard60 - 1203.5 - 7.0

Hard120 - 1807.0 - 10.5

Very Hard180 & over10.5 & over

NOTE: Other organizations may use slightly different classifications.

pH

Water ionizes into H+ and OH-H2O H+ and OH-pH scale expresses hydrogen ion (H+) concentration in a solution.logarithmic scale ranging from 0-14neutral = 7Below 7 = acidAbove 7 = base Water at 25oC contains 1/10,000,000 mole of H+ ions = 10 -7 moles/literpH = -log [H+]

#

Calculations with pH

Ans: 4.2

3.98 x 108 M

Q: What is the pH if [H+]= 6.3 x 105? pH = log [H+](6.3, exp or EE, 5, +/-, log, +/-)(-, log, 6.3, exp or EE, -, 5)

Q: What is the [H+] if pH = 7.4?[H+] = 10pH mol/L(10, xy, 7.4, +/-, =)(10, ^, -, 7.4, =)

5

2 a)pH = log [H+] = log [1x108] = 8.0 b)pH = log [H+] = log [1x107] = 7.0 c)pH = log [H+] = log [2.5x106] = 5.60 d)pH = log [H+] = log [1.3x104] = 3.896 a)[H+] = 10pH = 105.4 = 4 x 106 mol/L b)[H+] = 10pH = 105.72 = 1.9 x 106 mol/L

6

Acids

Acids dissociate in water to increase the concentration of H+.Have many H+ ionsSour tasteHCl is hydrochloric acid or stomach acid

#

pH

There are many ways to consider acids and bases. One of these is pH.[H+] is critical in many chemical reactions.A quick method of denoting [H+] is via pH.By definition pH = log [H+], [H+] = 10-pHThe pH scale, similar to the Richter scale, describes a wide range of valuesAn earthquake of 6 is 10 as violent as a 5Thus, the pH scale condenses possible values of [H+] to a 14 point scaleAlso, it is easier to say pH = 7 vs. [H+] = 1 x 107

4

Bases

Bases combine with H+ ions when dissolved in water, thus decreasing H+ concentration.Have many OH- (hydroxide) ionsBitter tasteNaOH = sodium hydroxide or baking soda

#

pH

#

Water consists of an oxygen atom bound to two hydrogen atoms by two single covalent bonds.Oxygen has unpaired & paired electrons which gives it a slightly negative charge while Hydrogen has no unpaired electrons and shares all others with OxygenLeaves molecule with positively and negative charged ends

Water is a Polar Molecule-has oppositely charged ends

#

4

slightly positive charge

slightly negative charge

hydrogen bond between (+) and (-) areas of different water molecules

Water molecules form Hydrogen bonds

#

#

< 0o C - ice; 0o C - 100o C liquid; > 100o C - steam

#

Water consists of an oxygen atom bound to two hydrogen atoms by two single covalent bonds.Oxygen has unpaired & paired electrons which gives it a slightly negative charge while Hydrogen has no unpaired electrons and shares all others with OxygenLeaves molecule with positively and negative charged ends

Water is a Polar Molecule-has oppositely charged ends

#

3

slightly positive charge

slightly negative charge

hydrogen bond between (+) and (-) areas of different water molecules

Water molecules form Hydrogen bonds

#

#