Rabu, 18 November 2009

kesadahan air

BAB I
PENDAHULUAN

Air merupakan unsur penting dalam kehidupan. Hampir seluruh kehidupan di dunia ini tidak terlepas dari adanya unsur air ini. Sumber utama air yang mendukung kehidupan di bumi ini adalah laut, dan semua air akhirnya akan kembali ke laut yang bertindak sebagai “reservoir” atau penampung. Air dapat mengalami daur hidrologi. Selama menjalani daur itu air selalu menyerap zat-zat yang menyebabkan air itu tidak lagi murni. Oleh karena itu, pada hakekatnya tidak ada air yang betul-betul murni.
Zat-zat yang diserap oleh air alam dapat diklasifikasikan sebagai padatan terlarut, gas terlarut dan padatan tersuspensi. Pada umumnya, jenis zat pengotor yang terkandung dalam air bergantung pada jenis bahan yang berkontak dengan air itu, sedangkan banyaknya zat pengotor bergantung pada waktu kontaknya. Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan terutama terdiri dari: kalsium karbonat (CaCO3), magnesium karbonat (MgCO3), kalsium sulfat (CaSO4), magnesium sulfat (MgSO4), dan sebagainya.
Air yang banyak mengandung mineral kalsium dan magnesium dikenal sebagai “air sadah”, atau air yang sukar untuk dipakai mencuci. Kesadahan air disebabkan oleh ion-ion magnesium dan kalsium. Kesadahan tidaklah menguntungkan karena menurunkan tegangan permukaan air. Air yang dianggap bermutu tinggi mempunyai kesadahan yang rendah. Senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat yang akhirnya menjadi kerak.




BAB II
PEMBAHASAN

Kesadahan berasal dari kata sadah yang berarti mengandung kapur, jadi kalau kesadahan air adalah adanya kandungan kapur yang berlebih pada air yang disebabkan oleh lapisan tanah kapur yang dilaluinya. Jenis sumber air yang yang banya mengandung sadah air tanah khususnya air tanah dalam. Air sadah dapat menyebabkan sabun sukar berbuih, hal ini diakibatkan oleh kandungan natrium stearat (C17H35COONa) dalam sabun yang beraksi dengan ion-ion Mg2+ dan Ca2+ yang memebenuk busa buih yang mengendap,
Mg2+ (aq) + 2 C17H35COO- (aq) Mg(C17H35COO)2 (aq)
Ca2+ (aq) + 2 C17H35COO- (aq) Ca(C17H35COO)2 (aq)
Karena sabun diendapkan, maka busa sabun baru akan terbentuk bila semua ion-ion magnesium dan kalsium telah terendapkan. Ini berarti untuk mencuci diperlukan sabun dengan jumlah yang banyak. Air sadah seperti ini mengakibatkan:
1. Sabun sukar berbusa, sehingga konsumsi sabun lebih tinggi untuk keperluan mandi ataupun mencuci,
2. Tidak enak diminum (ditelan terasa kasar pada tenggorokan),
3. Terbentuknya kerak pada katel (panci) pada waktu air tersebut dimasak, akibatnya peralatannya menjadi lebih tebal dan penggunaan energi untuk pemanasan air menjadi lebih banyak.
4. Pada industri yang menggunakan pipa-pipa untuk menyalurkan air, air sadah dapat menimbulkan penyumbatan pada saluran pipa.
5. Air sadah yang mengandung ion kalsium (Ca) jika dikonsumsi bersama asam oksalat yang banyak terdapat pada sayur bayam atau buah nanas akan dapat membentuk senyawa kompleks Ca-oksalat yang mengendap pada saluran kencing atau disebut batu ginjal.
Kesadahan air disebabkan oleh ion-ion magnesium dan kalsium. Kesadahan tidaklah menguntungkan karena menurunkan tegangan permukaan air. Air yang dianggap bermutu tinggi mempunyai kesadahan yang rendah. Kalsium atau magnesium dapat bereaksi dalam air sadah dengan sabun sehingga sabun tidak memberi busa. Kesadahan karena asam hidrogen karbonat (H2CO3) dinamakan kesadahan karbonat atau kesadahan sementara karena kesadahan dapat hilang karena dipanaskan. Kesadahan karena garam sulfat atau klorida disebut kesadahan tetap atau permanen. Kesadahan yang tinggi belum tentu disebabkan limbah industri, mungkin karena susunan geologi tanah di sekitar sungai.
Air sadah bila digunakan untuk mencuci tidak dapat bersih karena lemak/kotoran dalam pakaian belum seluruhnya lepas, ini disebabkan karena air sadah dapat menggumpalkan sabun cuci dimana sabun cuci seharusnya bertugas menggumpalkan lemak/kotoran. Hal ini terjadi karena ion Ca2+ dan Mg2+ dapat menggantikan ion Na+, didalam molekul sabun cuci sehingga sabun akan mengendap didalam air.

A Kesadahan air pada dasarnya dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu :
1. Kesadahan sementara
Kesadahan sementara adalah kesadahan yang disebabkan oleh ion Ca2+ dan Mg2+ yang berikatan dengan ion karbonat dan bikarbonat. Air sadah sementara dapat terjadi secara alami ketika air hujan melarutkan sedikit karbon dioksida udara, sehingga air hujan itu mengandung asam karbonat. Katika air hujan ini melewati daerah berkapur air tersebut akan menyerap dan menghanyutkan kapur sehingga terbentuk hidrogen-karbonat larut, dengan reaksi sebagai berikut:
CaCO3 (s) + CO2(s) + H2O Ca(HCO)3 (aq)
Air sadah sementara dapat juga dihilangkan dengan penambahan larutan Ca(OH)2, dengan reaksi sebagai berikut:
Ca(HCO3) + Ca(OH)2(aq) 2CaCO3(S) + 2H2O(l)
CaCO3(S) padatan akan mengendap, dengan cara penyaringan maka air tersebut terbebas dari Ca atau Mg. kesadahan sementara ini juga dapat dihilangkan dengan jalan pemanasan di mana akibat pemanasan garam-garam asam tersebut berubah menjadi garam normalnya, yaitu CaCO3 dan MgCO3¬ yang sukar larut (mengendap), reaksinya sebagai berikut:
Ca(HCO3)2 CaCO3(s) + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 MgCO3 (s) + H2O + CO2
Oleh karena itu, tidaklah mengherankan bila dibagiain dasar peralatan yang dipergunakan untuk merebus air terdapat kerak atau endapan.

2. Kesadahan tetap
Kesadahan tetap adalah kesadahan yang disebabkan oleh ion Ca2+ dan Mg2+ yang berikatan dengan ion Cl-, SO42-, NO3-, contohnya CaCl2 dan MgSO4. Kesadahan tetap terjadi ketika air melewati daerah bebatuan yang mengandung sulfat magnesium dan kalsium. Kesadahan ini tidak dapat dihilangkan hanya dengan pendidihan atau dengan penambahan kapur mati, tetapi dapat dihilangkan dengan penambahan soda basuh atau menggunakan proses permutit (yang juga dapat dipakai untuk air sadah sementara), dan juga dapat dihilangkan dengan reaksi kimia , bahan penukar ion (zeloit) atau destilasi (penyulingan).
Untuk menghilangkan kesadahan tetap pada air dengan reaksi kimia adalah dengan jalan menambahkan natrium karbonat Na2CO3, reaksinya sebagai berikut:
Ca2+ + CaCO3 (s)
Mg2+ + MgCO3 (s)
Atau ditambahkan natrium posfat Na3SO4, reaksinya sebagai berikut:
Ca2+ + Ca3(PO4)2 (s)
Mg2+ + Mg3(PO4)2(s)
Sedangkan air sadah yang mengandung ion-ion Mn2+ dan Fe2+ memberikan rasa anyir pada air, berbau dan bila dibiarkan lama tampak di permukaan air seperti ada lapisan minyak. Selain itu, pemakaian air untuk keperluan mencuci dapat menimbulkan noda-noda kuning kecoklatan pada peralatan dan pakaian yang dicuci, terutama yang berwarna putih. Mengapa demikian?
Perhatikan persamaan reaksi berikut?
4Fe(HCO3)2 + 2H2O + O2 4Fe(OH)3 + 8CO2 ……. (a)
4Fe(OH)3 2Fe2O3 + 6H2O ……(b)
2Mn (HCO3)2 + O2 2MnO2 + 2 H2O + 4CO2 ……(c)
Penjelasan :
Pada reaksi (a) air yang mengandung fero-bikarbonat Fe(HCO3)2 digunakan untuk mencuci pakaian dan oksigen (O2) di udara beraksi dengan air dan fero-bikarbonat tersebut sehingga menjadi Fe(OH)3. Pada reaksi (b) pada waktu pakaian dijemur Fe(OH)3 terurai menjadi air (menguap) dan Fe2O3 yang terlihat berwarna kuning kecoklat-coklatan pada pakaian. Sedangkan pada reaksi kimia (c) mangan dioksida (MnO2) mengendap dengan warna cokelat kehitam-hitaman.
Meskipun ion kalsium, ion magnesium, ion besi dan ion mangan diperlukan oleh tubuh kita. Air sadah yang banyak mengandung ion-ion tersebut tidak baik untuk dikonsumsi. Karena dalam jangka panjang akan menimbulkan kerusakan pada bagian dalam tubuh kita. Air sadah yang banyak mengandung ion-ion tersebut tidak baik untuk dikonsumsi. Karena dalam jangka panjang akan menimbulkan kerusakan pada bagian dalam tubuh kita. Tubuh kita hanya memerlukan ion-ion tersebut dalam jumlah yang sangat sedikit sekali.
Kalsium untuk pertumbuhan tulang dan gigi, mangan dan magnesium merupakan zat yang membantu kerja enzim, besi dibutuhkan untuk pembentukan sel darah merah.
Oleh karena itu batas kadar ion besi yang diizinkan terdapat di dalam air minum hanya sebesar 0,1 sampai 1 ppm (ppm= part per million, 1 ppm= 1 mgr/1 liter). Untuk ion mangan ; 0,005-0,5ppm, ion kalsium : 75-200ppm dan ion magnesium : 30-150 ppm.

B Tipe-tipe kesadahan air
1 kesadahan umum (“general hardness” atau GH)
yaitu kesadahan total atau total hardness ini merupakan penjumlahan dari GH dan KH. Kesadahan umum atau “General Hardness” merupakan ukuran yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca++) dan ion magnesium (Mg++) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga diabaikan. GH pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/ satu persejuta bagian).

2 Kesadahan karbonat (“carbonate hardness” atau KH).
Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO3-) dan karbonat (CO3–) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk menunjukkan hal yang sama. Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH.
KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO3 seperti halnya GH. Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan melalukan air melewati gambut. Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat. Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH maupun GH dengan proporsi yang sama.
Dalam kaitannya dengan proses biologi, GH lebih penting peranananya dibandingkan dengan KH ataupun kesadahan total. Apabila ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras) atau rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada GH. Ketidaksesuaian GH akan mempengaruhi transfer hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran dan dapat mempengaruhi kesuburan, fungsi organ dalam (seperti ginjal), dan pertumbuhan. Setiap jenis ikan memerlukan kisaran kesadahan (GH) tertentu untuk hidupnya. Pada umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi GH lokal.


C Cara Untuk Menghilangkan Kesadahan Air
Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Kelebihan ion Ca2+ serta ion CO32-+ (salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan kalsiumkarbonat CaCO3. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya turbulensi.
Ion kalsium, Ca2+ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah Ca2+, oleh karena itu konsentrasi HCO3- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca2+ – HCO3- dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca2+ – SO42- dapat terjadi.
Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca2+ relatif lebih kecil dibandingkan dengan lainnya, maka densitas muatan ion Mg2+ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan hidrasi. Magnesiun dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg2+ HCO3- dan Mg2+ SO42- terjadi bila konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.
Mineral-mineral seperti dolomit adalah paling umum dalam air.
CaMg (CO3)2 + 2 CO2 +2 H2O Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3-
Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan dapat, bereaksi dengan zat-zat lain hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu.
Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+, juga oleh Mn2+, Fe2+ dan semua kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang bersifat kapur.
Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3- dan OH-. Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila ti¬tik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak dengan air yang tidak jenuh (agresip). Ion Mg2+ akan bereaksi dengan OH- membentuk garam yang terlarut sampai batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)2 bila titik kejenuhan dilampaui.
Ion Ca2+ dan Mg2+ diendapkan sebagai CaCO3 dan Mg(OH)3 menurut reaksi kesetimbangan kimiawi sebagai berikut :
Mg2+ + 2 OH- Mg(OH)2
Ca2+ + C032- CaCO3
CO32- berasal dari karbondioksida CO2 dan bikarbonat HCO3- yang sudah terlarut dalam air sesuai dengan reaksi berikut :
CO2 + OH- HCO3
HCO3+ + OH- CO32- + H2O + H2O
Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah secara simultan alkalinitas juga cenderung rendah ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar mengendap.
Cara untuk menghilangkan kesadaha air diantaranya yaitu:
a. Resin penukar ion
Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar. Resin adalah zat yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hunya dipakai resin dengan sifat anionik.
Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.
Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin penukar anion hasil sintesis ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.
Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.
Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan.

b. Resin penukar kation
Dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).
Resin penukar ion yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion.
Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.
Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi adalah sangat mirip dengan pertukaran ion- ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam. Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total pertukaran.
Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.
Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.
Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi. Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OH− dapat diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini).
Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.

0 komentar:

Poskan Komentar