FISIKA LINGKUNGAN(D2004029)

Jurusan/Program Studi: Fisika/Pendidikan FisikaSks : 2 sksSemester : II

Tahun Akademik : 2013/2014

Dosen Pengampu : Dr. Budi Astuti, M.Sc.

BAB I

LINGKUNGAN AIR

• Dapat memahami secara fisika hal-hal yang terjadi dengan air.

• Dapat memiliki pemahaman tentang air yang memenuhisyarat untuk dikonsumsi.

• Dapat turut serta menjaga kualitas air.

Kompetentensi Dasar

Lingkungan Air

Sifat-sifat fisis air

Kualitas air

o Sifat dasar air murni

o sifat akustik

o sifat optik

o gerakan gelombang pada air

Sifat Dasar Air Murni

Molekul air secara khascenderung untuk membentukikatan hidrogen karenakeempat pasangan electronvalensi yang mengelilingi atomO dalam H2O tidakterdistribusi secara simetris

Anomali Air

Sifat Akustik Air

• Secara fisis dapat dilihat bahwa suatu penambahan temperatur akan mengakibatkan penambahan dalam C (kecepatan suara). Kecepatan bertambah besar kira-kira 3 m/sec setiap kenaikan suhu 1 0C .

• Penambahan tekanan juga menyebabkan penambahan kecepatan suara, yang berarti juga penambahan kedalaman akan menyebabkan penambahan kecepatan, Kira-kira 1,8 m/sec setiap 100 m.

• Kecepatan suara lebih sensitif terhadap perubahan suhu daripada terhadap salinitas. Karena suhu dan tekanan berubah-ubah pada tiap lapisan air, maka kecepatan suara pada tiap-tiap lapisan akan berbeda-beda pula.

• Suara sebagai energi (akustik energi) akan diredam oleh gesekan molekul dari medium. Sering juga dikatakan bahwa suara diabsorbsi oleh medium tersebut. Besarnya absorbsi ini berbanding pangkat dua dengan frekuensi suara.

• Pengetahuan tentang sifat-sifat akustik di laut merupakan hal yang penting untuk diketahui di dalam operasi di laut.

Sifat Optik Air

• Air seperti kebanyakan zat menstranmisikan radiasi elekromagnetik secara selektif.

Air cukup transparan untuk cahaya tampak (visible light)

Air kabur (opque) untuk panjang-panjang gelombang di luar “band” cahaya tampak.

• Kira-kira setengah energi matahari yang sampai ke permukaan, tidak tampak (in visible).

Air sangat kabur (opque) terhadap radiasi infrared.

Sebuah pelampung ditempatkan di

atas permukaan air laut yang dilewati

oleh gelombang akan terlihat bergerak

melingkar pada bidang vertikal dengan

arah perambatan gelombang pada

daerah yang sangat terbatas.

rz = a e-kz

dengan: a = amplitudo gelombang

rz = jari-jari orbit gelombang

z = kedalaman perairan

Bagaimana Gerakan Orbit

Gelombang Air?

Gelombang

laut itu tampak

merambat

namun massa

air tidak

berpindah dari

tempatnya

KUALITAS AIR

Kualitas Fisis

• Temperatur

• Warna

• Kekeruhan

• Rasa dan Bau

• Konsentrasi Ion Hidrogen

• Daya Hantar Listrik

Kualitas secara Kimia

• Jumlah Garam Yang Larut (total disolved solids)

• Kebasaan- Keasaman dan pH

• Kesadahan (hardness)

Berdasarkan Bakteriologis dalam Air

• Berdasarkan Zat Radioaktif dalam Air

Temperatur

• Temperatur air tanah diukur dari sumur atau dari mata air.

• Semakin dalam air tanah, semakin tinggi temperaturnya sesuai dengan hukum gradien barothermis.

• Temperatur air sungai diukur pada titik pengambilan contoh air, langsung dilakukan di lapangan. Temperatur air sungai di suatu titik pengambilan

• Temperatur air danau atau waduk biasanya diukur pada interval kedalaman tertentu, karena pada tubuh air tersebut terjadi strata temperatur.

• Temperatur air menpengaruhi kepadatan cairan dan juga kekentalan cairan.

• Kepadatan suatu cairan akan naik dengan adanya penurunan temperatur, tetapi pada umumnya kepadatan maksimum dicapai sebelum air berbentuk es, yaitu pada temperatur 4oC, sedang pada temperatur dibawah 4oC sampai 0o

kepadatan akan berkurang.

• Ada satu pendapat bahwa dengan adanya penambahan tekanan hidrostatik, temperatur saat kepadatan maksimum dalam air akan dibawah 4oC meskipun berubah itu hanya kecil saja. Kepadatan maksimum air laut dicapai pada 0oC, sedang bagi air tawar/bersih 4oC.

Warna

• Adanya warna dalam air disebabkan oleh zat-zat yang terlarut di dalam air itu,

• Standart warna yang dibuat dan garam platina dan cobalt dalam konsentrasi tertentu yang dipakai sebagai pembanding warna ( Pt/Co).

• Substansi logam, material-material humus, gambut, ganggang atau protozoa, pembuangan dari industri-industri juga merupakan sebab adanya warna dari dari air

Kekeruhan

• Kekeruhan dalam air disebabkan oleh adanya zat-zat seperti lumpur halus dan lain sebagainya yang melayang sebagai koloid atau suspensi dalam air.

• Kekeruhan diukur dengan alat yang disebut:

“spectrophotometer” di laboratorium dari contoh air yang diambil di lapangan

“Turbidityi rod” diukur langsung dilapangan.

• Ukuran kekeruhan air dipakai skala yang dinyatakan dalam mg SiO2 perliter.

Rasa dan bau• Dalam penilaian kualitas air minum dapat dinyatakan secara

langsung, umpamanya air itu rasanya asin, asam, pahit dan sebagainya.

garam-garam atau unsur-unsur kimia yang terdapat secara berlebihan, misal adanya unsur NaCl, Mg dan beberapa unsur kimia yang menyebabkan rasa dalam air

• Bau air dapat dinyatakan umpamanya bau busuk, bau tanah, bau seperti minyak dan sebagainya.

gas-gas dalam jumlah yang cukup tinggi.

misalnya adanya gas H2S dan Amonia (NH­4) dapat pula disebabkan oleh konsentrasi unsur kimia yang terlalu tinggi misalnya Fe.

Konsentrasi ion hidrogen

Konsentrasi ion hidrogen dinyatakan sebagai pH yaitu logaritma 10 dari konsentrasi ion hidrogen dalam moles per liter.

Air netral mempunyai pH = 7,0 (jumlah ion H+ sama dengan ion OH) pada temperatur 25oC.

Asam dengan pH < 7,0 (jumlah ion OH- < ion H+)

Basa dengan pH> 7,0 (jumlah ion H+ <ion OH-)

Air tanah mempunyai pH antara 5.0. sampai 8.0.

pH air 8,5 biasanya disebabkan oleh banyaknya sodium carbonat – bicarbonat yang terlarut.

pH air (7.0 – 8.5) biasanya disebabkan oleh tingginya bicarbonat yang terlarut.

pH (7.0 – 4.0 ) disebabkan oleh kecilnya mineral-mineral asam dari sulfida atau asam-asam organik

pH air 4,0 disebabkan oleh adanya asam bebas yang terlarut. pH air setengah rendah.

Daya hantar listrik

Konsentrasi ion-ion yang terdapat dalam air memberikan pengaruh langsung pada daya hantar listrik airnya. Sebaliknya besarnya daya hantar listrik mencerminkan besarnya konsentrasi ion.

Perhitungan nilai daya hantar listrik harus distandartkan pada temperatur tertentu, yaitu 250C.

Nilai daya hantar listrik bertambah besar apabila temperaturnya bertambah tinggi. Nilai daya hantar listrik dikoreksi dalam temperatur 250C dengan menggunakan koreksi 2% untuk setiap kenaikan 10C.

Kualitas Air Secara Kimia

Zat-zat yang terlarut dalam

air ditentukan dengan

analisis kimia dan

dinyatakan dalam ion-ion.

Ion-ion penyebab kebasaan

biasanya dinyatakan dalam

ukuran Carbonate dan

Bicarbonate.

Sedang ion-ion penyebab

keasaman dinyatakan dalam

ukuran konsentrasi ion

hidrogen.

Gas-gas yang terlarut

seperti carbon dioxide (CO2)

dan hidrogen sulfide (H2S)

merupakan bentuk-bentuk

yang tidak mengalami

dissosiasi.

Jumlah Garam Yang Larut

(total disolved solids)

Banyak garam-garam dan zat-zat yang mempengaruhi

rasa, bau maupun warna air.

Jumlah garam yang larut tidak termasuk suspended,

koloid-koloid dan gas-gas.

Untuk penilaian air minum perlu ditetapkan

batas maksimum jumlah garam-garam itu.

Air minum yang tidak mengandung garam rasanya tidak

ada rasanya (hambar).

Sebaliknya air minum yang mengandung banyak garam

menyebabkan rasanya terlalu keras, dan memang

berbagai garam dalam air minum dalam jumlah tertentu

diperlukan oleh tubuh kita.

Kebasaan-Keasaman dan pH• Dalam perairan alam pada umumnya selalu mengandung

garam-garam karbonat,atau bikarbonat yang menyebabkan air itu basa. Kebasaan itu biasanya dinyatakan dalam milligram kalsium karbonat perliter.

• Keasaman air alam pada umumnya disebabkan karena adanya gas karbondioksida yang larut dalam air itu menjadi asam karbonat (H2CO3), maka perairan dalam kawah-kawah gunung api umumnya juga asam, karena mengandung asam-asam mineral.

2p

• Sungai-sungai dapat pula menjadi asam karena tercemar asam-asam pembuangan dari pabrik-pabrik. Keasaman dinyatakan pula banyaknya dalam milligram CaCO3 perliter yang diperlukan untuk menetralkan asam dalam air itu.

• Untuk menentukan kebasaan dan keasaman air ialah dengan pH, yaitu suatu faktor konsentrasi ion hidrogen yang aktif (-log konsentrasi H+) dengan skala dari 0 sampai 14.Air yang pH nya 7,0 adalah netral, air dengan pH < 7,0 dinyatakan asam, sedang pH > 7,0 adalah basa.

Kesadahan (hardness) Kesadahan karbonat

Kesadahan karbonat bersifat sementara (temporary hardness)

karena dapat dihilangkan dengan memanaskan air, yang

disebabkan oleh karbonat dalam magnesium dan kalsium.

Panas akan memisahkan CO2 dari karbonat dengan reaksinya :

Ca (HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

Kesadahan non karbonat

Kesadahan disebabkan oleh sulfat /klorida dalam magnesium/kalsium

dan tidak dapat dihilangkan dengan panas dan bersifat permanen

(permanent hardness).

Kedua kesadahan tersebut dijumlahkan dalam kesadahan Total

(Total Hardness).

Dalam praktek, konsentrasinya setara dengan CaO atau CaCO3.

Skala Jerman 1 Do setara dengan 10 mg CaCO3/liter,

Skala Perancis 1 Fo setara dengan 10 mg CaCO3/liter dan

Skala Inggris 1Eo setara dengan l gram CaCO3/gallon atau 1 Eo = 0,8 Do.

Untuk Indonesia biasanya dipakai skala Jerman

Jumlah bakteri yang terdapat di suatu tempat tergantung pada

persediaan makanan, kelembaban dan juga temperatur.

Bakteri yang berada dalam air mempunyai panjang antara 1 sampai 4 mikron.

Klasifikasi bakteri

Klasifikasi berdasarkan bentuknya, ada 3 golongan yaitu :

• Bakteri berbentuk bulat disebut Cocci (singular coccus)

• Bakteri berbentuk bulat memanjang disebut Bacilli (singular bacillus)

• Bakteri berbentuk spiral disebut Spirilla (singular spirillum)

Wah.. Fantastik!

Kualitas Air

Berdasarkan Bakteriologis

Dalam Air

Klasifikasi berdasar tempat hidup danberkembang biak

• Pada jazat hidup lainnya disebut bakteriparasitis (parasatic bacteria)

• Pada zat mati baik organik /an organikdisebut bakteri patogen (pathogenic bacteria)

Klasifikasi berdasarkan atas kebutuhannya akanoksigen

•Memerlukan zat oksigen disebut bakteriaerob (aerobic bacteria/aerobes).

•Tidak memerlukan oksigen disebut bakterianaerob (anaerobic bacteria/anaerobes).

•Dalam hidunya memerlukan oksigen tetapidapat berkembang biak tanpa

adanya oksigen disebut bakteri fakultatif(facultative bacteria).

Mengapa air

selokan

aromanya tak

sedap?

Salah satu penyebab rasa dan bau dari air

ialah adanya bakteri-bakteri akibat dari

pencemaran dalam air.

Analisa terhadap bakteri tidak ditunjukan

untuk menentukan penyakit yang

ditimbulkan melainkan ditujukan untuk

menentukan jenis bakteri dalam air.

Sebagian besar bakteri patogen yang

ditemukan dalam air sering menyebabkan

penyakit usus pada binatang-binatang

dan manusia.

Test standar untuk menentukan ada atau

tidaknya dalam suatu contoh air dapat

dipakai sebagai petunjuk langsung bagi

suatu sumber air untuk keperluan air

minum.

Pengaruh

bakteri dalam air

Pada masa yang akan datang

pencemaran oleh unsur-unsur

radio aktif akan semakin

meningkat terutama pencemaran

terhadap kualitas air tanah

Kualitas Air Berdasarkan

Zat Radioaktif Dalam Air

Untuk mendeteksi arah aliran

dan kecepatan air tanah di

suatu wilayah dipakai unsur-

unsur yang inti atomnya

mempunyai unsur paruh relatif

lama, seperti K40, Rb87, U235

dan U238

Gejala radio aktif

Reaksi Peluruhan

Wow…

Makin menarik nih!

Jumlah inti atom radio aktif dalam

air tanah diukur secara tidak

langsung

Dengan mengukur jumlah

reaksi peluruhan selama waktu

tertentu.

Satuan dasar untuk nilai reaksi

peluruhan yang terjadi “Curie”.

The Maximum Permissible

Concentration atau M P C

adalah standart konsentrasi

maksimum yang diijinkan

Jangan lupa bahwa:1 Curie didefinisikan sebagai jumlah reaksi

peluruhan setiap satuan waktu dari 1 gram

radium, 3,7 x 10-19 disintegrasi per detik

Dalam air tanah pada umumnya

kandungan uranium

berkisar 0,05 sampai 10 part per billion (p.p.b.)

dengan tingkatan rerata sebesar 1,5 p.p.b.

konsentrasi radium

kurang dari 1 x 10-9 per ml

dengan konsentrasi rerata 3 x 10-6 per ml

Pencemaran oleh

unsur radioaktif

Air tanah normal

1 x 10-7 sampai 3 x 10-5 per ml

isotop radon

2 x 10-9 per ml radio isotop K40

Isotop berat hidrogen H3 atau tritium

konsentrasi dalam air hujan

berkisar 1 sampai 10 tritium unit.

Satu Tritium Unit (TU)

menghasilkan kurang lebih 3,2 x

10-3 per ml aktivitas

Penelitian

sebelum tahun 1952

Sesudah tahun 1952 dilakukan test

dengan termonuklir

diperoleh data bahwa kandungan H3

dalam air hujan dan air permukaan

semakin meningkat.

Kriteria Kualitas Air Minum

Syarat fisik

Suhu , Warna, Rasa, Bau, Kekeruhan

Syarat kimia

Zat yang terlarut, Zat organik, CO2 agresif, H2S, NH4, NO­2,

NO3­,Cl-, SO= , Mg++, Fe++, Mn++, Ag+, Pb++, Cu++, Zn++, F-, PH, Kesadahan

Syarat bakteriologis

Angka kuman dan Bakteri Colli tidak ada dalam

Demikian, bahasan kitakali ini. Kita akanberjumpa lagi padapertemuan berikutnyadengan topik yangberbeda.

Bagaimana dengan

kepalamu?

LEMBAR KEGIATAN MAHASISWA

• Banyak dibicarakan orang, bahwa dewasa ini telah terjadi degradasi air yang cukup besar, sehingga dirasa penting adanya usaha konservasi air

• Carilah referensi dari buku-buku, majalah, surat kabar, situs internet dan lain-lain, diskusikan dengan kelompok anda dan jawablah pertanyaan berikut ini, serta presentasikan di depan kelas.

Bagian A

1. Apakah yang dimaksud dengan degradasi air ?

1. Jelaskan fenomena-fenomena apa yang menunjukkan terjadinya degradasi air !

3. Jelaskan apa penyebab terjadinya degradasi air ?

Bagian B

1. Jelaskan apa tujuan konservasi air !

2. Apa yang dapat kita lakukan dalam usaha konservasi air ? (secara kelembagaan dan secara individual)

Terima Kasih