Sumberdaya AirMetode Satuan Konsentrasi Kimia

Masa/Volume : Masa zat terlarut per satuan volume larutan, hal ini sama dengan berat per satuan volume; misalnya mg/L =

ppm (part per million)Masa/Masa atau Berat/Berat : Masa suatu zat terlarut dalam masa

larutan yang diberikan: misalnya mg/kg atau ppmKonsentrasi --- mole

1. Molalitas (m), mol/kg = mole zat terlarut/ 1kg larutan2. Molaritas (M), mol/L = mole zat terlarut/ 1L larutan

3. Normalitas (N), eki/L = ekivalen zat terlarut/ 1L larutanYang mana berat ekivalen dalam g/eki = berat molekul (g)/ekivalen (n), n=jumlah proton dalam reaksi asam basa

atau perubahan total valensi dalam reaksi oksidasoi reduksi

Volumetri Va Na = Vb Nb4. Fraksi mole X = jumlah mole zat terlarut/ mole total dari larutan

Contoh-contoh:1. Jelaskan konsentrasi 3 persen berat larutan CaSO4 dalam air

dengan satuan mg/L dan ppm3 % berat =3/100 = 30000/1000000 = 30000 ppm

= 30000 mg/L2. Bila 1 liter larutan mengandung 190 mg NH4

+ dan 950 mg NO3, jelaskan konstituen ini dalam satuan nitrogen (N)

Jawab: 190 mg NH4+/L = 190 mg NH4

+/L * 14 mg N/18 mg NH4+

= 148 mg NH4+-N/L

950 mg NO3-/L = 950 mg NO3

-/L * 14 mg N/62 mg NO3-

= 214 mg NO3- - N/L

3. Gunakan contoh 1. kemudian terangkan konsentrasi dalam a.molalitas b. molaritas dan c. mol fraksi

Jawab :Berat molekul CaCO3 = 136 g/mol

3 persen berat = 30 g/kga. Molalitas (m), mol/kg = (30 g/kg)/(136 g/mol) =0,22 mol/kgb. Molaritas (M), mol/L = (30g/L)/(136 g/mol)=0,22 mol/kgc. Fraksi mol, X CaSO4 = (30/136)/(30/136 + 970/18) = 0,0041

X H2O = (970/18)/(30/136 + 970/18) = 0,9959Konsentrasi massa sebagai CaCO3Sistem yang sangat umum untuk menerangkan kesadahan (kalsium

dan magnesium) dan konsentrasi alkalinitas (HCO3- , CO3

2-, dan OH- ) dalam kimia air adalah dengan sistem kalsiumkarbonat CaCO3.

Jumlah ekivalen senyawa per liter x 50 x 103 mg CaCO3-----------------------

ekivalen CaCO3Berat ekivalen CaCO3 = (100 g/mol )/(2 ek/mol) = 50 g/ek

Contoh:Diketahui konsentrasi Ca2+ 92 mg/L, hitung konsentrasi dalam eki/L dan dalam mg/L CaCO3

Jawab: Berat ekivalen Ca dalam mg/meki= BM/muatan = 40/2 = 20 mg/mekiNormalitas (N) dalam eki/L

= [konsentrasi dalam mg/L]/[ekivalen dalam mg/meki]= [92 mg/L]/[20mg/meki] = 4,6 meki/L

Berat ekivalen Ca sebagai CaCO3 = 50 g/eki = mg/mekiKonsentrasi Ca dalam mg/L sebagai CaCO3 = 50 mg/meki x4,6 meki/L

= 230 mg/LContoh Stoikiometri

CH4 + O2 ===== CO2 + H2O

g mol = massa dalam gram / Berat molekul

Reaksi stoikiometrinya CH4 + 2O2 ===== CO2 + 2H2O1mol 2mol 1 mol 2 mol

(Mass balance) 16 g + 64 g ==== 44 g + 36 g

Contoh: Dalam pengolahan air, larutan aluminium sulfat digunakan sebagai koagulan untuk menghasilkan aluminium hidroksida (sludge) floc. Hitung jumlah sludge yang dihasilkan bila 100 kg koagulan alum digunakan setiap hari. Analisis stoikiometrinya seperti berikut:

Al2(SO4)3.14H2O + 3Ca(HCO3)2 = 2Al(OH)3+3CaSO4+14H2O+6CO2 1mol 3mol 2mol 3mol 14mol 6mol Mass balance (molecular weights): Al2(SO4)3.14H2O =27x2 +(32+16x4)x3+14(18)=594 g 3Ca(HCO3)2 = 3 [40+2x(1+12+3x16)] =486 g 2Al(OH)3 = 2[27+3x(16+1)] =156 g 3CaSO4 =3[40+32+4x16] =408 g 14H2O = 14[2x1+16] =252g 6CO2 =6(12+2x16) =264g Jadi: 594 g+486 g=156 g+408 g+252 g+264 g 1080 g = 1080 g 594 g alum menghasilkan 156 g lumpur alum hidroksida dan Dengan demikian 100 g alum digunakan perhari menghasilkan 26 kg

lumpur alum hidroksida.

Contoh: Bila gas alam (98% CH4) digunakan untuk membakar thermal power

plant, hitung jumlah oksigen yang diperlukan setiap hari untuk menghasilkan 100 MW listrik, bila harga calorifik gas adalah 50 MJ/kg.

Jawab: Power 100 MW = 3600 x 102 MJ/h Kebutuhan Gas = 360 x 103 / 50 x 103 = 7,2 T/h Gas 98% CH4 = 0,98x7,2 = 7,06 T/h Persamaan stoikiometri:CH4 + 2O2 ===== CO2 + 2H2O1mol 2mol 1 mol 2 mol1x16g+2x32g = 1x44 g + 2x18

80g = 80gJadi : 7,06 T/h CH4 membutuhkan 64/16 x 7,06 = 28,2 T/h O2

Contoh: Diketahui komposisi udara daalam % volume sebagai : 78,1% N2, 20,95%

O2 , 0,05% Ar. Tentukan berat molekul rata-rata udara dan komposisinya dalam % berat.

Jawab: % volume juga jumlah mol relatif

Berat molekul

Komponen %volume=mol g/mol gram %berat

N2

O2

Ar

78,1020,950,95

283240

2186,8670,438

75,523,121,3

Jumlah 100,00 100 2895,2 100,0

Berat molekul rata-rata adalah 2895,2g/100 mol = 28,952 g/mol

Kebutuhan airPemakaian air secara umum sangat bervariasi dari kota ke kota yang

tergantung pada iklim, sifat lingkungannya, populasi, industri dan faktor-faktor lainnya. Penggunaan air di AS pada umumnya seperti ditabelkan

dibawah ini.

PenggunaanKebutuhan

(liter/kapita,hari)

Selang Umumnya

DomestikKomersil & IndustriMasyarakat umumKehilangan limbah

150-30040-30060-10060-100

2501507575

Total 300-800 550

Distribusi penggunaan air di dalam rumah tangga adalah sebagai berikut,

Alat Limbah(liter)

WastafelMesin cuci

3034

Wastafel dapurLavatoryShower headToilet

27114595

Total 242

Tabel : Kebutuhan air untuk alat-alat rumah tangga

Bila diperkirakan secara tidak rinci limbah dari rumah tangga adalah 60-75 % dari kebutuhan air akan menjadi limbah. Sedangkan kebutuhan industri diperkirakan 50 m3

/ha/hari.

Kualitas Air Penyediaan air bersih dalam bentuk kualitas dan kuantitas

adalah faktor utama bagi manusia ataupun makhluk hidup lainnya.

Parameter yang menentukan kualitas air: Parameter fisika, Parameter kimia, dan Parameter biologi.Parameter fisika adalah yang berhubungan dengan

penglihatan, sentuhan, rasa, ataupun bau. Padatan tersuspensi, turbiditas, rasa, dan bau termasuk kategori ini.

Padatan tersuspensi bersumber dari partikel organik dan anorganik yang tidak larut (ppm).

Contoh Padatan anorganik : lempung, lanau, dan bahan tanah lainnya dan bahan organik adalah seperti serabut tumbuhan dan bahan biologi (sell bakteri, algae dll). Penentuan padatan terlarut dapat dilakukan dengan gravimetri dengan jalan mengeringkan sampel pada 104o C.

Kekeruhan adalah pengukuran langsung padatan tersuspensi menggunakan Jackson turbidimeter.

1 JTU = 1 mg/L SiO2 (dalam air destilasi). Warna dari bahan organik seperti daun, kayu, akar,

asam humus dll. Bahan anorganik dari besi oksida -berwarna merah, mangan oksida-- warna coklat atau kehitaman. Pada limbah industri, produksi kertas, proses makanan, produksi kimia, penambangan, dan kilang adalah berupa zat warna dan lainnya.

Pengukuran zat warna menggunakan standar warna TCU (True color unit) --1 TCU = 1 mg/L platinum. Alatnya Spektrometri.

Rasa dan Bau adalah berasal dari mineral-mineral, logam-logam dan garam-garam dari tanah dan terakhir dari reaksi biologi.

Pengukuran bau dan rasa--bahan organik dapat dilakukan dengan gas/liquid chromatografi.Dapat juga dg threshold odor number (TON) TON = A + B/A, A = volume air bauB =volume air bebas bau untuk menghasilkan 200 ml campuran (ditabelkan).Suhu adalah parameter yang akan mempengaruhi reaksi di alam.

Parameter kimia Air merupakan pelarut yang sangat baik sehingga banyak sekali bahan-bahan yang dapat larut dalam air. Parameter kimia kualitas air :

pH Zat terlarut total (TDS), Alkalinitas, Kesadahan, Logam-logam, bahan organik, nutrisi, dan pestisida. Ion-ion utama

Pengukuran pH dilaksanakan dengan langsung dengan peralatan pH meter yang dilakukan dengan mengukur – log [H+]

Zat terlarut total dapat diketahui dengan mengukur konduktivitas sampel air atau dengan penjumlahan kandungan ion-ion utama dalam air dalam satuan mg/L.

Alkalinitas dapat ditentukan dengan volumetri menggunakan asam (H2SO4) sebagai pentiter

Kesadahan dalam pengukurannya menggunakan satuan mg/L CaCO3 yang dapat dikonversi menjadi meq/L. Hal ini berhubungan dengan apa yang kita kation polivalen yang terlarut dalam air.

Logam-logam dalam air ditentukan konsentrasinya dengan AAS (Atomic Absorption Spectrometry) atau flame photometry untuk K+ dan Na+.

Bahan Organik dapat diukur dengan GC (kromatografi Gas) atau GC-MS.

Nutrisi dalam sampel air diperkirakan dengan pengukuran N, P & K dalam air sampel.

Pestisida biasanya ditentukan dengan GC (Chromatographi Gas).

Ion-ion utama(|anion-kation| <=0,1065+0,0155anion)

Kation Anion

Ion Kons(mg/l)

MasaAtom

(g)

MasaEkivalenmg/meki

Konsmeki/L

Ion Kons(mg/l)

MasaAtom

(g)

MasaEkivalenmg/meki

Konsmeki/L

Ca2+

Mg2+

Na+

Fe2+

Cd2+

Total

19084750,10,2

40,0824,323,055,85112,4

2012,22327,956,2

9,56,93,30,0040,00419,7

HCO3-

SO42-

CO32-

Cl-

NO3-

260643044035

61966035,562

61483035,562

4,31,331,012,40,619,6

|anion-kation| =|19,6-19,7I = 0,1

|anion-kation| =0,1065+0,3038=0,410

Analisis dapat dipercaaya

Kesadahan relatif airDerajat

kesadahanmeki/L Mg/L sebagai

CaCO3

SoftModerately hardHardVery hard

<11-33-6>6

0-7575-150130-300

>300

Parameter biologi Kebanyakan air permukaan di alam adalah mengandung

bakteri dan virus dan pengukurannya dilakukan dengan mengidentifikasi bakteri patogen. Dalam ilmu lingkungan pengukurannya dilakukan dengan indikator bakteri patogen E. Coli dalam 100 ml air contoh.

Senyawa-senyawa organik di Lingkungan Senyawa degradable Senyawa undegradable BOD = Biological oxygen demand Istilah BOD5 COD = Chemical oxygen demand