BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Presipitasi Kimia

Metode presipitasi (pengendapan) merupakan salah satu metode pengolahan

limbah yang banyak digunakan untuk memisahkan logam berat dari limbah cair.

Dalam metode presipitasi kimia dilakukan penambahan sejumlah zat kimia tertentu

untuk mengubah senyawa yang mudah larut ke bentuk padatan yang tak larut.

Presipitasi kimiawi dapat dipakai untuk mengolah limbah encer yang

mengandung bahan beracun, yang dapat diubah menjadi bentuk tak larut, misalnya

limbah yang mengandung arsen, cadmium, chrom, cuprum, plumbum, hidrargyrum,

nikel, argentum, dan zink.

Proses presipitasi tidak hanya melibatkan proses kimia saja , tetapi juga

melibatkan proses fisik . proses fisik yang ada antara lain adalah perubahan bentuk

padatan terlarut yang relatif berukuran kecil menjadi padatan tersuspensi yang relatif

berukuran besar sehingga mudah diendapkan. Faktor fisik lainya adalah pengadukan

untuk mempercepat proses presipitasi kimia .

2.2 Prinsip Dasar Presipitasi Kimia

Prinsip presipitasi kimia adalah mengubah senyawa Calcium H atau

Magnesium H dalam kondisi terlarut (nilai kelarutan besar) menjadi senyawa Calcium

Carbonat dan Magnesium Hidroksida yang terendapkan atau memiliki nilai kelarutan

kecil. Oleh karena itu, pemahaman terhadap nilai kelarutan senyawa dalam air

menjadi faktor penting. Nilai kelarutan berbagai senyawa dalam air disajikan dalam

tabel di bawah ini:

4

Tabel 2.1 Kelarutan Mineral (mg/L) Sebagai CaCO3 Pada 0oC.

Mineral Rumus Hardness Kelarutan (mg/L)

Calcium bicarbonate Ca(HCO)3 CaCH 1620

Calcium carbonate CaCO3 - 12

Calcium chloride CaCl2 CaNCH 336000

Calcium sulfate CaSO4 CaNCH 1290

Calcium hydroxide Ca(OH)2 - 2390

Magnesium bicarbonate Mg(HCO3)2 MgCH 37100

Magnesium carbonate MgCO3 - 101

Magnesium chloride MgCl2 MgNCH 362000

Magnesium sulfate MgSO4 MgNCH 170000

Magnesium hydroxide Mg(OH)2 - 17

Sodium bicarbonate NaHCO3 - 38700

Sodium carbonate Na2CO3 - 61400

Sodium chloride NaCl - 225000

Sodium hydroxide NaOH - 370000

Sodium sulfate Na2SO4 - 33600

Prinsip reaksi pada presipitasi kimia adalah reaksi oksidasi-reduksi yang

membutuhkan kondisi lingkungan (pH, waktu, temperatur, konsentrasi) tertentu.

Reaksi yang terjadi antara konstituen dalam air dengan bahan kimia yang

ditambahkan menghasilkan presipitat yang mudah diendapkan. Diagram alur dari

proses presipitasi kimia dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

5

Gambar 2.1 Alur proses presipitasi

2.3 Presipitasi Kimia dalam Pengolahan air minum

Presipitasi kimiawi dalam pengolahan air minum adalah pengendapan bahan-

bahan terlarut dan tersuspensi dalam air dengan penambahan bahan kimia untuk

membentuk presipitat. Dalam pengolahan air minum, presipitasi kimia yang paling

umum adalah dalam proses koagulasi-flokulasi dengan penambahan koagulan agar

terbentuk flok yang mudah diendapkan. Aplikasi lain adalah penyisihan nitrogen atau

fosfor, penurunan kesadahan, penyisihan besi dan mangan. Proses kimiawi yang

terjadi dalam presipitasi adalah reaksi reduksi-oksidasi (redoks).

Reaksi reduksi dan oksidasi didasarkan pada konsep transfer elektron antar

atom, molekul, atau ion. Atom, molekul, atau ion dikatakan mengalami oksidasi jika

melepaskan elektron dan mengalami reduksi apabila menerima elektron. Proses reaksi

reduksi dan oksidasi bisa ditulis secara terpisah sebagai persamaan reaksi paruh,

misal:

HOCl + H+ + 2I- ↔ I2 + Cl- + H2O

Reaksi ini dapat ditulis dengan dua persamaan:

2I- ↔ I2 + 2e

HOCl + H+ + 2e ↔ Cl- + H2O

Reaksi pertama adalah oksidasi karena ion I- melepaskan 2 elektron sehingga

menjadi I2. Reaksi yang kedua adalah reduksi karena ion H+ menerima 2 elektron.

2.4 Presipitasi Kimia dalam Pengolahan Kesadahan Air

6

Kesadahan adalah keadaan dimana suatu perairan mengandung ion-ion Ca2+

dan Mg 2+ . Air yang sadah perlu diolah sebelum dikonsumsi , pengolahannya adalah

dengan cara softening (penyabunan) yang terdiri atas dua macam yaitu pertukaran ion

dan presipitasi . Air bawah tanah (groundwater) pada umumnya lebih sadah daripada

air permukaan. Kesadahan yang tinggi dapat ditemukan di daerah yang keadaan

geografisnya adalah batuan berkapur. Contohnya di daerah Gunung Kidul,

Yogyakarta . Hal ini disebabkan CO2 yang ada didalam tanah akan melarutkan batu

kapur tersebut dan batu kapur tersebut akan menguraikan ion kalsium (Ca2+).

Kesadahan dinyatakan dalam satuan Meq/L (mili Equivalen per Liter) atau mg/L

sebagai CaCO3 . derajat kesadahan ditunjukan seperti dibawah ini :

Pengolahan kesadahan dengan metode presipitasi kimia :

1. Proses kapur – soda abu

CaCO3 + H2O → CO2 + Ca(OH)2

2. Reaksi Kalsium karbonat

2 CaCO3 + 2 H2O → Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2

3. Reaksi Magnesium Karbonat

CaCO3 + MgCO3 + 2 H2O → Mg (HCO3)2 + Ca(OH)2

Mg(OH)2 + CaCO3 →MgCO3 + Ca(OH)2

4. Reaksi Magnesium Non Karbonat

Mg(OH)2 + CaSO4 → MgSO4 + Ca(OH)

5. Reaksi Kalsium Non Karbonat

CaCO3 + Na2SO4 → CaSO4 + Na2CO3

Variasi proses presipitasi kapur – soda abu

1. Pengolahan dengan kapur berlebih (excess – lime treatment)

7

1 – 75 Soft

75 – 150 Sedang

150 – 300 Sadah

>300 Sangat sadah

Agar pengolahan berjalan optimal , terutama untuk presipitasi Magnesium,

ditambahkan kapur berlebih kurang sebanyak 35 mg.L CaO atau sekitar 1.25 meq/L

2. Split Treatment

Sebagian air baku diolah dengan proses excess lime dan menetralisir kelebihan

kapur dengan bagian dari air baku tersisa

2.5 Presipitasi Kimia dalam Pengolahan Air limbah

Selain dapat digunakan dalam kesadahan air , metode presipitasi kimia pun

digunakan pada pengolahan air limbah yang mengandung ion logam seperti Cu2+ perlu

dilakukan suatu reaksi pengendapan (presipitasi) dengan suatu raegen kimia dengan

didasarkan atas apakah suatu kation Cu2+ yang bereaksi dengan beberapa reagensia

yang ada akan membentuk endapan atau tidak. Menurut Vogel (1985), pengendapan

(presipitasi) adalah suatu proses pemisahan diri suatu fase padat keluar dari larutan.

Endapannya mungkin berupa kristal atau koloid dan dapat dikeluarkan dari larutan

dengan penyaringan atau pemusingan (centri-fuge).

Adapun beberapa reaksi-reaksi ion Cu2+ yaitu sebagai berikut (Vogel, 1985):

1. Natrium hidroksida dalam larutan dingin akan terbentuk endapan biru tembaga

(II) hidroksida:

Cu2+ + 2OH− → Cu(OH)2 ↓

Endapan tak larut dalam reagensia berlebihan. Bila dipanaskan, endapan diubah

menjadi tembaga (II) oksida hitam oleh dehidrasi.

Cu(OH)2↓ → CuO↓ + H2O

Dengan adanya asam tartrat/asam sitrat dalam larutan, tembaga (II) hidroksida tak

diendapkan oleh larutan basa alkali, tetapi larutan jadi berwarna biru. Larutan

garam tembaga (II) yang bersifat basa, yang mengandung asam tartrat, biasa

8

dikenal orang sebagai larutan Fehling, ia mengandung ion kompleks

[Cu(COO.CHO)]2−

2. Larutan amonia bila ditambahkan dalam jumlah yang sangat sedikit timbul

endapan biru suatu garam basa (tembaga sulfat biasa) :

2Cu2+ + SO42− + 2NH3 + 2H2O → Cu(OH)2.Cu(SO4)↓ + 2NH4

+

yang larut dalam reagensia berlebihan sehingga terjadi warna biru tua yang

disebabkan oleh terbentuknya ion kompleks tetrae-monikuprat (II).

Cu(OH)2.Cu(SO4) ↓ + 8NH3 → 2[Cu(NH3)4]2+ + SO42− + 2OH−

3. Kalium iodida: mengendapkan tembaga (II) iodida yang putih, tetapi larutannya

berwarna coklat tua karena terbentuk ion-ion tri-iodida (Iod):

2Cu2+ + 5I− → 2CuI ↓ + I3−

dengan menambahkan natrion tiosufat berlebihan kepada larutan, ion triiodida

direduksi menjadi ion iodida yang tak berwarna, dan warna putih dari endapan

menjadi terlihat. Reduksi dengan tiosulfat menghasilkan ion tetrationat:

I3− + 2S2O3

2− → 3I− + S4O62−

Reaksi ini dipakai dalam anlisis kualitatif untuk penentuan tembaga secara

iodometri.

4. Kalium sianida (racun): bila ditambahkan dengan sedikit sekali, mula-mula

terbentuk endapan kuning tembaga (II) sianida:

Cu2+ + 2CN− → Cu(CN)2↓

Endapan dengan cepat teruarai menjadi tembaga (I) sianida putih dan sianogen

(gas yang sangat beracun):

2Cu(CN)2↓ → 2CuCN↓ + (CN)2↑

2.6 Presipitasi dalam Penyisihan Besi dan Mangan

Besi dan mangan adalah mineral yang umum ditemukan dalam tanah dalam

bentuk oksida, yaitu ferri oksida dan mangan oksida. Dalam air, besi dan mangan

sering dijumpai berikatan dengan bikarbonat terlarut (ferro bikarbonat dan mangan

biakrbonat), ferro terlarut atau mangan sulfat. Konsentrasi besi dalam dalam air tanah

9

biasanya cukup besar, bisa mencapai 25 mg/l. Pada air permukaan, konsentrasi besi

biasanya kecil dan berada dalam suspensi partikulat halus Fe2O3., koloid, atau

berbentuk organik kompleks. Konsentrasi mangan di air tanah maupun air permukaan

relatif kecil, pada umumnya kurang dari 1 mg/l. Dalam air permukaan, mangan sering

berbentuk tetravalent (Mn4+) atau dalam organik kompleks.

Permasalahan keberadaan besi dan mangan dalam air adalah :

1. Besi dan mangan menyebabkan warna coklat/kuning/hitam pada pakaian,

peralatan, perpipaan dan sebagainya.

2. Pada perpipaan dan instalasi, besi dan mangan menyebabkan kerak, sehingga

terjadi peningkatan headloss.

3. Air menjadi berasa dan berbau besi.

4. Merangsang pertumbuhan bakteri besi dan mangan.

Mengingat beberapa problem di atas, maka diperlukan proses pengolahan

untuk menurunkan kadar besi dan mangan tersebut. Salah satu teknik penurunan

kadar besi dan mangan adalah oksidasi. Oksidasi yang digunakan untuk menurunkan

kadar besi dan mangan antara lain menggunakan oksigen (disebut aerasi), klor, klor

dioksida, kalium permanganat, atau ozone.

1. Oksidasi dengan Oksigen

Oksidasi besi dan mangan dengan oksigen berlangsung mengikuti reaksi oksidasi

sebagai berikut:

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O → 4Fe(OH)3 + 8CO2

2MnSO4 + O2 + 2Ca(OH)2 → 2MnO2 + 2CaSO4 + 2H2O

Berdasarkan persamaan reaksi di atas, dapat dihitung kebutuhan oksigen secara

teoritis untuk mengoksidasi 1 mg/l besi dan 1 mg/l mangan. Secara teoritis, 1

mg/l oksigen akan mengoksidasi 7 mg/l besi atau 3,4 mg/l mangan. Oksidasi besi

berlangsung dengan baik pada pH 7,5 hingga 8 dalam waktu 15 menit. Oksidasi

mangan sangat lambat (1 jam) dan tidak efektif pada pH dibawah 9,5.

2. Oksidasi dengan Klor

Oksidasi besi dan mangan menggunakan klor berlangsung menurut reaksi

sebagai berikut:

10

2Fe(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → 2Fe(OH)3 + CaCl2 + 6CO2

Mn(HCO3)2 + Cl2 + Ca(HCO3)2 → MnO2 + CaCl2 + 4CO2 + 2H2O

Berdasarkan reaksi di atas, diperoleh kebutuhan klor secara teoritis, yaitu 1

mg/l klor dapat mengoksidasi 1,58 mg/l besi atau 0,78 mg/l mangan. Kecepatan

reaksi oksidasi tergantung pada pH. Oksidasi besi dan mangan berlangsung baik

pada pH 8 - 8,3. Oksidasi besi membutuhkan waktu 15 – 30 menit dan oksidasi

mangan membutuhkan waktu 2 - 3 jam. Oksidasi dengan klor mempunyai

kecepatan lebih besar daripada aerasi dan mampu mengoksidasi besi yang

berikatan organik.

3. Oksidasi dengan Klor Dioksida

Klor dioksida adalah oksidator kuat yang efektif mengoksidasi besi dan mangan

kompleks. pH merupakan faktor penting untuk berlangsungnya reaksi ini. pH

yang diperlukan adalah minimum 7,0.

Fe(HCO3)2 + ClO2 + NaHCO3 → Fe(OH)3 + NaClO2 + 3CO2

Mn(HCO3)2 + 2ClO2 + 2NaHCO3 → MnO2 + 2NaClO2 + 4CO2 + 2H2O

Secara teoritis, 1 mg/l klor dioksida mampu mengoksidasi 0,83 mg/l besi atau

0,41 mg/l mangan.

4. Oksidasi dengan Kalium Permanganat

Kalium permanganat adalah oksidator kuat. Waktu reaksi cepat dalam rentang pH

yang luas. Waktu oksidasi 5 - 10 menit pada pH di atas 7,0.

3Fe(HCO3)2 + 7H2O + KMnO4 → 3Fe(OH)3 + MnO2 + KHCO3 + 5H2CO3

3Mn(HCO3)2 + 2H2O + 2KMnO4 → 5MnO2 + 2KHCO3 + 4H2CO3

Dari reaksi ini, diperoleh hasil secara teoritis, bahwa 1 mg/l KMnO4 dapat

mengoksidasi 1,06 mg/l besi atau 0,52 mg/l mangan.

5. Oksidasi dengan Ozone

Reaksi oksidasi besi dan mangan menggunakan ozone berlangsung sebagai

berikut:

2Fe(HCO3)2 + O3 + 2H2O → 2Fe(OH)3 + O2 + 4CO2 + H2O

Mn(HCO3)2 + O3 + 2H2O → MnO2 + O2 + 2CO2 + 3H2O

11

Hasil perhitungan secara teoritis, untuk mengoksidasi 2,3 mg/l besi atau 1,5 mg/l

mangan diperlukan 1 mg/l ozone.

2.7 Metode Presipitasi dalam Pengolahan Air Umpan Boiler

Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu

pembangkit panas yang penting. Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini

adalah memanaskan kembali. Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar

effisiensinya cukup tinggi. Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air

yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari

boiler tersebut.

Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga

menjadi steam.Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspdai adanya

kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+.Air yang banyak

mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water).Ion-ion

ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan

boiler.Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat,

bilkarbonat dan klorida.Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan

dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3,

CaSO4,MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,MgCL2, dll ; akan memiliki kalarutan yang makin

kecil/redah apabila suhu makin tinggi.Sehingga ketika memasuki boiler, air ini

merupakan masalah yang harus segera diatasi.Air yang sadah ini akan menimbulkan

kerak(scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat

dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut.

Kandungan -kandungan yang terdapat pada air yang akan dijadikan umpan

boiler tersebut dapat dihilangkan dengan metode presipitasi kimia .

Contoh soal:

Tulis persamaan ion lengkap reaksi berikut:

Al(NO3)3 (aq) + 3 NaOH (aq) Al(OH)3(s) + 3 NaNO3 (aq)

12

Al3+ (aq) + 3 NO3

- (aq) + 3 Na+ (aq) + 3 OH- (aq) Al(OH)3 (s) + 3 Na+ (aq)

+ 3 NO3- (aq)

Al3+ (aq) + 3 NO3- (aq) + 3 Na+ (aq) + 3 OH- (aq) Al(OH)3 (s) + 3 Na+ (aq)

+ 3 NO3- (aq)

Al3+ (aq) + 3 NO3- (aq) + 3 Na+ (aq) + 3 OH- (aq) Al(OH)3 (s) + 3 Na+ (aq)

+ 3 NO3-(aq)

Al3+ (aq) + 3 OH- (aq) Al(OH)3 (s)

13