2. Kimia Air Laut (Sea Water Chemistry)
2
Membahas fenomena Oseanografi penting termasuk:
▪ Pola global sirkulasi laut & atmosfer serta pertumbuhan & penyebaran
organisme laut.
▪ Kehidupan di bumi berkembang dalam air 50 – 65%
▪ Keberadaan air dalam 3 wujud: padat, cair, dan gas
▪ 71% permukaan bumi adalah air laut, sehingga mengatur iklim & limbah
▪ Merupakan habitat utama mahluk hidup
4. ◦ Sisi molekul H bermuatan (+) sisi O
bermuatan (-), seperti magnet
◦ Molecul seperti itu bersifat polar
◦ Ikatan H lebih lemah dibandingkan
ikatan covalent
◦ Ikatan H memiliki kekuatan kumulatif
4
5. Air & sifat Uniqnya
5
H+
H+
H+
H+O-
O-
--
--
- -
-
--
-
-
-
+
+
+
++ +
+
+
O
H H
: :
Bagian electro + menyerang electro –
(Opposites attract)
Molekul H2O membentuk ikatan H dengan
molekul H2O lainnya Demikianlah air
6. ◦ Molekulnya polar
Membentuk ikatan H
Sifat adhesi/cohesi
Viscositas
Tegangan permukaan
Padatan terapung
Molecul sederhana
Ikatan bersama-sama memberikan sifat unik
Ikatan kovalen dibentuk oleh pemakaian elektron bersama
Pada air, atom O berbagi dengan electron dari 2 atom hydrogen
Hal ini yang membuat molekul air stabil
Atom oxygen menarik electron bersama dekat dengan inti
Ini menciptakan molekul dengan 2 atom H disatu sisi, dan O disisi lain
6
8. Sifat sifat H20
1. memiliki sifat kohesif
2. menolak perubahan suhu
3. kalor penguapan tinggi, sehingga mendinginkan permukaan
4. luas permukaan lebih besar saat membeku
5. merupakan pelarut serbaguna (universal)
8
9. Sifat fisika & kimia
densitas relatif (g/mL)
1.000 -
0.999 -
0.998
-8 -4 0 4 8 12 0C
Densitas = 1 pada suhu 3,98 0C
Ratio serapan cahaya
0,4 V B G YO R
ε - %T
0,2
0 400 500 600 700 (mµ)
9
10. 10
Air cair
▪ Karakteristik terpenting dari ikatan H
adalah kemampuan untuk membuat
air tetap cair pada suhu kamar
▪ Tanpa ikatan H, air akan menjadi gas
pada suhu kamar
▪ Karena ikatan H memegang molekul
bersama-sama, sehingga banyak
energi (panas) yang dibutuhkan untuk
menjadi uap
▪ Bumi akan menjadi planet uap dari
pada planet air cair
11. 11
Kohesi & adhesi
• Karena ikatan H menarik molekul air satu sama lain, maka molekul air
cenderung tetap bersama-sama. Ini yang disebut kohesi.
• Kohesi air memberikan struktur yang lebih terorganisir daripada
kebanyakan cairan.
• Air juga sebagai penuntun bahan lain karena sifatnya yang polar. Ini yang
disebut adhesi.
Contoh:
Kecenderungan tetesan hujan berpegang teguh pada permukaan daun.
Hanya ketika ada banyak air dan berat > gaya adhesi, tetesan akan
mengalir meninggalkan daun.
Viskositas
• Viskositas → kecenderungan fluida (gas atau cair) untuk melawan arus
• Kebanyakan fluida berubah viskositasnya karena perubahan suhu.
Contoh: memasak minyak, oli motor, dan syrup
• Sebagai air dingin, viskositas naik > cairan lainnya karena ikatan H
cenderung melawan panas yang memisahkan molekul
12. 12
• Penting karena mempengaruhi E akuatik organisme untuk berkembang.
Contoh, penurunan suhu 20 0C meningkatkan viskositas air > 60%
• Pada air dingin, viskositas tinggi berarti drifting organisme (plankton)
menggunakan lebih sedikit E untuk menjaga tidak tenggelam
• Hewan berenang menggunakan lebih banyak E untuk bergerak
• Moleku cair berakumulasi (gaya kohesi) menyebabkan fenomena yang
dikenal sebagai tegangan.
• Tegangan permukaan adalah perlawanan air terhadap benda-benda yang
berusaha menembus permukaannya.
• Tegangan permukaan mempengaruhi seberapa cepat lautan mengambil
CO2 dari atmosfer dan melepas O2 ke atmosfer untuk mengimbangi polusi.
• Banyak bahan kimia (sabun & deterjen), cenderung mengurangi ikatan H
dan meniadakan tegangan permukaan
• Karena itu banyak serangga yang
didukung oleh tegangan permukaan
tidak dapat terapung karena sabun,
tegangan permukaan tidak dapat
mendukung badannya → Serangga tenggelam seperti binatang besar.
13. 13
Es mengapung
• Sifat air yang luar biasa
• Zat lain akan menjadi padat saat dingin dan tenggelam
• Air menjadi kurang padat ketika dipanaskan. Lebih padat saat dingin, tapi
hanya ke satu titik
• Ikatan H menyebar molekul ke struktur kristal yang memakan ruang lebih
besar daripada air cair
• Dengan volume > es, kurang padat, sehingga mengapung
14. 14
Pengaruhnya pada Planet Bumi
• Dengan terapung, es membentuk
lapisan termal dengan air di bawahnya,
sehingga memungkinkan mempertahan
kan panas dan tetap cair. Iklim bumi
akan secara substansial lebih dingin,
bahkan terlalu dingin untuk kehidupan.
• Jika es tenggelam, lautan akan
sepenuhnya beku, dan air tidak akan
mampu mempertahankan panas.
16. 16
• Aliran sungai memerlukan waktu sekitar 37.000 th untuk mengairi laut, dari
kering sampai penuh.
• Waktu tempuh → massa reservoir dibagi dengan input air. Perbandingan
waktu tinggal rata rata air di atmosfer dengan penguapan dari lautan dan
benua hanya sekitar 10 hari.
Pertanyaan mendasarnya adalah:
• Apa kontrol kimia pada pertumbuhan biologi & makanan di laut? Pada
beberapa area laut Fe berperan mengendalikan pertumbuhan fitoplankton.
Fe2+
Ca2+
NO3
-
17. 17
Eksperimen Martin (1991)
• Martin melakukan experiments dengan menambahkan Fe pada sample,
menunjukkan bahwa Fe dapat merangsang pertumbuhan produksi
diatome.
25. 1. Tegangan permukaan > kebanyakan cairan, sehingga sulit meregangkan
permukaan air .
2. Kalor penguapan tinggi, sehingga melambatkan iklim di bumi.
3. Panas matahari diserap ketika permukaan air menguap .
25
26. 4. Air adalah pelarut
serbaguna karena
polaritasnya, karena
itu banyak senyawa
ionik larut dalam air
26
27. Daya larut H2O
• Air ~ pelarut universal (solvent)
- Apapun akan dilarutkan = solute (misal garam)
- Jika terlalu banyak solute pengendapan
(misal gula atau garam)
27
Anions (-) misal Cl-
Cations (+) misal Na+
Senyawa yang terbentuk dari molekul
dengan muatan berlawanan =
“senyawa ionic” – larut baik dalam H2O
28. • Garam (solute), larut dalam air (solvent)
– Hingga “titik jenuh” tercapai
• Pertanyaan: bagaimana mengatasinya?
– Menaikkan suhu. . .
» Solute dapat larut
28
29. Major Component air laut
• Garam terlarut - hydrat anion & cation
Cl- 18,98 ‰ (ppt)
Na+ 10,556
SO4
-2 2,649
Mg2+ 1,272
Ca+2 0,400
K+ 0,380
HCO3
- 0,140
• Gas terlarut → nitrogen; oxygen; carbon dioxide
• Organic & anorganic → terlarut & suspensi
29
Rata-rata, konsentrasi garam terlarut
(salinitas) 3,5% atau 35‰
Kelimpahan relatif tsb tidak berubah
Sedangkan kelimpahan relatif unsur
minor, bervariasi
34. 34
Para pakar menggunakan
conductivitas pada suhu yang
berbeda untuk penentuan salinitas
berbagai samudra.
Salinitas mempengaruhi densitas
Kedalaman sirkulasi dan
arus laut Iklim
38. Salinitas Air Laut
• Air laut mengandung 3,5% garam, gas terlarut, bahan organik & partikel
tak terlarut.
• Garam mempengaruhi sifat fisis air laut (densitas, kompresibilitas, titik
beku, dan suhu dimana densitas menjadi maksimum) beberapa tingkat,
tetapi tidak menentukannya.
• Beberapa sifat (viskositas, daya serap cahaya) tidak terpengaruh secara
signifikan oleh salinitas. Dua sifat yang sangat ditentukan oleh jumlah
garam di laut (salinitas) adalah daya hantar listrik (konduktivitas) &
tekanan osmosis.
38
39. Menentukan Salinitas
• Penguapan air untuk penentuan berat garam adalah metode yang tidak
tepat
• Karena kestabilan komposisi jika kita mengukur salah satu komponen,
lebih tepat pengukuran salinitas
• Salinitas = 1,80655 x Chlorinity (ppt)
• Jika chlorinity 19,2 ppt, maka salinitas air laut 34,7 ppt = 35 ppt
39
Sumber garam
Sungai (angin dan gletser adalah sumber yang kurang penting dan tidak
langsung) pelapukan kerak Samudera Hydrothermal Vents terkait
dengan Mid-ocean pegunungan dan gunung berapi bawah laut lainnya
Pelapukan kerak samudra
Hydrothermal Vents terkait dengan Mid-ocean pegunungan dan gunung
berapi bawah laut lainnya
40. Faktor penenggelaman
• Aktivitas biologi
• Interaksi dengan partikulat: tanah liat & bahan organik penyerap logam
terlarut
Pengendapan langsung
• Aktivitas hydrothermal
• Reaksi antara air laut dengan kerak samudra
• Mineral seperti Mg bersama sama dengan Ca yang ditambahkan ke air
laut
40
41. Sifat fisika dan kimia air
• Kapasitas panas → E untuk menaikkan suhu 1 gram zat sebesar 1° C
• E untuk memutuskan ikatan H, meningkatkan fraksi bebas air
• Penting dalam mempertahankan thermal & transport panas ke yang
lebih tinggi dengan atmosfer
Input panas atau melepas terkait dengan perubahan fasa (es - cairan,
cairan – uap)
Perubahan struktur air, H-bonding dengan perubahan fasa
Densitas → massa per unit volume (gram/cm3). Air murni maks 4°C
Densitas fasa air (es, cair, uap) karena perubahan struktur molekul
Berperan besar pada sirkulasi & stabilitas di kedalaman
41
43. Transmisi cahaya
• Terlihat sebagai bagian dari spektrum
• Terabsorb pada kolom
• Menyerap kuat IR (heat) & UV (mencegah kerusakan DNA)
Daya larut
• Pelarut hidrasi – interaksi antara solutes & air
• Ikatan H berkurang, orde air meningkat, densitas naik
• pengecualian solut pada pembekuan dan penguapan
• Efek lain dari solut: titik beku turun, titik didih naik
pH
• ukuran disosiasi air menjadi ionnya (H+, OH-)
• pH = - log [H+]
• Pengaruh pH pada proses biologi & reaksi geokimia 43
46. Sifat konservatif air laut (sifat yang hanya berubah pada permukaannya):
suhu, salinitas, & gas gas inert
Sifat tsb tak dapat diubah oleh reaksi biologi atau geokimia
Penting pada identifikasi massa air, tracing & pencampuran
Sifat nonkonservatif(dapat diubah oleh reaksi biologi/geokimia)
Gas terlarut
• Proporsi gas di atmosfer ≠ di air laut
• N2 di samudra < di atmosfer
• O2 & CO2 > di samudra
• CO2 yang terus bertambah di atmosfer pemanasan global
46
47. pH & CO2
Siklus CO2
• CO2 (gas) ↔ CO2 (dissolved)
• H2O + CO2 ↔ H2CO3
• H2CO3 ↔ H+ + HCO3
-
• HCO3
- ↔ H+ + CO3
2-
• Ca2+ + CO3
2- ↔ CaCO3 (solid)
• Alkalinitas → jumlah mol ion H
yang diperlukan untuk
mengkonversi semua anion
asam lemah untuk membentuk
senyawanya dalam 1 kg air
47
50. • CO2 penting dibutuhkan oleh tumbuhan untuk photosynthesis.
• O2 penting dibutuhkan oleh hewan pada pernafasan
Photosynthesis:
• CO2 + H2O + energy [dari matahari] O2 + karbohidrat (= gula organic)
Pernafasan (kebalikan dari photosynthesis):
• O2 + sugar CO2 + H2O + energy
Oksigen terlarut
• Air laut & atmosfer, pertukaran udara-air hanya pada antarmuka
• Proses biologi mempengaruhi [O2] photosynthesis dan pernafasan
• Distribusi O2 di air mengontrol proses O2
50
