ANALISIS KATION DAN ANION AIR TANAH DI DAERAH SUKABUMI JAWA BARAT

RESUME JURNAL

ANALISIS KATION DAN ANION AIR TANAH DI DAERAH SUKABUMI JAWA BARAT

( Hendrawati dan Siti Maryam)

Diajukan sebagai salah satu tugas matakuliah Kimia Analitik I

Dosen Pengampu: Agung A. Kiswandono, M.Si

Oleh :

SAMSUL MUARIP (07630008)

RATU PARAMITA (10630025)

NIKO NUROVA       (10630045)

ANIS FUAD               (10630041)

                                                                              

PROGRAM STUDI KIMIA

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UIN SUNAN KALIJAGA

YOGYAKARTA

2011

A.    Latar Belakang

Air tanah adalah air yang berasal dari air hujan yang masuk kedalam system akuifer dan mengikut pergerakan air tanah sehingga air itu menjadi bagian dari persediaan air bawah tanah. Penelitian hidrologi air tanah telah banyak dilakukan dengan berbagai metode, salah satunya adalah dengan menentukan nilai kadar kation dan anionnya.

 Data hasil penelitian ini digunakan untuk berbagai keperluan. Misalnya digunakan untuk penentuan kualitas air tanah ditinjau dari keamanan lingkungan bahkan sampai pada penentuan umur air tanah itu sendiri. Secara umum dalam bidang hidrologi penentuan umum air tanah angat bermanfaat untuk menyajikan informasi yang diperlukan untuk penentuan sifat-sifat akuifer seperti kecepatan aliran rata-rata ataupun informasi yang diperlukan untu menyusun rencana penelitian air tanah secara regional. Selain itu, dalam aplikasinya teknik ini dapat digunakan untuk membuat peta isokuntur air tanah suatu daerah konservasi air tanah permukaan (Center For Ground Water Studies, 2001)

Penetuan umur air tanah dapat pula dilakukan secara evolusi kimia. Penentuan umur air dengan cara ini dilihat berdasarkan anion dominannya. Apabila anion dominannya berupa senyawa karbonat maka umur air tanah sekitar tahunan sampai ribuan dan air tanah dengan ion dominan klor memiliki umur ribuan tahun (Foster, Wiliam, 1990)

Menurut Freeze dan Cherry (1979), air tanah yang mengalir dalam lapisan akuifer tanah mengalami evolusi kimia air yang akan meningkatkan padatan terlarut total dalam air. Dalam penelitian-penelitian air tanah diberbagai tempat di dunia, air tanah dangkal pada daerah imbuh (recharge) mempunyai padatan terlarut yang lebih rendah dibandingkan air tanah dalam daerah yang sama dan juga lebih rendah daripada air tanah dangkal pada daerah discharge.

B.     Tujuan

Penelitian ini bertujuan untuk menentukan nilai kadar kation dan anion sample air tanah yang berasal dari daerah Sukabumi Jawa Barat. Konsentrasi anion ditentukan menggunakan Spektrofotometer Visible dan titrasi volumetric sedangkan konsentrasi kation menggunakan Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)

Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat memberikan informasi mengenai nilai kadar kation  dan anion air tanah. Selanjutnya data yang diperoleh dapat digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya penentuan umur air tanah dan kualitas air tanah pada daerah penelitian yang dalam aplikasinya dapat digunakan untuk penentuan lokasi pengambilan air tanah oleh masyarakat dan industry (Syafalni, 2003).

C.    Tinajauan Pustaka

1.      Air

Air merupakan bahan yang penting bagi kehidupan manusia dan fungsinya yang tidak dapat digantikan oleh senyawa lain (F.G Winarno 2004).

Secara kimia air merupakan sebuah molekul yang terdiri dari sebuah atom oksigen yang berikatan kovalen dengan dua atom hydrogen. Kedua atom hydrogen melekat disatu atom oksigen dengan sudut 104,5^o. Hydrogen dan oksigen mepunyai daya padu yang sangat besar antara keduanya. Keunikan terjadi berkat karena ikatan pemadu kedua unsurnya. Perangkaian jarak atom-atomnya mirip kunci yang masuk lubangnya, kecocokannya begitu sempurna, sehingga air tergolong senyawa alam yang paling mantap. Semua atom dalam mlekul air terjalin menjadi satu oleh ikatan yang kuat, yang hanya dapat dipecahkan oleh perantara yang paling agresif, misalnya energy listrik atau zat kimia seperti logam kalium (F.G Winarno 2004).

Akibat perbedaan elektronegativitas antara H dan O, sisi hydrogen molekul air bermuatan positif dan sisi oksigen bemuatan negative. Kareuna itu, molekul air dapat ditarik oleh senyawa lain yang bermuatan positif atau negative. (F.G Winarno 2004).

Daya tarik menarik diatara kutub positif sebuah molekul air dengan kuub negative molekul air lainnya menyebabkan terjadinya penggabungan molekul molekul air melalui ikatanhidrogen. Ikatan hydrogen jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen. Ikatan hydrogen terjadi antara atom H dengan atom O dari molekul air yang lain. Ikatan hydrogen mengikat molekul-molekul air lain disebelahnya dan sifat inilah yang menyebabkan air dapat mengalir. (F.G Winarno 2004).

Larutan ionic dalam air seperti larutan garam dalam NaCl, molekul air akan melemahkan ikatan ionic garam NaCl sehingga dapat terlarut sebagai ion Na⁺ dan Cl^-. Ion tersebut terhidrasi dan diunngsikan oleh molekul air, sehingga terjadi larutan NaCl. (F.G Winarno 2004).

2.      Kation (Ion bermuatan positif)

Menurut sistematika berikut, kation digolongkan berdasarkan atas perbedaan kelarutan dari garam kloria, sulfida dan karbonat sebagai berikut :  Gol I (Gol. Asam Klorida), II (Gol. Asam Sulfida), III (Gol. Amonium Sulfida), IV (Gol. Amonium Karbonat), V (Gol. Sisa).

1.      Golongan I : membentuk endapan dengan HCl encer

a.       Pb²⁺, Hg⁺, Ag⁺

2.      Golongan II : tidak bereaksi dengan HCl, membentuk endapan dengan H₂S

a.       Hg²⁺, Bi²⁺, Cd²⁺, As³⁺, As⁵⁺, Sb³⁺, Sb⁵⁺,  Sn²⁺, Sn³⁺ ,Cu²⁺

3.      Golongan III : membentuk endapan dengan NH₄S

a.       Co²⁺, Ni²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Al³⁺, Zn²⁺, Mn²⁺

4.      Golongan IV : membentuk endapan dengan (NH₄)₂ CO₃

a.       Ca²⁺, Sr²⁺, Ba²⁺

5.      Golongan V : tidak bereaksi dengan reagen golongan sebelumnya

a.       Mg²⁺, Na⁺, NH₄⁺, Li⁺, H⁺,K⁺

(Vogel, 1979)

3.      Anion ( ion bermuatan negative)

Umumnya anion dibagi menjadi tiga golongan, yaitu:

1.      Golongan sulfat : SO42-, SO32-, PO42-, Cr2O42-, BO2-, CO32-, C2O42-, AsO43-.

2.      Golongan Halida : Cl-, Br-, I-, S2-,

3.      Golongan Nitrat : NO3-, NO2-, C2H3O2-.

    (Vogel, 1979)

4.      Spektrofotometer UV-Visible

Pada spektrofotometer UV, sinar kontinyu dihasilkan oleh lampu awan muatan hidrogen atau deuterium (D2), sedangkan sinar visible dihasilkan oleh lampu Wolfram. Panjang gelombang cahaya UV-Vis jauh lebih pendek daripada panjang gelombang radiasi IR. Panjang gelombang UV-Vis berada pada kisaran 180-800 nm. Prinsip dasar spektroskopi UV-Vis adalah terjadinya transisi elektronik yang disebabkan penyerapan sinar UV-Vis yang mampu mengeksitasi elektron dari orbital yang kosong. Umumnya, transisi yang paling mungkin adalah transisi pada tingkat tertinggi (HOMO) ke orbital molekul yang kosong pada tingkat terendah (LUMO). Pada sebagian besar molekul, orbital molekul terisi pada tingkat energi terendah adalah orbital σ yang berhubungan dengan ikatan σ, sedangkan orbital π berada pada tingkat energi yang lebih tinggi. Orbital nonikatan (n) yang mengandung elektron-elektron yang belum berpasangan berada pada tingkat energi yang lebih tinggi lagi, sedangkan orbital-orbital anti ikatan yang kosong yaitu σ* dan π* menempati tingkat energi yang tertinggi.

Terdapat dua jenis pergeseran pada spektra UV-Vis, yaitu pergeseran ke panjang gelombang yang lebih besar disebut pergeseran merah (red shift), yaitu menuju tingkat energi yang lebih rendah, dan pergeseran ke panjang gelombang yang lebih pendek disebut pergeseran biru (blue shift), yaitu menuju ke tingkat energi yang lebih tinggi (Underwood, 1980).

Intensitas penyerapan dijelaskan dengan hukum Lambert-Beer, dimana fraksi cahaya yang diabsorbsi tidak tergantung pada kekuatan sumber cahaya mula-mula, dan fraksi yang diabsorbsi tergantung pada banyaknya mol (ketebalan/konsentrasi) yang dapat mengabsorbsi. Oleh karena itu, absorbs cahaya merupakan fungsi dari molekul yang mengabsorbsi, maka cara yang tepat untuk menyatakan absorbansi adalah :

A=E b c

Dimana :

ε : absorptivitas molar (mol-1.cm-1L)

b : tebal lintasan (cm)

c : konsentrasi larutan (molL-1)

Dengan menggunakan metode kurva kalibrasi, yaitu dengan membuat grafik absorbansi versus konsentrasi dapat diperoleh suatu kurva linier. Melalui pengukuran absorbansi suatu sampel dan menginterpolasikannya ke kurva kalibrasi, maka konsentrasi sampel dapat ditentukan (Underwood, 1980).

5.      Spektrofotometer Serapan Atom (SSA)

Metode AAS berperinsip pada absorpsi cahaya oleh atom. Atom-atom menyerap cahaya tersebut pada panjang gelombang tertentu, tergantung pada sifat unsurnya. Cahaya pada panjang gelombang ini mempunyai cukup energy untuk mengubah tingkat elektronik suatu atom. Transisi elektronik suatu unsure bersifat spesifik. Dengan absorpsi energy, berarti memperoleh lebihbanyak energy, suatu atom pada keadaan dasar dinaikan tingkat energinya ketingkat eksitasi.Spektrum atomic untuk masing-masing unsure terdiri atas garis-garis resonansi. Spectrum atomic untuk masing-masing unsure terdiri atas garis-garis resonansi. Garis-garis lain yang bukan garis resonansi dapat berupa spectrum yang berasosiasi dengan tingkat energy molekul, biasnya berupa pita-pita lebar ataupun garis tidak berasal dari eksitasi tingkat dasar yang disebabkan proses atomisasinya. (Khopkar 2008)

Secara umum komponen-komponen spektrofotometer serapan atom (SSA) adalah sama dengan spectrometer UV-Vis. Keduanya mempunyai komponen yang terdiri dari sumber cahaya, tempat sampel, monkromator, dan detector. Analisa sampel dilakukan melalui pengukuran absorbansi sebagai fungsi konsentrasi standar dan menggunakan hukum Lambert-Beer untuk menentukan konsentrasi sampel yang dketahui. (Khopkar 2008)

D.    Metode

1.      Bahan dan Alat

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini diantaranya larutan standar kation dan anion untuk masing-masing anion dan kation, asam oksalat, gas CO₂, BaCl₂, NaOH.

Peralatan yang digunakan antara lain kontener 60 Liter lampu untuk logam-logam yang akan diukur, Spektrofotometer UV-Visibel, Spektrofotometer Serapan Atom (SSA), Buret dan perlengkapan untuk volumetric.

2.      Analisis Anion dan Kation

a.      Analisi Ion Klor (Cl-)

Pembuatan larutan standar

Kurva kalibrasi dibuat dari deret standar msaing-masing (0,25; 0,50; 1,0; 2,0; 3,0) ppm dari larutan standar 25 ppm. Masing-masing larutan dimasukan kedalam labu ukur 25 mL, untuk blanko dilakukan seperti diatas tanpa pemipetan larutan standar. Kedalam larutan standar ditambahkan 2 mL larutan Fe(NH₄)(SO₄)₂.12H₂O dan 2 mL larutan Hg-thiosianat, volume ditetapkan dengan air suling sampai tanda tera, lalu dikocok dan didiamkan selam 10 menit.

Pembuatan kadar ion klorida

20 mL sampel air dipipet dan dimasukan kedalam labu ukur 25 mL. percobaan dilakukan secara duplo. Kedalam larutan ditambahkan 2 mL larutan Fe(NH₄)(SO₄)₂.12H₂O dan ditambahkan 2 mL Hg-thiosianat. Volume ditetapkan dengan air suling sampai 25 mL, lalu dikocok dan dibiarkan selama 10 menit. Larutan standard an sampel diukur menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada panjangt gelombang 460 nm.

b.      Analisis Ion Sulfat (SO₄^2-)

Pembuatan larutan Buffer

Larutan buffer dibuat dari 30 g magnesium klorida heksahidrat MgCl₂.6H₂O an 1 g asam asetat CH₃COOH 99% yang dilarutkan dalam 500 mL air suling bebas sulfat. Larutan ditambahkan air suling hingga volume 1000 mL.

Larutan standar sulfat (0; 0,5; 1; 2; dan 3) mL merck 1000 ppm dimasukan kedalam labu ukur 100 mL. larutan ditambahkan air suling sampai tanda tera sehingga diperoleh konsentrasi sulfat 0 mg/L; 5 mg/L; 10 mg/L; 20 mg/L; dan 30 mg/L. masing-masing larutan sulfat sebanyak 50 mL dipindahkan kedalam Erlenmeyer 250 mL lalu ditambahkan 20 mL larutan buffer dan dihomogenkan dengan cara diauk menggunakan pengaduk magnet pada kecepatan tetap selama (60±2) detik, sambil diaduk ditambahkan 0,3 g BaCl₂.

Penetapan kadar Ion Sulfat

50 mL sampel air dimasukan kedalam Erlenmeyer 250 mL lalu ditambahkan 20 mL larutan buffer dan dihomogenkan dengan cara diaduk menggunakan pengaduk magnet pada kecepatan tetap selam (60±2) detik, sambil diaduk ditambahkan 0,3 g BaCl2 pengukuran dilakukan dengan spektrofotometer pada panjang gelombang 420 nm setelah (5±0,5) menit penambahan barium klorida

c.       Analisis Ion HCO₃^-

25 mL sampel air dipipet dan dimasukan kedalam Erlenmeyer 250 mL. Ditambahkan 1 tetes indicator metal merah kemudian dititrasi dengan larutan HCl 0,004 N sampai mencapai titik akhir (pH 4,5). Menghitung konsentrasi anion HCO₃^- (Day, R.A.Jr. & Underwood, 2005)

d.      Analisis Ion Na+

 Deret standar Na (1,2,4,6 dan 8) mL dibuat dari larutan induk Na 100 ppm. Larutan dimasukan kedalam labu ukur 100 mL dan ditetapkan dengan air suling sampai tanda tera. Larutan dianalisis menggunakan spectrometer serapan atom (suherman, Eman, 1995)

Sampel air tanah dimasukan kedalam gelas piala lalu dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom.

e.       Analisis Ion K+

Deret standar K⁺ (2,4,6 dan 8) mL dibuat dari larutan Induk K 100 ppm. Larutan dimasukan kedalam labu ukur 100 mL dan ditepatkan dengan air suling sampai tanda tera. Larutan dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom.

f.       Analisis Ion Ca2+

Deret standar Ca²⁺ (0,25; 0,5; 1 dan 2) mL dibuat dari larutan Induk Ca 100 ppm. Larutan dimasukan kedalam labu ukur 100 mL dan ditepatkan dengan air suling sampai tanda tera. Larutan dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom.

Sampel air tanah dimasukan kedalam gelas piala lalu dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom.

g.      Analisis Ion Mg2+

Deret standar Mg²⁺ (0,25; 0,5; 1 dan 2) mL dibuat dari larutan Induk Mg 100 ppm. Larutan dimasukan kedalam labu ukur 100 mL dan ditepatkan dengan air suling sampai tanda tera. Larutan dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom.

Sampel air tanah dimasukan kedalam gelas piala lalu dianalisis menggunakan spektrofotometer serapan atom.

E.     Hasil dan Pembahasan

Dari hasil analisa kimia yang dilakukan pada air tanah diproleh data sebagai berikut:

Tabel 1. Data nilai kadar kation dan anion sampel air tanah part per milion(ppm)

Tabel 2. Data nilai kadar kation dan anion Sampel Air Tanah part per milion (ppm)

Kadar anion dan kation (ppm) pada table 1 dan 2 diubah menjadi ekuivalen permilion (epm) dengan cara member kadar (ppm) dengan bobot ekuivalen masing-masing kation dan anion tersebut, setelah itu data hasil dari kation dan anion dalam satuan epm kemudian diubah dalam bentuk persentase.

Persentase anion dan kation diperoleh dengan cara menjumlahkan seluruh anion dan katioon lalu dibandingkan masing-masing anion kation tersebut dengan total anion dan kation seluruhnya. Persentase (%) Nilai kation dan anion pada sample air disajikan pada table 3.

Tabel 3. Persentase kation dan anion air tanah

Berdasarkan table 3, terlihat bahwa persentase kation terbesar dalam sampel air tanah adalah ion Na⁺ (45,4-81,03 %). Pada beberapa sampel air tanah yaitu sampel air tanah dengan kode Smb 8 dan Smb 16, kation dominant setelah Na⁺ adalah Mg²⁺ (>20%), sedangkan sampel air tanah dengan kode Smb 20, kation terbesar setelah Na⁺ adalah Ca²⁺ (29,4 %).

Persentase anion hampir seluruhnya didominasi oleh anion bikarbonat (HCO₃^-), sekitar 44,96 % sampai 90,86%. Kecuali pada sampel air tanah dengan kode Smb 18, Smb 19 dan Smb 20 anion dominannya adalah anion sulfat (SO₄^2-), sekitar 48,23% sampai 67,87%.

Data hasil penelitian diintegrasikan sehingga diperoleh suatu kajian sebagai berikut:

1.      Air tanah dengan anion dominan bikarbonat, termasuk air tanah yang berasal lapisan atas. Air tanah ini mempunyai sifat air tanah yang aktif dan air pada lapisan ini mempunyai HCO₃^- sebagai anion yang dominan dan mempunyai kandungan padatan terlarut total (TDS) yang rendah.

2.      Air tanah dengan anion dominant sulfat, termasuk air tanah yang berasal dari lapisan tengah, mempunyai sifat sirkulasi yang kurang aktif dan mempunyai kandungan padatan terlarut total yang tinggi. Anion dominan pada lapisan ini adalah SO₄^2-.

F.     Kesimpulan

Berdasarkan data hasil penelitian dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1.      Persentase kation trbesar dalam sampel air tanah secara umum adalah ion Na⁺ (45,4-81,03 %). Pada beberapa sampel air tanah dengan kode Smb 8 dan Smb 16, kation dominant setelah Na⁺ adalah kation Mg²⁺ (>20%), sedangkan sampel air tanah dengan kode Smb 20, kation terbesar setelah Na⁺ adalah Ca²⁺ (29,4 %).

2.      Persentase anion hampir seluruhnya didominasi oleh anion bikarbonat (HCO₃^-), sekitar 44,96 % sampai 90,86%. Kecuali pada sampel air tanah dengan kode Smb 18, Smb 19 dan Smb 20 anion dominannya adalah anion sulfat (SO₄^2-), sekitar 48,23% sampai 67,87%.

3.      Air tanah dengan anion dominan bikarbonat, termasuk air tanah yang berasal lapisan atas. Air tanah ini mempunyai sifat air tanah yang aktif dan air pada lapisan ini mempunyai HCO₃^- sebagai anion yang dominan dan mempunyai kandungan padatan terlarut total (TDS) yang rendah.

4.      Air tanah dengan anion dominant sulfat, termasuk air tanah yang berasal dari lapisan tengah, mempunyai sifat sirkulasi yang kurang aktif dan mempunyai kandungan padatan terlarut total yang tinggi. Anion dominan pada lapisan ini adalah SO₄^2-.

Daftar Pustaka

American society for testing and Materials, 1991, Water and Enviromental Technology, Secion 11, Philadelpia.

Center for Groundwater studies, 2001, Fundamentals of Groundwater Seciens Technology abd Managemen, Adelaide

Day, R.A., Jr. dan A.L. Underwood, 2005, Analisa kimia Kuantitatif, Penerbit Erlangga, akarta

F.G. Winarno,. 2004. Kimia Pangan dan Gizi. Penerbit PT. Gramedia Pustaka Utama. Jakarta

Fessenden Ralph J. dan Fessenden J.S., 1995, Kimia Organik, Edisi ketiga Bahasa Indonesia Jilid 2, Penerbit Erlangga, Jakarta

Foster, Wiliam, 1990, persediaan Air, ilmu pengtahuan popular, Edisi keempat Bahasa Indonesia jilid 4, PT.Widyakarta.

Freeze, A.R., John, A. Cherry, 1979, Groundwater, Prentice-Hall Inc., Englewood Cliffts, New Jersay

Riddick, J.A; Bunger, W.B., 1999, Technic Of Chemistry Organic Solvent Vol. 2 : Phisical Properties and Methods Of Purification, 3^nd edition, Wiley Intersecience

S.M Khopkar, 2008, Konsep dasar kimia analitik, UI Press, Jakarta

Suherman, Eman, 1995, Instrummen analisis, akademi kimia Analisis Bogor, Bogor.

Syafalni, M. dkk, 2003, Studi Air tanah cekungan bekasi dengan menggunakan metode Hidroisotop, Risalah pertemuan Ilmiah dan Pengembangan Aplikasi Isotop dan Radiasi, Jakarta.

Vogel, 1997, Buku teks analisis anorganik kualitatif makro dan semimikro Bagian I, PT. Haperi Indah, Jakarta

Vogel, 1997, Buku teks analisis anorganik kualitatif makro dan semimikro Bagian II, PT. Haperi Indah, Jakarta