KIMIA LINGKUNGAN

1
KIMIA LINGKUNGAN

• BAGIAN 5
• GEOSPHERE
• DAN
• SOIL CHEMISTRY

2
Pendahuluan

• Geosphere adalah bumi tempat manusia mengambil
  makanan, mineral dan fuel
• Geosphere sangat rentan terhadap aktifitas
  manusia
• a. berjuta-jutan ton material diambil dari
  
• perut bumi ( mineral dan batu bara )
• b. Pencemaran udara ( hujan asam dan efek
• rumah kaca)
• c. Tempat pembuangan bahan buangan
  berbahaya
• d. Perubahan tata guna lahan menjadi daerah
  yang
• gundul , menyebabkan erosi dan dampak
• negatif lainnya .

3
Pendahuluan

• Geosphere ( tanah) mampu menetralkan atau
  menguraikan zat polutan yang masuk melalui
  proses kimia atau biokimia,
• a. proses oksidasi reduksi
• b. proses hidrolisis
• d. reaksi asam-basa
• e. Presifitasi
• d. Sorpsi (penyerapan )
• f. Penguraian secara biokimia

4
Definisi

• Kimia lingkungan lebih fokus terhadap lapisan
  lithosphhere
• Lithosphere terdiri dari
• a. lapisan kulit terluar ( outer mantle)
• b. kerak bumi ( earth crust)
• Kerak bumi terdiri dari batuan ( rock)
• Batuan tersusun dari mineral-mineral
• Mineral adalah padatan anorganik yang terjadi
  karena proses alamiah yang mempunyai struktur
  kristal dan komposisi kimia tertentu.

5
Struktur dan sifat mineral

• Sifat mineral dalam tanah sangat ditentukan oleh
  struktur kristal atom pembentuk mineral
• dan komposisi kimia atau formula kimia .
• Struktur kristal mineral adalah bagaimana
  atom-atom pembentuk mineral tersebut saling
  berikatan membentuk suatu struktur tertentu.
• Untuk menentukan struktur kistral suatu mineral
  dapat dilakukan analisis dengan sinar X
  spectrometri.

6
Mineral

• Telah ditemukan lebih dari 2000 jenis mineral
• Hanya 25 jenis kristal sebagai pembentuk batuan
• Elemen terbanyak dalam mineral adalah
• Oksigen 49,5
• Silikon 25,7
• Aluminum 7,4
• Iron 4,7
• Calsium 3,6
• Natrium 2,8
• Kalium 2,6
• Magnesium 2,1
• Lain-lain 1,6

7
CLAY ( Tanah liat atau lempung)

• Clay adalah jenis mineral silikat yang juga
  mengandung aluminum
• Clay merupakan adalah komponen inorganik yang
  penting dalam tanah (soil)
• Clay mempunyai kemampuan mengikat air
• Clay mempunyai kemampuan mempertukarakan kation
• Clay didefinisikan sebagai microcrystalline
  secondary minerals adalah mineral yang mengandung
  silikat alumino hidrat dengan struktur berlapis
  

8
Pembagian mineral clay

• Clay dibedakan satu dengan lainnya berdasarkan
• a. Formula kimianya
• b. Struktur kristalnya
• c. sifat fisik dan kimia
• Clay di bagi dalam 3 ( tiga) kelompok
• a. Montmorillonite Al2(OH)2Si4O10
• b. Illite
• c. Kaolinite Al2Si2O5(OH)4

9
Clay

• Sebagian besar clay mengandung kation Na, K, Mg,
  Ca dan Fe
• Kation-kation tersebut di ikat oleh clay agar
  tidak terlindikan oleh air hujan , sehingga tetap
  dalam tanah sebagai nutrien tanaman.
• Contoh clay adalah kaollinite yang terbentuk
  dari penguraian batuan kalium feldspar
• 2 K Al Si3O8 3 H 9 H2O-------?
• Al2Si2O5(OH)4 2K 4 H4SiO4

10
Struktur kristal Kaollinite

• Terdiri dari lapis Silikon oksida
• setiap atom Silikon dikelilingi 3 atom
  oksigen
• ( bentuknya tetrahedral)
• Terdiri dari lapis aluminum oksida
• setiap atom aluminum dikelilingi 6 atom
  oksigen
• ( bentuknya oktahedral)

11
Soil (tanah)

• Soil adalah campuran dari
• - mineral-mineral
• - material organik
• - air (water)
• yang berguna untuk mendukung pertumbuhan
• tanaman
• Senyawa organik dalam tanah terdiri dari biomassa
  tanaman yang terurai dengan variaso tingkat
  penguraian
• Tanah mengandung bakteri, fungi, animal
• Tanah mengandung udara ( gas)
• Tanah terdiri dari
• 5 senyawa organik
• 95 senyawa inorganik
• Tanah gemuk (kompos)
• 95 senyawa organik
• 5 senyawa inorganik

12
Pembagian lapisan tanah

• Top soil (Horison A)
• - Aktifitas biologis maksimum
• - Banyak mengan dung senyawa organik
• - kation dan logam dalam top soil dapat
• terlindikan
• Subsoil ( Horison B)
• Bagian yang menerima lindi organik, kation
  dan logam dari top soil
• Batuan ( Horison C)
• Bedrock

13
Kategori ukuran partikel tanahberdasarkan United
Classification System

• Ukuran partikel tanah dibagi dalam 4 kategori
• a. Gravel ( 2 60 mm)
• b. Sand ( 0.06 2 mm)
• c. Silt ( 0.06 0.006 mm)
• d. Clays ( lt 0.002 mm)

14
Air dalam tanah

• Air adalah bagian dari sistem 3 fasa dalam tanah
  yaitu sistem fasa solid-liquid-gas dalam tanah .
• Air merupakan media transport nutrien dari tanah
  menuju akar tanaman sampai ke daun , kemudian
  menguap ke atmosfer ( transpirasi).
• Keberadaan nutrien dalam air tergantung kepada
  gradien konsentrasi dan gradien potensial listrik
  
• Air mengisi porositas dari tanah, dan partikel
  tanah mengikat molekul dengan kuat.
• Untuk tanah yang kaya senyawa organik, mungkin
  akan mengikat air lebih keras dari tanah biasa.

15
Air dalam tanah

• Air terikat kuat pada permukaan patikel clay
  dalam tanah , karena ratio luas permukaan
  terhadap volume partikel clay yang tinggi.
• Pengaruh air dalam tanah adalah penurunan nilai
  pE oleh zat organik yang terurai oleh mikro
  organisme , maka kondisi redoks dalam tanah
  menjadi lebih reduksi .
• Penurunan pE menyebabkan Fe dan Mn tereduksi
  menjadi Fe(II) dan Mn(II) yang mudah larut dan
  akan termobilisasi.
• Fe (II) dan Mn(II) pada konsentrasi tinggi
  merupakan toksik untuk tanaman.

16
Udara dalam tanah

• 35 dari volume pore tanah adalah udara
• Udara normal mengandung
• 21 O2 dan 0,03 CO2
• Komposisi udara di dalam tanah berbeda dengan
  udara normal , karena adanya penguraian zat
  organik oleh mikroorganisme menghasilkan gas CO2,
  maka kadar O2 dalam tanah hanya 15 dan CO2
  meningkat menjadi beberapa persen .
• Peningkatan CO2 menyebabkan pH akan lebih
  rendah.

17
Senyawa inorganik dalam tanah

• Pelapukan batuan dan mineral menghasilkan
  senyawa inorganik dalam tanah yang berupa
  koloidal inorganik
• Koloidal inorganik sebagai tempat penyimpan air
  dan nutrien yang dibutuhkan tanaman.
• Koloidal inorganik dapat mengadsorpsi senyawa
  beracun ( detoksifikasi)
• Kemampuan akar tanman mengambil nutrien
  menyangkut interaksi komplek antara fasa air dan
  fasa inoragnik yaitu
• fasa antar muka mineral-air
• fasa antar muka air akar tanaman.

18
Mineral dalam tanah.

• Mineral yang umum terdapat dalam tanah adalah
• a. Quart ( SiO2)
• b. Orthoclase ( KALSi3O8)
• c. Albite ( NaAlSi3O8)
• d. Epidote ( 4CaO. 3(AlFe)2O3.6SiO2.H2O)
• e. Geothite ( FeO(OH)
• f. magnetite (Fe3O4)
• g. CaCO3 dan MgCO3
• h. MnO2 dan TiO2

19
Zat organik dalam tanah

• Zat organik dalam tanah kira-kira 5
• Zat organik sebagi sumber makanan mikroorganisme
• Zat organik memberikan kontribusi terhadap
  pelapukan mineral contohnya
• ion oxalat hasil penguraian zat organik oleh
  jamur dapat melarutkan mineral dalam tanah
  seperti besi dan Aluminum.
• Beberapa jamur dapat menguraikan zat organik
  membentuk asam sitrat , sebagai senyawa
  pengkompleks yang dapat bereaksi dengan mineral
  silikat dan melepaskan kalium dari tanah

20
Major Classes of organic compounds in soil

• Humus , berasal dari penguraian tanaman
• banyak mengandung C, H dan O
• Fats,resin dan waxes
• Saccharide
• N-organik
• P-organik
• PAH ( polisiklik Aromatik Hydrocarbon)
• Senyawa terpen

21
Soil Humus

• Humus adalah hasil penguraian tumbuhan oleh
  mikrorganisme
• Humus diklasifikasikan berdasarkan kelarutannya
  dalam basa
• a. Material yang tidak terekstrasi dalam
  basa
• disebut humin
• b. Material yang terektrasi oleh basa , dan
  
• mengendap jika diasamkan disebut humic
  acid
• c. Material yang terekstrasi oleh basa ,
  tetapi tidak mengendap jika
• diasamkan disebut fulvic acid
• Humus mempunyai berat molekul tinggi , sebagai
  polielektrolit , mampu mengikat logam dalam tanah
  , sebagai buffer dalam tanah
• Kemampuan mengikat molekul air bertamabh dengan
  bertambahnya konsentrasi humus.

22
Geochemistry

• Geochemistry adalah berhubungan dengan spesi
  kimia , reaksi dan proses yang terjadi di dalam
  lithosphere akibat berinteraksi dengan atmosphere
  dan hydrosphere
• Salah satu dampak dari interaksi tersebut adalah
  pelapukan ( weathering )
• Pelapukan dibedakan atas
• a. Pelapukan akibat proses fisik (
  temperatur,
• kelembaban)
• b. Pelapukan akibat proses kimia

23
Pelapukan proses kimia

• Pelapukan proses kimia menyangkut kesetimbangan
  batuan air mineral
• Mekanisme reaksi kimia yang terlibat dalam
  pelapukan adalah presifitasi, reaksi asam-basa,
  reaksi kompleks, reaksi hidrolisis dan redoks.
• Pelapukan semakin cepat dengan adanya air.
• a. Air secara aktif sebagai pelapukan mineral
  
• b. Air pembawa spesi kimia ke batuan
• c. Air mengandung CO2,O2, senyawa asam
  organik
• (humic acid) dan asam mineral ( H2SO4
  dll)

24
Reaksi pelapukan batuan

• Reaksi hidrasi /dehidrasi
• Dissolution /pelarutan
• Oksidasi
• Pelarutan dengan hidrolisis
• Hidrolisis asam
• Reaksi komplek

25
The Soil Solution

• The Soil Solution adalah bagian dari tanah yang
  berupa larutan/ cairan yang banyak menganddung
  materi terlarut hasil dari reaksi kimia atau
  biokimia dan pertukaran dari atmosfer dan
  hidrosphere
• Sebagai media transportasi spesi kimia dari dan
  ke batuan
• Sebagai media transportasi nutrien untuk tanaman
• Mineral yang umum terdapat dalam the soil
  solution adalah kation H, Ca, Mg, K, Na , Fe
  , Mn, Al.
• Anion HCO3, CO3, SO4, Cl, F

26
Reaksi asam-basa dan ionexchange dalam tanah

• Tanah mempunyai kemampuan mempertukarkan kation .
• Banyaknya kation yang dapat dipertukarkan oleh
  sejumlah berat tanah adalah CEC
• CEC Cation Exchangeable Capacity
• meq kation/ 100 gram tanah (
  kering) .
• Reaksi pertukaran kation di dalam tanah
  disebabkan oleh
• a. Muatan negatif yang terdapat pada mineral
  tanah
• b. Senyawa organik ( humic acid) mengandung
  gugus
• karboksilat dan gugus lainnya yang
  bermuatan
• negatif.
• Tanah compos mempunyai CEC 300-400 meq/100g
• Tanah biasa mempunyai CEC 10 -30 meq/100 g

27
Pembentukan asam dalam tanah

• Oksidasi pyrite di alam tanah akan menghasilkan
  asam sulfat
• FeS 7/2 O2 H2O --? Fe 2H 2 SO4
• Fenomena pembentukan asam sulfat ini banyak
  terjadi di dalam pertambangan yang dikenal dengan
  air asam tambang
• pH air asam tambang pH lt 3.

28
Pengaturan keasaman tanah

• Tanaman memerlukan pH tanah yang netral, untuk
  tanah yang asam dapat dinetralkan dengan
  penambahan CaCO3 atau kapur .
• Untuk daerah yang curah hujannya rendah, tanah
  akan semakin basa, untuk menurukan pH tanahnya
  dapat ditambahkan Ferro sulfat atau sulfur yang
  akan teroksidasi membentuk sulfat.

29
Zat pencemar dalam tanah

• Tanah banyak menerima zat pencemar
• a. SO2 dan NOx di atmosfer --? hujan asam
• b. CO dikonversi menjadi CO2
• c. Pb-Partikulat jatuh ke permukaan tanah
• d. Leachate dari TPA
• f. Pemberian pestisida untuk pertanian
• g. dari sektor industri dll
• Akibat pencemaran tanah akan menyebakan
  pencemaran air tanah .

30
Degradasi pestisida dalam tanah

• Degradasi secara kimia
• Degradasi secara fotokimia
• Degradasi secara biokimia