pengelolaan pencemaran udara

KIMIA LINGKUNGAN
BAGIAN 5:
GEOSPHERE
DAN
SOIL CHEMISTRY
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 .
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
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.
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 atomatom pembentuk mineral tersebut saling
berikatan membentuk suatu struktur tertentu.
 Untuk menentukan struktur kistral suatu mineral
dapat dilakukan analisis dengan sinar X
spectrometri.

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%
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
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
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
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)
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
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
Kategori ukuran partikel tanah
berdasarkan 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 ( < 0.002 mm)
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.
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.
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.
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.
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
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
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
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.
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
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)
Reaksi pelapukan batuan






Reaksi hidrasi /dehidrasi
Dissolution /pelarutan
Oksidasi
Pelarutan dengan hidrolisis
Hidrolisis asam
Reaksi komplek
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
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
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 < 3.
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.
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 .
Degradasi pestisida dalam tanah



Degradasi secara kimia
Degradasi secara fotokimia
Degradasi secara biokimia