Penentuan Kadar Kesadahan Air dengan Met
Penentuan Kadar Kesadahan Air dengan Metode Titrasi EDTA
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semua makhluk hidup di bumi ini butuh air. Air merupakan pelarut yang sangat baik, sehingga di alam umumnya
berada dalam keadaan tidak murni. Air alam mengandung berbagai jenis zat, baik yang larut maupun yang tidak
larut serta mengandung mikroorganisme. Jika kandungan bahan-bahan dalam air tersebut tidak mengganggu
kesehatan, air dianggap bersih dan layak untuk diminum, air dikatakan tercemar jika terdapat gangguan terhadap
kualitas air sehingga air tersebut tidak dapat digunakan untuk tujuan penggunaannya. Pencemaran air dapat terjadi
karena masuknya makhluk hidup, zat, dan energi terdalam air oleh kegiatan manusia. Keadaan itu dapat
menurunkan kualitas air sampai ke tingkat tertentu dan membuat air tidak berfungsi lagi sesuai dengan tujuan
penggunaannya.
Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan yang berkontak dengannya.
Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut antara lain:
CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Dimana air yang banyak mengandung ionion kalsium dan magnesium dikenal sebagai air sadah. Air sadah adalah air yang di dalamnya terlarut garam-garam
kalsium dan magnesium air sadah tidak baik untuk mencuci karena ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan berikatan dengan
sisa asam karbohidrat pada sabun dan membentuk endapan sehingga sabun tidak berbuih. Senyawa-senyawa
kalsium dan magnesium ini relatif sukar larut dalam air, sehingga senyawa-senyawa ini cenderung untuk memisah
dari larutan dalam bentuk endapan atau precipitation yang kemudian melekat pada logam (wadah) dan menjadi
keras sehingga mengakibatkan timbulnya kerak (Bintoro, 2008).
Air sadah dibagi menjadi dua yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap. Air sadah sementara yaitu air yang
kesadahannya disebabkan oleh kalsium dan magnesium dari karbohidrat dan bikarbonat, sedangkan air sadah
permanen atau tetap disebutkan oleh garam kalsium sulfat dan klorida. Manfaat penentuan kesadahan sementara
dan kesadahan permanen yaitu untuk mengetahui tingkat kesadahan air karena air sadah dapat menimbulkan kerak
sehingga dapat menyumbat pipa saluran air panas seperti radiator yang digunakan dalam mesin-mesin pertanian.
EDTA (ethylene diamine tetraacetic) merupakan suatu kompleks kelat yang larut ketika ditambahkan ke dalam
suatu larutan yang mengandung kation logam tertentu seperti Ca2+ dan Mg2+, di mana akan membentuk kompleks
dengan logam-logam tersebut. Ketika ditambahkan suatu indikator EBT ke dalam larutan yang mengandung
kompleks tersebut maka akan menghasilkan perbahan warna pada pH tertentu, sehingga dengan prinsip ini nilai
kesadahan air dapat dianalisis.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana pengertian kesadahan yang sebenarnya?
2. Bagaimana metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai kesadahan?
1.3 Tujuan
1. Mengetahui pengertian dari kesadahan
2. Mengetahui metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai kesadahan
1.4 Manfaat
Pembuatan makalah ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang kesadahan serta cara yang dapat
digunakan untuk mengukur nilai kesadahan tersebut.
BAB II
ISI
2.1 Tinjauan Pustaka
2.1.1 Pengertian Kesadahan
Pada awalnya, kesadahan air didefinisikan sebagai kemampuan air untuk mengendapkan sabun, sehingga
keaktifan/ daya bersih sabun menjadi berkurang atau hilang sama sekali. Sabun adalah zat aktif permukaan yang
berfungsi menurunkan tegangan permukaan air, sehingga air sabun dapat berbusa. Air sabun akan membentuk
emulsi atau sistem koloid dengan zat pengotor yang melekat dalam benda yang hendak dibersihkan.
Kesadahan terutama disebabkan oleh keberadaan ion-ion kalsium (Ca2+) dan magnesium (Mg2+) di dalam air.
Keberadaannya di dalam air mengakibatkan sabun akan mengendap sebagai garam kalsium dan magnesium,
sehingga tidak dapat membentuk emulsi secara efektif. Kation-kation polivalen lainnya juga dapat mengendapkan
sabun, tetapi karena kation polivalen umumnya berada dalam bentuk kompleks yang lebih stabil dengan zat
organik yang ada, maka peran kesadahannya dapat diabaikan. Oleh karena itu penetapan kesadahan hanya
diarahkan pada penentuan kadar Ca2+ dan Mg2+. Kesadahan total didefinisikan sebagai jumlah miliekivalen (mek)
ion Ca2+ dan Mg2+ tiap liter sampel air (Anonim, 2008).
Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah
karena adanya ion-ion Ca2+, Mg2+. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal
(logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam
jumlah kecil.
Air yang banyak mengandung mineral kalsium dan magnesium dikenal sebagai “air sadah”, atau air yang sukar
untuk dipakai mencuci. Senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan
mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut
dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat
yang akhirnya menjadi kerak.
Pengertian kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, di mana sabun ini diendapkan oleh ion-ion
yang saya sebutkan diatas. Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah Ca2+ dan Mg2+, khususnya Ca2+,
maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat / karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion
Ca2+ dan Mg2+, yang dinyatakan sebagai CaCO3. Kesadahan ada dua jenis, yaitu (Giwangkara, 2008) :
1. 1. Kesadahan sementara
Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam bikarbonat, seperti Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2.
Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk encapan
CaCO3 atau MgCO3.
Reaksinya:
Ca(HCO3)2 → dipanaskan → CO2 (gas) + H2O (cair) + CaCO3 (endapan)
Mg(HCO3)2 → dipanaskan
→
CO2 (gas) + H2O (cair)
+ MgCO3 (endapan)
1. 2. Kesadahan tetap
Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO4, MgSO4,
CaCl2, MgCl2. Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari larutan
natrium karbonat dan magnesium hidroksida) sehingga terbentuk endapan kaslium karbonat (padatan/endapan) dan
magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air.
Reaksinya:
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 (padatan/endapan) + 2NaCl (larut)
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 (padatan/endapan) + Na2SO4 (larut)
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaCl2 (larut)
MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaSO4 (larut)
Ketika kesadahan kadarnya adalah lebih besar dibandingkan penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan
bikarbonat, yang kadar kesadahannya eqivalen dengan total kadar alkali disebut “ kesadahan karbonat; apabila
kadar kesadahan lebih dari ini disebut “kesadahan non-karbonat”. Ketika kesadahan kadarnya sama atau kurang
dari penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, semua kesadahan adalah kesadahan karbonat dan
kesadahan noncarbonate tidak ada. Kesadahan mungkin terbentang dari nol ke ratusan miligram per liter,
bergantung kepada sumber dan perlakuan dimana air telah subjeknya.
2.1.2 EDTA
EDTA adalah kependekan dari ethylene diamin tetra acetic. EDTA berupa senyawa kompleks khelat dengan
rumus molekul (HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2. Merupakan suatu senyawa asam amino yang secara luas
dipergunakan untuk mengikat ion logam logam bervalensi dua dan tiga. EDTA mengikat logam melalui empat
karboksilat dan dua gugus amina. EDTA membentuk kompleks kuat terutama dengan Mn (II), Cu (II), Fe (III),
dan Co (III) (Anonim, 2008).
Etilendiamintetrasetat atau yang dikenal dengan EDTA, merupakan senyawa yang mudah larut dalam air, serta
dapat diperoleh dalam keadaan murni. Tetapi dalam penggunaannya, karena adanya sejumlah tidak tertentu dalam
air, sebaiknya distandardisasi terlebih dahulu.
Gambar 2.1 Struktur EDTA
Terlihat dari strukturnya bahwa molekul tersebut mengandung baik donor elektron dari atom oksigen maupun
donor dari atom nitrogen sehingga dapat menghasilkan khelat bercincin sampai dengan enam secara serempak
(Khopkar, 1990).
2.1.3 Metode Titrasi EDTA
Kesadahan total yaitu ion Ca2+ dan Mg2+ dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA sebagai titran dan
menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Kejadian total tersebut dapat dianalisis secara
terpisah misalnya dengan metode AAS (Automic Absorption Spectrophotometry) (Abert dan Santika, 1984).
Asam Ethylenediaminetetraacetic dan garam sodium ini (singkatan EDTA) bentuk satu kompleks kelat yang dapat
larut ketika ditambahkan ke suatu larutan yang mengandung kation logam tertentu. Jika sejumlah kecil Eriochrome
Hitam T atau Calmagite ditambahkan ke suatu larutan mengandung kalsium dan ion-ion magnesium pada satu pH
dari 10,0 ± 0,1, larutan menjadi berwarna merah muda. Jika EDTA ditambahkan sebagai satu titran, kalsium dan
magnesium akan menjadi suatu kompleks, dan ketika semua magnesium dan kalsium telah manjadi kompleks,
larutan akan berubah dari berwarna merah muda menjadi berwarna biru yang menandakan titik akhir dari titrasi.
Ion magnesium harus muncul untuk menghasilkan suatu titik akhir dari titrasi. Untuk mememastikankan ini,
kompleks garam magnesium netral dari EDTA ditambahkan ke larutan buffer.
Penentuan Ca dan Mg dalam air sudah dilakukan dengan titrasi EDTA. pH untuk titrasi adalah 10 dengan indikator
Eriochrom Black T (EBT). Pada pH lebih tinggi, 12, Mg(OH)2 akan mengendap, sehingga EDTA dapat
dikonsumsi hanya oleh Ca2+ dengan indikator murexide. Adanya gangguan Cu bebas dari pipa-pipa saluran air
dapat di masking dengan H2S. EBT yang dihaluskan bersama NaCl padat kadangkala juga digunakan sebagai
indikator untuk penentuan Ca ataupun hidroksinaftol. Seharusnya Ca tidak ikut terkopresitasi dengan Mg, oleh
karena itu EDTA direkomendasikan.
Kejelasan dari titik- akhir banyak dengan pH peningkatan. Bagaimanapun, pH tidak dapat ditingkat dengan tak
terbatas karena akibat bahaya dengan kalsium karbonat mengendap, CaCO3, atau hidroksida magnesium, Mg(OH)2
, dan karena perubahan celup warnai di ketinggian pH hargai. Ditetapkan pH dari 10,0 ± 0,1 adalah satu
berkompromi kepuasan. Satu pembatas dari 5 min disetel untuk jangka waktu titrasi untuk memperkecil
kecenderungan ke arah CaCO3 pengendapan.
BAB III
METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
Peralatan yang digunakan adalah seperangkat alat titrasi dan peralatan gelas yang biasa digunakan dalam
laboratorium kimia analitik.
3.1.2 Bahan
1. Larutan buffer:
1)
Dilarutkan 16,9 g ammonium klorida (NH4Cl) dalam 143 mL ammonium hidroksida (NH4OH). Kemudian
ditambahkan 1,25 g garam magnesium dari EDTA (yang telah distandardisasi) dan diencerkan ke dalam 250 mL
aquades.
2)
Jika garam magnesium dari EDTA tidak ada, dilarutkan 1,179 g garam disodium dari
ethylenediaminetetraacetic aciddihydrate (reagen analitis) dan 780 mg magnesium sulfat (MgSO4 .7H2O) atau 644
mg magnesium chloride (MgCl2 . 6H2O ) ke dalam 50 mL aquades. Kemudian ditambahkan ke dalam campuran ini
16,9 g NH4Cl dan 143 mL NH4OH dengan pengadukan dan diencerkan sampai 250 mL dengan aquades.
Simpan larutan 1) atau 2) dalam suatu plastik atau gelas borosilicate. Bagikan larutan buffer menggunakan pipet.
Hentikan penambahan larutan buffer ketika 1 atau 2 mL ditambahkan ke sampel tidak berhasil menghasilkan satu
pH dari 10,0 ± 0,1 pada titik akhir titrasi.
3)
Preparasi salah satu buffer ini dengan mencampurkan 55 mL HCl dengan aquades 400 mL dan kemudian,
aduk dengan perlahan dan tambahkan 300 mL 2-aminoethanol (bebas dari alumunium dan logam lebih berat).
Tambahkan 5 g garam magnesium dari EDTA dan encerkan hingga 1 L dengan aquades.
1. Agen Complexing:
Adakalanya air mengandung ion yang bertentangan memerlukan penambahan suatu agen complexing yang sesuai
untuk memberikan satu titik akhir, yaitu perubahan warna yang tajam pada titik-akhir. Berikut adalah agen
complexing tersebut:
1)
Inhibitor I : Sesuaikan sampel asam ke pH 6 atau lebih tinggi dengan larutan buffer atau 0,1 N NaOH.
Tambahkan 250 mg NaCN (bentuk serbuk). Tambahkan buffer secukupnya untuk menyesuaikan ke pH 10,0 ±0,1
(AWAS: NaCN adalah sangat beracun).
2)
Inhibitor II. : Larutkan 5 g sulfida sodium nonahydrate (Na2S + 9 H2O) atau 3,7 g Na2S + 5H2O dalam 100
mL aquades.
3)
MgCDTA : garam magnesium dari 1, 2-cycclohexanediamine tetraacetic asam. Tambahkan 250 mg per 100
mL sampel dan larutkan sebelum menambahkan larutan buffer.
1. Indikator:
Banyak jenis dari larutan indikator telah diakui dan mungkin dipergunakan kalau ahli analisa mempertunjukkan
bahwa mereka menghasilkan nilai akurat. Kesulitan utama dengan larutan indikator adalah kerusakan oleh waktu,
dimana berakibat memberikan titik akhir yang tidak jelas. Sebagai contoh, larutan alkalin dari Eriochrome Black T
sensitif terhadap oksidasi dan mengandung air atau larutan alkohol adalah tidak stabil.
1) Eriochrome Black T (EBT): Garam sodium dari asam 1-(1-hydroxy-2-naphthylazo)-5-Nitro-2-naphthol-4sulfonic. Larutkan 0,5 g pada 100 g 2,2’,2”-nitrilotriethanol (juga disebut triethanolamine) atau 2methoxymethanol (juga disebut Ether ethylene glycol monomethyl). Tambahkan 2 tetes per 50 mL larutan untuk
di titrasi.
2) Calmagite: Asam 1-(1-hydroxy-4-metil-2-phenylazo)-2-naphthol-4-sulfonic. Senyawa ini bersifat stabil di
larutan air dan menghasilkan perubahan warna yang sama seperti Eriochrome Black T. Larutkan 0.10 g Calmagite
pada 100 mL aquades. Gunakan 1 mL per 50 mL larutan untuk di titrasi. Sesuaikan volume kalau perlu.
3) Indikator 1 dan 2 dapat digunakan dalam bentuk serbuk kering untuk menghindari kelebihan indikator.
Dipersiapkan campuran kering dari indikator ini dan satu garam inert tersedia secara komersial.
Jika warna titik akhir dari indikator ini tidak jelas dan tajam, ini biasanya memaksudkan bahwa satu agen
complexing yang sesuai diperlukan. Kalau inhibitor NaCN tidak menunjukan ketajaman pada titik akhir, mungkin
indikator dalam keadaan tidak baik.
1. EDTA Titrant standar, 0,01 M :
Timbang 3.723 g disodium ethylenediaminetetraacetate dihydrate, juga disebut dengan etilendiamintetraasetat
(EDTA), larutkan di dalam aquades, dan diencerkan pada 1000 mL. Standarkan dengan larutan kalsium standar
(2e) sebagaimana diuraikan dalam pada 3b di bawah.
Karena titran mengekstrak kation dan menghasilkan kesadahan dari wadah gelas plastik, maka lebih baik simpan
di polyethylene atau gelas botol borosilicate.
1. Larutan Kalsium standar :
Ditimbang 1,000 g serbuk CaCO3 anhidrat ke dalam satu 500 mL Erlenmeyer. tambahkan secara perlahan 1+1
HCL hingga semua CaCO3 telah larut. Tambahkan 200 mL aquades dan aduk untuk beberapa menit untuk
mengusir CO2 . Tambahkan beberapa tetes dari indikator metil merah, dan tambahkan 3N NH4OH atau 1+1 HCL
hingga larutan berwarna orange, seperti yang diperlukan. Encerkan ke dalam 1000 mL dengan aquades; 1 mL =
1.00 mg CaCO3 .
f. Natrium hidroksida, NaOH, 0. 1 N.
3.2 Prosedur Kerja
1. a. Pembuatan air limbah dan air limbah sampel :
Digunakan asam nitrat-asam sulfat atau asam nitrat- asam perchloric encer.
1. b. Titrasi dari sample :
Pilih satu volume sampel yaitu yang kurang dari 15 mL EDTA titrant dan dititrasi selama 5 menit, diukur dari
waktu dari penambahan buffer.
Encerkan 25.0 mL sampel ke dalam 50 mL aquades didalam kaserol porselin atau wadah lain yang sesuai.
Tambahkan 1-2 mL larutan buffer. Biasanya 1 mL akan cukup untuk memberikan pH dari 10.0 ke 10.1.
Munculnya satu warna titik-akhir yang tajam didalam titrasi biasanya diartikan bahwa satu inhibitor harus
ditambahkan dalam titik ini.
Tambahkan 1-2 tetes larutan indikator atau formulasi indikator secukupnya. Tambahkan standar EDTA Titrant
perlahan-lahan, dengan pengadukan, hingga warna kemerah-merahan hilang. Tambahkan beberapa tetes indikator
pada rentang 3 sampai 5. Pada titik akhir secara normal akan muncul warna biru. Cahaya matahari dan cahaya dari
lampu fluoresen sangat dianjurkan karena cahaya-cahaya tersebut dapat menunjukkan titik-titik berwarna merah
pada larutan yang berwarna biru pada saat titik akhir titrasi.
Jika sampel cukup ada tersedia dan pengganggu tidak ada, tingkatkan keakuratan dengan meningkatkan ukuran
sampel, sebagaimana diuraikan pada poin c di bawah.
1. c. Sampel dengan kesadahan rendah :
Untuk air dengan kesadahan rendah (kurang dari 5 mg / L), ambil suatu sampel dalam jumlah yang besar, 1001000 mL, untuk dititrasi dan ditambahkan dengan sejumlah besar inhibitor, buffer, dan indikator. Tambahkan
larutan standar EDTA titrant perlahan-lahan dari satu microburet dan dimulai dari blanko, gunakan air yang telah
di destilasi, didestilasi ulang atau air yang telah diionisasi dari volume yang sama dengan sampel, dimana sejumlah
serupa dari larutan buffer, inhibitor, dan indikator telah ditambahkan sebelumnya. Ambil beberapa volume dari
EDTA untuk blanko dari volume dari EDTA yang digunakan untuk sampel.
3.3 Perhitungan
Kesadahan (EDTA) seperti mg CaCO 3 /L = (A x B X 1000)/ mL sampel
Dimana:
A = mL untuk sampel dan
B = mg CaCO 3 ekivalen dengan 1.00 mL EDTA titrant.
BAB IV
PEMBAHASAN
Prosedur umum untuk awal percobaan ini dengan satu contoh air mengandung mineral yang berisi kalsium dan
magnesium. Untuk mengasuransikan bahwa semua kation tinggal di dalam solusi dan itu pekerjaan indikator
dengan baik, satu penyangga biasanya menyesuaikan pH ke 9.9 10.1. Setelah pH disesuaikan dan indikator
ditambahkan, EDTA Titrant ditambahkan melalui satu buret.
EDTA adalah satu agen chelating itu dapat mendonorkan elektron (Aturan Lewis) yang kemudian akan
membentuk satu kompleks dengan ion logam (Asam Lewis). EDTA pertama kali akan membentuk kompleks
dengan Ca2+ dan kemudian dengan Mg2+. Seperti pada titrasi apapun kita akan perlu satu indikator untuk
menentukan ketika semua Ca2+ dan Mg2+ telah membentuk kompleks dengan EDTA (titik akhir titrasi). Indikator
yang dipergunakan di percobaan ini adalah Eriochrome Hitam T. Di pH 10 indikator akan berada di dalam bentuk
HInd2- (Ind mewakili indikator), dan menghasilkan kompleks berwarna biru. Selanjutnya pada saat indicator
bereaksi dengan Mg2+ akan memberikan satu kompleks merah.
Pertama EDTA (H2Y2-) akan kompleks dengan ion kalsium, membentuk satu kompleks merah:
1)
H2In- + Ca2+ CaIn- + 2H+
Pada titik akhir, EDTA akan kompleks dengan kalsium dan indikator menjadi lepas, yaitu ditandai oleh warna
merah berganti warna biru:
2)
EDTA + CaIn- + 2H+
(merah)
H2In- + CaEDTA
(biru)
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Kesadahan merupakan sifat kimia yang dimiliki air dimana, terdapat ion-ion yang menyebabkan sabun sulit
menghasilkan busa terutama ion Ca2+ dan Mg2+. Dimana Kesadahan total didefinisikan sebagai jumlah
miliekivalen (mek) ion Ca2+ dan Mg2+ tiap liter sampel air.
2. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai kesadahan pada air adalah dengan metode
titrasi EDTA.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2008, Water Hardness: EDTA Titrimetric Method, New York USA
Albert dan Santika, Sri Sumestri, 1984, Metode Penelitian Air, ITS Press, Surabaya
Bintoro, 2008, Penentuan Kesadahan Sementara dan Kesadahan Permanen, http://aabin.blogsome.com
Giwangkara, E., 2008, http://persembahanku.wordpress.com/2006/09/29/mengapa mandi dipantai boros sabun
Khopkar, S. M., 1990, Konsep Dasar Kimia Analitik, Penerjemah : A. Saptorahardjo, UI-Prees, Jakarta
http://getjournal.blogspot.com/2010/05/penentuan-kadar-kesadahan-air-dengan.html
http://ginoest.wordpress.com/2010/03/23/17/
Kesadahan merupakan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun.
Pada air berkesadahan rendah, air akan dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun, sedangkan pada air
berkesadahan tinggi tidak akan terbentuk busa. Disamping itu, kesadahan juga merupakan petunjuk yang penting
dalam hubungannya dengan usaha untuk memanipulasi nilai pH.
Secara lebih rinci kesadahan dibagi dalam dua tipe, yaitu: (1) kesadahan umum (“general hardness” atau
GH) dan (2) kesadahan karbonat (“carbonate hardness” atau KH). Disamping dua tipe kesadahan tersebut,
dikenal pula tipe kesadahan yang lain yaitu yang disebut sebagai kesadahan total atau total hardness. Kesadahan
total merupakan penjumlahan dari GH dan KH. Kesadahan umum atau “General Hardness” merupakan ukuran
yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca++) dan ion magnesium (Mg++) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut
pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga
diabaikan.
GH pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/ satu persejuta bagian) kalsium
karbonat (CaCO3), tingkat kekerasan (dH), atau dengan menggunakan konsentrasi molar CaCO 3. Satu satuan
kesadahan Jerman atau dH sama dengan 10 mg CaO (kalsium oksida) per liter air. Kesadahan pada umumnya
menggunakan satuan ppm CaCO3, dengan demikian satu satuan Jerman (dH) dapat diekspresikan sebagai 17.8
ppm CaCO3. Sedangkan satuan konsentrasi molar dari 1 mili ekuivalen = 2.8 dH = 50 ppm. Berikut adalah
kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:
-
0 - 4 dH, 0 - 70 ppm : sangat rendah (sangat lunak)
-
4 - 8 dH, 70 – 140 ppm : rendah (lunak)
-
8 – 12 dH, 140 – 210 ppm : sedang
-
12 – 18 dH, 210 – 320 ppm : agak tinggi (agak keras)
-
18 – 30 dH, 320 – 530 ppm : tinggi (keras)
Dalam kaitannya dengan proses biologi, GH lebih penting peranananya dibandingkan dengan KH ataupun
kesadahan total. Apabila ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras) atau
rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada GH. Ketidaksesuaian GH akan mempengaruhi transfer
hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran dan dapat mempengaruhi kesuburan, fungsi organ dalam (seperti
ginjal), dan pertumbuhan. Setiap jenis ikan memerlukan kisaran kesadahan (GH) tertentu untuk hidupnya. Pada
umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi GH lokal, meskipun demikian,
tidak demikian halnya dengan proses pemijahan. Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai GH yang tidak
tepat.
Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO 3-)
dan karbonat (CO3–) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air
untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah
kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk
menunjukkan hal yang sama. Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan
sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH.
KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO 3 seperti
halnya GH. Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan melalukan
air melewati gambut. Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium
bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat. Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH
maupun GH dengan proporsi yang sama.
Mineral yang merupakan sumber primer ion kalsium dalam air diantara mineral-mineral yang berperan
adalah gips, CaSO4.2H2O; anhidratnya, CaSO4; dolomite, CaMg (CO3)2; kalsit dan argonite yang merupakan
modifikasi yang berbeda dari CaCO3. Air yang mengandung karbon dioksida mudah melarutkan kalsium dari
mineral-mineral karbonat.
CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3Reaksi sebaliknya berlangsung bila CO2 hilang dari perairan. karbondioksida yang masuk keperairan
melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam
perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisma, penghancur bahan organik dalam air, dan sediment
berperan sangat besar terhadap kadar CO2 dan HCO3- dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses
kimia perairan dan geokimia.
Ion kalsium, bersama-sama dengan magnesium dan kadang-kadang kesadahan air, baik yang bersifat
kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan
mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:
Ca2+ +2 HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O
Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau sulfat yang proses pelunakannya melalui
proses
kapur
–
soda
abu,
proses
zeolit,
dan
proses
resin
organik.
Air
sadah
juga
tidak
menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mulamula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air
sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan
pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat
yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air.
Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion
kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Kelebihan ion Ca 2+ serta ion CO32-+
(salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan
kalsiumkarbonat CaCO3. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air
dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya turbulensi.
Ion kalsium, Ca2+ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam
kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah Ca 2+, oleh karena itu
konsentrasi HCO3- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca2+ – HCO3- dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup
banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca2+ – SO42- dapat terjadi.
Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca2+ relatif lebih kecil dibandingkan
dengan lainnya, maka densitas muatan ion Mg 2+ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk
melakukan hidrasi. Magnesiun dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg 2+ HCO3- dan Mg2+ SO42- terjadi bila
konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.
Mineral-mineral seperti dolomit adalah paling umum dalam air.
Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3-
CaMg (CO3)2 + 2 CO2 +2 H2O
Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan dapat, bereaksi dengan zat-zat lain
hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu.
Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+, juga oleh Mn2+, Fe2+ dan semua
kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang bersifat
kapur.
Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti :
CO32- , HCO3- dan OH-. Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi
kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di
mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila titik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat
CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini
keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan
karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak
dengan air yang tidak jenuh (agresip). Ion Mg 2+ akan bereaksi dengan OH- membentuk garam yang terlarut sampai
batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)2 bila titik kejenuhan dilampaui.
Ion Ca2+ dan Mg2+ diendapkan sebagai CaCO3 dan Mg(OH)3 menurut reaksi keseimbangan kimiawi
sebagai berikut :
Mg2+ + 2 OH- Mg(OH)2
Ca2+ + C032- CaCO3
CO32- berasal dari karbondioksida CO2 dan bikarbonat HCO3- yang sudah terlarut dalam air sesuai dengan
reaksi berikut :
CO2 + OH- HCO3HCO3+ + OH- CO32- + H2O
Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif
karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa
aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah secara simultan alkalinitas juga cenderung
rendah ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida
akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar
mengendap.
Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat
digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar. Resin adalah zat
yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang
berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional
kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air
misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium
hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan
eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hunya
dipakai resin dengan sifat anionik.
Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional
dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid
yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.
Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine
dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin penukar anion hasil sintesis
ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.
Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat
adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut
dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.
Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin
penukar ion maka akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan.
Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat
menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah
gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).
Resin penukar on yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin
penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion
yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain
setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk
memperoleh resin penukar anion.
Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam
air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh
molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul
polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.
Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi adalah sangat mirip dengan pertukaran
ion- ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya
terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam.
Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total
pertukaran.
Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan
terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang
muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.
Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang
panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa
ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous.
Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama
(positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang
diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.
Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi.
Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan
NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OH− dapat
diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini).
Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang
telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan
mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada
regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.
http://smk3ae.wordpress.com/2008/06/19/metode-pengolahan-kesadahan-hardness-air-denganmenggunakan-resin-penukar-ion/
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Semua makhluk hidup di bumi ini butuh air. Air merupakan pelarut yang sangat baik, sehingga di alam umumnya
berada dalam keadaan tidak murni. Air alam mengandung berbagai jenis zat, baik yang larut maupun yang tidak
larut serta mengandung mikroorganisme. Jika kandungan bahan-bahan dalam air tersebut tidak mengganggu
kesehatan, air dianggap bersih dan layak untuk diminum, air dikatakan tercemar jika terdapat gangguan terhadap
kualitas air sehingga air tersebut tidak dapat digunakan untuk tujuan penggunaannya. Pencemaran air dapat terjadi
karena masuknya makhluk hidup, zat, dan energi terdalam air oleh kegiatan manusia. Keadaan itu dapat
menurunkan kualitas air sampai ke tingkat tertentu dan membuat air tidak berfungsi lagi sesuai dengan tujuan
penggunaannya.
Air adalah pelarut yang baik, sehingga dapat melarutkan zat-zat dari batu-batuan yang berkontak dengannya.
Bahan-bahan mineral yang dapat terkandung dalam air karena kontaknya dengan batu-batuan tersebut antara lain:
CaCO3, MgCO3, CaSO4, MgSO4, NaCl, Na2SO4, SiO2 dan sebagainya. Dimana air yang banyak mengandung ionion kalsium dan magnesium dikenal sebagai air sadah. Air sadah adalah air yang di dalamnya terlarut garam-garam
kalsium dan magnesium air sadah tidak baik untuk mencuci karena ion-ion Ca2+ dan Mg2+ akan berikatan dengan
sisa asam karbohidrat pada sabun dan membentuk endapan sehingga sabun tidak berbuih. Senyawa-senyawa
kalsium dan magnesium ini relatif sukar larut dalam air, sehingga senyawa-senyawa ini cenderung untuk memisah
dari larutan dalam bentuk endapan atau precipitation yang kemudian melekat pada logam (wadah) dan menjadi
keras sehingga mengakibatkan timbulnya kerak (Bintoro, 2008).
Air sadah dibagi menjadi dua yaitu air sadah sementara dan air sadah tetap. Air sadah sementara yaitu air yang
kesadahannya disebabkan oleh kalsium dan magnesium dari karbohidrat dan bikarbonat, sedangkan air sadah
permanen atau tetap disebutkan oleh garam kalsium sulfat dan klorida. Manfaat penentuan kesadahan sementara
dan kesadahan permanen yaitu untuk mengetahui tingkat kesadahan air karena air sadah dapat menimbulkan kerak
sehingga dapat menyumbat pipa saluran air panas seperti radiator yang digunakan dalam mesin-mesin pertanian.
EDTA (ethylene diamine tetraacetic) merupakan suatu kompleks kelat yang larut ketika ditambahkan ke dalam
suatu larutan yang mengandung kation logam tertentu seperti Ca2+ dan Mg2+, di mana akan membentuk kompleks
dengan logam-logam tersebut. Ketika ditambahkan suatu indikator EBT ke dalam larutan yang mengandung
kompleks tersebut maka akan menghasilkan perbahan warna pada pH tertentu, sehingga dengan prinsip ini nilai
kesadahan air dapat dianalisis.
1.2 Perumusan Masalah
1. Bagaimana pengertian kesadahan yang sebenarnya?
2. Bagaimana metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai kesadahan?
1.3 Tujuan
1. Mengetahui pengertian dari kesadahan
2. Mengetahui metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai kesadahan
1.4 Manfaat
Pembuatan makalah ini diharapkan dapat memberikan informasi tentang kesadahan serta cara yang dapat
digunakan untuk mengukur nilai kesadahan tersebut.
BAB II
ISI
2.1 Tinjauan Pustaka
2.1.1 Pengertian Kesadahan
Pada awalnya, kesadahan air didefinisikan sebagai kemampuan air untuk mengendapkan sabun, sehingga
keaktifan/ daya bersih sabun menjadi berkurang atau hilang sama sekali. Sabun adalah zat aktif permukaan yang
berfungsi menurunkan tegangan permukaan air, sehingga air sabun dapat berbusa. Air sabun akan membentuk
emulsi atau sistem koloid dengan zat pengotor yang melekat dalam benda yang hendak dibersihkan.
Kesadahan terutama disebabkan oleh keberadaan ion-ion kalsium (Ca2+) dan magnesium (Mg2+) di dalam air.
Keberadaannya di dalam air mengakibatkan sabun akan mengendap sebagai garam kalsium dan magnesium,
sehingga tidak dapat membentuk emulsi secara efektif. Kation-kation polivalen lainnya juga dapat mengendapkan
sabun, tetapi karena kation polivalen umumnya berada dalam bentuk kompleks yang lebih stabil dengan zat
organik yang ada, maka peran kesadahannya dapat diabaikan. Oleh karena itu penetapan kesadahan hanya
diarahkan pada penentuan kadar Ca2+ dan Mg2+. Kesadahan total didefinisikan sebagai jumlah miliekivalen (mek)
ion Ca2+ dan Mg2+ tiap liter sampel air (Anonim, 2008).
Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air menjadi sadah adalah
karena adanya ion-ion Ca2+, Mg2+. Atau dapat juga disebabkan karena adanya ion-ion lain dari polyvalent metal
(logam bervalensi banyak) seperti Al, Fe, Mn, Sr dan Zn dalam bentuk garam sulfat, klorida dan bikarbonat dalam
jumlah kecil.
Air yang banyak mengandung mineral kalsium dan magnesium dikenal sebagai “air sadah”, atau air yang sukar
untuk dipakai mencuci. Senyawa kalsium dan magnesium bereaksi dengan sabun membentuk endapan dan
mencegah terjadinya busa dalam air. Oleh karena senyawa-senyawa kalsium dan magnesium relatif sukar larut
dalam air, maka senyawa-senyawa itu cenderung untuk memisah dari larutan dalam bentuk endapan atau presipitat
yang akhirnya menjadi kerak.
Pengertian kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, di mana sabun ini diendapkan oleh ion-ion
yang saya sebutkan diatas. Karena penyebab dominan/utama kesadahan adalah Ca2+ dan Mg2+, khususnya Ca2+,
maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat / karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion
Ca2+ dan Mg2+, yang dinyatakan sebagai CaCO3. Kesadahan ada dua jenis, yaitu (Giwangkara, 2008) :
1. 1. Kesadahan sementara
Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam bikarbonat, seperti Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2.
Kesadahan sementara ini dapat / mudah dieliminir dengan pemanasan (pendidihan), sehingga terbentuk encapan
CaCO3 atau MgCO3.
Reaksinya:
Ca(HCO3)2 → dipanaskan → CO2 (gas) + H2O (cair) + CaCO3 (endapan)
Mg(HCO3)2 → dipanaskan
→
CO2 (gas) + H2O (cair)
+ MgCO3 (endapan)
1. 2. Kesadahan tetap
Adalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, misal CaSO4, MgSO4,
CaCl2, MgCl2. Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda – kapur (terdiri dari larutan
natrium karbonat dan magnesium hidroksida) sehingga terbentuk endapan kaslium karbonat (padatan/endapan) dan
magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air.
Reaksinya:
CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3 (padatan/endapan) + 2NaCl (larut)
CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 (padatan/endapan) + Na2SO4 (larut)
MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaCl2 (larut)
MgSO4 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaSO4 (larut)
Ketika kesadahan kadarnya adalah lebih besar dibandingkan penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan
bikarbonat, yang kadar kesadahannya eqivalen dengan total kadar alkali disebut “ kesadahan karbonat; apabila
kadar kesadahan lebih dari ini disebut “kesadahan non-karbonat”. Ketika kesadahan kadarnya sama atau kurang
dari penjumlahan dari kadar alkali karbonat dan bikarbonat, semua kesadahan adalah kesadahan karbonat dan
kesadahan noncarbonate tidak ada. Kesadahan mungkin terbentang dari nol ke ratusan miligram per liter,
bergantung kepada sumber dan perlakuan dimana air telah subjeknya.
2.1.2 EDTA
EDTA adalah kependekan dari ethylene diamin tetra acetic. EDTA berupa senyawa kompleks khelat dengan
rumus molekul (HO2CCH2)2NCH2CH2N(CH2CO2H)2. Merupakan suatu senyawa asam amino yang secara luas
dipergunakan untuk mengikat ion logam logam bervalensi dua dan tiga. EDTA mengikat logam melalui empat
karboksilat dan dua gugus amina. EDTA membentuk kompleks kuat terutama dengan Mn (II), Cu (II), Fe (III),
dan Co (III) (Anonim, 2008).
Etilendiamintetrasetat atau yang dikenal dengan EDTA, merupakan senyawa yang mudah larut dalam air, serta
dapat diperoleh dalam keadaan murni. Tetapi dalam penggunaannya, karena adanya sejumlah tidak tertentu dalam
air, sebaiknya distandardisasi terlebih dahulu.
Gambar 2.1 Struktur EDTA
Terlihat dari strukturnya bahwa molekul tersebut mengandung baik donor elektron dari atom oksigen maupun
donor dari atom nitrogen sehingga dapat menghasilkan khelat bercincin sampai dengan enam secara serempak
(Khopkar, 1990).
2.1.3 Metode Titrasi EDTA
Kesadahan total yaitu ion Ca2+ dan Mg2+ dapat ditentukan melalui titrasi dengan EDTA sebagai titran dan
menggunakan indikator yang peka terhadap semua kation tersebut. Kejadian total tersebut dapat dianalisis secara
terpisah misalnya dengan metode AAS (Automic Absorption Spectrophotometry) (Abert dan Santika, 1984).
Asam Ethylenediaminetetraacetic dan garam sodium ini (singkatan EDTA) bentuk satu kompleks kelat yang dapat
larut ketika ditambahkan ke suatu larutan yang mengandung kation logam tertentu. Jika sejumlah kecil Eriochrome
Hitam T atau Calmagite ditambahkan ke suatu larutan mengandung kalsium dan ion-ion magnesium pada satu pH
dari 10,0 ± 0,1, larutan menjadi berwarna merah muda. Jika EDTA ditambahkan sebagai satu titran, kalsium dan
magnesium akan menjadi suatu kompleks, dan ketika semua magnesium dan kalsium telah manjadi kompleks,
larutan akan berubah dari berwarna merah muda menjadi berwarna biru yang menandakan titik akhir dari titrasi.
Ion magnesium harus muncul untuk menghasilkan suatu titik akhir dari titrasi. Untuk mememastikankan ini,
kompleks garam magnesium netral dari EDTA ditambahkan ke larutan buffer.
Penentuan Ca dan Mg dalam air sudah dilakukan dengan titrasi EDTA. pH untuk titrasi adalah 10 dengan indikator
Eriochrom Black T (EBT). Pada pH lebih tinggi, 12, Mg(OH)2 akan mengendap, sehingga EDTA dapat
dikonsumsi hanya oleh Ca2+ dengan indikator murexide. Adanya gangguan Cu bebas dari pipa-pipa saluran air
dapat di masking dengan H2S. EBT yang dihaluskan bersama NaCl padat kadangkala juga digunakan sebagai
indikator untuk penentuan Ca ataupun hidroksinaftol. Seharusnya Ca tidak ikut terkopresitasi dengan Mg, oleh
karena itu EDTA direkomendasikan.
Kejelasan dari titik- akhir banyak dengan pH peningkatan. Bagaimanapun, pH tidak dapat ditingkat dengan tak
terbatas karena akibat bahaya dengan kalsium karbonat mengendap, CaCO3, atau hidroksida magnesium, Mg(OH)2
, dan karena perubahan celup warnai di ketinggian pH hargai. Ditetapkan pH dari 10,0 ± 0,1 adalah satu
berkompromi kepuasan. Satu pembatas dari 5 min disetel untuk jangka waktu titrasi untuk memperkecil
kecenderungan ke arah CaCO3 pengendapan.
BAB III
METODOLOGI
3.1 Alat dan Bahan
3.1.1 Alat
Peralatan yang digunakan adalah seperangkat alat titrasi dan peralatan gelas yang biasa digunakan dalam
laboratorium kimia analitik.
3.1.2 Bahan
1. Larutan buffer:
1)
Dilarutkan 16,9 g ammonium klorida (NH4Cl) dalam 143 mL ammonium hidroksida (NH4OH). Kemudian
ditambahkan 1,25 g garam magnesium dari EDTA (yang telah distandardisasi) dan diencerkan ke dalam 250 mL
aquades.
2)
Jika garam magnesium dari EDTA tidak ada, dilarutkan 1,179 g garam disodium dari
ethylenediaminetetraacetic aciddihydrate (reagen analitis) dan 780 mg magnesium sulfat (MgSO4 .7H2O) atau 644
mg magnesium chloride (MgCl2 . 6H2O ) ke dalam 50 mL aquades. Kemudian ditambahkan ke dalam campuran ini
16,9 g NH4Cl dan 143 mL NH4OH dengan pengadukan dan diencerkan sampai 250 mL dengan aquades.
Simpan larutan 1) atau 2) dalam suatu plastik atau gelas borosilicate. Bagikan larutan buffer menggunakan pipet.
Hentikan penambahan larutan buffer ketika 1 atau 2 mL ditambahkan ke sampel tidak berhasil menghasilkan satu
pH dari 10,0 ± 0,1 pada titik akhir titrasi.
3)
Preparasi salah satu buffer ini dengan mencampurkan 55 mL HCl dengan aquades 400 mL dan kemudian,
aduk dengan perlahan dan tambahkan 300 mL 2-aminoethanol (bebas dari alumunium dan logam lebih berat).
Tambahkan 5 g garam magnesium dari EDTA dan encerkan hingga 1 L dengan aquades.
1. Agen Complexing:
Adakalanya air mengandung ion yang bertentangan memerlukan penambahan suatu agen complexing yang sesuai
untuk memberikan satu titik akhir, yaitu perubahan warna yang tajam pada titik-akhir. Berikut adalah agen
complexing tersebut:
1)
Inhibitor I : Sesuaikan sampel asam ke pH 6 atau lebih tinggi dengan larutan buffer atau 0,1 N NaOH.
Tambahkan 250 mg NaCN (bentuk serbuk). Tambahkan buffer secukupnya untuk menyesuaikan ke pH 10,0 ±0,1
(AWAS: NaCN adalah sangat beracun).
2)
Inhibitor II. : Larutkan 5 g sulfida sodium nonahydrate (Na2S + 9 H2O) atau 3,7 g Na2S + 5H2O dalam 100
mL aquades.
3)
MgCDTA : garam magnesium dari 1, 2-cycclohexanediamine tetraacetic asam. Tambahkan 250 mg per 100
mL sampel dan larutkan sebelum menambahkan larutan buffer.
1. Indikator:
Banyak jenis dari larutan indikator telah diakui dan mungkin dipergunakan kalau ahli analisa mempertunjukkan
bahwa mereka menghasilkan nilai akurat. Kesulitan utama dengan larutan indikator adalah kerusakan oleh waktu,
dimana berakibat memberikan titik akhir yang tidak jelas. Sebagai contoh, larutan alkalin dari Eriochrome Black T
sensitif terhadap oksidasi dan mengandung air atau larutan alkohol adalah tidak stabil.
1) Eriochrome Black T (EBT): Garam sodium dari asam 1-(1-hydroxy-2-naphthylazo)-5-Nitro-2-naphthol-4sulfonic. Larutkan 0,5 g pada 100 g 2,2’,2”-nitrilotriethanol (juga disebut triethanolamine) atau 2methoxymethanol (juga disebut Ether ethylene glycol monomethyl). Tambahkan 2 tetes per 50 mL larutan untuk
di titrasi.
2) Calmagite: Asam 1-(1-hydroxy-4-metil-2-phenylazo)-2-naphthol-4-sulfonic. Senyawa ini bersifat stabil di
larutan air dan menghasilkan perubahan warna yang sama seperti Eriochrome Black T. Larutkan 0.10 g Calmagite
pada 100 mL aquades. Gunakan 1 mL per 50 mL larutan untuk di titrasi. Sesuaikan volume kalau perlu.
3) Indikator 1 dan 2 dapat digunakan dalam bentuk serbuk kering untuk menghindari kelebihan indikator.
Dipersiapkan campuran kering dari indikator ini dan satu garam inert tersedia secara komersial.
Jika warna titik akhir dari indikator ini tidak jelas dan tajam, ini biasanya memaksudkan bahwa satu agen
complexing yang sesuai diperlukan. Kalau inhibitor NaCN tidak menunjukan ketajaman pada titik akhir, mungkin
indikator dalam keadaan tidak baik.
1. EDTA Titrant standar, 0,01 M :
Timbang 3.723 g disodium ethylenediaminetetraacetate dihydrate, juga disebut dengan etilendiamintetraasetat
(EDTA), larutkan di dalam aquades, dan diencerkan pada 1000 mL. Standarkan dengan larutan kalsium standar
(2e) sebagaimana diuraikan dalam pada 3b di bawah.
Karena titran mengekstrak kation dan menghasilkan kesadahan dari wadah gelas plastik, maka lebih baik simpan
di polyethylene atau gelas botol borosilicate.
1. Larutan Kalsium standar :
Ditimbang 1,000 g serbuk CaCO3 anhidrat ke dalam satu 500 mL Erlenmeyer. tambahkan secara perlahan 1+1
HCL hingga semua CaCO3 telah larut. Tambahkan 200 mL aquades dan aduk untuk beberapa menit untuk
mengusir CO2 . Tambahkan beberapa tetes dari indikator metil merah, dan tambahkan 3N NH4OH atau 1+1 HCL
hingga larutan berwarna orange, seperti yang diperlukan. Encerkan ke dalam 1000 mL dengan aquades; 1 mL =
1.00 mg CaCO3 .
f. Natrium hidroksida, NaOH, 0. 1 N.
3.2 Prosedur Kerja
1. a. Pembuatan air limbah dan air limbah sampel :
Digunakan asam nitrat-asam sulfat atau asam nitrat- asam perchloric encer.
1. b. Titrasi dari sample :
Pilih satu volume sampel yaitu yang kurang dari 15 mL EDTA titrant dan dititrasi selama 5 menit, diukur dari
waktu dari penambahan buffer.
Encerkan 25.0 mL sampel ke dalam 50 mL aquades didalam kaserol porselin atau wadah lain yang sesuai.
Tambahkan 1-2 mL larutan buffer. Biasanya 1 mL akan cukup untuk memberikan pH dari 10.0 ke 10.1.
Munculnya satu warna titik-akhir yang tajam didalam titrasi biasanya diartikan bahwa satu inhibitor harus
ditambahkan dalam titik ini.
Tambahkan 1-2 tetes larutan indikator atau formulasi indikator secukupnya. Tambahkan standar EDTA Titrant
perlahan-lahan, dengan pengadukan, hingga warna kemerah-merahan hilang. Tambahkan beberapa tetes indikator
pada rentang 3 sampai 5. Pada titik akhir secara normal akan muncul warna biru. Cahaya matahari dan cahaya dari
lampu fluoresen sangat dianjurkan karena cahaya-cahaya tersebut dapat menunjukkan titik-titik berwarna merah
pada larutan yang berwarna biru pada saat titik akhir titrasi.
Jika sampel cukup ada tersedia dan pengganggu tidak ada, tingkatkan keakuratan dengan meningkatkan ukuran
sampel, sebagaimana diuraikan pada poin c di bawah.
1. c. Sampel dengan kesadahan rendah :
Untuk air dengan kesadahan rendah (kurang dari 5 mg / L), ambil suatu sampel dalam jumlah yang besar, 1001000 mL, untuk dititrasi dan ditambahkan dengan sejumlah besar inhibitor, buffer, dan indikator. Tambahkan
larutan standar EDTA titrant perlahan-lahan dari satu microburet dan dimulai dari blanko, gunakan air yang telah
di destilasi, didestilasi ulang atau air yang telah diionisasi dari volume yang sama dengan sampel, dimana sejumlah
serupa dari larutan buffer, inhibitor, dan indikator telah ditambahkan sebelumnya. Ambil beberapa volume dari
EDTA untuk blanko dari volume dari EDTA yang digunakan untuk sampel.
3.3 Perhitungan
Kesadahan (EDTA) seperti mg CaCO 3 /L = (A x B X 1000)/ mL sampel
Dimana:
A = mL untuk sampel dan
B = mg CaCO 3 ekivalen dengan 1.00 mL EDTA titrant.
BAB IV
PEMBAHASAN
Prosedur umum untuk awal percobaan ini dengan satu contoh air mengandung mineral yang berisi kalsium dan
magnesium. Untuk mengasuransikan bahwa semua kation tinggal di dalam solusi dan itu pekerjaan indikator
dengan baik, satu penyangga biasanya menyesuaikan pH ke 9.9 10.1. Setelah pH disesuaikan dan indikator
ditambahkan, EDTA Titrant ditambahkan melalui satu buret.
EDTA adalah satu agen chelating itu dapat mendonorkan elektron (Aturan Lewis) yang kemudian akan
membentuk satu kompleks dengan ion logam (Asam Lewis). EDTA pertama kali akan membentuk kompleks
dengan Ca2+ dan kemudian dengan Mg2+. Seperti pada titrasi apapun kita akan perlu satu indikator untuk
menentukan ketika semua Ca2+ dan Mg2+ telah membentuk kompleks dengan EDTA (titik akhir titrasi). Indikator
yang dipergunakan di percobaan ini adalah Eriochrome Hitam T. Di pH 10 indikator akan berada di dalam bentuk
HInd2- (Ind mewakili indikator), dan menghasilkan kompleks berwarna biru. Selanjutnya pada saat indicator
bereaksi dengan Mg2+ akan memberikan satu kompleks merah.
Pertama EDTA (H2Y2-) akan kompleks dengan ion kalsium, membentuk satu kompleks merah:
1)
H2In- + Ca2+ CaIn- + 2H+
Pada titik akhir, EDTA akan kompleks dengan kalsium dan indikator menjadi lepas, yaitu ditandai oleh warna
merah berganti warna biru:
2)
EDTA + CaIn- + 2H+
(merah)
H2In- + CaEDTA
(biru)
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Kesadahan merupakan sifat kimia yang dimiliki air dimana, terdapat ion-ion yang menyebabkan sabun sulit
menghasilkan busa terutama ion Ca2+ dan Mg2+. Dimana Kesadahan total didefinisikan sebagai jumlah
miliekivalen (mek) ion Ca2+ dan Mg2+ tiap liter sampel air.
2. Salah satu metode yang dapat digunakan untuk mengukur nilai kesadahan pada air adalah dengan metode
titrasi EDTA.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim, 2008, Water Hardness: EDTA Titrimetric Method, New York USA
Albert dan Santika, Sri Sumestri, 1984, Metode Penelitian Air, ITS Press, Surabaya
Bintoro, 2008, Penentuan Kesadahan Sementara dan Kesadahan Permanen, http://aabin.blogsome.com
Giwangkara, E., 2008, http://persembahanku.wordpress.com/2006/09/29/mengapa mandi dipantai boros sabun
Khopkar, S. M., 1990, Konsep Dasar Kimia Analitik, Penerjemah : A. Saptorahardjo, UI-Prees, Jakarta
http://getjournal.blogspot.com/2010/05/penentuan-kadar-kesadahan-air-dengan.html
http://ginoest.wordpress.com/2010/03/23/17/
Kesadahan merupakan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun.
Pada air berkesadahan rendah, air akan dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun, sedangkan pada air
berkesadahan tinggi tidak akan terbentuk busa. Disamping itu, kesadahan juga merupakan petunjuk yang penting
dalam hubungannya dengan usaha untuk memanipulasi nilai pH.
Secara lebih rinci kesadahan dibagi dalam dua tipe, yaitu: (1) kesadahan umum (“general hardness” atau
GH) dan (2) kesadahan karbonat (“carbonate hardness” atau KH). Disamping dua tipe kesadahan tersebut,
dikenal pula tipe kesadahan yang lain yaitu yang disebut sebagai kesadahan total atau total hardness. Kesadahan
total merupakan penjumlahan dari GH dan KH. Kesadahan umum atau “General Hardness” merupakan ukuran
yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca++) dan ion magnesium (Mg++) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya ikut
pula mempengaruhi nilai GH, akan tetapi pengaruhnya diketahui sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga
diabaikan.
GH pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/ satu persejuta bagian) kalsium
karbonat (CaCO3), tingkat kekerasan (dH), atau dengan menggunakan konsentrasi molar CaCO 3. Satu satuan
kesadahan Jerman atau dH sama dengan 10 mg CaO (kalsium oksida) per liter air. Kesadahan pada umumnya
menggunakan satuan ppm CaCO3, dengan demikian satu satuan Jerman (dH) dapat diekspresikan sebagai 17.8
ppm CaCO3. Sedangkan satuan konsentrasi molar dari 1 mili ekuivalen = 2.8 dH = 50 ppm. Berikut adalah
kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:
-
0 - 4 dH, 0 - 70 ppm : sangat rendah (sangat lunak)
-
4 - 8 dH, 70 – 140 ppm : rendah (lunak)
-
8 – 12 dH, 140 – 210 ppm : sedang
-
12 – 18 dH, 210 – 320 ppm : agak tinggi (agak keras)
-
18 – 30 dH, 320 – 530 ppm : tinggi (keras)
Dalam kaitannya dengan proses biologi, GH lebih penting peranananya dibandingkan dengan KH ataupun
kesadahan total. Apabila ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras) atau
rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada GH. Ketidaksesuaian GH akan mempengaruhi transfer
hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran dan dapat mempengaruhi kesuburan, fungsi organ dalam (seperti
ginjal), dan pertumbuhan. Setiap jenis ikan memerlukan kisaran kesadahan (GH) tertentu untuk hidupnya. Pada
umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi GH lokal, meskipun demikian,
tidak demikian halnya dengan proses pemijahan. Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai GH yang tidak
tepat.
Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO 3-)
dan karbonat (CO3–) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air
untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah
kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk
menunjukkan hal yang sama. Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan
sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH.
KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO 3 seperti
halnya GH. Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan melalukan
air melewati gambut. Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium
bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat. Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH
maupun GH dengan proporsi yang sama.
Mineral yang merupakan sumber primer ion kalsium dalam air diantara mineral-mineral yang berperan
adalah gips, CaSO4.2H2O; anhidratnya, CaSO4; dolomite, CaMg (CO3)2; kalsit dan argonite yang merupakan
modifikasi yang berbeda dari CaCO3. Air yang mengandung karbon dioksida mudah melarutkan kalsium dari
mineral-mineral karbonat.
CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3Reaksi sebaliknya berlangsung bila CO2 hilang dari perairan. karbondioksida yang masuk keperairan
melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam
perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisma, penghancur bahan organik dalam air, dan sediment
berperan sangat besar terhadap kadar CO2 dan HCO3- dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses
kimia perairan dan geokimia.
Ion kalsium, bersama-sama dengan magnesium dan kadang-kadang kesadahan air, baik yang bersifat
kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan
mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:
Ca2+ +2 HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O
Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau sulfat yang proses pelunakannya melalui
proses
kapur
–
soda
abu,
proses
zeolit,
dan
proses
resin
organik.
Air
sadah
juga
tidak
menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mulamula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air
sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan
pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat
yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air.
Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion
kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Kelebihan ion Ca 2+ serta ion CO32-+
(salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan
kalsiumkarbonat CaCO3. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air
dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya turbulensi.
Ion kalsium, Ca2+ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam
kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah Ca 2+, oleh karena itu
konsentrasi HCO3- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca2+ – HCO3- dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup
banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca2+ – SO42- dapat terjadi.
Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca2+ relatif lebih kecil dibandingkan
dengan lainnya, maka densitas muatan ion Mg 2+ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk
melakukan hidrasi. Magnesiun dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg 2+ HCO3- dan Mg2+ SO42- terjadi bila
konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.
Mineral-mineral seperti dolomit adalah paling umum dalam air.
Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3-
CaMg (CO3)2 + 2 CO2 +2 H2O
Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan dapat, bereaksi dengan zat-zat lain
hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu.
Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+, juga oleh Mn2+, Fe2+ dan semua
kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang bersifat
kapur.
Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti :
CO32- , HCO3- dan OH-. Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi
kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di
mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila titik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat
CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini
keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan
karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak
dengan air yang tidak jenuh (agresip). Ion Mg 2+ akan bereaksi dengan OH- membentuk garam yang terlarut sampai
batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)2 bila titik kejenuhan dilampaui.
Ion Ca2+ dan Mg2+ diendapkan sebagai CaCO3 dan Mg(OH)3 menurut reaksi keseimbangan kimiawi
sebagai berikut :
Mg2+ + 2 OH- Mg(OH)2
Ca2+ + C032- CaCO3
CO32- berasal dari karbondioksida CO2 dan bikarbonat HCO3- yang sudah terlarut dalam air sesuai dengan
reaksi berikut :
CO2 + OH- HCO3HCO3+ + OH- CO32- + H2O
Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif
karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa
aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah secara simultan alkalinitas juga cenderung
rendah ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida
akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar
mengendap.
Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat
digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar. Resin adalah zat
yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang
berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional
kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air
misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium
hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan
eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hunya
dipakai resin dengan sifat anionik.
Resin penukar ion sintetis merupakan suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu struktur fungsional
dan matrik resin yang sukar larut. Resin penukar ion ini dibuat melalui kondensasi phenol dengan formaldehid
yang kemudian diikuti dengan reaksi sulfonasi untuk memperoleh resin penukar ion asam kuat.
Sedangkan untuk resin penukar ion basa kuat diperoleh dengan mengkondensasikan phenilendiamine
dengan formaldehid dan telah ditunjukkan bahwa baik resin penukar kation dan resin penukar anion hasil sintesis
ini dapat digunakan untuk memisahkan atau mengambil garam – garam.
Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat
adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut
dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.
Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah terbentuk kerangka resin
penukar ion maka akan digunakan untuk menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan.
Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat
menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah
gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin).
Resin penukar on yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin
penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion
yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain
setelah terbentuk kopolimer styren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian diklorometilasikan untuk
memperoleh resin penukar anion.
Gugus ion dalam penukar ion merupakan gugus yang hidrofilik (larut dalam air). Ion yang terlarut dalam
air adalah ion – ion yang dipertukarkan karena gugus ini melekat pada polimer, maka ia dapat menarik seluruh
molekul polimer dalam air, maka polimer resin ini diikat dengan ikatan silang (cross linked) dengan molekul
polimer lainnya, akibatnya akan mengembang dalam air.
Mekanisme pertukaran ion dalam resin meskipun non kristalisasi adalah sangat mirip dengan pertukaran
ion- ion kisi kristal. Pertukaran ion dengan resin ini terjadi pada keseluruhan struktur gel dari resin dan tidak hanya
terbatas pada efek permukaan. Pada resin penukar anion, pertukaran terjadi akibat absorbsi kovalen yang asam.
Jika penukar anion tersebut adalah poliamin, kandungan amina resin tersebut adalah ukuran kapasitas total
pertukaran.
Dalam proses pertukaran ion apabila elektrolit terjadi kontak langsung dengan resin penukar ion akan
terjadi pertukaran secara stokiometri yaitu sejumlah ion – ion yang dipertukarkan dengan ion – ion yang
muatannya sama akan dipertukarkan dengan ion – ion yang muatannya sama pula dengan jumlah yang sebanding.
Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang
panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan grup fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa
ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous.
Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama
(positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang
diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.
Proses pergantian ion bisa “reversible” (dapat balik), artinya material penukar ion dapat diregenerasi.
Sebagai contoh untuk proses regenerasi material penukar kationik bentuk Na+ dapat diregenerasi dengan larutan
NaCl pekat, bentuk H+ diregenerasi dengan larutan HCl sedangkan material penukar anionik bentuk OH− dapat
diregenerasi dengan larutan NaOH (lihat buku panduan dari pabrik yang menjual material ini).
Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang
telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan
mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada
regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berkebalikan dari pertukaran ion.
http://smk3ae.wordpress.com/2008/06/19/metode-pengolahan-kesadahan-hardness-air-denganmenggunakan-resin-penukar-ion/