Laporan Kimia Lingkungan "PENENTUAN KESADAHAN TETAP"

PERCOBAAN III

PENENTUAN KESADAHAN TETAP

I.              TUJUAN

Adapun tujuan dilakukannya percobaan ini yaitu untuk menentukan derajat kesadahan dari tiga sampel air, yaitu air laut air galon dan air sumur.

II.           DASAR TEORI

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 sadah atau air keras adalah air yang memiliki kadar mineral yang tinggi, sedangkan air lunak adalah air dengan kadar mineral yang rendah. Selain ion kalsium dan magnesium, penyebab kesadahan juga bisa merupakan ion logam lain maupun garam-garam bikarbonat dan sulfat. Metode paling sederhana untuk menentukan kesadahan air adalah dengan sabun. Dalam air lunak, sabun akan menghasilkan busa yang banyak. Pada air sadah, sabun tidak akan menghasilkan busa atau menghasilkan sedikit sekali busa. Cara yang lebih kompleks adalah melalui titrasi. Kesadahan air total dinyatakan dalam satuan ppm berat per volume (w/v) dari CaCO₃.

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.

Kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, dimana   sabun ini diiendapkan oleh ion-ion Ca²⁺, Mg²⁺. 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 tetap dalah 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 kalium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/ endapan) dalam air.

Reaksinya:

-       CaCl2  + Na2CO3 → CaCO3(s)+ 2 NaCl_(aq)

-       CaSO4 + Na2CO3  → CaCO3(s) + Na₂SO_4(aq)

_-           MgCl2 + Ca(OH)2  → Mg(OH)2(s) + CaCl2_(aq)

-       MgSO4   +  Ca(OH)2   →  Mg(OH)2(s) +  CaSO4(aq)

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 (Annisa, 2008).

III.        ALAT DAN BAHAN

Adapun alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

a.      Alat

·         Erlenmeyer 250 mL

·         Statif dan klem

·         Buret 25 mL

·         Pipet tetes

·         Gelas ukur 25 mL dan 100 mL

·         Corong

·         Kertas saring

·         Botol semprot

·         Stopwatch

·         Penangas listrik

b.      Bahan

·         Larutan H₂SO₄ 0,1N

·         Indikator metil orange

·         Indikator pp

·         Larutan Na₂CO₃ 0,1N

·         Larutan NaOH

·         Aquades

·         Sampel air laut

·         Sampel air sumur

·         Sampel air galon

IV.        PROSEDUR KERJA

Adapun prosedur kerja yang dilakukan pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

1.      Memasukkan larutan Na₂CO₃ 0,1N dan larutan NaOH 0,1N ke dalam labu ukur masing-masing 10 mL dengan menggunakan gelas ukur. Kemudian mengencerkan larutan tersebut dengan menambahkan aquades hingga 100 mL. Setelah itu, menghomogenkan larutan tersebut.

2. Mengambil 50 mL larutan di atas dan memasukkannya ke dalam erlenmeyer kemudian menambahkan dengan larutan indikator metil orange. Setelah itu menitrasi larutan tersebut dengan larutan H₂SO₄ 0,1N yang telah dimasukkan ke dalam buret. Kemudian mengamati volume H₂SO₄ yang digunakan hingga warna larutan berubah menjadi merah muda. Dimana volume ini adalah volume dari blanko.

3.    Mengukur 50 mL air sumur dan memasukkan ke dalam gelas kimia kemudian memanaskannya selama + 10 menit.

4.     Mendinginkan larutan tersebut kemudian menambahkan larutan NaOH 0,1N dan Na₂CO₃ 0,1N masing-masing 10 mL. Setelah itu memanaskannya hingga volumenya berkurang + 20 mL lalu mendinginkannya.

5.      Menyaring larutan tersebut hingga terpisah antara filtrat dan residunya. Kemudian menambahkan indikator pp pada residu dan mengamati perubahan yang terjadi. Dan untuk filtratnya diencerkan hingga volumenya 100 mL.

6.      Memisahkan larutan tersebut ke dalam 2 buah erlenmeyer masing-masing 50 mL. Kemudian menambahkan dengan larutan indikator metil orange.

7.      Menitrasi kedua erlenmeyer tersebut dengan larutan H₂SO₄ 0,1N dan mencatat volume H₂SO₄ yang digunakan.

8.      Mengulangi perlakuan 3 – 7 dengan menggunakan sampel air laut dan air galon.

V.           HASIL PENGAMATAN

Adapun hasil yang diperoleh pada percobaan ini adalah sebagai berikut:

No	Perlakuan	Hasil
1 2   3 4	a)       Na2CO3 0,1N + NaOH 0,1N b)       Na2CO3 0,1N + NaOH 0,1N diencerkan hingga 100 mL (Pembuatan blanko) c)      Ditambahkan metil orange d)     Dititrasi dengan H2SO4 0,1N -   Vol H2SO4 (blanko) a)     Air sumur (dipanaskan) lalu didinginkan b)       Ditambahkan NaOH 0,1N + Na2CO3 0,1 N (masing-masing 10 mL) c)       Dipanaskan kembali hingga larutan menjadi 40 mL, lalu didinginkan d)       Disaring -   Residu + indikator pp -   Filtrat diencerkan 100mL e)      Filtrat dibagi ke dalam 2 erlenmeyer dan ditambahkan indikator metil orange f)      Dititrasi dengan H2SO4 0,1N -  Titrasi erlenmeyer 1 -  Titrasi erlenmeyer 2 a)    Air galon (dipanaskan) lalu didinginkan b)    Ditambahkan NaOH 0,1N + Na2CO3 0,1 N (masing-masing 10 mL) c)       Dipanaskan kembali hingga larutan menjadi 40 mL, lalu didinginkan d)       Disaring -   Residu + indikator pp -   Filtrat diencerkan 100mL e)      Filtrat dibagi ke dalam 2 erlenmeyer dan ditambahkan indikator metil orange f)      Dititrasi dengan H2SO4 0,1N -  Titrasi erlenmeyer 1 -  Titrasi erlenmeyer 2 a)     Air laut (dipanaskan) lalu didinginkan b)    Ditambahkan NaOH 0,1N + Na2CO3 0,1 N (masing-masing 10 mL) c)       Dipanaskan kembali hingga larutan menjadi 40 mL, lalu didinginkan d)       Disaring -   Residu + indikator pp -   Filtrat diencerkan 100mL e)      Filtrat dibagi ke dalam 2 erlenmeyer dan ditambahkan indikator metil orange f)      Dititrasi dengan H2SO4 0,1N -  Titrasi erlenmeyer 1 -  Titrasi erlenmeyer 2	-   Larutan bening -   Larutan bening -   Larutan menjadi kuning -   Larutan berubah menjadi merah muda -   8,1 mL -   Larutan bening -   Larutan bening -   Larutan keruh dan terbentuk endapan putih -   Filtrat dan residu -   Endapan menjadi merah muda -   Larutan bening -   Larutan berwarna kuning -   Larutan menjadi merah muda -   7,5 mL -   7,5 mL -   Larutan bening -   Larutan menjadi keruh  -   Larutan keruh dan terbentuk endapan putih -   Filtrat dan residu -   Endapan menjadi merah muda -   Larutan bening -   Larutan berwarna kuning -   Larutan menjadi merah muda -   3,3 mL -   2,2 mL -   Larutan bening  -   Larutan menjadi keruh  -   Larutan keruh dan terbentuk endapan putih  -   Filtrat dan residu -   Endapan menjadi merah muda -   Larutan bening -   Larutan berwarna kuning -   Larutan menjadi merah muda -   3,3 mL -   2,2 mL

·         Persamaan Reaksi

1.      Ca(HCO₃)₂          →           CO_2(g) + H₂O_(aq) + CaCO_3(s)

Mg(HCO₃)₂             →        CO_2(g) + H₂O_(aq) + MgCO_3(s)

2.      CO₂ + 2NaOH        →        2Na⁺ + CO₃^2- + H₂O

Ca²⁺ + 2(HCO₃) + 2NaOH      →         CaCO_3(s) + 2Na⁺ + CO₃^2- +

2H₂O

Mg²⁺ + 2(HCO₃) + 4NaOH       →       Mg(OH)_2(s) + 4Na⁺ + 2CO₃^2- +

2H₂O

3.      Ca²⁺ + SO₄^2- + Na₂CO_{3           →}          CaCO_3(s) + 2 Na⁺ + SO₄^2-

Ca²⁺ + 2 Cl^- +  Na₂CO_{3            →}         CaCO_3(s) + 2Na⁺ + 2Cl^-

 Ca²⁺ + 2NO₃^- +    Na₂CO_{3         →}               CaCO_3(s) + 2Na⁺ +  2NO₃^-  

Mg²⁺ + SO₄^2- +    Na₂CO_{3           →}            MgCO_3(s) + 2Na⁺ + SO₄^2-

Mg²⁺ +2Cl^- +  Na₂CO_{3         →}              MgCO_3(s) + 2Na⁺ + 2Cl^-

 Mg²⁺ + 2NO₃^- +   Na₂CO_{3      →}            MgCO_3(s) + 2Na⁺ +2NO₃^-  

4.      2CaCO₃ + H₂SO_{4            →}             2Ca²⁺ + 2(HCO₃^-) + SO₄^2-

Mg(OH)₂ + H₂SO_{4           →}            Mg²⁺ + SO₄^2- + 2H₂O

·         Perhitungan

a.       Menghitung volume rata-rata H₂SO₄

·         Untuk sampel Air sumur

·         Untuk sampel Air laut

·         Untuk sampel Air galon

b.      Menghitung kesadahan tetap

·         Sampel air sumur

                                  kadar     = | V_blanko – V_sampel | x 2 x 0,005 x 1000 ppm CaCO₃

= | 8,1mL – 7,5mL | x 2 x 0,005 x 1000 ppm CaCO₃

=  6,0 ppm CaCO₃

·         Sampel air laut

                                  kadar    = | V_blanko – V_sampel | x 2 x 0,005 x 1000 ppm CaCO₃

           = | 8,1mL – 2,75mL | x 2 x 0,005 x 1000 ppm CaCO₃

           =  53,5 ppm CaCO₃

·         Sampel air galon

                                  kadar     = | V_blanko – V_sampel | x 2 x 0,005 x 1000 ppm CaCO₃

= | 8,1mL – 7,9mL | x 2 x 0,005 x 1000 ppm CaCO₃

=  1,5 ppm CaCO₃

VI.        PEMBAHASAN

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. Kesadahan tetap dalah 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 kalium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padatan/endapan) dalam air. (Prabowo, 2008).

Percobaan ini dilakukan bertujuan untuk menentukan derajat kesadahan dari sampel air. Dimana sampel air yang diteliti yaitu sampel air sumur, air laut dan air galon.

Pada percobaan ini, sampel air yang diteliti yaitu sampel air sumur, air laut dan air galon. Pada perlakuan awal yaitu memasukkan masing-masing 50 ml sampel air kedalam gelas kimia kemudian memanaskannya di atas penangas selama 10 menit. Tujuan dilakukan pemanasan pada sampel selama 10 menit yaitu untuk menghilangkan sifat kesadahan sementara yang dimiliki oleh sampel air yang ditandai dengan terbentuknya endapan CaCO₃ yang berasal dari Ca(HCO₃)₂ dan endapan MgCO₃ yang berasal dari Mg(HCO₃)₂. Selain itu proses pemanasan ini membentuk gas karbon dioksida (CO₂) dan uap air (H₂O).

Setelah itu, mendinginkan sampel + 5 menit lalu menambahkan 10 mL larutan NaOH 0,1 N dan 10 mL larutan Na₂CO₃ 0,1 N ke dalam sampel. Pada saat pemanasan terlihat sampel air berubah menjadi lebih keruh. Adapun fungsi penambahan larutan NaOH yaitu untuk mengendapkan ion Ca²⁺ dan ion Mg²⁺ menjadi Ca(OH)₂ dan Mg(OH)₂. Sedangkan fungsi dari penambahan larutan Na₂CO₃ yaitu untuk mengendapkan ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ (yang belum terendapkan ketika pemanasan pertama berlangsung dan pada saat penambahan larutan NaOH), menjadi CaCO₃ dan MgCO₃.

Perlakuan selanjutnya yaitu memanaskan kembali setiap sampel hingga volumenya berkurang (menguap) sekitar 20 ml. Pemanasan kedua ini bertujuan untuk mengendapkan ion Na⁺ yang terkandung di dalam campuran yang berasal dari larutan NaOH dan larutan Na₂CO₃. Berdasarkan literatur, semakin sedikit volume yang digunakan maka, semakin jelas endapan yang terbentuk dan semakin banyak terkandung unsur-unsur Ca²⁺ dam Mg²⁺ dan unsur-unsur lainnya terlepas ke udara. Setelah itu, mendinginkannya lalu menyaring ketiga sampel tersebut. Tujuan penyaringan tersebut yaitu  untuk memisahkan filtrat dari residu. Dimana filtrat yang diperoleh tersebut ditampung di dalam labu ukur.  Kemudian residu yang ada di kertas saring dicuci dengan aquades yang bertujuan untuk menghilangkan kandungan ion Na⁺ yang merupakan ion golongan alkali. Perlakuan selanjutnya yaitu menambahkan indicator PP pada residu. Penambahan indikator PP pada perlakuan ini yaitu untuk mengetahui sifat keasaman dari residu yang yang terbentuk. Hasil pengamatan yang diperoleh yaitu residu berubah warna menjadi warna merah muda yang artinya residu yang terbentuk merupakan residu yang bersifat basa. Hal tersebut sesuai dengan literatur, dimana logam-logam alkali pada umumnya bersifat basa.

Perlakuan selanjutnya yaitu filtrat dari masing-masing sampel yang tertampung pada labu ukur, diencerkan hingga 100 mL. Dan diperoleh masing-masing sampel berwarna bening. Setelah itu, membagi masing-masing sampel ke dalam 2 buah erlenmeyer dengan volume 50 mL dan menambahkan 3 tetes metil orange. Pada perlakuan ini digunakan indikator  metil orange karena pada indikator metil orange memiliki trayek pH pada suasana asam sekitar 3,1-4,4 dengan perubahan warna dari kuning menjadi orange. sedangkan pada indikator PP untuk menguji larutan yang bersifat basa karena indicator PP memiliki trayek pH 8,6-10,0 dengan perubahan warna dari bening menjadi merah muda. Pada perlakuan ini titik akhir titrasi berada pada suasana asam sehingga digunakan  metil orange pada percobaan  untuk menguji kation asamnya. Pada masing-masing sampel air, yang awalnya bening berubah menjadi kuning setelah ditambahkan dengan metil orange. Kemudian 25 ml sampel tersebut dititrasi dengan H₂SO₄ 0,1N. Pada semua sampel air, terjadi perubahan warna larutan dari warna kuning menjadi orange. Pada percobaan ini proses titrasi sampel air dilakukan sebanyak 2 kali agar data yang diperoleh lebih akurat (Anonim, 2008).

Pada percobaan ini, juga dilakukan pembuatan larutan blangko dimana fungsi larutan blangko ini yaitu sebagai larutan pembanding. Larutan blanko adalah larutan tidak berisi analit atau sampel yang akan diuji. Cara membuat larutan blangko pada percobaan ini yaitu mengukur   10 mL NaOH 0,1N dan 10 mL Na₂CO₃ lalu dimasukkan ke dalam labu ukur 100 mL dan diencerkan dengan aquades hingga tanda batas. Tujuan dilakukan  pengenceran yaitu agar konsentrasi campuran NaOH dan Na₂CO₃ menjadi lebih kecil sehingga memudahkan untuk melakukan proses titrasi. Hasilnya larutan menjadi berwarna bening. Lalu, menambahkan dengan indikator metil orange,  blangko menjadi berwarna kuning. Penambahan indikator metil orange bertujuan untuk menandai titik akhir titrasi. Ketika blangko dititrasi dengan H₂SO₄ 0,1N blangko berubah warna dari kuning menjadi berwarna orange. Adapun volume blanko yang diperoleh yaitu 8,1 mL. Dalam hal ini H₂SO₄  merupakan titran yang cocok untuk menentukan kadar batu kapur dalam air, karena selain memiliki kemurnian yang tinggi H₂SO₄ merupakan suatu senyawa yang mempunyai sifat asam kuat yang memiliki kemampuan besar mengikat Ca²⁺ dan Mg²⁺ sehingga membentuk  sulfat (SO₄^2-), dimana kita ketahui kesadahan tetap di sebabkan oleh adanya garam-garam klorida (Cl), Nitrat (NO^-) dan sulfat (SO₄^2-)  dari kalsium dan magnesium  (Annisa, 2010).

Dari percobaan di atas, diperoleh volume rata-rata H₂SO₄ yang digunakan untuk tiap sampel yaitu, untuk titrasi terhadap sampel air sumur diperoleh volume H₂SO₄ 0,02 N sebanyak 7,5 mL, untuk titrasi terhadap sampel air laut diperoleh volume H₂SO₄ 0,02 N sebanyak 2,75 mL dan untuk titrasi terhadap sampel air galon diperoleh volume H₂SO₄ 0,02 N sebanyak 7,95 mL. Dari data tersebut dapat dilakukan perhitungan terhadap kesadahan tetapnya, diperoleh kesadahan air sumur sebesar 6,0 ppm CaCO₃, kesadahan air laut sebesar 53,5 ppm CaCO₃, dan kesadahan air galon sebesar 1,5 ppm CaCO₃.

Tingkat kesadahan dari ketiga sampel yang diteliti ini dapat diketahui, apakah tingkat kesadahannya lunak, atau sangat sadah. Berikut ini adalah criteria selang kesadahan yang biasa dipakai:

·      Standar kesadahan menurut WHO, 1984, mengemukakan bahwa :

a.    Sangat lunak sama sekali tidak mengandung CaCO₃;

b.    Lunak mengandung 0-60 ppm CaCO₃;

c.    Agak sudah mengandung 60-120 ppm CaCO₃;

d.   Sadah mengandung 120-180 ppm CaCO₃;

e.    Sangat sadah 180 ppm ke atas.

·      Standar kesadahan menurut E. Merck, 1974, bahwa :

a.    Sangat lunak antara 0-4 OD atau 0-71 ppm CaCO₃;

b.    Lunak antara 4-8 OD atau 71-142 ppm CaCO₃;

c.    Agak sadah antara 8-18 OD atau 142-320 ppm CaCO₃;

d.   Sadah 18-30 OD atau 320-534 ppm CaCO₃;

e.    Sangat sudah 30 OD keatas atau sekitar 534 ppm ke atas.

·      Standar kesadahan menurut EPA, 1974, bahwa :

a.    Sangat lunak sama sekali tidak mengandung CaCO₃;

b.    Lunak, antara 0-75 ppm CaCO₃;

c.    Agak sadah, antara 75-150 ppm CaCO₃;

d.   Sadah, 150-300 ppm CaCO₃;

e.    Sangat sadah 300 ppm ke atas CaCO₃.

·      Standar kesadahan menurut PERMENKES RI, 2010 batas maksimum kesadahan air minum yang dianjurkan yaitu 500 mg/L CaCO₃.

Berdasarkan data di atas, maka tingkat kesadahan sementara sampel air dapat digolongkan sebagai berikut. Sampel air sumur, air laut dan air galon, tergolong dalam kategori lunak dan sangat lunak (Sarisawa, 2009).

Dari hasil yang diperoleh, juga dapat dilihat air laut memiliki kadar kesadahan yang paling tinggi dibanding air sumur dan air galon. Sebab Air laut merupakan campuran dari 96,5% air murni dan 3,5% material lainnya seperti garam-garaman, gas-gas terlarut, bahan-bahan organik dan partikel-partikel tak terlarut. Garam-garaman yang utama yang terkandung dalam air laut adalah Klorida (55%), Natrium (31%), Sulfat (8%), Magnesium (4%), Kalsium (1%), Potasium (1%) dan sisanya kurang dari 1% terdiri dari Bikarbonat, Bromida, Ssam Borak, Strontium dan Florida (Yunias, 2011)

 

VII.     KESIMPULAN

Berdasarkan tujuan dan hasil pengamatan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1.      Kesadahan tetap adalah kesadahan yang disebabkan oleh ion Cl^-, NO3^- dan SO₄^2- yang dalam garamnya berupa kalsium klorida (CaCl₂), kalsium nitrat (Ca(NO₃)₂), kalsium sulfat (CaSO₄), magnesium klorida (MgCl₂), magnesium nitrat (Mg(NO₃)₂), dan magnesium sulfat (MgSO₄). Di sebut kesadahan tetap karena kesadahannya tidak bisa dihilangkan hanya dengan cara pemanasan. Untuk membebaskan air tersebut dari kesadahan, harus dilakukan dengan cara kimia, yaitu dengan mereaksikan air tersebut dengan zat-zat kimia tertentu.

2.      Dari percobaan yang telah dilakukan, diperoleh kesadahan sementara dari air sumur, laut dan air galon yaitu sebagai berikut:

·         Air sumur           :   6,0 ppm

·         Air Laut              :   53,5 ppm

·         Air galon            :   1,5 ppm