3 DASAR DARI PERAIRAN KIMIA ____________________________________________________ 3.1. KUALITAS AIR DAN KUANTITAS Sepanjang sejarah, kualitas dan kuantitas air yang tersedia bagi manusia memiliki merupakan faktor penting dalam menentukan kesejahteraan mereka. Seluruh peradaban hilang karena kekurangan air akibat perubahan iklim. Bahkan dalam beriklim iklim, fluktuasi masalah penyebab presipitasi. Menghancurkan kekeringan di Afrika selama tahun 1980 mengakibatkan gagal panen bencana dan kelaparan. Pada tahun 1997 sebuah banjir belum pernah terjadi sebelumnya melanda bagian besar dari North Dakota membanjiri sebagian besar Kota Grand Forks, dan pada tahun 1998 banjir yang dihasilkan oleh hujan lebat akibat Badai Mitch menewaskan ribuan di Amerika Tengah. Pada tahun 1999 panas menewaskan sejumlah orang di pusat dan timur Amerika Serikat dan kekeringan menghancurkan tanaman dan air persediaan. Pada bulan September 1999 Badai Floyd menghasilkan banjir 500 tahun di kawasan timur North Carolina. Air penyakit seperti kolera dan tipus menewaskan jutaan orang di masa lalu dan masih menyebabkan kesengsaraan yang besar di negara-negara kurang berkembang. Ambisius program bendungan dan konstruksi tanggul telah mengurangi kerusakan banjir, tetapi mereka memiliki nomor efek samping yang tidak diinginkan di beberapa daerah, seperti genangan lahan pertanian dengan waduk dan kegagalan bendungan yang tidak aman. Secara global, masalah dengan kuantitas dan kualitas air pasokan tetap dan dalam beberapa hal menjadi lebih serius. Masalah-masalah ini termasuk penggunaan air meningkat karena pertumbuhan penduduk, kontaminasi minum air dengan limbah berbahaya tidak benar dibuang (lihat Bab 19), dan perusakan satwa liar oleh polusi air. Perairan kimia, subjek bab ini, harus mempertimbangkan air di sungai, danau,

muara, laut, dan bawah tanah, serta fenomena yang menentukan distribusi dan sirkulasi spesies kimia di perairan alami. Studinya membutuhkan beberapa pemahaman tentang sumber, transportasi, karakteristik, dan komposisi air. Reaksi kimia yang terjadi pada air dan spesies kimia yang ditemukan di dalamnya sangat dipengaruhi oleh lingkungan di mana air itu ditemukan. Kimia air terkena suasana yang cukup berbeda dengan air pada 2000 CRC Press LLC dasar danau. Mikroorganisme memainkan peran penting dalam menentukan bahan kimia komposisi air. Dengan demikian, dalam membahas kimia air, perlu mempertimbangkan umum banyak faktor yang mempengaruhi kimia ini. Studi tentang air dikenal sebagai hidrologi dan dibagi menjadi beberapa subkategori. Limnologi adalah cabang ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan karakteristik air tawar termasuk sifat biologis, serta sifat kimia dan fisik. Oseanografi adalah ilmu laut dan karakteristik fisik dan kimia. Kimia dan biologi lautan luas bumi adalah unik karena laut tinggi kadar garam, kedalaman besar, dan faktor lainnya. Sumber dan Penggunaan Air: Siklus hidrologi Persediaan air dunia ditemukan dalam lima bagian dari siklus hidrologi (Gambar 3.1). Sekitar 97% air bumi ditemukan di lautan. Fraksi lain adalah hadir sebagai uap air di atmosfer (awan). Air yang terkandung dalam solid state sebagai es dan salju di snowpacks, gletser, dan es di kutub. Permukaan air ditemukan di danau, sungai, dan waduk. Air tanah terletak di akuifer bawah tanah. Danau, waduk Limpasan 110 Penguapan dan transpirasi, 195

Air hujan, 304 Penguapan, 1164 Snowpack, Kondensasi es Infiltrasi ke air tanah Air hujan, 1055 Air Tanah Samudra Gerakan uap air tanah 110 Gambar 3.1. Siklus hidrologi, jumlah air di triliunan liter per hari. Ada hubungan kuat antara hidrosfer, di mana air ditemukan, dan litosfer, yang merupakan bagian dari geosfer diakses air. Manusia kegiatan tersebut mempengaruhi keduanya. Misalnya, gangguan tanah dengan konversi padang rumput atau hutan untuk lahan pertanian atau intensifikasi produksi pertanian dapat mengurangi 2000 CRC Press LLC vegetasi penutup, transpirasi penurunan (kehilangan uap air oleh tanaman) dan mempengaruhi iklim mikro. Hasilnya adalah peningkatan limpasan hujan, erosi, dan akumulasi lumpur di badan air. Siklus nutrisi dapat dipercepat, menyebabkan pengayaan hara dari air permukaan. Hal ini, pada gilirannya, dapat sangat mempengaruhi karakteristik kimia dan biologis dari badan air. Air yang digunakan manusia terutama segar air permukaan dan air tanah, yang

sumber yang mungkin berbeda satu sama lain secara signifikan. Pada daerah kering, kecil sebagian kecil dari pasokan air berasal dari laut, sumber yang kemungkinan akan menjadi lebih penting sebagai pasokan dunia dari dwindles air tawar relatif terhadap permintaan. Saline air tanah payau atau juga dapat digunakan di beberapa daerah. Di Amerika Serikat, rata-rata sekitar 1,48 '1013 liter air jatuh sebagai presipitasi setiap hari, yang diterjemahkan menjadi 76 cm per tahun. Itu jumlah, sekitar 1,02 "1013 liter per hari, atau 53 cm per tahun, akan hilang oleh evaporasi dan transpirasi. Dengan demikian, air yang secara teoritis tersedia untuk digunakan adalah sekitar 4,6 '1012 liter per hari, atau hanya 23 sentimeter per tahun. Saat ini, AS menggunakan 1,6 '1012 liter per hari, atau 8 cm dari rata-rata tahunan presipitasi. Jumlah ini hampir sepuluh kali lipat peningkatan dari penggunaan 1,66 '1011 liter per hari pada pergantian abad. Yang lebih mencolok adalah peningkatan per kapita dari sekitar 40 liter per hari pada 1900 menjadi sekitar 600 liter per hari sekarang. Banyak dari ini kenaikan ini dicatat dengan menggunakan pertanian dan industri yang tinggi, yang setiap account untuk sekitar 46% dari total konsumsi. Penggunaan Kota mengkonsumsi sisanya 8%. Sejak sekitar 1980, namun, air digunakan di AS telah menunjukkan mendorong trend dengan total konsumsi turun sekitar 9% selama waktu di mana populasi tumbuh 16%, menurut angka yang disusun oleh US Geological Survey.1 Tren ini, yang diilustrasikan pada Gambar 3.2, telah dikaitkan dengan keberhasilan upaya menghemat air, terutama di industri (termasuk pembangkit listrik) dan pertanian sektor. Konservasi dan daur ulang telah menyumbang banyak penurunan penggunaan di sektor industri. Air irigasi telah digunakan jauh lebih efisien dengan mengganti irigasi semprot, yang kehilangan sejumlah besar air ke tindakan angin dan penguapan, dengan sistem irigasi yang berlaku air langsung ke tanah. Trickle sistem irigasi yang berlaku hanya jumlah air yang dibutuhkan langsung ke akar tanaman sangat efisien.

Masalah utama dengan pasokan air adalah distribusi seragam dengan lokasi dan waktu. Seperti ditunjukkan dalam Gambar 3.3, curah hujan tidak merata jatuh di daratan Amerika Serikat Hal ini menyebabkan kesulitan karena orang di daerah dengan curah hujan rendah sering mengkonsumsi lebih banyak air dibandingkan masyarakat di daerah dengan curah hujan lebih. Pertumbuhan penduduk yang pesat di lebih kering barat daya negara bagian AS selama empat dekade terakhir telah lebih jauh memperburuk masalah. Kekurangan air menjadi lebih akut di wilayah ini yang berisi enam dari sebelas negara kota terbesar (Los Angeles, Houston, Dallas, San Diego, Phoenix, dan San Antonio). Masalah daerah lainnya termasuk Florida, di mana overdevelopment wilayah pesisir mengancam Danau Okeechobee, Timur Laut, terganggu dengan sistem air memburuk, dan Dataran Tinggi, mulai dari Texas menjulur ke Nebraska, di mana irigasi tuntutan pada akuifer Oglala yang ditinggalkan tabel air terus tanpa harapan untuk mengisi ulang. Masalah-masalah yang kecil, namun, dibandingkan dengan mereka di beberapa bagian Afrika di mana kekurangan air adalah berkontribusi terhadap kondisi kelaparan nyata. 2000 CRC Press LLC 0 400 800 1,200 1,600 Tahun Listrik pembangkit listrik Industri, selain tenaga listrik Irigasi Publik dan pribadi dipasok dalam negeri, komersial, ternak

Gambar 3.2. Tren Penggunaan Air di Amerika Serikat (Data dari US Geological Survey). 150-200 100-150 50-100 200 Gambar 3.3. Distribusi curah hujan di daratan Amerika Serikat, menunjukkan curah hujan tahunan rata-rata di sentimeter. 2000 CRC Press LLC 3.2. ATAS SIFAT AIR, A ZAT UNIK Air memiliki sejumlah properti unik yang penting untuk kehidupan. Beberapa karakteristik khusus dari air termasuk karakter polar, kecenderungan untuk membentuk hidrogen obligasi, dan kemampuan untuk ion logam hidrat. Properti ini dapat dilihat pada Tabel 3.1. Tabel 3.1. Penting Properti Air Properti Efek dan Signifikansi Sangat baik pelarut Transportasi nutrisi dan produk-produk limbah, membuat mungkin proses biologis dalam media air Kelarutan tertinggi dielektrik Tinggi konstan zat ionik dan ionizaof mereka setiap tion cair umum dalam larutan Lebih tinggi daripada tegangan permukaan Mengontrol faktor dalam fisiologi; penurunan mengatur dan lain fenomena permukaan cairan Transparan untuk terlihat dan tak berwarna, cahaya yang memungkinkan diperlukan untuk fotosintesis panjang-panjang gelombang frac-untuk mencapai kedalaman yang cukup besar dalam badan air tion dari sinar ultraviolet

Maksimum kepadatan sebagai mengapung Es; sirkulasi vertikal dibatasi bertingkat cair pada suhu 4 C badan air Panas yang lebih tinggi penguapan Menentukan transfer molekul panas dan air daripada bahan lain antara atmosfer dan badan air Tinggi panas laten fusi dari Suhu stabil pada titik beku air dari cairan lain kecuali amonia Tinggi kapasitas panas dari Stabilisasi suhu organisme dan geoany cairan lain kecuali daerah grafis amonia Para Molekul Air Sifat air terbaik dapat dipahami dengan mempertimbangkan struktur dan ikatan dari molekul air: (+) (-) O HH Molekul air terdiri dari dua atom hidrogen terikat pada atom oksigen. 2000 CRC Press LLC Tiga atom tidak dalam garis lurus, melainkan, seperti yang ditunjukkan di atas, mereka membentuk sudut dari 105 . Karena struktur bengkok air dan fakta bahwa atom oksigen menarik negatif elektron lebih kuat daripada atom hidrogen, molekul air berperilaku seperti dipol yang bermuatan listrik berlawanan di kedua ujung. Air dipol dapat tertarik ke ion baik positif atau negatif. Sebagai contoh, bila NaCl larut dalam air sebagai ion positif Na + dan Cl-negatif ion, positif ion natrium dikelilingi oleh molekul air dengan ujung negatif mereka menunjuk ion, dan ion klorida dikelilingi oleh molekul air dengan positif mereka

berakhir menunjuk pada ion negatif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4. Jenis tarik bagi ion adalah alasan mengapa air melarutkan senyawa ionik banyak dan garam yang tidak larut dalam cairan lainnya. Na + ClGambar 3.4. Polar air molekul sekitarnya ion Na + (kiri) dan Cl-ion (kanan). Karakteristik penting kedua dari molekul air adalah kemampuannya untuk membentuk hidrogen obligasi. Ikatan hidrogen adalah jenis khusus dari ikatan yang dapat terbentuk antara hidrogen pada satu molekul air dan oksigen dalam molekul lain air. Ini ikatan terjadi karena oksigen memiliki muatan negatif parsial dan hidrogen muatan positif parsial. Hidrogen obligasi, yang ditunjukkan pada Gambar 3.5 sebagai garis putusputus, memegang molekul air bersama dalam kelompok besar. Zat terlarut molekul Hidrogen ikatan antara H O molekul air H O H HO H HO H H O N Hidrogen obligasi antara air dan

zat terlarut molekul Gambar 3.5. Ikatan hidrogen antara molekul air dan molekul air dan zat terlarut molekul dalam larutan. 2000 CRC Press LLC Ikatan hidrogen juga membantu untuk menahan beberapa molekul atau ion zat terlarut dalam larutan. Ini terjadi ketika ikatan hidrogen terbentuk antara molekul-molekul air dan hidrogen, nitrogen, oksigen atau atom pada molekul zat terlarut (lihat Gambar 3.5). Ikatan hidrogen juga membantu dalam mempertahankan partikel yang sangat kecil yang disebut partikel koloid dalam suspensi dalam air (lihat Bagian 5.4). Air adalah pelarut yang sangat baik untuk bahan banyak, dengan demikian itu adalah transportasi dasar media untuk nutrisi dan produk limbah dalam proses kehidupan. Yang sangat tinggi konstanta dielektrik relatif air untuk cairan lain memiliki efek mendalam pada nya sifat pelarut dalam bahan yang paling ionik terdisosiasi dalam air. Dengan pengecualian cair, amonia air memiliki kapasitas panas tertinggi cairan apapun atau padat, l kal 'g-1' deg-1. Karena itu kapasitas panas tinggi, jumlah yang relatif besar panas yang diperlukan untuk mengubah lumayan suhu massa air, dengan itu, sebuah badan air dapat memiliki efek stabilisasi pada suhu sekitarnya geografis daerah. Selain itu, properti ini mencegah perubahan besar tiba-tiba suhu dalam tubuh besar air dan dengan demikian melindungi organisme air dari shock variasi suhu tiba-tiba. Panas sangat tinggi penguapan air, 585 kal / g pada 20 C, juga menstabilkan suhu badan air dan sekitar wilayah geografis. Hal ini juga mempengaruhi transfer panas dan air uap antara badan air dan atmosfer. Air memiliki kepadatan maksimum pada 4 C, suhu di atas titik beku. Konsekuensi beruntung fakta ini adalah bahwa es mengapung, sehingga tubuh besar beberapa air pernah membeku padat. Selain itu, pola sirkulasi vertikal air di danau, faktor yang menentukan dalam kimia mereka

dan biologi, sebagian besar diatur oleh hubungan suhu-density unik air. 3.3. KARAKTERISTIK BADAN AIR Kondisi fisik badan air sangat mempengaruhi kimia dan proses biologis yang terjadi dalam air. Permukaan air terjadi terutama di sungai, danau, dan waduk. Lahan basah yang dibanjiri daerah yang airnya dangkal cukup untuk memungkinkan pertumbuhan bottom-berakar tanaman. Muara adalah pelukan laut di mana sungai mengalir. Pencampuran air segar dan garam memberikan muara unik sifat kimia dan biologis. Muara adalah tempat berkembang biak dari banyak kehidupan laut, yang membuat pelestarian mereka sangat penting. Air unik hasil hubungan suhu-density dalam pembentukan yang berbeda lapisan dalam nonflowing badan air, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.6. Selama musim panas lapisan permukaan (epilimnion) dipanaskan oleh radiasi matahari dan, karena lebih rendah kepadatan, mengapung di atas lapisan bawah, atau hypolimnion. Fenomena ini disebut termal stratifikasi. Ketika sebuah perbedaan suhu yang cukup ada antara dua lapisan, mereka tidak bergabung tetapi berperilaku secara independen dan memiliki sangat berbeda sifat kimia dan biologis. Para epilimnion, yang terkena cahaya, mungkin memiliki pertumbuhan berat alga. Sebagai hasil dari paparan atmosfer dan (selama siang jam) karena aktivitas fotosintesis alga, epilimnion mengandung relatif lebih tinggi tingkat oksigen terlarut dan umumnya adalah aerobik. Dalam hypolimnion, aksi bakteri pada bahan organik biodegradable dapat menyebabkan air menjadi anaerob (kurang oksigen terlarut). Akibatnya, kimia spesies dalam bentuk yang relatif berkurang cenderung mendominasi di hypolimnion tersebut. 2000 CRC Press LLC Pertukaran kimia spesies dengan sedimen

Relatif rendah O2 terlarut, kimia spesies dalam bentuk pengurangan Termoklin Hypolimnion Relatif tinggi terlarut, O2, spesies kimia dalam bentuk teroksidasi Epilimnion O2 CO2 Fotosintesis CO2, H2O + + hn {CH2O} + O2 Gambar 3.6. Stratifikasi danau. Geser-pesawat, atau lapisan antara epilimnion dan hypolimnion, disebut termoklin. Selama musim gugur, ketika epilimnion mendingin, titik dicapai pada yang suhu dari epilimnion dan hypolimnion adalah sama. Hilangnya ini stratifikasi termal menyebabkan seluruh tubuh air untuk berperilaku sebagai hidrologi unit, dan pencampuran yang dihasilkan dikenal sebagai terbalik. Sebuah terbalik juga umumnya terjadi di musim semi. Selama terbalik, karakteristik kimia dan fisik tubuh air menjadi jauh lebih seragam, dan sejumlah kimia, fisik, dan perubahan biologis dapat terjadi. Aktivitas biologi dapat meningkatkan dari pencampuran nutrisi. Perubahan komposisi air selama membatalkan dapat menyebabkan gangguan pada pengolahan air proses. 3.4. AIR KEHIDUPAN Organisme hidup (biota) dalam ekosistem perairan dapat diklasifikasikan sebagai autotrophic atau heterotrofik. Organisme autotrophic memanfaatkan energi surya atau kimia untuk memperbaiki unsur-unsur dari yang sederhana, bahan anorganik menjadi molekul tak hidup hidup yang kompleks yang membentuk organisme hidup. Alga adalah air autotrophic paling penting organisme karena mereka adalah produsen yang memanfaatkan energi matahari untuk menghasilkan biomassa

dari CO2 dan lain spesies anorganik sederhana. Organisme heterotrofik memanfaatkan zat organik yang dihasilkan oleh autotrophic organisme sebagai sumber energi dan sebagai bahan baku untuk sintesis mereka sendiri biomassa. Dekomposer (atau reduksi) adalah subclass dari organisme heterotrofik dan terdiri dari terutama bakteri dan jamur, yang pada akhirnya memecah bahan asal biologis untuk senyawa sederhana awalnya ditetapkan oleh autotrophic yang organisme. Kemampuan badan air untuk menghasilkan bahan hidup dikenal sebagai produktivitasnya. Produktivitas hasil dari kombinasi faktor fisik dan kimia. Produktivitas tinggi memerlukan pasokan yang cukup dari karbon (CO2), nitrogen (nitrat), 2000 CRC Press LLC fosfor (ortofosfat), dan trace elemen seperti besi. Air rendah produktivitas umumnya diinginkan untuk pasokan air atau untuk berenang. Relatif tinggi produktivitas diperlukan untuk dukungan ikan dan untuk melayani sebagai dasar makanan rantai dalam ekosistem perairan. Produktivitas yang berlebihan mengakibatkan pembusukan biomassa diproduksi, konsumsi oksigen terlarut, dan produksi bau, suatu kondisi yang disebut eutrofikasi. Bentuk kehidupan lebih tinggi dari ganggang dan bakteri-ikan, misalnya-terdiri relatif kecil sebagian kecil dari biomassa dalam sistem perairan yang paling. Pengaruh bentuk-bentuk kehidupan yang lebih tinggi pada kimia air minimal. Namun, kehidupan air adalah sangat dipengaruhi oleh sifat fisik dan kimia dari badan air di tempat dia hidup. Suhu, transparansi, dan turbulensi adalah tiga fisik utama sifat yang mempengaruhi kehidupan air. Suhu air yang sangat rendah mengakibatkan sangat lambat proses biologis, sedangkan suhu yang sangat tinggi adalah fatal bagi sebagian besar organisme. Itu transparansi air sangat penting dalam menentukan pertumbuhan alga. Turbulensi merupakan faktor penting dalam proses pencampuran dan pengangkutan nutrisi dan buang produk dalam air. Beberapa organisme kecil (plankton) tergantung pada air

arus untuk mobilitas mereka sendiri. Oksigen terlarut (DO) sering adalah zat penting dalam menentukan sejauh dan jenis kehidupan di badan air. Kekurangan oksigen adalah fatal bagi hewan air banyak seperti ikan. Kehadiran oksigen bisa sama-sama fatal bagi berbagai jenis bakteri anaerob. Kebutuhan oksigen biokimia, BOD, dibahas sebagai air polutan di Bagian 7.9, mengacu pada jumlah oksigen yang digunakan ketika organik materi dalam volume tertentu air adalah degradasi secara biologis. Karbon dioksida dihasilkan oleh proses pernapasan dalam air dan sedimen dan juga dapat memasukkan air dari atmosfir. Karbon dioksida diperlukan untuk produksi biomassa fotosintesis oleh ganggang dan dalam beberapa kasus adalah faktor pembatas. Tinggi tingkat karbon dioksida yang dihasilkan oleh degradasi bahan organik dalam air dapat menyebabkan pertumbuhan alga yang berlebihan dan produktivitas. Salinitas air juga menentukan jenis bentuk kehidupan sekarang. Irigasi perairan dapat mengambil tingkat berbahaya garam. Kehidupan laut jelas membutuhkan atau mentolerir air garam, sedangkan organisme air tawar banyak yang tidak toleran terhadap garam. 3.5. PENGANTAR KIMIA PERAIRAN Untuk memahami polusi air, pertama-tama perlu memiliki apresiasi kimia fenomena yang terjadi dalam air. Sisa bagian dari bab ini membahas air asam-basa dan fenomena kompleksasi. Reaksi oksidasi-reduksi dan kesetimbangan akan dibahas pada Bab 4, dan rincian perhitungan kelarutan dan interaksi antara air dan fase cair lainnya diberikan di Bab 5. Utama kategori fenomena kimia air diilustrasikan pada Gambar 3.7. Perairan fenomena kimia lingkungan melibatkan proses akrab bagi ahli kimia, termasuk asam-basa, kelarutan, oksidasi-reduksi, dan reaksi kompleksasi. Meskipun sebagian fenomena kimia air dibahas di sini dari termodinamika yang (Ekuilibrium) sudut pandang, penting untuk diingat bahwa kinetika-tingkat reaksi-sangat penting dalam kimia air. Proses biologi memainkan kunci

2000 CRC Press LLC peran dalam kimia air. Sebagai contoh, ganggang fotosintesis menjalani dapat meningkatkan pH air dengan membuang CO2 cair, sehingga mengubah sebuah HCO3 - Ion ke CO3 2ion, ini ion pada gilirannya bereaksi dengan Ca2 + dari air untuk mengendapkan CaCO3. 2HCO3-+ hn Fotosintesis {CH2O} + O2 (g) + CO3 2CO3 + H2O Asam-basa HCO3-+ OHCa + CO3 Pengendapan CaCO3 (s) 2 {CH2O} + SO4 + 2H + Mikroba tindakan H2S (g) + 2H2O + 2CO2 (g) Serapan Pelucutan Air Tanah Cd2 + NH + 4 NO3 - CO2 O2 Pertukaran gas dengan atmosfer Endapan 22+22Gambar 3.7. Mayor proses kimia perairan.

Dibandingkan dengan kondisi terkontrol hati-hati laboratorium, jauh lebih sulit untuk menggambarkan fenomena kimia dalam sistem air alam. Sistem seperti ini sangat kompleks dan deskripsi kimia mereka harus mengambil banyak variabel ke dalam pertimbangan. Selain air, sistem ini mengandung mineral fase, fase gas, dan organisme. Sebagai terbuka, sistem dinamis, mereka memiliki input dan output dari variabel energi dan massa. Oleh karena itu, kecuali dalam keadaan luar biasa, keseimbangan sejati kondisi tidak didapat, meskipun sistem perairan sekitar mapan sering ada. Kebanyakan logam yang ditemukan di perairan alami tidak ada yang sederhana terhidrasi kation di dalam air, dan oxyanions sering ditemukan sebagai spesies polynuclear, bukan sebagai monomer sederhana. Sifat spesies kimia dalam air yang mengandung bakteri atau ganggang sangat dipengaruhi oleh aksi organisme ini. Dengan demikian, tepat deskripsi kimia dari sistem air alami berdasarkan asam-basa, konstanta kesetimbangan kelarutan, dan kompleksasi, potensial redoks, pH, dan lainnya parameter kimia tidak mungkin. Oleh karena itu, sistem harus dijelaskan oleh disederhanakan model, sering didasarkan sekitar konsep kimia kesetimbangan. Meskipun tidak tepat, juga tidak sepenuhnya realistis, model tersebut dapat menghasilkan generalisasi yang berguna dan wawasan berkaitan dengan sifat dari proses kimia air, dan menyediakan pedoman untuk deskripsi dan pengukuran sistem air alam. Meskipun sangat disederhanakan, model tersebut sangat membantu dalam memvisualisasikan kondisi yang menentukan kimia spesies dan reaksi mereka di perairan alam dan air limbah. 3.6. GAS DALAM AIR Terlarut gas-O2 untuk ikan dan CO2 untuk fotosintesis alga sangat penting bagi kesejahteraan spesies hidup dalam air. Beberapa gas dalam air juga dapat menyebabkan masalah, seperti sebagai kematian ikan dari gelembung nitrogen terbentuk dalam darah yang disebabkan oleh paparan 2000 CRC Press LLC untuk air jenuh dengan N2. Karbon dioksida Vulkanik berevolusi dari perairan

Danau Nyos di negara Afrika Kamerun sesak napas 1.700 orang pada tahun 1986. Kelarutan gas dalam air dihitung dengan Hukum Henry, yang menyatakan bahwa kelarutan gas dalam cairan sebanding dengan tekanan parsial yang gas di kontak dengan cairan. Perhitungan ini dibahas secara rinci di Bab 5. Oksigen dalam Air Tanpa tingkat yang cukup oksigen terlarut, berbagai jenis air organisme tidak dapat hidup dalam air. Oksigen terlarut yang dikonsumsi oleh degradasi bahan organik dalam air. Membunuh banyak ikan disebabkan bukan dari toksisitas langsung dari polutan tapi dari kekurangan oksigen karena konsumsi dalam biodegradasi polutan. Kebanyakan unsur oksigen berasal dari atmosfer, yang merupakan 20,95% oksigen oleh volume udara kering. Oleh karena itu, kemampuan badan air untuk reoxygenate diri dengan kontak dengan atmosfer merupakan karakteristik penting. Oksigen yang dihasilkan oleh tindakan fotosintesis alga, tetapi proses ini benar-benar tidak cara yang efisien oxygenating air karena beberapa oksigen yang terbentuk oleh fotosintesis selama siang hari hilang pada malam hari ketika ganggang mengkonsumsi oksigen sebagai bagian dari mereka metabolisme proses. Ketika ganggang mati, degradasi biomassa mereka juga mengkonsumsi oksigen. Kelarutan oksigen dalam air tergantung pada suhu air, parsial tekanan oksigen di atmosfer, dan kandungan garam dari air. Hal ini penting untuk membedakan antara kelarutan oksigen, yang merupakan maksimum terlarut oksigen konsentrasi pada kesetimbangan, dan konsentrasi oksigen terlarut, yang umumnya tidak konsentrasi kesetimbangan dan dibatasi oleh tingkat di mana oksigen larut. Perhitungan kelarutan oksigen sebagai fungsi dari tekanan parsial dibahas dalam Bagian 5.3, di mana ia menunjukkan bahwa konsentrasi oksigen dalam air

pada 25 C dalam kesetimbangan dengan udara pada tekanan atmosfer hanya 8,32 mg / L. Dengan demikian, air dalam kesetimbangan dengan udara tidak dapat berisi tingkat tinggi oksigen terlarut dibandingkan dengan banyak zat terlarut spesies lain. Jika oksigen memakan proses yang terjadi dalam air, tingkat oksigen terlarut cepat dapat mendekati nol kecuali beberapa efisien mekanisme untuk reaerasi air adalah operasi, seperti aliran turbulen dalam dangkal sungai atau udara dipompa ke dalam tangki aerasi dari limbah lumpur aktif sekunder perawatan fasilitas (lihat Bab 8). Masalahnya sebagian besar menjadi salah satu kinetika, di yang ada batas untuk tingkat di mana oksigen dipindahkan di air berantarmuka. Angka ini tergantung pada turbulensi, ukuran gelembung udara, suhu, dan lainnya faktor. Jika bahan organik asal biologis diwakili dengan rumus {CH2O}, yang konsumsi oksigen dalam air dengan degradasi bahan organik dapat diungkapkan oleh reaksi biokimia berikut: {CH2O} + O2 CO2 + H2O (3.6.1) Berat bahan organik yang diperlukan untuk mengkonsumsi 8,3 mg O2 dalam satu liter air dalam kesetimbangan dengan atmosfer pada 25 C diberikan oleh stoikiometri sederhana 2000 CRC Press LLC perhitungan berdasarkan Persamaan 3.6.1, yang menghasilkan nilai sebesar 7,8 mg {CH2O}. Dengan demikian, degradasi mikroorganisme-dimediasi hanya 7 atau 8 mg bahan organik dapat benar-benar mengkonsumsi oksigen dalam satu liter air awalnya jenuh dengan udara pada 25 C. Berkurangnya oksigen ke tingkat di bawah mereka yang akan mendukung aerobik organisme membutuhkan degradasi materi organik bahkan kurang pada suhu tinggi (Di mana daya larut oksigen kurang) atau dalam air awalnya tidak jenuh dengan atmosfer oksigen. Selanjutnya, tidak ada reaksi kimia umum air yang mengisi oksigen terlarut; kecuali oksigen disediakan oleh fotosintesis, itu harus datang dari atmosfer.

Pengaruh suhu terhadap kelarutan gas dalam air sangat penting dalam kasus oksigen. Kelarutan oksigen dalam air menurun dari 14,74 mg / L pada 0 C sampai 7,03 mg / L pada 35 C. Pada suhu yang lebih tinggi, kelarutan penurunan oksigen, dikombinasikan dengan tingkat respirasi peningkatan organisme air, sering menyebabkan suatu kondisi di mana permintaan yang lebih tinggi untuk oksigen lebih rendah disertai dengan kelarutan gas dalam hasil air di deplesi oksigen yang parah. 3.7. AIR keasaman dan DIOKSIDA KARBON DALAM AIR Asam-basa fenomena dalam air melibatkan kerugian dan penerimaan ion H +. Banyak spesies bertindak sebagai asam dalam air dengan melepaskan ion H +, yang lain bertindak sebagai basa dengan menerima H +, dan molekul air itu sendiri tidak baik. Sebuah spesies penting di dasar asamkimia air adalah ion bikarbonat, HCO3 -, Yang dapat bertindak baik sebagai asam atau dasar: HCO3 CO3 2 - + H + (3.7.1) HCO3 - + H + CO2 (aq) + H2O (3.7.2) Keasaman yang diterapkan pada air alami dan air limbah adalah kapasitas air untuk menetralisir OH-, yang merupakan analog dengan alkalinitas, kapasitas untuk menetralkan H +, yang merupakan dibahas dalam bagian berikutnya. Meskipun hampir semua air memiliki beberapa asam alkalinitas air tidak sering dijumpai, kecuali dalam kasus pencemaran yang parah. Keasaman umumnya hasil dari kehadiran asam lemah, terutama CO2, tapi kadang-kadang termasuk kepada orang lain seperti H2PO4 -, H2S, protein, dan asam lemak. Asam logam ion,

terutama Fe3 +, juga dapat menyebabkan keasaman. Dari sudut pandang polusi, asam kuat adalah kontributor paling penting untuk keasaman. Asam mineral jangka gratis diterapkan untuk asam kuat seperti H2SO4 dan HCl dalam air. Asam air tambang merupakan polutan air umum yang berisi cukup konsentrasi asam mineral gratis. Sedangkan keasaman total ditentukan oleh titrasi dengan dasar ke titik akhir fenolftalein (pH 8.2), asam mineral gratis ditentukan oleh titrasi dengan dasar ke titik akhir metil jingga (pH 4.3). Karakter asam dari beberapa ion logam terhidrasi dapat menyebabkan keasaman: Al (H2O) 6 3 + Al (H2O) 5OH2 + + H + (3.7.3) Beberapa limbah industri, seperti minuman keras baja menghabiskan acar, mengandung ion logam bersifat asam dan sering beberapa asam kuat yang berlebih. Keasaman limbah tersebut harus diukur dalam menghitung jumlah bahan kimia kapur atau lain yang diperlukan untuk menetralkan asam. 2000 CRC Press LLC Karbon Dioksida dalam Air Asam lemah yang paling penting dalam air adalah karbon dioksida, CO2. Karena Keberadaan karbon dioksida di udara dan produksinya dari pembusukan mikroba organik materi, CO2 terlarut hadir di hampir semua perairan alam dan air limbah. Curah hujan dari bahkan suasana benar-benar tercemar adalah sedikit asam karena keberadaan CO2 terlarut. Karbon dioksida, dan produk ionisasi nya, bikarbonat ion (HCO3 -), Dan ion karbonat (CO3 2 -) memiliki pengaruh sangat penting pada kimia air. Banyak mineral disimpan sebagai garam-garam dari ion karbonat. Alga dalam air memanfaatkan CO2 terlarut dalam sintesis biomassa. Ekuilibrium terlarut CO2 dengan gas karbon dioksida di atmosfer, CO2 (air) CO2 (atmosfer) (3.7.4)

dan kesetimbangan CO3 2 - ion antara larutan air dan mineral karbonat padat, MCO3 (garam karbonat sedikit larut) M2 + + CO3 2 - (3.7.5) memiliki efek penyangga yang kuat pada pH air. Karbon dioksida hanya sekitar 0,037% volume udara kering normal. Sebagai konsekuensi dari rendahnya tingkat CO2 di atmosfer, air benar-benar kurang dalam alkalinitas (Kapasitas untuk menetralkan + H, lihat Bagian 3.8) dalam kesetimbangan dengan atmosfer hanya berisi tingkat yang sangat rendah dari karbon dioksida. Namun, pembentukan HCO3 dan CO3 2 - sangat meningkatkan kelarutan karbon dioksida. Konsentrasi tinggi karbon dioksida bebas dalam air dapat mempengaruhi pernapasan dan pertukaran gas dari air hewan. Bahkan dapat menyebabkan kematian dan tidak boleh melebihi tingkat 25 mg / L dalam air. Sebagian besar dari karbon dioksida ditemukan dalam air adalah produk dari keambrukan tersebut bahan organik oleh bakteri. Bahkan ganggang, yang memanfaatkan CO2 dalam fotosintesis, memproduksinya melalui proses metabolisme mereka dalam ketiadaan cahaya. Seperti air merembes melalui lapisan membusuk bahan organik sedangkan infiltrasi tanah, mungkin melarutkan banyak CO2 yang dihasilkan oleh respirasi organisme dalam tanah. Kemudian, karena air melewati formasi batu kapur, larut kalsium karbonat karena kehadiran dari CO2 yang terlarut: CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O Ca2 + + 2HCO3 - (3.7.6) Proses ini adalah salah satu dimana kapur gua terbentuk. Implikasi dari atas reaksi kimia air untuk dibahas secara lebih rinci dalam Bagian 3.9. Konsentrasi gas CO2 di atmosfer bervariasi dengan lokasi dan

musim, melainkan meningkat sekitar satu bagian per juta (ppm) volume per tahun. Untuk tujuan perhitungan sini, konsentrasi CO2 di atmosfer akan dianggap sebagai 350 ppm (0,0350%) di udara kering. Pada 25 C, air dalam kesetimbangan dengan udara tercemar yang mengandung 350 ppm karbon dioksida memiliki CO2 (aq) konsentrasi 10-5 M 1,146 ' (Lihat perhitungan hukum Henry kelarutan gas dalam Bagian 5.3), dan nilai ini akan digunakan untuk perhitungan berikutnya. 2000 CRC Press LLC Meskipun CO2 dalam air sering direpresentasikan sebagai H2CO3, konstanta kesetimbangan untuk reaksi CO2 (aq) + H2O H2CO3 (3.7.7) hanya sekitar 2 '10-3 pada 25 C, jadi hanya sebagian kecil dari karbon terlarut dioksida sebenarnya hadir sebagai H2CO3. Dalam teks ini, nonionized karbon dioksida dalam air akan ditunjuk hanya sebagai CO2, yang dalam diskusi berikutnya akan berdiri untuk total CO2 molekul terlarut dan H2CO3 terdisosiasi. CO2-HCO3 - CO3 2 - sistem dalam air dapat dijelaskan oleh persamaan, CO2 + H2O HCO3 - + H + (3.7.8) KA1 = [H +] [HCO3 -] = 4,45 '10-7 pKa1 = 6,35 (3.7.9) [CO2] HCO3 - CO3 2 - + H + (3.7.10) Ka2 = [H +] [CO3 2 -] = 4,69 '10-11 pKa2 = 10,33 (3.7.11)

[HCO3 -] mana pKa =-log Ka. Spesies yang dominan dibentuk oleh CO2 terlarut dalam air tergantung pada pH. Hal ini paling baik ditunjukkan oleh diagram distribusi spesies dengan pH sebagai variabel utama seperti yang diilustrasikan pada Gambar 3.8. Diagram ini menunjukkan besar 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 pH CO2 HCO3 CO3 2Gambar 3.8. Distribusi spesies diagram untuk CO2-HCO3 - CO3 2 - sistem dalam air. spesies hadir dalam larutan sebagai fungsi dari pH. Untuk CO2 dalam larutan berair, diagram adalah serangkaian bidang fraksi hadir sebagai CO2, HCO3 -, Dan CO3 2 - sebagai fungsi dari pH. Fraksi ini, ditunjuk sebagai kapak, diberikan sebagai berikut ekspresi:

2000 CRC Press LLC aCO2 = [CO2] (3.7.12) [CO2] + [HCO3 -] + [CO3 2 -] aHCO3 -= [HCO3 -] (3.7.13) [CO2] + [HCO3 -] + [CO3 2 -] aCO3 2-= [CO3 2 -] (3.7.14) [CO2] + [HCO3 -] + [CO3 2 -] Substitusi dari ekspresi untuk KA1 dan Ka2 ke dalam sebuah ekspresi memberikan fraksi spesies sebagai fungsi dari konstanta disosiasi asam dan ion hidrogen konsentrasi:

aCO2 = [H +] 2 (3.7.15) [H +] 2 + KA1 [H +] + Ka1Ka2 aHCO3 -= KA1 [H +] (3.7.16) [H +] 2 + KA1 [H +] + Ka1Ka2 aCO3 2-= K 1 K 2 (3.7.17) [H +] 2 + KA1 [H +] + Ka1Ka2 Perhitungan dari ekspresi ini menunjukkan sebagai berikut: Untuk pH jauh di bawah pKa1, aCO2 dasarnya adalah 1 Bila pH = pKa1, aCO2 = AHCO3 Bila pH = 1/2 (pKa1 + pKa2), aHCO3 - Berada pada nilai maksimum dari 0,98 Bila pH = pKa2, aHCO3 - = ACO3 2Untuk pH secara signifikan atas pKa2, aCO3 2 - pada dasarnya adalah 1. Distribusi spesies diagram pada Gambar 3.8 menunjukkan bahwa hidrogen karbonat (Bikarbonat) ion (HCO3

-) Adalah spesies dominan pada kisaran pH ditemukan di sebagian perairan, dengan mendominasi CO2 di perairan asam lebih. Sebagaimana disebutkan di atas, nilai [CO2 (aq)] dalam air pada 25 C dalam kesetimbangan dengan udara yang adalah 350 ppm CO2 adalah 10-5 1,146 'M. memisahkan karbon dioksida tersebut sebagian dalam air untuk menghasilkan konsentrasi yang sama dari H + dan HCO3 -: 2000 CRC Press LLC CO2 + H2O HCO3 - + H + (3.7.18) Konsentrasi H + dan HCO3 - Dihitung dari KA1: KA1 = [H +] [HCO3 -] = [H +] 2 = 4,45 '10-7 (3.7.19) [CO2] 1,146 '10-5 [H +] = [HCO3 -] = (1,146 '10-5' 4,45 '10-7) 1/2 = 2,25' 10-6 pH = 5,65 Perhitungan ini menjelaskan mengapa air murni yang memiliki diequilibrasi dengan tercemar suasana sedikit asam dengan pH agak kurang dari 7. 3.8. Alkalinitas Kapasitas air untuk menerima ion H + (proton) disebut alkalinitas. Alkalinitas adalah penting dalam pengolahan air dan dalam kimia dan biologi perairan alami. Sering, alkalinitas air harus diketahui untuk menghitung jumlah bahan kimia

yang akan ditambahkan dalam mengobati air. Air alkali sangat sering memiliki pH tinggi dan umumnya mengandung kadar padatan terlarut. Karakteristik ini mungkin merugikan untuk air yang akan digunakan dalam boiler, pengolahan makanan, dan sistem air kota. Alkalinitas berfungsi sebagai penyangga pH dan reservoir untuk karbon anorganik, sehingga membantu untuk menentukan kemampuan air untuk mendukung pertumbuhan alga dan kehidupan air lainnya, sehingga dapat digunakan sebagai ukuran kesuburan air. Umumnya, spesies dasar jawab untuk alkalinitas dalam air adalah ion bikarbonat, ion karbonat, dan ion hidroksida: HCO3 - + H + CO2 + H2O (3.8.1) CO3 2 - + H + HCO3 - (3.8.2) OH-+ H + H2O (3.8.3) Lain, biasanya kecil, kontributor alkalinitas adalah amonia dan basa konjugat dari fosfat, silikat, borat, dan asam organik. Pada nilai pH di bawah 7, [H +] dalam air akan mengurangi secara signifikan dari alkalinitas, dan yang konsentrasi harus dikurangkan dalam menghitung total alkalinitas. Oleh karena itu, persamaan berikut adalah persamaan lengkap untuk alkalinitas dalam media di mana hanya kontributor untuk itu adalah HCO3 -, CO3 2 -, dan OH-: [Alk] = [HCO3 -] + 2 [CO3 2 -] + [OH] - [H +] (3.8.4) Alkalinitas umumnya dinyatakan sebagai alkalinitas fenolftalein, sesuai dengan titrasi dengan asam sampai pH di mana HCO3

- Adalah spesies dominan karbonat (PH 8.3), atau alkalinitas total, sesuai dengan titrasi dengan asam metil 2000 CRC Press LLC jeruk titik akhir (pH 4.3), dimana kedua bikarbonat dan spesies karbonat telah berubah menjadi CO2. Penting untuk membedakan antara kebasaan tinggi, dimanifestasikan oleh peningkatan pH, dan alkalinitas tinggi, kapasitas untuk menerima H +. Sedangkan pH adalah intensitas faktor, alkalinitas merupakan faktor kapasitas. Hal ini dapat diilustrasikan dengan membandingkan solusi dari 1,00 '10-3 M NaOH dengan larutan 0,100 M HCO3 -. Para natrium hidroksida solusinya adalah cukup dasar, dengan pH 11, tapi satu liter itu akan menetralisir hanya 1,00 '10-3 mol asam. PH larutan natrium bikarbonat adalah 8,34, jauh lebih rendah dari bahwa dari NaOH. Namun, satu liter larutan natrium bikarbonat akan menetralkan 0,100 mol asam, karena itu, alkalinitas adalah 100 kali dari NaOH lebih mendasar solusi. Dalam istilah teknik, alkalinitas sering dinyatakan dalam satuan mg / L CaCO3, berdasarkan reaksi asam penetral berikut: CaCO3 + 2H + Ca2 + + CO2 + H2O (3.8.5) Berat ekivalen dari kalsium karbonat adalah setengah berat rumusnya. Mengekspresikan alkalinitas dalam hal mg / L CaCO3 bisa, bagaimanapun, membingungkan, dan notasi lebih baik bagi kimiawan adalah setara / L, jumlah mol H + dinetralisir oleh alkalinitas dalam satu liter larutan. Kontributor Alkalinitas berdasarkan Nilai pH yang berbeda Air alami biasanya memiliki alkalinitas, yang ditunjuk di sini sebagai "[alk]," dari 1,00 '10 3 setara per liter (eq / L), yang berarti bahwa basa zat terlarut dalam 1 liter air akan menetralisir 1,00 '10-3 mol asam. Kontribusi yang dilakukan oleh spesies yang berbeda untuk alkalinitas tergantung pada pH. Hal ini ditunjukkan di sini dengan perhitungan relatif

kontribusi untuk alkalinitas dari HCO3 -, CO3 2 -, dan OH-pada pH 7,00 dan pH 10,00. Pertama, untuk air pada pH 7,00, [OH-] terlalu rendah untuk membuat kontribusi yang signifikan terhadap alkalinitas. Selanjutnya, seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 3.8, pada pH 7,00 [HCO3 -] >> [CO3 2 -]. Oleh karena itu, alkalinitas adalah karena HCO3 - Dan [HCO3 -] = 1,00 '10-3 M. Pergantian ke dalam ekspresi untuk KA1 menunjukkan bahwa pada pH 7,00 dan [HCO3 -] = 1,00 '10-3 M, nilai [CO2 (aq)] adalah 2,25 '10-4 M, agak lebih tinggi dari nilai yang muncul dari air dalam kesetimbangan dengan udara atmosfir, tetapi mudah dicapai karena Keberadaan karbon dioksida dari pembusukan bakteri dalam air dan sedimen. Pertimbangkan berikutnya kasus air dengan alkalinitas yang sama, 1,00 '10-3 eq / L yang memiliki pH 10,00. Pada pH yang lebih tinggi baik OH-dan CO3 2 - yang hadir pada konsentrasi yang signifikan dibandingkan dengan HCO3 - Dan berikut ini dapat dihitung: [Alk] = [HCO3 -] + 2 [CO3 2 -] + [OH-] = 1,00 '10-3 (3.8.6) Konsentrasi CO3 2 - dikalikan dengan 2 karena setiap CO3 2 - ion dapat menetralkan 2 Ion H +. Dua lainnya persamaan yang harus dipecahkan untuk mendapatkan konsentrasi

HCO3, CO3 2 -, dan OH-adalah 2000 CRC Press LLC [OH-] = Kw = 1,00 '10-14 = 1,00' 10-4 (3.8.7) [H +] 1,00 '10-10 dan [CO3 2 -] = Ka2 [HCO3 -] (3.8.8) [H +] Memecahkan tiga persamaan memberikan [HCO3 -] = 4,64 '10-4 M dan [CO3 2 -] = 2,18 ' 10-4 M, sehingga kontribusi pada alkalinitas dari solusi ini adalah sebagai berikut: 4,64 '10-4 eq / L dari HCO3 2 '2.18' 10-4 = 4,36 '10-4 eq / L dari CO3 21,00 '10-4 eq / L dari OHalk = 1,00 '10-3 eq / L Terlarut Anorganik Karbon dan Alkalinitas Nilai yang diberikan di atas dapat digunakan untuk menunjukkan bahwa dengan nilai alkalinitas yang sama konsentrasi karbon anorganik terlarut jumlah, [C], [C] = [CO2] + [HCO3 -] + [CO3 2 -] (3.8.9)

bervariasi dengan pH. Pada pH 7,00, [C] pH 7 = 2,25 '10-4 + 1,00' 10-3 + 0 = 1,22 '10-3 (3.8.10) sedangkan pada pH 10,00, [C] pH 10 = 0 + 4,64 '10-4 + 2,18' 10-4 = 6.82 '10-4 (3.8.11) Perhitungan di atas menunjukkan bahwa konsentrasi karbon terlarut anorganik di pH 10,00 hanya sekitar setengah pada pH 7,00. Hal ini karena pada pH 10 besar kontribusi untuk alkalinitas dibuat oleh CO3 2 - ion, masing-masing memiliki dua kali alkalinitas setiap HCO3 - Ion, dan dengan OH-, yang tidak mengandung karbon apapun. Semakin rendah konsentrasi karbon anorganik pada pH 10 menunjukkan bahwa sistem air dapat menyumbangkan terlarut anorganik karbon untuk digunakan dalam fotosintesis dengan perubahan pH tetapi tidak ada di alkalinitas. Perbedaan pH tergantung pada konsentrasi karbon anorganik terlarut merupakan sumber potensial yang signifikan dari karbon untuk alga yang tumbuh di air yang memperbaiki karbon dengan reaksi keseluruhan CO2 + H2O + hn {CH2O} + O 2 (3.8.12) dan HCO3 - + H2O + hn {CH2O} + O H-+ O2 (3.8.13) Seperti karbon anorganik terlarut digunakan untuk pembentukan biomassa, {CH2O}, yang air menjadi lebih mendasar. Jumlah karbon anorganik yang dapat dikonsumsi 2000 CRC Press LLC sebelum air menjadi terlalu dasar untuk memungkinkan reproduksi alga sebanding dengan alkalinitas. Untuk pergi dari pH 7,00 sampai pH 10,00, jumlah karbon anorganik dikonsumsi dari 1,00 L air memiliki alkalinitas sebesar 1,00 '10-3 eq / L adalah [C] '1 L - [C] pH 10' pH 7 1 L = 1,22 '10-3 mol - 6,82' 10-4 mol = 5,4 '10-4 mol (3.8.14)

Ini berarti untuk meningkat 10-4 mol 5,4 '/ L biomassa. Karena rumus massa {CH2O} adalah 30, bobot biomassa yang dihasilkan sebesar 16 mg / L. Dengan asumsi tidak ada masukan dari CO2 tambahan, pada biomassa alkalinitas lebih tinggi lebih banyak diproduksi untuk perubahan yang sama pada pH, sedangkan pada alkalinitas rendah kurang diproduksi. Karena efek ini, ahli biologi menggunakan alkalinitas sebagai ukuran kesuburan air. Pengaruh Alkalinitas pada Kelarutan CO2 Kelarutan meningkat karbon dioksida dalam air dengan alkalinitas tinggi dapat diilustrasikan dengan membandingkan kelarutan dalam air murni (alkalinitas 0) ke kelarutannya dalam awalnya air yang mengandung 1,00 '10-3 M NaOH (alkalinitas 1,00' 10-3 eq / L). Itu jumlah mol CO2 yang akan larut dalam satu liter air murni dari atmosfer yang mengandung 350 ppm karbon dioksida adalah Kelarutan = [CO2 (aq)] + [HCO3 -] (3.8.15) Mengganti nilai dihitung dalam Bagian 3.7 memberikan Kelarutan = 1,146 '10-5 + 2,25' 10-6 = 1,371 '10-5M Kelarutan CO2 dalam air, 10-3 M awalnya 1,00 'dalam NaOH, adalah sekitar 100 kali lipat lebih tinggi karena penyerapan CO2 oleh reaksi CO2 (ag) + OH- HCO3 - (3.8.16) sehingga Kelarutan = [CO2 (aq)] + [HCO3 -] = 1,146 '10-5 + 1,00' 10-3 = 1,01 '10-3M (3.8.17) 3,9. KALSIUM DAN LOGAM LAIN DALAM AIR Ion-ion logam dalam air, umumnya dinotasikan Mn +, ada dalam berbagai bentuk. Sebuah telanjang ion logam, Ca2 + misalnya, tidak bisa eksis sebagai entitas yang terpisah dalam air. Agar

mengamankan stabilitas tertinggi kulit terluarnya elektron, ion logam dalam air adalah terikat, atau terkoordinasi, dengan spesies lain. Ini mungkin molekul air atau lainnya basa kuat (elektron donor mitra) yang mungkin hadir. Oleh karena itu, ion logam dalam larutan air yang hadir dalam bentuk seperti logam kation terhidrasi M (H2O) x n +. Ion-ion logam dalam larutan air berusaha untuk mencapai keadaan stabilitas maksimum melalui reaksi kimia termasuk asam-basa, 2000 CRC Press LLC Fe (H2O) 6 3 + FeOH (H2O) 5 2 + + H + (3.9.1) curah hujan, Fe (H2O) 6 3 + Fe (OH) 3 (s) + 3H2O + 3H + (3.9.2) dan oksidasi-reduksi reaksi: Fe (H2O) 6 2 + Fe (OH) 3 (s) + 3H2O + e-+ 3H + (3.9.3) Ini semua menyediakan sarana melalui mana ion logam dalam air diubah untuk lebih bentuk stabil. Karena reaksi seperti ini dan pembentukan spesies dimer, seperti Fe2 (OH) 2 4 +, konsentrasi Fe terhidrasi sederhana (H2O) 6 3 + ion dalam air adalah makin kecil, yang sama berlaku untuk banyak lainnya ion logam terlarut terhidrasi dalam air. Terhidrasi logam Ion sebagai Asam Ion logam terhidrasi, terutama yang memiliki muatan +3 atau lebih, cenderung kehilangan H + ion dari molekul air terikat kepada mereka dalam larutan air, dan sesuai definisi

asam Bronsted, menurut yang asam adalah donor H + dan basa adalah H + akseptor. Keasaman ion logam meningkat dengan biaya dan menurun dengan meningkatnya radius. Seperti yang ditunjukkan oleh reaksi, Fe (H2O) 6 3 + Fe (H2O) 5OH2 + + H + (3.9.4) ion besi (III) terhidrasi adalah asam, yang relatif kuat dengan KA1 sebesar 8,9 '10-4, sehingga bahwa solusi dari besi (III) cenderung memiliki nilai pH yang rendah. Terhidrasi ion logam trivalen, seperti besi (III), umumnya adalah minus setidaknya satu ion hidrogen pada pH netral atau di atas. Untuk ion logam tetravalen, bentuk-benar diprotonasi, M (H2O) x 4 +, adalah jarang bahkan pada pH yang sangat rendah. Umumnya, O2-dikoordinasikan dengan logam tetravalen ion; contoh adalah vanadium (IV) spesies, VO2 +. Umumnya, ion logam divalen melakukan tidak kehilangan ion hidrogen pada nilai pH di bawah 6, sedangkan ion logam monovalen seperti Na + tidak bertindak sebagai asam sama sekali, dan ada dalam larutan air sebagai ion terhidrasi sederhana. Kecenderungan ion logam terhidrasi untuk berperilaku sebagai asam mungkin memiliki mendalam efek pada lingkungan air. Contoh yang baik adalah asam tambang air (lihat Bab 7), yang berasal bagian dari karakter asam dari sifat asam terhidrasi besi (III): Fe (H2O) 6 3 + Fe (OH) 3 (s) + 3H + + 3H2O (3.9.5) 2000 CRC Press LLC Hidroksida, OH-, terikat pada ion logam, dapat berfungsi sebagai kelompok bridging untuk bergabung dua atau lebih logam bersama-sama seperti yang ditunjukkan oleh berikut dehidrasi-dimerisasi proses: 2Fe (H2O) 5OH2 + (H2O) 4Fe Fe (H2O) 4 O

O H H 4 + + 2H2O (3.9.6) Di antara logam lain selain besi (III) membentuk spesies polimer dengan OH-sebagai bridging kelompok adalah Al (III), Be (II), Bi (III), Ce (IV), Co (III), Cu (II), Ga (III), Mo (V), Pb (II), Sc (II), Sn (IV), dan U (VI). Ion hidrogen tambahan mungkin hilang dari molekul air terikat pada dimer, perabotan OH-kelompok untuk ikatan lebih lanjut dan mengarah ke pembentukan spesies hidrolitik polimer. Jika proses terus berlanjut, hidroksi koloid polimer terbentuk dan, akhirnya, endapan yang dihasilkan. Proses ini diduga menjadi orang umum dimana besi terhidrasi (III) oksida, Fe2O3 x (H2O), (juga disebut ferri hidroksida, Fe (OH) 3), diendapkan dari larutan yang mengandung besi (III). Kalsium dalam Air Kation ditemukan di sebagian besar air tawar sistem, kalsium umumnya memiliki yang tertinggi konsentrasi. Kimia kalsium, meskipun cukup rumit, lebih sederhana dibandingkan dengan ion logam transisi ditemukan dalam air. Kalsium merupakan elemen kunci dalam banyak proses geokimia, dan mineral merupakan sumber utama kalsium ion di perairan. Di antara mineral memberikan kontribusi utama adalah gipsum, CaSO4 2H2O; anhidrit, CaSO4, dolomit, CaMg (CO3) 2, dan kalsit dan aragonit, yang berbeda mineral bentuk CaCO3. Kalsium ion, bersama dengan magnesium dan kadang-kadang besi (II) ion, menyumbang air kekerasan. Manifestasi paling umum dari kekerasan air dadih yang endapan dibentuk oleh sabun di air keras. Sementara kekerasan adalah karena kehadiran kalsium dan ion bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan merebus air: Ca2 + + 2HCO3 - CaCO3 (s) + CO2 (g) + H2O (3.9.7) Peningkatan suhu dapat memaksa reaksi ini ke kanan melalui evolusi gas CO2, dan

endapan putih kalsium karbonat dapat terbentuk dalam air mendidih memiliki sementara kekerasan. Air yang mengandung tingkat tinggi karbon dioksida mudah larut kalsium dari nya karbonat mineral: CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O Ca2 + + 2HCO3 - (3.9.8) Ketika reaksi ini dibalik dan CO2 yang hilang dari karbonat, kalsium air deposito terbentuk. Konsentrasi CO2 dalam air menentukan tingkat pembubaran dari kalsium karbonat. Karbon dioksida yang dapat memperoleh air dengan equilibrium dengan atmosfer tidak cukup untuk menjelaskan kadar kalsium 2000 CRC Press LLC dilarutkan dalam air alam, khususnya air tanah. Sebaliknya, respirasi mikroorganisme menurunkan bahan organik dalam air, sedimen, dan tanah, {CH2O} + O2 CO2 + H2O (3.9.9) account untuk tingkat yang sangat tinggi CO2 dan HCO3 - Diamati dalam air dan sangat penting dalam proses kimia air dan transformasi geokimia. Terlarut Karbon Dioksida dan Mineral Kalsium Karbonat Keseimbangan antara karbon dioksida terlarut dan mineral kalsium karbonat adalah penting dalam menentukan beberapa parameter kimia air alam seperti alkalinitas, pH, dan konsentrasi kalsium terlarut (Gambar 3.9). Untuk air segar, tokoh yang khas dikutip untuk konsentrasi HCO3 baik - Dan Ca2 + yang Endapan CO2 CO2 CaCO3 + CO2 + H2O Ca2 + + 2HCO3

CaCO3 Ca2 + CO3 2Gambar 3.9. Karbon dioksida-kalsium karbonat kesetimbangan. 1,00 '10-3 M. Ini dapat menunjukkan bahwa ini adalah nilai-nilai yang wajar ketika air berada dalam kesetimbangan dengan kapur,, CaCO3 dan dengan CO2 di atmosfer. Konsentrasi CO2 dalam air dalam kesetimbangan dengan udara telah dihitung sebagai 1,146 10-5 'M. Yang lain konstanta yang dibutuhkan untuk menghitung [HCO3 -] Dan [Ca2 +] adalah asam disosiasi konstan untuk CO2: KA1 = [H +] [HCO3 -] = 4,45 '10-7 (3.9.10) [CO2] disosiasi konstan HCO3 asam : Ka2 = [H +] [CO3 2 -] = 4,69 '10-11 (3.9.11) [HCO3 -] dan produk kelarutan kalsium karbonat (kalsit): Ksp = [Ca2 +] [CO3 2 -] = 4,47 '10-9 (3.9.12) Reaksi antara kalsium karbonat dan CO2 terlarut 2000 CRC Press LLC

CaCO3 (s) + CO2 (aq) + H2O Ca2 + + 2HCO3 - (3.9.13) yang ekspresi keseimbangan adalah sebagai berikut: K ': [Ca2 +] [HCO3 -] 2 = KspKa1 = 4,24 '10-5 (3.9.14) [CO2] Ka2 Stoikiometri dari reaksi 3.9.13 memberikan konsentrasi ion bikarbonat yang dua kali lipat dari kalsium. Pergantian dari nilai konsentrasi CO2 ke ekspresi untuk 'nilai-nilai hasil dari 4,99 K' 10-4 M untuk [Ca2 +] dan 9,98 '10-4 untuk [HCO3 -]. Substitusi ke dalam ekspresi untuk menghasilkan Ksp 8,96 '10-6 M untuk [CO3 2 -]. Ketika konsentrasi yang diketahui diganti ke Ka1Ka2 produk, Ka1Ka2 = [H +] 2 [CO3 2 -] = 2,09 '10-17 (3.9.15) [CO2] nilai M 10-9 5.17 'diperoleh untuk [H +] (pH 8,29). Alkalinitas pada dasarnya adalah sama dengan [HCO3 -], Yang jauh lebih tinggi dari [CO3 2 -] atau [OH-]. Untuk meringkas, untuk air dalam kesetimbangan dengan kalsium karbonat padat dan atmosfer CO2, konsentrasi mengikuti dihitung: [CO2] = 1,146 '10-5 M [Ca2 +] = 4,99' 10-4 M [HCO3

-] = 9,98 '10-4 M [H +] = 5,17 M' 10-9 [CO3 2 -] = 8,96 '10-6 M pH = 8,29 Faktor-faktor seperti kondisi nonequilibrium, konsentrasi CO2 tinggi di bawah daerah, dan meningkatkan pH karena serapan alga penyimpangan penyebab CO2 dari ini nilai-nilai. Namun demikian, mereka dekat dengan nilai-nilai yang ditemukan dalam sejumlah besar alam air tubuh. 3.10. Kompleksasi dan Chelation Sifat-sifat logam terlarut dalam air tergantung pada sifat spesies logam terlarut dalam air. Oleh karena itu, spesiasi logam memainkan penting peran dalam kimia lingkungan mereka di perairan alam dan air limbah. Selain ion-ion logam terhidrasi, misalnya, Fe (H2O) 6 3 + dan hidroksi spesies seperti FeOH (H2O) 5 2 + dibahas pada bagian sebelumnya, logam mungkin ada dalam air reversibel terikat untuk anion anorganik atau senyawa organik sebagai kompleks logam. Untuk misalnya, ion sianida dapat mem-bond untuk besi terlarut (II): Fe (H2O) 6 2 + + CN- FECN (H2O) 5 + + H2O (3.10.1) 2000 CRC Press LLC Tambahan sianida ion mungkin ikatan dengan besi untuk membentuk Fe (CN) 2, Fe (CN) 3 -, Fe (CN) 4 2 -, Fe (CN) 5 3 -, dan Fe (CN) 6 4 -, dimana molekul air masih terikat pada besi (II) adalah

dihilangkan untuk kesederhanaan. Fenomena ini disebut kompleksasi; spesies yang mengikat dengan ion logam, CN-dalam contoh di atas, disebut ligan, dan produk di mana ligan terikat dengan ion logam ion, kompleks kompleks, atau koordinasi majemuk. Sebuah kasus khusus dari kompleksasi dimana ligan obligasi dalam dua atau lebih tempat untuk ion logam disebut chelation. Selain hadir sebagai kompleks logam, logam dapat terjadi pada air sebagai senyawa organologam yang mengandung karbon-ke-logam obligasi. Para kelarutan, properti transportasi, dan biologis efek dari spesies tersebut sering jauh berbeda dengan ion-ion logam sendiri. Bagian selanjutnya dari bab ini mempertimbangkan jenis logam dengan penekanan pada kompleksasi logam, terutama khelasi, di mana logam yang sangat kuat kompleks terbentuk. Dalam contoh di atas, ion sianida adalah ligan unidentate, yang berarti bahwa ia memiliki hanya satu situs yang obligasi untuk ion logam. Kompleks ligan unidentate sangat penting relatif kecil dalam larutan di perairan alami. Tentu jauh lebih pentingnya adalah kompleks dengan agen chelating. Seorang agen chelating memiliki lebih dari satu atom yang dapat terikat pada ion logam pusat pada satu waktu untuk membentuk cincin struktur. Dengan demikian, ion pirofosfat, P2O7 4 -, obligasi untuk dua lokasi pada sebuah ion kalsium untuk membentuk khelat dengan: POP2OO Kira-kira OO OO Secara umum, karena ikatan agen chelating mungkin pada ion logam dalam lebih dari satu terjadi secara simultan (Gambar 3.10), chelates stabil lebih dari kompleks involvN

M+ O CH2 C H2C C H2C C O O O O 2 OFigure 3.10. Nitrilotriacetate chelate dari ion logam divalen dalam konfigurasi tetrahedral. ing ligan unidentate. Stabilitas cenderung meningkat dengan jumlah situs chelating tersedia pada ligan. Struktur logam chelates mengambil sejumlah bentuk yang berbeda, semua ditandai oleh cincin dalam berbagai konfigurasi. Struktur dari tetrahedrally khelat dikoordinasikan ion nitrilotriacetate ditunjukkan pada Gambar 3.10. Ligan ditemukan di perairan alam dan air limbah mengandung berbagai fungsional kelompok yang dapat menyumbangkan elektron diperlukan untuk ikatan ligan ke 2000 CRC Press LLC logam ion.2 antara yang paling umum dari kelompok ini adalah: C O RO-C

OR N: H H ROP O O OHeterosiklik karboksilat alifatik dan Phenoxide Fosfat nitrogen amino aromatik N Ini ligan kompleks ion logam yang paling ditemukan di perairan tercemar dan sistem biologi (Mg2 +, Ca2 +, Mn2 +, Fe2 +, Fe3 +, Cu2 +, Zn2 +, VO2 +). Mereka juga mengikat kontaminan ion logam seperti Co2 +, Ni2 +, Sr2 +, Cd2 +, dan Ba2 +. Kompleksasi mungkin memiliki sejumlah efek, termasuk reaksi dari kedua ligan dan logam. Di antara reaksi ligan adalah oksidasi-reduksi, dekarboksilasi, dan hidrolisis. Kompleksasi dapat menyebabkan perubahan bilangan oksidasi dari logam ini dan melanggar menghasilkan logam menjadi dilarutkan dari suatu senyawa tidak larut. Pembentukan senyawa kompleks tidak larut menghilangkan ion logam dari larutan. Kompleks senyawa logam seperti besi (hemoglobin) dan magnesium (dalam klorofil) sangat penting bagi proses kehidupan. Alami agen chelating, seperti zat humat dan asam amino, ditemukan dalam air dan tanah. Tinggi konsentrasi ion klorida dalam air laut hasil dalam pembentukan beberapa kloro kompleks. Sintetis chelating agen seperti natrium, natrium tripolifosfat ethylenediaminetetraacetate (EDTA), nitrilotriacetate natrium (NTA), dan sodium sitrat diproduksi dalam jumlah besar untuk digunakan dalam logam-plating mandi, air industri pengobatan, formulasi deterjen, dan persiapan makanan. Kecil jumlah ini

senyawa memasuki sistem air melalui pembuangan limbah. Kejadian dan Pentingnya Agen Chelating dalam Air Agen chelating yang umum polutan air potensial. Zat-zat ini dapat terjadi pada air limbah pembuangan limbah dan air limbah industri seperti logam plating. Chelates dibentuk oleh ethylenediaminetetraacetate agen chelating yang kuat (EDTA, struktur diilustrasikan pada awal Bagian 3.13) telah terbukti sangat meningkatkan tingkat migrasi dari 60Co radioaktif dari pit dan parit yang digunakan oleh Oak Ridge National Laboratory di Oak Ridge, Tennessee, untuk pembuangan tingkat menengah radioaktif waste3. EDTA digunakan sebagai pembersih dan pelarut P agen untuk dekontaminasi sel panas, peralatan, dan komponen reaktor. Analisis sampel air dari sumur di lubang pembuangan menunjukkan konsentrasi EDTA sebesar 3,4 '10-7 M. Kehadiran EDTA 12-15 tahun setelah penguburan yang membuktikan rendah laju biodegradasi. Selain kobalt, EDTA sangat chelates radioaktif plutonium dan radioisotop dari AM3 +, cm3 +, dan Th4 +. Seperti kelat dengan negatif biaya yang jauh lebih kuat diserap oleh bahan mineral dan jauh lebih mobile dari ion logam unchelated. Berbeda dengan temuan di atas, hanya sangat rendah konsentrasi chelatable plutonium radioaktif yang diamati dalam air tanah dekat Kimia Idaho Limbah tingkat rendah Pengolahan Plant pembuangan well.4 plutonium Tidak diamati pada sumur pada jarak yang signifikan dari pembuangan dengan baik. Prosedur pengolahan limbah 2000 CRC Press LLC digunakan dirancang untuk menghancurkan agen chelating dalam limbah sebelum pembuangan, dan tidak ada agen chelating yang ditemukan dalam air dipompa dari sumur uji. Nasib logam radionuklida chelates yang telah dibuang dalam tanah jelas penting. Jika ada beberapa mekanisme untuk menghancurkan agen chelating, yang logam radioaktif akan jauh kurang bergerak. Meskipun EDTA hanya buruk biodegradable, nitrilotriacetate, NTA, yang rusak oleh aksi Chlatobacter

bakteri heintzii. Selain NTA tak terkomplekskan, bakteri ini telah terbukti untuk menurunkan NTA yang chelated untuk logam, termasuk kobalt, besi, seng, aluminium, tembaga, dan nickel.5 Agen pengompleks dalam air limbah menjadi perhatian terutama karena kemampuan mereka untuk melarutkan logam berat dari pipa, dan dari deposito yang mengandung logam berat. Kompleksasi dapat meningkatkan pelindian logam berat dari tempat pembuangan limbah dan mengurangi efisiensi dengan logam berat dihilangkan dengan lumpur di konvensional biologis limbah. Penghapusan besi chelated sulit dengan konvensional proses pengolahan air kota. Besi (III) dan mungkin beberapa lainnya penting ion logam mikronutrien disimpan dalam larutan oleh khelasi dalam budaya alga. Ketersediaan agen chelating dapat menjadi faktor dalam menentukan pertumbuhan alga. Itu kuning-coklat warna beberapa perairan alami adalah karena terjadi secara alamiah chelates dari besi. 3.11. IKATAN DAN STRUKTUR KOMPLEKS LOGAM Bagian ini membahas beberapa dasar-dasar membantu dalam pemahaman kompleksasi dalam air. Kompleks terdiri dari atom logam pusat yang netral atau ligan bermuatan negatif memiliki elektron donor sifat terikat. Itu sehingga kompleks mungkin netral atau mungkin memiliki muatan positif atau negatif. Itu ligan dikatakan terkandung dalam lingkup koordinasi logam pusat atom. Tergantung pada jenis ikatan yang terlibat, ligan dalam lingkup koordinasi diadakan dalam pola struktural yang pasti. Namun, dalam larutan, ligan kompleks banyak bertukar cepat antara solusi dan koordinasi bola dari ion logam pusat. Jumlah koordinasi atom logam, atau ion, adalah jumlah ligan elektron-donor kelompok yang terikat itu. Jumlah koordinasi yang paling umum adalah 2, 4, dan 6. Kompleks polynuclear berisi dua atau lebih atom logam bergabung bersama melalui ligan bridging, sering OH, seperti yang ditunjukkan untuk besi (III) dalam Reaksi

3.9.6. Selektivitas dan Spesifisitas di Chelation Meskipun agen chelating tidak pernah sepenuhnya spesifik untuk ion logam tertentu, beberapa agen chelating rumit dari pendekatan asal biologis hampir menyelesaikan spesifisitas untuk ion logam tertentu. Salah satu contoh dari agen chelating adalah ferrichrome, disintesis oleh dan diekstraksi dari jamur, yang membentuk sangat stabil kelat dengan besi (III). Telah diamati bahwa cyanobacteria dari Anabaena spesies mengeluarkan jumlah yang cukup dari besi-selektif chelating agen hydroxamate selama periode bloom.6 alga berat Organisme fotosintetik mudah mengambil besi chelated oleh hydroxamate-chelated besi, sedangkan beberapa ganggang hijau yang bersaing, 2000 CRC Press LLC seperti Scenedesmus, jangan. Dengan demikian, agen chelating melayani fungsi ganda mempromosikan pertumbuhan cyanobacteria tertentu sambil menekan pertumbuhan dari bersaing spesies, yang memungkinkan cyanobacteria untuk ada sebagai spesies yang dominan 3.12. PERHITUNGAN DARI JENIS KONSENTRASI Stabilitas ion kompleks dalam larutan dinyatakan dalam pembentukan konstanta. Ini dapat konstanta pembentukan bertahap (K ekspresi) yang mewakili ikatan ligan individu untuk ion logam, atau konstanta pembentukan keseluruhan (b ekspresi) yang merupakan pengikatan dua atau lebih ligan pada ion logam. Ini konsep diilustrasikan untuk kompleks ion seng dengan amonia sebagai berikut: Zn2 + + NH3 ZnNH3 2 + (3.12.1) K1 = [ZnNH3 2 +] = 3,9 '102 (pembentukan bertahap konstan) (3.12.2) [Zn2 +] [NH3] ZnNH3 2 + + NH3 Zn (NH3) 2

2 + (3.12.3) K2 = [Zn (NH3) 2 2 +] = 2,1 '102 (3.12.4) [ZnNH3 2 +] [NH3] Zn2 + + 2NH3 Zn (NH3) 2 2 + (3.12.5) b2 = [Zn (NH3) 2 2 +] = K1K2 = 8,2 '104 (Keseluruhan pembinaan yang tetap) (3.12.6) [Zn2 +] [NH 3] 2 (Untuk Zn (NH3) 3 2 +, b3 = K1K2K3 dan untuk Zn (NH3) 4 2 +, b4 = K1K2K3K4.) Bagian berikut menunjukkan beberapa perhitungan yang melibatkan ion logam chelated di air sistem. Karena kompleksitas mereka, rincian perhitungan ini mungkin melebihi kebutuhan beberapa pembaca, yang mungkin memilih untuk hanya mempertimbangkan hasil. Di Selain kompleksasi itu sendiri, pertimbangan harus diberikan untuk kompetisi H + untuk ligan, kompetisi antara ion logam untuk ligan, persaingan antara berbagai ligan untuk ion logam, dan pengendapan ion logam dengan berbagai precipitants. Bukan sedikit masalah yang terlibat dalam perhitungan tersebut adalah kurangnya akurat dikenal nilai-nilai konstanta kesetimbangan yang akan digunakan dalam kondisi sedang dipertimbangkan, sebuah faktor yang dapat menghasilkan hasil yang dipertanyakan bahkan dari komputer paling elegan perhitungan. Selanjutnya, faktor kinetik seringkali cukup penting. Seperti perhitungan, Namun, bisa sangat berguna untuk memberikan gambaran menyeluruh dari sistem perairan di mana

kompleksasi adalah penting, dan sebagai pedoman umum untuk menentukan bidang-bidang yang lebih banyak data harus diperoleh. 2000 CRC Press LLC 3,13. Kompleksasi DENGAN LIGAN DEPROTONATED Dalam sebagian besar keadaan, ion logam dan ion hidrogen bersaing untuk ligan, membuat perhitungan konsentrasi spesies lebih rumit. Sebelum masuk ke seperti perhitungan, bagaimanapun, adalah agar melihat contoh di mana ligan memiliki kehilangan semua hidrogen terionisasi. Pada nilai pH dari 11 atau di atas, EDTA pada dasarnya semua dalam sepenuhnya terionisasi tetranegative bentuk, Y4-, digambarkan di bawah ini: U C C N (Y4-) C C C C HH HH H H H H H H H H CC CC OO

OO OO-O -O Pertimbangkan air limbah dengan pH basa yang mengandung tembaga 11 (II) pada total tingkat 5,0 mg / L dan kelebihan tak terkomplekskan EDTA pada tingkat 200 mg / L (dinyatakan sebagai garam dinatrium, Na2H2C10H12O8N2 2H2O, rumus berat badan 372). Pada pH ini EDTA tak terkomplekskan hadir sebagai terionisasi Y4-. Pertanyaan yang harus diajukan adalah: Apakah sebagian besar tembaga hadir sebagai kompleks EDTA? Jika demikian, apa yang akan menjadi kesetimbangan konsentrasi ion (II) tembaga terhidrasi, Cu2 +? Untuk menjawab yang pertama mempertanyakan pertama-tama perlu untuk menghitung konsentrasi molar tak terkomplekskan kelebihan EDTA, Y4-. Sejak dinatrium EDTA dengan berat formula 372 hadir pada 200 mg / L (ppm), konsentrasi molar total EDTA sebagai Y4-adalah 5,4 '10-4 M. pembentukan K1 konstan dari tembaga-EDTA kompleks CuY2-adalah K1 = [CuY2-] = 6,3 '1018 (3.13.1) [Cu2 +] [Y4-] Rasio tembaga dikomplekskan untuk tembaga adalah tak terkomplekskan [CuY2-] = [Y4-] K1 = 5,4 '10-4' 6,3 '1018 = 3,3' 1015 (3.13.2) [Cu2 +] dan, karenanya, pada dasarnya semua tembaga hadir sebagai ion kompleks. Molar konsentrasi tembaga total (II) dalam larutan yang mengandung 5,0 mg / L tembaga (II) adalah 7.9 ' 10-5 M, yang dalam hal ini adalah dasarnya semua dalam bentuk kompleks EDTA. Itu konsentrasi yang sangat rendah tak terkomplekskan, ion terhidrasi (II) tembaga diberikan oleh

[Cu2 +] = [CuY2-] = 7,9 x 10-5 = 2,3 '10-20 M (3.13.3) K1 [Y4-] 6,3 '1018' 5,4 '10-4 Hal ini terlihat bahwa dalam medium dijelaskan, konsentrasi tembaga terhidrasi (II) ion sangat rendah dibandingkan dengan total (II) ion tembaga. Setiap fenomena dalam larutan yang tergantung pada konsentrasi (II) ion tembaga terhidrasi (seperti efek fisiologis atau respon elektroda) akan sangat berbeda dalam medium 2000 CRC Press LLC dijelaskan, dibandingkan dengan efek yang diamati jika semua tembaga pada tingkat 5.0 mg / L hadir sebagai Cu2 + dalam larutan lebih asam dan dengan tidak adanya pengompleks agen. Fenomena mengurangi konsentrasi logam terhidrasi ion untuk nilai-nilai yang sangat rendah melalui aksi agen chelating yang kuat adalah salah satu paling penting efek kompleksasi dalam sistem air alam. 3,14. Kompleksasi DENGAN LIGAN terprotonasi Umumnya, agen pengompleks, terutama senyawa kelat, adalah konjugat basis asam Bronsted, misalnya, anion glisinat, H2NCH2CO2 -, Adalah konjugat dasar glisin, + H3NCH2CO2 -. Oleh karena itu, dalam banyak kasus ion hidrogen bersaing dengan ion logam untuk ligan, sehingga kekuatan khelasi tergantung pada pH. Dalam kisaran pH hampir netral biasanya ditemui di perairan alami, ligan organik yang paling hadir dalam bentuk asam konjugasi. Untuk memahami persaingan antara ion hidrogen dan ion logam untuk ligan, hal ini berguna untuk mengetahui distribusi spesies ligan sebagai fungsi dari pH. Mempertimbangkan nitrilotriacetic asam, H3T umum yang ditunjuk, sebagai contoh. Para trinatrium garam

senyawa ini, (NTA) digunakan sebagai pengganti fosfat deterjen dan merupakan kuat chelating agen. Proses biologis yang diperlukan untuk degradasi NTA, dan di bawah beberapa kondisi tetap ada untuk waktu yang lama dalam air. Mengingat kemampuan NTA untuk melarutkan dan transportasi ion logam berat, bahan ini dari lingkungan yang cukup keprihatinan. Asam Nitrilotriacetic, H3T, kehilangan ion hidrogen dalam tiga langkah untuk membentuk anion nitrilotriacetate, T3-, rumus struktural yang N C C C H H H H H H C C C O O O OO- O (T3-) T3-spesies dapat berkoordinasi melalui tiga CO2

- Kelompok dan melalui nitrogen atom, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.10. Perhatikan kesamaan struktur NTA untuk bahwa EDTA, dibahas dalam Bagian 3.13. Ionisasi bertahap H3T digambarkan oleh kesetimbangan berikut: H3T H + + H2T-(3.14.1) KA1 = [H +] [H2T-] = 2,18 '10-2 pKa1 = 1,66 (3.14.2) [H3T] H2T- H + + HT2-(3.14.3) Ka2 = [H +] [HT2-] = 1,12 '10-3 pKa2 = 2,95 (3.14.4) [H2T-] 2000 CRC Press LLC HT2- H + + T3-(3.14.5) Ka3 = [H +] [T3-] = 5,25 '10-11 pKa3 = 10,28 (3.14.6) [HT2-] Ekspresi ini menunjukkan bahwa NTA tak terkomplekskan mungkin ada dalam larutan sebagai salah satu dari empat spesies, H3T, H2T-,-HT2, atau T3-, tergantung pada pH larutan. Seperti yang telah ditampilkan untuk CO2/HCO3 -/CO3 2 - sistem dalam Bagian 3.7 dan Gambar 3.8, fraksi spesies NTA dapat diilustrasikan secara grafis dengan diagram distribusi-of-spesies dengan pH sebagai variabel (independen) master. Kunci poin digunakan untuk merencanakan suatu diagram untuk NTA diberikan dalam Tabel 3.2, dan plot fraksi spesies (nilai-nilai) sebagai fungsi dari pH ditunjukkan pada Gambar 3.11. Pemeriksaan Plot menunjukkan bahwa anion pengompleks-T3 adalah spesies dominan hanya pada relatif

nilai pH yang tinggi, jauh lebih tinggi dari biasanya akan ditemui di perairan alami. Para HT2-spesies memiliki jangkauan yang sangat luas dominasi, bagaimanapun, mencakup pH seluruh rentang normal air tawar biasa. Tabel 3.2. Fraksi dari Spesies NTA berdasarkan Nilai pH yang Dipilih nilai pH aH3T aH2T - AHT 2 - aT3pH di bawah 1.00 1.00 0.00 0.00 0.00 pH = 0,49 0,49 0,02 pKa1 0.00 pH = 1/2 (pKa1 + pKa2) 0,16 0,68 0,16 0.00 pH = 0,02 0,49 0,49 pKa2 0.00 pH = 1/2 (pKa2 + pKa3) 0.00 0.00 1.00 0.00 pH = pKa3 0.00 0.00 0,50 0,50 pH di atas 12 0.00 0.00 0.00 1.00 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 pH kapak 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 H3T H2THT2T3Gambar 3.11. Plot kecil dari kapak spesies sebagai fungsi dari pH untuk spesies NTA dalam air. 2000 CRC Press LLC 3,15. Solubilisasi DARI ION TIMBAL DARI PADAT DENGAN

NTA Sebuah perhatian utama mengenai pengenalan luas agen chelating yang kuat seperti NTA ke dalam ekosistem perairan dari sumber seperti deterjen atau elektroplating limbah adalah bahwa dari solubilisasi kemungkinan logam berat beracun dari padatan melalui aksi agen chelating. Eksperimentasi diperlukan untuk menentukan apakah ini mungkin menjadi masalah, tetapi perhitungan sangat membantu dalam memprediksi kemungkinan efek. Luasnya solubilisasi logam berat tergantung pada sejumlah faktor, termasuk stabilitas logam kelat, konsentrasi kompleks agen di pH, air, dan sifat deposit logam larut. Perhitungan Beberapa contoh yang diberikan di sini. Pertimbangkan pertama solubilisasi timbal dari Pb padat (OH) 2 dengan NTA pada pH 8,00. Seperti diilustrasikan dalam Gambar 3.11, pada dasarnya semua NTA tak terkomplekskan hadir sebagai HT2-ion pada pH 8,00. Oleh karena itu, reaksi solubilisasi adalah Pb (OH) 2 (s) + HT2- PBT - + OH-+ H2O (3.15.1) yang dapat diperoleh dengan menambahkan reaksi berikut: Pb (OH) 2 (s) Pb2 + + 2OH-(3.15.2) Ksp = [Pb2 +] [OH -] 2 = 1,61 '10-20 (3.15.3) HT2- H + + T3-(3.15.4) Ka3 = [H +] [T3-] = 5,25 '10-11 (3.15.5) [HT2-] Pb2 + + T3- PBT-(3.15.6) Kf = [PBT-] = 2,45 '1011 (3.15.7) [Pb2 +] [T3-]

H + + OH- H2O (3.15.8) 1 = 1 = 1 (3.15.9) Kw [H +] [OH-] 1,00 '10-14 Pb (OH) 2 (s) + HT2- PBT-+ OH-+ H2O (3.15.1) K = [PBT-] [OH-] = KspKa3Kf = 2,07 '10-5 (3.15.10) [HT2-] Kw Asumsikan bahwa sampel air mengandung 25 mg / L N (CH2CO2Na) 3, trinatrium NTA garam, rumus berat 257. Konsentrasi total dari kedua dikomplekskan dan NTA tak terkomplekskan adalah 9,7 '10-5 mmol / mL. Dengan asumsi sistem di mana NTA di pH 8,00 berada dalam kesetimbangan dengan Pb padat (OH) 2, NTA mungkin terutama di bentuk tak terkomplekskan, HT2-, atau di kompleks utama, PBT -. Para dominan spesies 2000 CRC Press LLC dapat ditentukan dengan menghitung [PBT-] / [HT2-] rasio dari ekspresi untuk K, mencatat bahwa pada pH 8,00, [OH-] = 1,00 '10-6 M: [PBT-] = K = 2,07 '10-5 = 20,7 (3.15.11) [HT2-] [OH-] 1,00 '10-6 Sejak [PBT-] / [HT2-] adalah sekitar 20 ke 1, sebagian besar NTA dalam larutan hadir sebagai khelat memimpin. Konsentrasi molar PBT-hanya sedikit kurang dari 9,7 ' 10-5 mmols / mL Total hadir NTA. Berat atom timbal adalah 207, sehingga

konsentrasi timbal dalam larutan adalah sekitar 20 mg / L. Reaksi ini pHdependent sehingga fraksi NTA chelated menurun dengan pH meningkat. Reaksi NTA dengan Karbonat Logam Karbonat adalah bentuk umum dari padatan ion logam berat. Padat timbal karbonat, PbCO3, stabil di kawasan pH dan kondisi alkalinitas sering ditemukan di alam air dan air limbah. Sebuah contoh yang sama dengan yang di bagian sebelumnya mungkin dikerjakan, dengan asumsi ekuilibrium yang didirikan dengan PbCO3 bukan dengan solid Pb (OH) 2. Dalam contoh ini diasumsikan bahwa 25 mg / L trinatrium NTA berada dalam kesetimbangan dengan PbCO3 pada pH 7,00 dan perhitungan dibuat untuk menentukan apakah memimpin akan dikomplekskan lumayan oleh NTA itu. Ion karbonat, CO3 2 -, bereaksi dengan H + untuk membentuk HCO3 -. Sebagaimana dibahas dalam Bagian 3.7, keseimbangan asam-basa reaksi untuk CO2/HCO3 -/CO3 2 - sistem yang CO2 + H2O HCO3 - + H + (3.3.6) K'a1 = [H +] [HCO3 -] = 4,45 '10-7 pK'a1 = 6,35 (3.3.7) [CO2] HCO3 CO3 2 - + H + (3.3.8)

K'a2 = [H +] [CO3 2 -] = 4,69 '10-11 pK'a2 = 10,33 (3.3.9) [HCO3 -] dimana konstanta disosiasi asam dari spesies karbonat ditujukan sebagai K'a untuk membedakan mereka dari konstanta disosiasi asam NTA. Gambar 3.8 menunjukkan bahwa dalam kisaran pH sekitar 7 sampai 10 spesies karbonat dominan adalah HCO3 -, Karena itu, yang CO3 2 - dirilis oleh reaksi NTA dengan PbCO3 akan masuk ke solusi sebagai HCO3 -: PbCO3 (s) + HT2- PBT - + HCO3 - (3.15.12) Ini reaksi dan konstanta kesetimbangannya diperoleh sebagai berikut: PbCO3 (s) Pb2 + + CO3 2 - (3.15.13) Ksp = [Pb2 +] [CO3 2 -] = 1,48 '10-13 (3.15.14) 2000 CRC Press LLC Pb2 + + T3- PBT - (3.15.6) Kf = [PBT-] = 2,45 '1011 (3.15.7) [Pb2 +] [T3-]

HT2- H + + T3-(3.15.4) Ka3 = [H +] [T3-] = 5,25 '10-11 (3.15.5) [HT2-] CO3 2 - + H + HCO3 (3.15.15) 1= [HCO3 -] = 1 (3.15.16) K'a2 [CO3 2 -] [H +] 4,69 '10-11 PbCO3 (s) + HT2- PBT - + HCO3 - (3.15.12) K= [PBT-] [HCO3 -] = KspKa3Kf = 4,06 '10-2 (3.15.17) [HT2-] K'a2 Dari ungkapan K, Persamaan 3.15.17, dapat dilihat bahwa sejauh mana PbCO3 yang dilarutkan sebagai PBT - tergantung pada konsentrasi HCO3 -. Meskipun konsentrasi ini akan bervariasi lumayan, angka yang umum digunakan untuk menggambarkan alam perairan adalah konsentrasi ion bikarbonat 1,00 '10-3, seperti yang ditunjukkan dalam Bagian 3.9. Menggunakan nilai ini berikut ini dapat dihitung:

[PBT-] = K = 4,06 '10-2 = 40,6 (3.15.18) [HT2-] [HCO3 -] 1,00 '10-3 Jadi, di bawah kondisi yang diberikan, sebagian besar NTA dalam kesetimbangan dengan PbCO3 padat akan hadir sebagai kompleks memimpin. Seperti dalam contoh sebelumnya, pada trinatrium Tingkat NTA 25 mg / L, konsentrasi timbal larut (II) adalah sekitar 20 mg / L. Pada konsentrasi yang relatif lebih tinggi dari HCO3 -, Kecenderungan untuk melarutkan memimpin akan berkurang, sedangkan pada konsentrasi yang lebih rendah dari HCO3 -, NTA akan lebih efektif dalam pelarut P timah. Pengaruh Ion Kalsium pada Reaksi Agen Chelating dengan Sedikit larut Garam Chelatable kalsium ion, Ca2 +, yang umumnya hadir di perairan alam dan air limbah, bersaing untuk agen chelating dengan logam dalam garam sedikit larut, seperti PbCO3. Pada pH 7,00, reaksi antara ion kalsium dan NTA adalah Ca2 + + HT2- Cat-+ H + (3.15.19) 2000 CRC Press LLC dijelaskan oleh keseimbangan ekspresi berikut: K ': [Cat-] [H +] = 1,48 '108' 5,25 '10-11 = 7.75' 10-3 (3.15.20)

[Ca2 +] [HT2-] Nilai K 'adalah produk dari pembentukan konstanta Cat-, (1,48' 108), dan Ka3 dari NTA, 5,25 '10-11. Fraksi NTA terikat sebagai Cat-tergantung pada konsentrasi Ca2 + dan pH. Biasanya, [Ca2 +] dalam air adalah 1,00 '10-3 M. Dengan asumsi nilai ini dan pH 7,00, rasio NTA hadir dalam larutan sebagai kalsium kompleks untuk hadir bahwa sebagai HT2-adalah: [Cat-] = [Ca2 +] K '= 1,00' 10-3 '7,75' 10-3 (3.15.21) [HT2-] [H +] 1,00 '10-7 [Cat-] = 77,5 [HT2-] Oleh karena itu, sebagian besar NTA dalam kesetimbangan dengan 1,00 '10-3 M Ca2 + akan hadir sebagai kompleks kalsium, Cat-, yang akan bereaksi dengan karbonat timbal sebagai berikut: PbCO3 (s) + Cat-+ H + Ca2 + + HCO3 - +-PBT (3.15.22) K "= [Ca2 +] [HCO3 -] [PBT-] (3.15.23) [Cat-] [H +] Reaksi 3.15.22 dapat diperoleh dengan mengurangkan Reaksi 3.15.19 dari Reaksi 3.15.12, dan konstan keseimbangannya dapat diperoleh dengan membagi kesetimbangan

konstan Reaksi 3.15.19 ke dalam Reaksi 3.15.12: PbCO3 (s) + HT2- PBT - + HCO3 - (3.15.12) K= [PBT-] [HCO3 -] = KsKa3Kf = 4,06 '10-2 (3.15.17) [HT2-] K'a2 - (Ca2 + + HT2- Cat-+ H +) (3.15.19) K ': [Cat-] [H +] = 7,75 '10-3 (3.15.20) [Ca2 +] [HT2-] PbCO3 (s) + Cat-+ H + Ca2 + + HCO3 - +-PBT (3.15.22) K "= K = 4,06 '10-2 = 5.24 (3.15.24) K '7,75' 10-3 2000 CRC Press LLC Setelah diperoleh nilai K ", sekarang mungkin untuk menentukan distribusi NTA antara PBT - dan Cat -. Jadi, untuk NTA air yang mengandung kalsium untuk chelated pada pH 7,00, konsentrasi HCO3 - Dari 1,00 '10-3, konsentrasi Ca2 + dari 1,00 '10-3, dan dalam kesetimbangan dengan PbCO3 padat, distribusi NTA antara memimpin kompleks dan kompleks kalsium adalah: [PBT-]

= [H +] K "= 1,00 '10-7' 5.24 = 0,524 [Cat-] [Ca2 +] [HCO3 -] 1,00 '10 -3' 1,00 '10-3 Ini dapat dilihat bahwa hanya sekitar 1/3 dari NTA akan hadir sebagai khelat memimpin, bahwa berdasarkan kondisi yang sama, tetapi dengan tidak adanya Ca2 +, kira-kira semua dari NTA dalam kesetimbangan dengan PbCO3 padat chelated untuk NTA. Sejak fraksi yang hadir NTA sebagai khelat memimpin adalah berbanding lurus dengan solubilisasi dari PbCO3, perbedaan dalam konsentrasi kalsium akan mempengaruhi sejauh mana NTA melarutkan timbal dari karbonat timbal. 3.16. Polifosfat DALAM AIR Fosfor terjadi sebagai oxoanions banyak, bentuk anionik dalam kombinasi dengan oksigen. Beberapa ini adalah agen pengompleks kuat. Sejak sekitar 1930, garam-garam dari oxoanions fosfor polimer telah digunakan untuk pengolahan air, air pelunakan, dan sebagai pembangun deterjen. Ketika digunakan untuk polifosfat pengolahan air, "Menyita" ion kalsium dalam bentuk larut atau ditangguhkan. Efeknya adalah untuk mengurangi kesetimbangan konsentrasi ion kalsium dan mencegah pengendapan kalsium karbonat dalam instalasi seperti pipa air dan boiler. Selanjutnya, ketika air melunak dengan baik dengan polifosfat, kalsium tidak membentuk endapan dengan sabun atau berinteraksi detrimentally dengan deterjen. Bentuk paling sederhana dari fosfat adalah ortofosfat, PO4 3 -: P O O O O 3-

Ion ortofosfat memiliki tiga tempat untuk lampiran H +. Ortofosfat asam, H3PO4, memiliki pKa1 dari 2,17, sebuah pKa2 dari 7,31, dan pKa3 dari 12,36. Karena ion hidrogen ketiga sangat sulit untuk menghapus dari ortofosfat, yang dibuktikan dengan nilai yang sangat tinggi pKa3, kondisi sangat dasar yang diperlukan untuk PO4 3 - untuk hadir di signifikan tingkat dalam air. Hal ini dimungkinkan untuk ortofosfat di perairan alami untuk berasal dari hidrolisis spesies fosfat polimer. Pirofosfat ion, P2O7 4 -, adalah yang pertama dari serangkaian polifosfat rantai bercabang yang dihasilkan oleh kondensasi ortofosfat: 2PO4 3 - + H2O P2O7 4 - + 2OH-(3.16.1) Sebuah rangkaian panjang polifosfat linier dapat dibentuk, yang kedua dari yang trifosfat ion, P3O10 5 -. Spesies ini terdiri dari PO4 tetrahedral dengan berdekatan tetrahedral berbagi atom oksigen umum di salah satu sudut. Struktural formula 2000 CRC Press LLC bentuk asam, H4P2O7 dan H5P3O10, adalah: HO P O P OH OO OH OH HO O P P O OO OH OH P OH O

OH Pirofosfat Triphosphoric asam (Diphosphoric) asam Sangat mudah untuk memvisualisasikan rantai lagi menyusun polifosfat linier yang lebih tinggi. Fosfat natrium vitreous adalah campuran yang terdiri dari fosfat linier rantai dengan 4 sampai sekitar 18 atom fosfor masing-masing. Mereka dengan panjang rantai menengah mayoritas terdiri dari masa sekarang spesies. Perilaku asam-basa dari linier-rantai asam polifosfat dapat dijelaskan dalam hal struktur mereka dengan membandingkannya dengan asam ortofosfat. Pirofosfat asam, H4P2O7, memiliki empat hidrogen terionisasi. Nilai pKa1 cukup kecil (Asam yang relatif kuat), sedangkan pKa2 adalah 2,64, pKa3 adalah 6.76, dan pKa4 adalah 9.42. Dalam kasus asam triphosphoric, H5P3O10, dua yang pertama pKa nilai-nilai kecil, pKa3 adalah 2,30, pKa4 adalah 6,50, dan pKa5 adalah 9,24. Ketika asam polifosfat linier dititrasi dengan dasar, kurva titrasi memiliki infleksi pada pH sekitar 4,5 dan satu lagi infleksi pada pH mendekati 9,5. Untuk memahami fenomena ini, mempertimbangkan setelah ionisasi asam triphosphoric: HO O P P O OO OH OH P OH O OH H+ HO O P P O OO O-OP OH

O OOPOPO OO OP OO -OOH5P3O10 P3O10 5Stepwise ionisasi triphosphoric asam -3 Mudah terionisasi H -2H + (3.16.2) Setiap atom P dalam rantai polifosfat melekat pada-OH yang memiliki satu mudah hidrogen terionisasi yang mudah dihapus dalam titrasi untuk kesetaraan pertama titik. Atom fosfor akhir ini memiliki dua kelompok OH masing-masing. Salah satu kelompok OH pada sebuah atom fosfor akhir memiliki hidrogen mudah terionisasi, sedangkan yang lain kehilangan nya hidrogen jauh lebih sedikit mudah. Oleh karena itu, satu mol asam triphosphoric, H5P3O10, kehilangan tiga mol ion hidrogen pada pH relatif rendah (di bawah 4,5), meninggalkan H2P3O10 3 - spesies dengan dua atom hidrogen terionisasi. Pada nilai pH menengah (di bawah

9,5), tambahan dua mol "hidrogen akhir" hilang untuk membentuk P3O10 5spesies. Titrasi asam polifosfat linier rantai hingga pH 4,5 menghasilkan nomor mol atom fosfor per mol asam, dan titrasi dari pH 4,5 sampai pH 9,5 menghasilkan jumlah atom fosfor akhir. Ortofosfat asam, H3PO4, berbeda dari asam polifosfat rantai linier dalam hal ini memiliki hidrogen terionisasi ketiga yang, seperti disebutkan sebelumnya, akan dihapus pada media yang hanya sangat dasar. 2000 CRC Press LLC Hidrolisis Polifosfat Semua fosfat polimer menghidrolisis untuk produk sederhana dalam air. Tingkat hidrolisis tergantung pada sejumlah faktor, termasuk pH, dan yang paling produk selalu beberapa bentuk ortofosfat. Reaksi hidrolitik sederhana polifosfat adalah bahwa asam pirofosfat untuk menghasilkan asam ortofosfat: H4P2O7 + H2O 2H3PO4 (3.16.3) Para peneliti telah menemukan bukti bahwa ganggang dan mikroorganisme lainnya mengkatalisasi hidrolisis polifosfat. Bahkan dengan tidak adanya aktivitas biologis, polifosfat menghidrolisis kimia pada tingkat yang signifikan dalam air. Oleh karena itu, ada banyak kurang perhatian tentang kemungkinan polifosfat mengikat ion logam berat dan mengangkut mereka dari halnya dengan agen chelating organik seperti NTA atau EDTA, yang harus bergantung pada degradasi mikroba untuk dekomposisi mereka. Kompleksasi oleh Polifosfat Secara umum, fosfat rantai adalah agen pengompleks yang baik dan bahkan membentuk kompleks dengan alkali logam ion. Fosfat cincin membentuk kompleks jauh lebih lemah daripada rantai spesies. Para chelating berbeda kemampuan rantai fosfat dan cincin adalah karena struktural halangan ikatan oleh polifosfat cincin. 3,17. Kompleksasi DENGAN BAHAN humat Kelas yang paling penting dari agen pengompleks yang terjadi secara alami adalah

humat substances.7 Ini adalah degradasi bahan tahan terbentuk selama dekomposisi dari vegetasi yang terjadi sebagai deposito di dalam tanah, sedimen rawa, gambut, batubara, lignit, atau di hampir setiap lokasi di mana sejumlah besar vegetasi memiliki membusuk. Mereka umumnya diklasifikasikan berdasarkan kelarutan. Jika bahan yang mengandung humat zat diekstraksi dengan basa kuat, dan solusi yang dihasilkan diasamkan, yang produk adalah (a) residu tanaman nonextractable disebut humin, (b) bahan yang presipitat dari ekstrak diasamkan, yang disebut asam humat, dan (c) bahan organik yang tersisa dalam larutan diasamkan, yang disebut asam fulvat. Karena asam basa-mereka, sorptive, dan kompleks sifat, baik zat humat larut dan tidak larut memiliki efek yang kuat pada sifat air. Secara umum, asam fulvat larut dalam air dan mengerahkan efek sebagai spesies larut. Humin dan asam humat tetap larut dan mempengaruhi kualitas air melalui pertukaran spesies, seperti kation atau bahan organik, dengan air. Zat humat tinggi berat molekul, makromolekul polyelectrolytic. Berat molekul berkisar dari beberapa ratus untuk asam fulvat kepada puluhan ribu untuk asam humat dan humin fraksi. Zat ini mengandung rangka karbon dengan tingkat tinggi karakter aromatik dan dengan persentase yang besar dari molekul berat badan yang tergabung dalam kelompok fungsional, yang sebagian besar mengandung oksigen. Itu komposisi dasar zat humat yang paling berada dalam rentang sebagai berikut: C, O, 30-45%, H, 3-6%;; 45-55% N, 1-5%, dan S, 0-1%. Para humin istilah, asam humat, 2000 CRC Press LLC dan asam fulvat tidak mengacu pada senyawa tunggal tetapi untuk berbagai senyawa asal umumnya sama dengan sifat banyak kesamaan. Zat humat memiliki sudah dikenal sejak sebelum 1800, tetapi karakteristik mereka struktural dan kimia masih menjelaskan. Beberapa perasaan untuk sifat zat humat dapat diperoleh dengan mempertimbangkan

struktur molekul asam fulvat hipotetis ditunjukkan di bawah ini: C H3C CO2H H O CO2H O HCH OH OH CO2H OH CO2H OH H OH H CO2H H H H H CH3 HO2C Struktur ini adalah khas dari jenis senyawa menyusun asam fulvat. Itu senyawa memiliki berat formula 666, dan formula kimia dapat diwakili oleh C20H15 (CO2H) 6 (OH) 5 (CO) 2. Seperti terlihat di kompleks hipotetis, fungsional kelompok yang mungkin ada dalam asam fulvat adalah karboksil, hidroksil fenolik, beralkohol hidroksil, dan karbonil. Kelompok-kelompok fungsional berbeda dengan asam tertentu

sampel. Perkiraan berkisar dalam satuan miliekuivalen per gram asam adalah: total keasaman, 12-14; karboksil, 8-9; hidroksil fenolik, 3-6; beralkohol hidroksil, 3-5, dan karbonil, 1-3. Selain itu, beberapa kelompok methoxyl,-OCH3, mungkin ditemui pada rendah tingkat. Pengikatan ion logam oleh zat humat adalah salah satu yang paling penting lingkungan kwalitas substansi-substansi humat. Pengikatan ini dapat terjadi sebagai khelasi antara gugus karboksil dan gugus hidroksil fenolik, seperti khelasi antara dua karboksil kelompok, atau sebagai kompleksasi dengan gugus karboksil (lihat di bawah): O M O C OH C CO O O O M O C O M (a) (b) (c) + Gambar 3.1. Mengikat dari ion logam, + M2, oleh zat humat (a) dengan khelasi antara karboksil dan hidroksil fenolik, (b) dengan khelasi antara dua gugus karboksil, dan (c) oleh kompleksasi dengan karboksil grup. Besi dan aluminium yang sangat kuat terikat pada zat humat, sedangkan

magnesium agak lemah terikat. Ion umum lainnya, seperti Ni2 +, Pb2 +, Ca2 +, dan Zn2 +, adalah sedang dalam mengikat mereka untuk zat humat. Peran yang dimainkan oleh asam fulvat kompleks larut logam di perairan alami tidak terkenal. Mereka mungkin menyimpan beberapa biologis penting logam transisi ion dalam larutan, dan secara khusus terlibat dalam solubilisasi besi dan transportasi. Kuning fulvat asam-jenis senyawa yang disebut Gelbstoffe dan sering ditemui bersama dengan zat besi larut, yang berhubungan dengan warna dalam air. Humins larut dan asam humat, efektif bertukar kation dengan air dan dapat terakumulasi dalam jumlah besar logam. Lignit batubara, yang sebagian besar merupakan asam humat material, cenderung untuk menghilangkan ion logam beberapa dari air. 2000 CRC Press LLC Perhatian khusus telah diberikan kepada zat humat sejak sekitar 1970, setelah penemuan trihalomethanes (THMs, seperti kloroform dan dibromochloromethane) dalam pasokan air. Sekarang secara umum diyakini bahwa diduga karsinogen dapat dibentuk dengan adanya zat humat selama desinfeksi baku air minum kota oleh klorinasi (lihat Bab 8). Para zat humat menghasilkan THMs oleh reaksi dengan klorin. Pembentukan THMs dapat dikurangi dengan menghapus sebanyak bahan humat mungkin sebelum klorinasi. 3,18. Kompleksasi dan proses redoks Kompleksasi mungkin memiliki efek yang kuat pada oksidasi-reduksi oleh kesetimbangan pergeseran reaksi, seperti yang untuk oksidasi timbal, Pb Pb2 + + 2e-(3.18.1) kuat ke kanan dengan mengikat ion produk, sehingga memotong konsentrasi ke tingkat yang sangat rendah. Mungkin yang lebih penting adalah kenyataan bahwa setelah oksidasi, M + 1/2O2 MO (3.18.2) banyak logam membentuk diri pelindung pelapis oksida, karbonat, atau tidak larut

spesies yang mencegah reaksi kimia lebih lanjut. Tembaga dan atap aluminium dan besi struktural adalah contoh dari bahan yang dengan demikian melindungi diri. Sebuah chelating agen di kontak dengan logam tersebut dapat mengakibatkan pembubaran terus-menerus dari pelindung lapisan sehingga logam terkena corrodes mudah. Sebagai contoh, chelating agen di air limbah dapat meningkatkan korosi pipa logam, sehingga menambah logam berat untuk limbah. Solusi agen chelating yang digunakan untuk membersihkan permukaan logam dalam logam operasi plating memiliki efek yang sama. SASTRA PUSTAKA 1. Stevens, William K., "Harapan Selain, Penggunaan Air di AS Apakah Menampilkan Tolak," New York Times, 10 November 1998, hal. 1. 2. Martell, AE, "Prinsip Pembentukan Kompleks," dalam Senyawa Organik di Perairan Lingkungan, SD Faust dan JV Hunter, Eds, Marcell Dekker, Inc., New York, 1971, hlm 262-392. 3. Berarti, JL, DA Crerar, dan JO Duguid, "Migrasi Limbah Radioaktif: Mobilisasi Radionuklida oleh Agen Pengompleksan, "Ilmu, 200, 1978, hal 1477-81. 4. Cleveland, KJM dan TF Rees, "Karakterisasi Plutonium di Ground Air di dekat Pabrik Kimia Pengolahan Idaho, Science "Lingkungan dan Teknologi, 16, 1982, hlm 437-439. 2000

Baru! Klik kata di atas untuk melihat terjemahan alternatif. Singkirkan Google Terjemahan untuk Bisnis:Perangkat Penerjemah Penerjemah Situs Web Peluang Pasar Global Matikan terjemahan instan

Tentang Google TerjemahanSelulerPrivasiBantuanKirimkan umpan balik 7.1. SIFAT DAN JENIS polutan AIR Sepanjang sejarah, kualitas air minum telah menjadi faktor dalam menentukan kesejahteraan manusia. Polusi kotoran air minum telah sering disebabkan ditularkan melalui air penyakit yang telah hancur populasi seluruh kota. Air yang tidak sehat tercemar oleh sumber-sumber alam telah menyebabkan kesulitan besar bagi orang dipaksa untuk meminumnya atau menggunakannya untuk irigasi. Meskipun masih ada epidemi sesekali penyakit bakteri dan virus disebabkan oleh agen infeksi dilakukan dalam air minum, penyakit ditularkan melalui air yang ada dalam umum telah terkontrol dengan baik, dan air minum di berteknologi maju negara sekarang sangat bebas dari agen penyebab penyakit yang sangat umum kontaminan air hanya beberapa dekade sebelumnya. Saat ini, bahan kimia beracun ditularkan melalui air menimbulkan ancaman terbesar bagi keamanan pasokan air di negara-negara industri. Hal ini terutama berlaku air tanah di AS, yang melebihi volume aliran semua sungai AS, danau, dan sungai. Di beberapa daerah, kualitas air tanah dikenakan sejumlah ancaman kimia. Ada banyak kemungkinan sumber kontaminasi kimia. Ini termasuk limbah dari produksi bahan kimia industri, operasi logam plating, dan limpasan pestisida dari tanah pertanian. Beberapa polutan tertentu termasuk bahan kimia industri seperti sebagai hidrokarbon terklorinasi; logam berat, termasuk kadmium, timah, dan merkuri; air garam; bakteri, khususnya coliform, dan umum kota dan industri limbah. Sejak Perang Dunia II telah terjadi pertumbuhan luar biasa dalam pembuatan dan penggunaan bahan kimia sintetis. Banyak bahan kimia telah terkontaminasi air persediaan. Dua contoh adalah insektisid