Analisa Kesadahan

KIMIA ANALITIK TERPADU

ANALISIS KESADAHAN AIR

XII KIMIA ANALIS 3

   

1.      FAKHRURRAZI WARIDI SIDQI

2.      YESSI YOLANDA

3.      YULI YULIANTI

A.    PENDAHULUAN

Kesadahan atau hardness adalah salah satu sifat kimia yang dimiliki oleh air. Penyebab air  menjadi sadah adalah karena adanya ion-ion Ca²⁺ dan 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.

Pengertian kesadahan air adalah kemampuan air mengendapkan sabun, dimana sabun ini diendapkan oleh ion-ion yang telah sebutkan diatas. Karena penyebab dominan atau utama kesadahan adalah Ca²⁺ dan Mg²⁺, khususnya Ca²⁺, maka arti dari kesadahan dibatasi sebagai sifat atau karakteristik air yang menggambarkan konsentrasi jumlah dari ion Ca²⁺ dan Mg²⁺, yang dinyatakan sebagai CaCO₃. Air sadah menyebabkan sabun sukar berbuih karena ion-ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ akan mengendapkan sabun.

1.      Jenis-Jenis Kesadahan Air

Pembagian jenis kesadahan air sadah digolongkan menjadi dua jenis. Berdasarkan sifatnya, kesadahan dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:

a)      Air sadah sementara

Air sadah sementara adalah air sadah yang mengandung ion bikarbonat (HCO₃^-), atau boleh jadi air tersebut mengandung senyawa kalsium bikarbonat Ca(HCO₃)₂ dan atau magnesium bikarbonat Mg(HCO₃)₂. Air yang mengandung ion atau senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah sementara karena kesadahannya dapat dihilangkan dengan pemanasan air, sehingga air tersebut terbebas dari ion Ca²⁺ dan atau Mg²⁺. Dengan jalan pemanasan senyawa-senyawa tersebut akan mengendap pada dasar ketel. Reaksi yang terjadi adalah: 

2HCO₃^- _(aq) → CO₃^2- _(s) ↓ + CO₂ (g)

Ion CO₃^2- akan mengendapkan Ca sebagai CaCO₃ dan Mg sebagai MgCO₃, dengan reaksi sebagi berikut:

Ca(HCO₃)_2(aq) → CaCO_3(s) ↓ + H₂O _(l) + CO_{2 (g)}
Mg(HCO₃)_{2 (aq)} → MgCO₃^¬ _(s)  ↓ +  H₂O _(l)  +  CO_{2 (g)}

b)      Air sadah tetap

Air sadah tetap adalah air sadah yang mengadung anion selain ion bikarbonat, misalnya dapat berupa ion Cl^–, NO₃^- dan SO₄^2-. Berarti senyawa yang terlarut boleh jadi berupa kalsium klorida (CaCl₂), kalsium nitrat (Ca(NO₃)₂), kalsium sulfat (CaSO₄), magnesium klorida (MgCl₂), magnesium nitrat (Mg(NO₃)₂), dan magnesium sulfat (MgSO₄). Air yang mengandung senyawa-senyawa tersebut disebut air sadah 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. Pereaksi yang digunakan adalah larutan karbonat, yaitu Na2CO3 (aq) atau K2CO3 (aq). Penambahan larutan karbonat dimaksudkan untuk mengendapkan ion Ca2+ dan atau Mg2+.

CaCl_{2 (aq)} + Na₂CO_{3 (aq)} → CaCO_{3 (s)} ↓ + 2NaCl _(aq)
Mg(NO₃)_{2 (aq)} + K₂CO_{3 (aq)} → MgCO_3(s) ↓ +2KNO_3(aq)

Dengan terbentuknya endapan CaCO3 atau MgCO3 berarti air tersebut telah terbebas dari ion Ca2+ atau Mg2+ atau dengan kata lain air tersebut telah terbebas dari kesadahan.

2.      Dampak yang Ditimbulkan Kesadahan

Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat menyebabkan beberapa masalah. Air sadah dapat menyebabkan pengendapan mineral, yang menyumbat saluran pipa dan keran. Air sadah juga menyebabkan pemborosan sabun di rumah tangga, dan air sadah yang bercampur sabun tidak dapat membentuk busa, tetapi malah membentuk gumpalan soap scum (sampah sabun) yang sukar dihilangkan. Efek ini timbul karena ion ²⁺ menghancurkan sifat surfaktan dari sabun dengan membentuk endapan padat (sampah sabun tersebut).

Ca²⁺ _(aq) + 2RCOONa _(aq) → Ca(RCOO)_{2 (s)} ↓ +  2Na⁺ _(aq)

Dengan terbentuknya endapan, maka fungsi sabun sebagai pengikat kotoran menjadi kurang atau bahkan tidak efektif. Sabun akan berbuih kembali setelah semua ion Ca²⁺ atau Mg²⁺ yang terdapat dalam air mengendap. Lain halnya dengan detergen, detergen tidak bereaksi dengan ion Ca²⁺ atau Mg²⁺ sehingga detergen tidak terpengaruh oleh air sadah.

Dalam industri, kesadahan air yang digunakan diawasi dengan ketat untuk mencegah kerugian. Pada industri yang menggunakan ketel uap, air yang digunakan harus terbebas dari kesadahan. Hal ini dikarenakan kalsium dan magnesium karbonat cenderung mengendap pada permukaan pipa.

Senyawa kompleks adalah senyawa yang terbentuk melalui ikatan kovalen koordinat, yaitu ikatan yang terjadi melalui pemakaian bersama pasangan elektron dengan sumber elektron hanya 1 gugus atau unsur terbentuk senyawa.

Ikatan kovalen koordinat pada senyawa kompleks terjadi antara atom pusat (ion logam) dengan penyedia elektron (ligan). Atom pusat menyediakan orbital dan ligan menyediakan pasangan elektron. EDTA adalah singakatan dari Ethylene Diamine Tetra Acid, yaitu asam amino yang dibentuk dari protein makanan. Zat ini sangat kuat menarik ion logam berat (termasuk kalsium) dalam jaringan tubuh dan melarutkannya, untuk kemudian dibuang melalui urin.

Eriochorome Black T (EBT) adalah indikator kompleksometri yang merupakan bagian dari titrasi pmgompleksian contohnya proses determinasi kesadahan air. Eriochrome Black T berwarna hitam kemerahan. Lalu berubah menjadi biru dengan kalsium dan magnesium atau ion logam lain. Nama lain dari Eriochrome Black T adalah, solochrome Black T atau EBT (Anonima,2010). Suatu kelemahan Eriochrome Black T adalah larutanya tidak stabil. Bila disimpan akan terjadi pengurairan secara lambat, sehingga setelah jangka waktu tertentu indikator tidak berfungsi lagi. Kalsium dapat ditentukan secara langsung dengan EDTA bila pH contoh uji dibuat cukup tinggi (pH 12-13), sehingga magnesium akan mengendap sebagai magnesium hidroksida dan pada titik akhir titrasi indikator Eriochrome Black T (EBT) hanya akan bereaksi dengan kalsium saja membentuk larutan berwarna biru. Dari cara ini akan didapat kadar kalsium dalam air (Ca).

B.     TUJUAN

Mengetahui kualitas suatu air dengan mengujinya melalui analisis kesadahan air metode titrasi kompleksometri.

C.     PRINSIP

Garam Dinatrium Etilen Diamin Tetra Asetat (EDTA) akan bereaksi dengan kation logam tertentu membentuk senyawa kompleks kelat yang larut. Pada pH 10 ±0,1, ion-ion kalsium dan magnesium dalam contoh uji akan bereaksi dengan indikator Eriochrome Black T (EBT) dan membentuk larutan berwarna merah keunguan. Jika Na₂EDTA ditambahkan sebagai titran, maka ion-ion kalsium dan magnesium akan membentuk senyawa kompleks, molekul indikator terlepas kembali, dan pada titik akhir titrasi larutan akan berubah warna dari merah keunguan menjadi biru.

D.    ALAT dan BAHAN

1.      Alat :

a)      Neraca analitik

b)      Beaker glass 250 mL

c)      Labu ukur 50 mL dan 100 mL

d)     Pipet volume 10 mL

e)      Pipet tetes

f)       Erlenmeyer 250 mL

g)      Klem dan Statif

h)      Buret 50 mL

i)        Pembakar spirtus

j)        Kaki tiga dan Kassa

k)      Gelas ukur 10 mL

l)        Bola hisap

m)    Kaca arloji

n)      Spatula

o)      Botol semprot

2.      Bahan :

a)      CaCO₃

b)      EDTA

c)      Indikator EBT

d)     Buffer Salmiak, NH₄OH

e)      HCL

f)       Aquades

g)      Kertas pH universal

h)      Spirtus

E.     PROSEDUR KERJA

1.    Membuat larutan Standar buffer salmiak pH 10

a)    Ditimbang sebanyak 71 mL

b)   Campurkan dengan 8,75 gram amonium

c)    Encerkan dengan aquades pada labu ukur 250 mL

d)   Sesuaikan pH hingga pH 10 dengan ditambahkan NH₄OH

2.    Pembuatan latutan standar CaCl.2H₂O 0,1 M 100 mL

a)    Ditimbang sebanyak ............ gr CaCl.2H₂O

b)   Masukkan kedalam labu ukur 100 mL

c)    Tanda bataskan dengan aquades dan homogenkan

3.    Standarisasi larutan standar EDTA dengan larutan standar primer CaCl.2H₂O

a)    Pipet 10 mL dan masukkan kedalam Erlenmeyer 250 mL

b)   Tambahkan 2 mL larutan buffer salmiak

c)    Tambahkan ±50 mg indikator EBT

d)   Titrasi dengan larutan EDTA sampai terjadi perubahan warna ungu menjadi biru

e)    Lakukan titrasi duplo

f)    Hitung konsentrasi larutan standar EDTA

4.    Penetapan Konsentrasi

a)    Dipipet sebanyak 10 mL dan masukkan kedalam Erlenmeyer 250 mL

b)   Tambahkan 2 mL larutan buffer salmiak

c)    Tambahkan ±50 mg indikator EBT

d)   Titrasi dengan larutan EDTA sampai terjadi perubahan warna ungu menjadi biru

e)    Lakukan titrasi duplo

f)    Hitung kesadahan air melalui perhitungan

F.     DATA PENGAMATAN dan PENIMBANGAN

1.      Berat kaca arloji kosong    : 23,4114 gram

2.      Berat CaCl.2H₂O              : 1,4709 gram

3.      Berat EDTA                             : 37,2001 gram

4.      Standarisasi larutan EDTA 0,1 N terhadap larutan baku primer CaCl.2H₂O

Titrasi	V. CaCl.2H2O	V. EDTA	Perubahan warna
1	10,00 mL	13,10 mL	Ungu menjadi biru
2	10,00 mL	13,00 mL	Ungu menjadi biru
Rata-rata	10,00 mL	13,05 mL	Ungu menjadi biru

5.      Penetapan kesadahan  pada sampel limbah cair

Titrasi	V. Sampel	V. EDTA	Perubahan warna
1	10,00 mL	0,20 mL	Ungu menjadi biru
2	10,00 mL	0,20 mL	Ungu menjadi biru
Rata-rata	10,00 mL	0,20 mL	Ungu menjadi biru

G.    PERHITUNGAN

1.         Pembuatan larutan baku primer CaCl.2H2O yang harus ditimbang

                                

2.         Molaritas larutan baku CaCl.2H₂O yang sebenarnya

                                

3.         Standarisasi larutan baku EDTA terhadap LBP CaCl.2H₂O

        

4.         Penetapan kesadahan dalam sampel dalam ppm

                                 

H.    PEMBAHASAN

Penetapan kadar kesadahan pada sampel limbah air menggunakan metode titrasi kompleksometri digunakan CaCl.2H₂O sebagai larutan baku primer dan EDTA sebagai larutan baku sekunder. Kompleksomtri adalah metode analisa yang didasarkan pada pembentukan senyawa kompleks dari hasil titrasi. Kompeks senyawa ini dinamai sebagai kelat. Kelat adalah senyawa yang terbentuk melalui ikatan kovalen koordinat, yaitu ikatan yang terjadi melalui pemakaian bersama pasangan elektron dengan sumber elektron hanya 1 gugus atau unsur terbentuk senyawa.

Ikatan kovalen koordinat pada senyawa kompleks terjadi antara atom pusat (ion logam) dengan penyedia elektron (ligan). Atom pusat menyediakan orbital dan ligan menyediakan pasangan elektron. EDTA sangat kuat menarik ion logam berat (termasuk kalsium) dalam jaringan tubuh dan melarutkannya, untuk kemudian dibuang melalui urin. EDTA dalam titrasi kompleksometri digunakan sebagai ligan. EDTA menyediakan 1-6 pasang elektron. 4 karboksilat yang dimiliki EDTA akan melepaskan 4 ioh H⁺. Konsentrasi EDTA hanya dinyatakan molar karena :

1.  EDTA memiliki 6 pasangan elektron yang dapat digunakan untuk berikatan kovalen koordinat sebagian atau seluruhnya.

2.      Dengan logam apapun EDTA bereaksi membentuk kompleks dengan perbandingan 1:1

Titrasi dapat ditentukan dengan adanya penambahan indikator yang berguna sebagai tanda tercapai titik akhir titrasi. Ada lima syarat suatu indikator ion logam dapat digunakan pada pendeteksian visual dari titik akhir titrasi yaitu

1.      Reaksi warna harus sedemikian sehingga sebelum titik akhir, bila hampir semua ion logam telah berkompleks dengan EDTA, larutan akan berwarna kuat.

2.      Reaksi warna tersebut harus spesifik (khusus) atau sedikitnya selektif.

3.      Kompleks-indikator logam itu harus memiliki kestabilan yang cukup. Jika tidak, maka tidak akan diperoleh perubahan warna yang tajam. Namun, kompleks-indikator logam tersebut harus kurang stabil dibanding kompleks logam-EDTA untuk menjamin agar pada titik akhir, EDTA memindahkan ion-ion logam dari kompleks-indikator logam ke kompleks logam-EDTA harus tajam dan cepat.

4.      Kontras warna antara indikator bebas dan kompleks-indikator logam harus sedemikian sehingga mudah diamati. Indikator harus sangat peka terhadap ion logam sehingga perubahan warna terjadi sedikit mungkin dengan titik ekuivalen.

5.      Penentuan kalsium dan magnesium dapat dilakukan dengan titrasi EDTA, pH untuk titrasi adalah 10 dengan indikator EBT. Pada pH tinggi (pH 12), Mg(OH)₂ akan mengendap, sehingga EDTA dapat dikonsumsi hanya oleh Ca²⁺.

Air sadah tidak begitu berbahaya untuk diminum, namun dapat menyebabkan beberapa masalah. Air sadah dapat menyebabkan pengendapan mineral, yang menyumbat saluran pipa dan keran. Air sadah juga menyebabkan pemborosan sabun di rumah tangga, dan air sadah yang bercampur sabun tidak dapat membentuk busa, tetapi malah membentuk gumpalan soap scum (sampah sabun) yang sukar dihilangkan. Oleh karena itu, analisis terhadap kesadahan air perlu dilakukan.

I.       KESIMPULAN

Dari hasil analisis penetapan kadar kesadahan total pada sampel air limbah menggunakan metode titrasi kompleksometri, diperoleh hasil kesadahan total pada sampel adalah 1532 ppm.