Pencemaran Air dan Tanah

PENCEMARAN AIR

Polusi air merupakan peristiwa masuknya zat, energi, unsur/komponen lainnya di dalam air sehingga kualitas air terganggu yang mana dapat ditandai dengan adanya perubahan bau, rasa, dan warna pada air sehingga air tidak murni lagi.

Dikutip dalam Keputusan Menteri Negara Kepedudukan dan Lingkungan Hidup No.02/MENLH/I/1998, yang dimaksud dengan polusi/pencemaran air adalah masuk/dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain kedalam air/udara oleh kegiatan manusia atau oleh proses alam, kurang atau tidak dapat berfungsi lagi dengan peruntukannya. Itulah kenapa air sebagai sumber utama bagi manusia serta makhluk hidup lainnya dimuka bumi ini karena merupakan salah satu bagian dari siklus hidrologi. Selain mengalirkan air juga mengalirkan sedimen dan polutan. Akan tetapi, fenomena alam seperti gunung merapi, badai, gempa bumi, tsunami, dll dapat mengakibatkan perubahan besar terhadap kualitas air, hal ini tidak dianggap sebagai pencemaran air.Kenapa? Karena polusi adalah sebagian dari akibat aktivitas makhluk hidup yang mana dapat merubah kualitas terhadap air di muka bumi.

A.  Ciri-Ciri Air Tercemar Polusi

Ciri-ciri air yang mengalami polusi/tercemar sangat bervariasi karena tergantung dengan jenis air dan polutan yang terkandung didalamnya. Namun ciri yang paling mudah diketahui adalah:

   Berbau

   Berwarna

   Beracun

   Berasa

B.  Sifat-Sifat Pencemaran Air

Untuk mengetahui terpolusinya air dapat diamati dengan terjadinya perubahan-perubahan antara lain :

1.    Nilai pH

Keasaman dan alkalinitas pH normal air adalah 6-8 pH. Bila terlalu rendah, maka dapat menyebabkan korosif.

2.    Suhu

Apabila suhu terlalu rendah, maka air akan terasa sejuk bahkan dingin hingga sedingin es. Begitu pula sebaliknya. Akan tetapi, air biasa selalu memiliki suhu pas di ukuran 0⁰ celcius.

3.    Warna, bau dan rasa

ü Warna

Air yang terpolusi biasanya berbeda dengan warna normalnya (jernih dan bening).

ü Bau
Biasanya tergantung pada sumber air, dapat disebabkan oleh bahan kimia, tumbuhan dan hewan air baik yang hidup maupun mati (seperti bau amis dan busuk).

ü Rasa

Air normal tidak mempunyai rasa, kecuali rasa asin pada air laut. Jumlah kandungan oksigen dalam air. Pencemaran mikroorganisme patogen Kandungan minyak Kandungan logam berat Kandungan bahan radio aktif

C.  Macam-Macam Sumber Air Yang Berpolutan

Macam-macam sumber air yang berpolusi, antara lain:

1.    Limbah industry

2.    Pertanian

3.    Rumah Tangga

Ada beberapa tipe polutan yang mana dapat merusak perairan, yaitu:

1.    Mengandung bibit penyakit

2.    Butuh banyak O² (Oksigen) untuk penguraiannya (sehingga kekurangan O² saat proses penguraian)

3.    Bahan-bahan kimia organik dari industry

4.    Limbah pupuk pertanian

5.    Bahan-bahan yang tidak sedimen (endapan)

6.    Bahan-bahan yang mengandung radioaktif dan panas

Padahal air adalah unsur alam yang penting bagi manusia dengan sifat mengalir dan meresapnya. Akan tetapi, karena jalur-jalur aliran dan resapan air terhambat karena polutan, timbulah banjir.

Musibah banjir dapat dibagi menjadi 2 berdasarkan akibat polusi air, antara lain: Banjir bandang (banjir besar), yaitu: terjadi dari akibat meluap dari jalur-jalur aliran (sungai) dengan volume air yang sangat besar. Banjir genangan, yaitu: banjir lokal/setempat karena akibat dari tergenangnya/terkonsentrasinya air hujan pada daerah tersebut yangmana saluran air (arainase) dan lahan resapannya sangat terbatas sehingga air bisa masuk/menggenangi lingkungan serta dalam rumah kita. Penggunaan pada insektisida seperti DDT (Dhicloro Diphenil Trichonethan) oleh para petani untuk memberantas hama tanaman serta serangga penyebar penyakit secara berlebihan dapat mengakibatkan pencemaran terhadap air yang diserap oleh tanaman.  Sehingga terjadi pembusukan yang berlebihan diperairan dapat pula menyebabkan pencemaran. Pembuangan sampah dapat mengakibatkan kadar O² terlarut dalam air semakin berkurang karena sebagian besar dipergunakan oleh bakteri pembusuk. Serta pembuangan sampah organik yang dibuang ke sungai terus-menerus, selain mencemari air, pada musim hujan akan timbul bencana banjir.

D.  Penyebab Dari Timbulnya Pencemaran Air

Pencemaran air dapat disebabkan oleh berbagai hal dan memiliki karakteristik yang berbeda-beda. Sampah organik seperti air comberan menyebabkan peningkatan kebutuhan oksigen pada air yang menerimanya yang mengarah pada berkurangnya oksigen yang dapat berdampak parah terhadap seluruh ekosistem. Industri membuang berbagai macam polutan ke dalam air limbahnya seperti logam berat, toksin organik, minyak, nutrien dan padatan. Air limbah tersebut memiliki efek termal, terutama yang dikeluarkan oleh pembangkit listrik, yang dapat juga mengurangi oksigen dalam air. Seperti limbah pabrik yg mengalir ke sungai seperti di sungai citarum.

E.  Bahaya Yang Ditimbulkan

Bibit penyakit dari hasil polusi air mengandung zat-zat yang bersifat beracun dan bahan radioaktif yang mana dapat merugikan manusia. Kenapa? Karena polutan memerlukan banyak sekali kandungan O², akan tetapi apabila kekurangan, maka akan terjadi perubahan warna dan pembusukan. Karena proses penguraian terhadap polutan tidak akan sempurna sehingga timbulah polusi pada air.

Permasalahan terbesar dalam polusi air adalah pembuangan sampah disembarang tempat. Misalnya: pembuangan sampah pada muara sungai, laut, atau got-got kecil rumahan. Ini bisa menimbulkan penyakit.

Contoh kejadian seperti di Jepang. Zat merkuri yang dibuang oleh sebuah industri plastik ke teluk Minamata terakumulasi dijaringan tubuh ikan dan masyarakat yang mengkonsumsi menderita cacat atau hingga meninggal.

F.   Akibat Air Tercemar

Akibat yang ditimbulkan oleh polusi air, antara lain:

1.    Terganggunya kehidupan organisme air karena berkurangnya kandungan oksigen (O­²)

2.    Terjadinya ledakan ganggang dan tumbuhan air

3.    Pendangkalan dasar perairan

4.    Dalam jangka panjang adalah kanker dan kelahiran cacat

5.    Akibat penggunaan pastisida yang berlebihan sesuai selain membunuh hama dan penyakit, juga membunuh serangga dan maskhluk berguna terutama predator

6.    Kematian biota kuno, seperti: plankton dan lainnya bahkan burung

7.    Mutasi sel, kanker, dan leukemia

Akibat dari timbulnya air yang tercemar menurut situs wikipedia, antara lain:

1.    Dapat menyebabkan banjir

2.    Erosi

3.    Kekurangan sumber air

4.    Dapat membuat sumber penyakit

5.    Tanah longsor

6.    Dapat merusak ekosistem sungai

G. Usaha-Usaha Guna Mengatasi Dan Mencegah

Pada musim hujan, biasanya pasti akan terjadi yang mananya banjir. Mungkin langkah-langkah dibawah ini dapat mencegah adanya banjir genangan, antara lain:

Dalam perencanaan jalan- jalan lingkungan baik program pemerintah maupun swadaya masyarakat sebaiknya memilih material bahan yang menyerap air misalnya penggunaan bahan dari pavling blok (blok-blok adukan beton yang disusun dengan rongga-rongga resapan air disela-selanya). Hal yang tidak kalah pentingnya adalah penataan saluran lingkungan, pembuatannyapun harus bersamaan dengan pembuatan jalan tersebut.  Apabila di halaman pekarangan-pekarangan rumah kita masih terdapat ruang- ruang terbuka, buatlah sumur-sumur resapan air hujan sebanyak-banyaknya. Fungsi sumur resapan air ini untuk mempercepat air meresapke dalam tanah. Dengan membuat sumur resapan air tersebut, sebenarnya kita dapat memperoleh manfaat seperti berikut:

Persediaan air bersih dalam tanah disekitar rumah kita cukup baik dan banyak. Tanah bekas galian sumur dapat dipergunakan untuk menimbun lahan-lahan yang rendah atau meninggikan lantai rumah. Apabila air hujan tidak tertampung oleh selokan- selokan rumah, dapat dialirkan ke sumur-sumur resapan. Jangan membuang sampah atau mengeluarkan air limbah rumah tangga (air bekas mandi, cucian dan sebagainya) ke dalam sumur resapan karena bias mencemari kandungan air tanah. Apabila air banjir masuk ke rumah menapai ketinggian 20-50 cm, satu- satunya jalan adalah meninggikan lantai rumah kita di atas ambang permukaan air banjir.

Cara lain adalah membuat tanggul di depan pintu masuk rumah kita. Cara ini sudah umum dilakukan orang, hanya saja teknisnya sering kurang terencana secara mendetail.Banyak sekali jenis penanganan pada air buangan, antara lain:

1.    Proses penanganan primer (membuang bahan-bahan padatan yang mengendap atau mengapung)

   Penyaringan

   Pengendapan (menghilangkan komponen-komponen fosfor dan padatan tersuspensi) dan pemisahan

   Pemindahan endapan

2.    Proses penanganan sekunder (proses dekomposisi bahan-bahan padatan secara biologi)

   Penyaringan trikel

   Lumpur aktif

   Proses penanganan tersier

   Adsorpsi (bahan-bahan organik terlarut)

   Elektrodoalisis (menurunkan konsentrasi garam-garam terlarut sampai pada konsentrasi air semula, sebelum digunakan)

   Osmosis berlawanan

   Khloranisasi (menghilangkan organisme penyebab penyakit)

PENCEMARAN TANAH 

Tanah merupakan bagian penting dalam menunjang kehidupan makhluk hidup di muka bumi. Seperti kita ketahui rantai makanan bermula dari tumbuhan. Manusia, hewan hidup dari tumbuhan. Memang ada tumbuhan dan hewan yang hidup di laut, tetapi sebagian besar dari makanan kita berasal dari permukaan tanah. Oleh sebab itu, sudah menjadi kewajiban kita menjaga kelestarian tanah sehingga tetap dapat mendukung kehidupan di muka bumi ini. Akan tetapi, sebagaimana halnya pencemaran air dan udara, pencemaran tanah pun akibat kegiatan manusia juga.

Pencemaran tanah adalah keadaan di mana bahan kimia buatan manusia masuk dan merubah lingkungan tanah alami. Pencemaran ini biasanya terjadi karena: kebocoran limbah cair atau bahan kimia industri atau fasilitas komersial; penggunaan pestisida; masuknya air permukaan tanah tercemar ke dalam lapisan sub-permukaan; kecelakaan kendaraaan pengangkut minyak, zat kimia, atau limbah; air limbah dari tempat penimbunan sampah serta limbah industri yang langsung dibuang ke tanah secara tidak memenuhi syarat (illegal dumping).

Tanah Tercemar. Tanah indonesia terkenal dengan kesuburanya. Hingga dalam sejarah Indonesia pernah tercetat. Kesuburan itu telah mengundang para penjajah asing untuk mengeksploitasinya. Fenomena sekarang lain lagi. Sebagian tanah Indonesia tercemar oleh polusi yang diakibatkan oleh kelainan masyarakat. Pencemaran ini menjadikan tanah rusak dan hilang kesuburanya, mengandung zat asam tinggi. Berbau busuk, kering, mengandung logam berat, dan sebagainya. Kalau sudah begitu maka tanah akan sulit untuk dimanfaatkan.

Dari pernyataan diatas, bisa ditarik kesimpulan bahwa ciri-ciri tanah tercemar adalah :

1.    Tanah tidak subur

2.    pH dibawah 6 (tanah asam) atau pH diatas 8 (tanah basa)

3.    Berbau busuk

4.    Kering

5.    Mengandung logam berat

6.    Mengandung sampah anorganik

Tanah tidak tercemar. Tanah yang tidak tercemar adalah tnah yang masih memenuhi unsur dasarnya sebagai tanah. Ia tidak mengandung zat-zat yang merusak keharaanya. Tanah tidak tercemar bersifat subur, tidak berbau busuk, tingkat keasaman normal. Yang paling utama adalah tidak mengandung logam berat. Tanah yang tidak tercemar besar potensinya untuk alat kemaslahatan umat manusia. Pertanian dengan tanah yang baik bisa mendatangkan keuntungan berlipat ganda.

Dari pernyataan diatas, bisa ditarik kesimpulan bahwa ciri-ciri tanah tercemar adalah:

1.    Tanahnya subur

2.    Trayek pH minimal 6, maksimal 8

3.    Tidak berbau busuk

4.    Tidak kering, memiliki tingkat kegemburan yang normal

5.    Tidak Mengandung logam berat

6.    Tidak mengandung sampah anorganik

A.  Penyebab Pencemaran Tanah

Sumber pencemar tanah, karena pencemaran tanah tidak jauh beda atau bisa dikatakan mempunyai hubungan erat dengan pencemaran udara dan pencemaran air, maka sumber pencemar udara dan sumber pencemar air pada umumnya juga merupakan sumber pencemar tanah. Sebagai contoh gas-gas oksida karbon, oksida nitrogen, oksida belerang yang menjadi bahan pencemar udara yang larut dalam air hujan dan turun ke tanah dapat menyebabkan terjadinya hujan asam sehingga menimbulkan terjadinya pencemaran pada tanah.

Permukaan tanah yang mengandung bahan pencemar misalnya tercemari zat radioaktif, logam berat dalam limbah industri, sampah rumah tangga, limbah rumah sakit, sisa-sisa pupuk dan pestisida dari daerah pertanian, limbah deterjen, akhirnya juga dapat menyebabkan terjadinya pencemaran pada tanah daerah tempat air permukaan ataupun tanah daerah yang dilalui air permukaan tanah yang tercemar tersebut. Maka sumber bahan pencemar tanah dapat dikelompokkan juga menjadi sumber pencemar yang berasal dari, sampah rumah tangga, sampah pasar, sampah rumah sakit, gunung berapi yang meletus / kendaraan bermotor dan limbah industri. Secara umum, Pencemaran tanah dapat disebabkan limbah domestik, limbah industri, dan limbah pertanian.

1.    Limbah domestik

Limbah domestik dapat berasal dari daerah: pemukiman penduduk; perdagang-an/pasar/tempat usaha hotel dan lain-lain; kelembagaan misalnya kantor-kantor pemerintahan dan swasta; dan wisata, dapat berupa limbah padat dan cair.

a.    Limbah padat berupa senyawa anorganik yang tidak dapat dimusnahkan atau diuraikan oleh mikroorganisme seperti plastik, serat, keramik, kaleng-kaleng dan bekas bahan bangunan, menyebabkan tanah menjadi kurang subur. Bahan pencemar itu akan tetap utuh hingga 300 tahun yang akan datang. Bungkus plastik yang kita buang ke lingkungan akan tetap ada dan mungkin akan ditemukan oleh anak cucu kita setelah ratusan tahun kemudian. Sampah anorganik tidak ter-biodegradasi, yang menyebabkan lapisan tanah tidak dapat ditembus oleh akar tanaman dan tidak tembus air sehingga peresapan air dan mineral yang dapat menyuburkan tanah hilang dan jumlah mikroorganisme di dalam tanahpun akan berkurang akibatnya tanaman sulit tumbuh bahkan mati karena tidak memperoleh makanan untuk berkembang.

b.    Limbah cair berupa; tinja, deterjen, oli, cat, jika meresap kedalam tanah akan merusak kandungan air tanah bahkan dapat membunuh mikro-organisme di dalam tanah.

2.    Limbah industri

Limbah Industri berasal dari sisa-sisa produksi industri. Limbah cair yang merupakan hasil pengolahan dalam suatu proses produksi, misalnya sisa-sisa pengolahan industri pelapisan logam dan industri kimia lainnya. Tembaga, timbal, perak, khrom, arsen dan boron adalah zat-zat yang dihasilkan dari proses industri pelapisan logam seperti Hg, Zn, Pb, Cd dapat mencemari tanah. Merupakan zat yang sangat beracun terhadap mikroorganisme. Jika meresap ke dalam tanah akan mengakibatkan kematian bagi mikroorganisme yang memiliki fungsi sangat penting terhadap kesuburan tanah.

3.    Limbah pertanian

Limbah pertanian dapat berupa sisa-sisa pupuk sintetik untuk menyuburkan tanah atau tanaman, misalnya pupuk urea dan pestisida untuk pemberantas hama tanaman. Penggunaan pupuk yang terus menerus dalam pertanian akan merusak struktur tanah, yang menyebabkan kesuburan tanah berkurang dan tidak dapat ditanami jenis tanaman tertentu karena hara tanah semakin berkurang. Dan penggunaan pestisida bukan saja mematikan hama tanaman tetapi juga mikroorga-nisme yang berguna di dalam tanah. Padahal kesuburan tanah tergantung pada jumlah organisme di dalamnya. Selain itu penggunaan pestisida yang terus menerus akan mengakibatkan hama tanaman kebal terhadap pestisida tersebut.

B.  Dampak Dari Pencemaran Tanah

1.    Dampak Pada Kesehatan

Dampak pencemaran tanah terhadap kesehatan tergantung , jalur masuk ke dalam tubuh dan kerentanan populasi yang terkena. Kromium , berbagai macam pestisida dan herbisida merupakan bahan karsinogenik untuk semua populasi. Timbal sangat berbahaya pada anak-anak, karena dapat menyebabkan kerusakan otak, serta kerusakan ginjal. Paparan kronis (terus-menerus) terhadap benzena pada konsentrasi tertentu dapat meningkatkan kemungkinan terkena leukemia.

Merkuri (air raksa) dan siklodiena dikenal dapat menyebabkan kerusakan ginjal, dan mungkin tidak bisa diobati, PCB dan siklodiena terkait pada keracunan hati, Organofosfat dan karmabat menyebabkan ganguan pada saraf otot. Ada beberapa macam dampak pada kesehatan seperti sakit kepala, pusing, letih, iritasi mata dan ruam kulit untuk paparan bahan kimia yang disebut di atas. Yang jelas, pada dosis yang besar, pencemaran tanah dapat menyebabkan Kematian..

2.    Dampak Pada Lingkungan Atau Ekosistem

Dampak pada pertanian terutama perubahan metabolisme tanaman yang pada akhirnya dapat menyebabkan penurunan hasil pertanian. Hal ini dapat menyebabkan dampak lanjutan pada konservasi tanaman di mana tanaman tidak mampu menahan lapisan tanah dari erosi. Beberapa bahan pencemar ini memiliki waktu paruh yang panjang dan pada kasus lain bahan-bahan kimia derivatif akan terbentuk dari bahan pencemar tanah utama.

Pencemaran tanah juga dapat memberikan dampak terhadap ekosistem. Perubahan kimiawi tanah yang radikal dapat timbul dari adanya bahan kimia beracun/berbahaya bahkan pada dosis yang rendah sekalipun. Perubahan ini dapat menyebabkan perubahan metabolisme dari mikroorganisme endemik dan antropoda yang hidup di lingkungan tanah tersebut. Akibatnya bahkan dapat memusnahkan beberapa spesies primer dari rantai makanan, yang dapat memberi akibat yang besar terhadap predator atau tingkatan lain dari rantai makanan tersebut.

Dampak pada pertanian terutama perubahan metabolisme tanaman yang pada akhirnya dapat menyebabkan penurunan hasil pertanian. Hal ini dapat menyebabkan dampak lanjutan pada konservasi tanaman di mana tanaman tidak mampu menahan lapisan tanah dari erosi. Beberapa bahan pencemar ini memiliki waktu paruh yang panjang dan pada kasus lain bahan-bahan kimia derivatif akan terbentuk dari bahan pencemar tanah utama.

C.  Upaya yang Harus Dilakukan.

Limbah domestic, yang sangat banyak penanggulangan sampah ini yaitu dengan cara memisahkan antara sampah organik atau sampah yang dapat atau mudah terurai oleh tanah, dan sampah anorganik atau sampah yang akan terurai tanah tetapi membutuhkan waktu yang sangat panjang untuk terurai oleh tanah. Sampah organik yang mudah terurai oleh tanah, misalnya dijadikan bahan urukan, ke-mudian kita tutup dengan tanah sehingga terdapat permukaan tanah yang dapat kita pakai lagi, dibuat kompos dan khusus kotoran hewan dapat dibuat biogas dan lain-lain.

Sedangkan sampah anorganik yang tidak dapat diurai oleh mikroorganisme. Cara penanganan yang terbaik dengan mendaur ulang sampah-sampah menjadi barang-barang yang mungkin bisa dipakai atau juga bisa dijadikan hiasan dinding. Limbah industri, cara penanggulangannya yaitu dengan cara mengolah limbah tersebut sebelum dibuang kesungai atau kelaut.

Limbah pertanian, yaitu dengan cara mengurangi penggunaan pupuk sintetik dan berbagai bahan kimia untuk pemberantasan hama seperti pestisida diganti dengan penggunaan pupuk kompos. Adapun penanganan untuk pembersihan tanah, yaitu:

1.    Remediasi

Remediasi adalah kegiatan untuk membersihkan permukaan tanah yang tercemar. Ada dua jenis remediasi tanah, yaitu in-situ (atau on-site) dan ex-site (atau off-site). Pembersihan on-site adalah pembersihan di lokasi. Pembersihan ini lebih murah dan lebih mudah, terdiri dari pembersihan, venting (injeksi), dan bioremediasi.Pembersihan off-site meliputi penggalian tanah yang tercemar dan kemudian dibawa ke daerah yang aman. Setelah itu di daerah aman, tanah tersebut dibersihkan dari zat pencemar. Caranya yaitu, tanah tersebut disimpan di bak/tanki yang kedap, kemudian zat pembersih dipompakan ke bak/tangki tersebut. Selanjutnya zat pencemar dipompakan keluar dari bak yang kemudian diolah dengan instalasi pengolah air limbah. Pembersihan off-site ini jauh lebih mahal dan rumit.

2.    Bioremediasi

Bioremediasi adalah proses pembersihan pencemaran tanah dengan menggunakan mikroorganisme (jamur, bakteri). Bioremediasi bertujuan untuk memecah atau mendegradasi zat pencemar menjadi bahan yang kurang beracun atau tidak beracun (karbon dioksida dan air).

Tindakan pencegahan dan tindakan penanggulangan terhadap terjadinya pencemaran dapat dilakukan dengan berbagai cara sesuai dengan macam bahan pencemar yang perlu ditanggulangi. Langkah-langkah pencegahan dan penanggulangan terhadap terjadinya pencemaran antara lain dapat dilakukan sebagai berikut:

D.  Langkah pencegahan

Pada umumnya pencegahan ini pada prinsipnya adalah berusaha untuk tidak menyebabkan terjadinya pencemaran, misalnya mencegah/mengurangi terjadinya bahan pencemar, antara lain:

1.    Sampah organik yang dapat membusuk/diuraikan oleh mikroorganisme antara lain dapat dilakukan dengan mengukur sampah-sampah dalam tanah secara tertutup dan terbuka, kemudian dapat diolah sebagai kompos/pupuk.

2.    Sampah senyawa organik atau senyawa anorganik yang tidak dapat dimusnahkan oleh mikroorganisme dapat dilakukan dengan cara membakar sampah-sampah yang dapat terbakar seperti plastik dan serat baik secara individual maupun dikumpulkan pada suatu tempat yang jauh dari pemukiman, sehingga tidak mencemari udara daerah pemukiman. Sampah yang tidak dapat dibakar dapat digiling/dipotong-potong menjadi partikel-partikel kecil, kemudian dikubur.

3.    Pengolahan terhadap limbah industri yang mengandung logam berat yang akan mencemari tanah, sebelum dibuang ke sungai atau ke tempat pembuangan agar dilakukan proses pemurnian.

4.    Penggunaan pupuk, pestisida tidak digunakan secara sembarangan namun sesuai dengan aturan dan tidak sampai berlebihan.

5.    Usahakan membuang dan memakai detergen berupa senyawa organik yang dapat dimusnahkan/diuraikan oleh mikroorganisme.

http://meymayliina.blogspot.com/2013/01/makalah-tentang-dampak-polusi-udara.html

Senyawa Boron Hidrida dan Turunannya

“SENYAWA BORON HIDRIDA DAN TURUNANNYA”

A.  Senyawa Hidrida

Senyawa hidrida adalah senyawa biner dari hidrogen yang terbentuk dari ion negatif hidrogen (H^-). Hidrida biner dikelompokkan kedalam empat (4) golongan berdasarkan posisi unsurnya dalam tabel periodik dan karekteristik ikatannya yaitu hidrida salin (ionik), hidrida molekuler (kovalen), hirida interstisi (metalik), dan hidrida peralihan. Namun terdapat juga senyawa hidrida yang tidak membentuk senyawa biner yaitu senyawa kompleks hidrida molekuler yang dikoordinasikan oleh ligan penstabil, seperti karbonil (CO), fosfin tersier (PR₃ ), atau siklopentadienil (C₅H₅).

   Penggolongan Hidrida Biner :

a)   Hidrida Salin (Ionik)

Hidrida salin adalah senyawa hidrida yan terbentuk dari logam-logam yang sangat elektropositif yaitu golongan IA dan IIA atau dengan logam-logam di blok s (kecuali Be dan Mg). Hidrogen bereaksi dan bertindak sebagai aceptor elektron membentuk ion H^- (biloks H = -1). Hidrida-hidrida ionik merupakan zat padat yang tidak berwarna (putih), sukar menguap, dan membentuk kisi ionik seperti garam atau kristal yang berbentuk kubus, atas dasar inilah hidrida ini dikatakan hidrida salin. Hidrida ini juga membentuk ikatan berupa ikatan ionik. Dalam keadaan lebur terurai secara perlahan. Elektrolisis leburannya menghasilkan logam dan gas H₂.

Li⁺ + e → Li dan 2H^- → H­_{2 ­} + 2e

Reaksi hidrida ionik dengan air membentuk basa OH^- dan gas H₂, dengan amoniak membentuk amida NH­₂^- dan gas H₂, dengan CO₂ membentuk formiat HCOO^-, sedangkan dengan CO membentuk formiat dan karbon.

Contoh : LiH (Litium Hidrida), CaH₂ (Kalsium Hidrida), LiAlH₄ (Litium Tetrahidridaaluminat), NaBH₄ (Natrium Tetrahidroborat).

b)   Hidrida Molekuler (Kovalen)

Hidrogen membentuk senyawa hidrida kovalen dengan unsur-unsur nonlogam dan dengan logam elekropositif rendah pada golongan IVA, VA, VIA, dan VIIA atau dengan unsur blok p golongan 13-17 (kecuali Al, Bi dan Po) yang berikatan secara kovalen.

Molekul-molekul hidrida kovalen terikat dengan gaya van der waals lemah, oleh karena itu senyawa ini biasanya berupa gas, cairan, atau padatan dengan titik leleh dan titik didih rendah. Ke stabilan hidrida kovalen berkurang dari atas ke bawah dalam satu golongan.contoh : kestabilan NH₃ > PH₃ > AsH₃ > SbH₃ > BiH₃. Adapun contoh lain dari senyawa hidrida molekuler adalah CH₄, H₂O, HF, B₂H₆,SiH₄, dan H₂S.

c)    Hidrida Interstisi (Metalik)

Hidrida dengan logam-logam transisi blok d (kecuali Cr, Ni dan Pb) membentuk senyawa hidrida yang bersifat non-soikiometrik dan berikatan logam. Atom hidrogen yang sangat kecil dapat menembus rongga atau interstisi antara atom dalam kisi logam tanpa merusak struktur kristal logam semula. Jika hidrogen melarut dalam logam, sifat logam dapat berubah. Peristiwa ini disebut dengan penggetasan hidrogen.

Hidrida ini memiliki rumus umum MHx dimana x bukan bilangan bulat. Contoh senyawa dengan formula TiH_1,9. Sifat senyawa ini sangat kompleks yang disusun oleh (Ti⁴⁺)(H^-)_1,9(e^-)_2,1. Adanya elektron bebas inilah yang di duga memberikan sifat metalik dan tinginya hantaran jenis listrik senyawa yang bersangkutan. Sebagian jenis hidrida ini juga dapat dipreparasi melalui pemanasan logam dengan hidrogen dibawah tekanan tinggi.

Paladium Pd bereaksi dengan gas hidrogen pada suhu kamar, dan membentuk hidrida yang mempunyai komposisi PdHx (x < 1). Banyak hidrida logam yang menunjukkan sifat hantaran logam. LaNi5 adalah senyawa paduan antara lantanum dan nikel, yang dapat menampung sampai 6 atom hidrogen atoms per sel satuan dan berubah menjadi LaNi5H6. Paduan ini menjadi salah satu kandidat untuk digunakan sebagai bahan penyimpan hidrogen untuk pengembangan mobil berbahan hidrogen.

d)   Hidrida Peralihan

Logam Be, Mg, B, Al dan logam-logam transisi tertentu membentuk hidrida peralihan antara hidrida ionik dengan hidrida kovalen, tidak mudah menguap dan relatif tidak stabil. Termasuk dalam kelompok ini adalah BeH₂, MgH_2, BH₃, AlH₃, ZnH₂, CdH₂, HgH₂, dan CuH.

                             (Sumber : Buku Ajar Kimia Anorganik 1, Mukhtar Haris. Hal 28 – 30)

B. Senyawa Boron Hidrida dan Turunannya

         Boron adalah suatu unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang B dan nomor atom 5. Elemen metaloid trivalen, boron banyak terdapat pada batu borax. Ada dua alotrop batu boron; boron amorfus adalah serbuk coklat tetapi boron metalik berwarna hitam. Bentuk metaliknya keras (9,3 Moh) dan konduktor yang buruk dalam suhu ruang. Tidak pernah ditemukan bebas di alam dan bersifat nonmagnetik. Unsur yang berstruktur rhombohedral ini memiliki massa jenis pada suhu kamar 2,34 g/cm³ dengan titik didih (4200K) dan titik leleh (2349 K) yang tinggi. Sel satuan kristal boron mengandung 12, 50, atau 105 atom boron, dan satuan struktural ikosahedral B₁₂ terikat satu sama lain dengan ikatan 2 pusat 2 elektron (2c-2e) dan 3 pusat 2 elektron (3c-2e) (ikatan tuna elektron) antar atom boron. Boron bersifat sangat keras dan menunjukkan sifat semikonduktor.

                                                                                                Struktur Kristal boron dengan sel satuan ikosahedral

Kimia boran (boron hidrida) dimulai dengan riset oleh A. Stock yang dilaporkan pada periode 1912-1936. Walaupun boron terletak sebelum karbon dalam sistem periodik, hidrida boron sangat berbeda dari hidrokarbon. Struktur boron hidrida khususnya sangat tidak sesuai dengan harapan dan hanya dapat dijelaskan dengan konsep baru dalam ikatan kimia. Untuk kontribusinya dalam kimia anorganik boron hidrida, W. N. Lipscomb mendapatkan hadiah Nobel Kimia tahun 1976. Hadiah Nobel lain (1979) dianugerahkan ke H. C. Brown untuk penemuan dan pengembangan reaksi dalam sintesis yang disebut hidroborasi.

Karena berbagai kesukaran sehubungan dengan titik didih boran yang rendah, dan juga karena aktivitas, toksisitas, dan kesensitifannya pada udara, Stock mengembangkan metoda eksperimen baru untuk menangani senyawa ini dalam vakum. Dengan menggunakan teknik ini, ia mempreparasi enam boran B₂H₆ (diboran), B₄H₁₀ (Aracno-tetraboran(10)), B₅H₉ (Nido-pentaboran(10)), B₅H₁₁ (Aracno-pentaboran(11)), B₆H₁₀ (Nido-heksaboran(10)), dan B₁₀H₁₄ (Nido-dekaboran(14)) melalui reaksi magnesium bromide, MgB_2, dengan asam anorganik dan menentukan komposisinya. Namun, riset lanjutan ternyata diperlukan untuk menentukan strukturnya. Kini, metoda sintesis yang awalnya digunakan Stock menggunakan MgB₂ sebagai pereaksi hanya digunakan untuk mempreparasi B₆H₁₀. Karena reagen seperti litium tetrahidroborat, LiBH₄, dan natrium tetrahidroborat, NaBH₄, kini mudah didapat, dan diboran, B₂H₆, yang dipreparasi dengan reaksi 3LiBH₄ + 4 BF₃.OEt₂ → 2 B₂H₆ + 3 LiBF₄ + 4 Et₂O, juga mudah didapat, boran yang lebih tinggi disintesis dengan pirolisis diboran.

Hidrida boran yang paling sederhana adalah diboran (B₂H₆). Walaupun eksistansi BH₃ dikenal dalam fasa gas, namun keberadaannya bersifat tidak stabil dan cenderung menjadi dimer membentuk diboran (B₂H₆) yang lebih stabil. Diboran memiliki sifat fisik dan kimia sebagai berikut :

1.    Sifat-Sifat Fisik

ü Gas beracun dengan bau iritatif yang khas.

ü Gas tak berwarna

ü Titik didih -92,6^oC

ü Titik leleh -1649^oC

ü Entalpi pembentukan kecil +36 kj/mol

2.    Sifat-Sifat Kimia

ü Diboran bersifat reaktif karena dikelilingi oleh 6 elektron valensi sehingga untuk mengikuti aturan oktet ia berbagi elektron dengan ikatan B-H atom biasa lainnya membentuk ikatan 3c-3e B-H-B.

ü Diboran mempunyai harga Δ_fH^o positif yang kecil (+36 kj/mol). Bila bercampur dengan udara atau O₂ dapat menyebabkan kebakaran atau ledakan.

B₂H₆ + 3O₂ → B₂O₃ + 3H₂O Δ_fH^o = -2138 kj/mol

ü Diboran bereaksi dengan halogen membentuk boron halida, namun reaksi ini bersifat elektropositif dengan klorin sedangkan dengan bromin bereaksi dengan lambat.

ü Hidrida logam alkali bereaksi dengan B₂H₆ membentuk logam borohidrida.

B₂H₆ + 2NaH → 2NaBH₄

ü Diboron bereaksi dengan air akan terhidrolisis menjadi asm borat dan gas hidrogen.

B₂H₆ + 6H₂O → 2H₃BO₃ + 6H₂

ü Diboran beraksi dengan alkana membentuk alkil boran.

ü Diboran bereaksi dengan senyawa aromatik membentuk aril boran.

ü Diboran diperolah secara kuantitatif jika direaksikan dengan natrium boronhidrida dan BF_3.

3.    Cara Pembuatan

Metode dalam produksi senyawa diboran hidrida sebagian preparasinya melibatkan reaksi antara boron hidrida dengan boron halida ataun alkoksida.

ü Dalam skala industri sintesisnya melibatkan reaksi dari BF₃ dan NaH

2BF₃ + 6NaH → B₂H₆ + 6NaF

ü Dalam skala laboratorium ada dua metode untuk mensintesis diboran. Pertama reaksi antara boron triklorida dengan litium alumuniumhidrida.

4BCl₃ + 3LiAlH₄ → 2B₂H₆ + 3 LiAlCl₄

Dan yang kedua dari boron triflourida dalam larutan dengan sodium borohidrida.

4 BF₃ + 3NaBH₄ → 2B₂H₆ + 3NaBF₄

Kedua reaksi tersebut menghasilkan hampir 30% diboran. Oksidasi dari boron hidrida telah dilakukan dalam preparasi skala kecil :

2NaBH₄ + I₂ → 2NaI + B₂H₆ + H₂

Mg₃B₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + B₂H₆

(Sumber : Buku Teks Kimia Anorganik Online, Ismunandar. Hal 59 – 60 dan Buku Ajar Kimia Anorganik, Caterine. Bab 5.1.3)

4.    Jenis Ikatan

Teori baru diusulkan untuk menjelaskan ikatan dalam diboran, B₂H₆.  Walaupun struktur yang hampir benar, yakni yang mengandung jembatan hidrogen, telah diusulkan tahun 1912, banyak kimiawan lebih suka struktur mirip etana, H₃B-BH₃, dengan mengambil analoginya dengan hidrokarbon.  Namun, H. C. Longuet-Higgins mengusulkan konsep ikatan tuna elektron 3-pusat 2-elektron 3-center 2-bond (ikatan 3c-2e bond) dan bahwa strukturnya memang benar seperti dibuktikan dengan difraksi elektron tahun 1951

Ikatan yang terdapat pada struktur diboran (B₂H₆) adalah ikatan tuna elektron. Ikatan tuna elektron disebut juga dengan ikatan 3-pusat-2-elektron yang merupakan sejenis ikatan kimia yang kurang elektron, dimana 3 atom saling berbagi 2 elektron. Kombinasi 3 orbital atom membentuk satu orbital ikat, satu orbital anti ikat dan satu orbital non ikat. Dua elektron berada pada orbital ikat menghasilkan efek ikatan secara keseluruhan dan merupakan ikatan kimia yang mengikat tiga atom tersebut. Ikatan tuna elektron yang ada pada struktur senyawa diboran yaitu B-H-B dapat terjadi dimulai dengan dua satuan BH₂, terdapat ikatan-ikatan B:H biasa yang terbentuk oleh orbital-orbital hibrida sp_­³ pada atom B. Bila kedua satuan BH₂ dipertemukan maka akan membentuk set atom-atom H₂B . . . BH₂ koplanar, orbital –orbital hibrida sp³ lainnya pada setiap atom B mengarah ke sesamanya, yang membentuk orbital non ikatan yang merupakan orbital yang tidak memiliki tanda dari dua orbital sp³ yang tidak sefase sehingga tidak dapat menghasilkan pertindihan dengan atom H orbital 1s manapun. Kemudian kedua atom H yang tersisa akan masuk kedalam sela-sela orbital non ikatan yang membentuk orbital anti ikatan yang merupakan orbital yang memiliki simpul antara setiap pasang atom yang berdekatan. Sehingga kedua atom H pada orbital 1s akan bertindih dengan dua orbital sp³ atom B yang membentuk orbital iakatan B-H-B.

(Sumber : Kimia Anorganik Dasar, Cotton dan Wilkinson. Hal 91-92)

Struktur ini juga telah dielusidasi dengan difraksi elektron, analisis struktur kristal tunggal sinar-X, spektroskopi inframerah, dsb, dan memang boran terbukti mengandung ikatan 3c-2e B-H-B dan B-B-B.

Selain ikatan kovalen biasa 2c-2e B-H dan B-B. Struktur semacam ini dapat ditangani dengan sangat memuaskan dengan teori orbital molekul. Boran diklasifikasikan menjadi closo, nido, arachno, dsb. sesuai dengan struktur kerangka atom boron.

Tidak hanya diboran, boran yang lebih tinggi juga merupakan senyawa yang tuna elektron yang sukar dijelaskan dengan struktur Lewis yang berbasiskan ikatan kovalen 2c -2e.

K. Wade merangkumkan hubungan jumlah elektron yang digunakan untuk ikatan kerangka dan struktur boran dan mengusulkan aturan empiris yang disebut aturan Wade.  Menurut aturan ini, bila jumlah atom boron n, jumlah elektron valensi kerangkanya 2(n+1) didapatkan jenis closo, 2(n+2) untuk jenis nido, dan 2(n+3) untuk jenis arachno.  Hubungan antara struktur kerangka dan jumlah elektron valensi adalah masalah penting dalam senyawa kluster logam transisi, dan aturan Wade telah memainkan peranan yang signifikan dalam memajukan pengetahuan di bidang struktur senyawa kluster ini.

1.    Penentuan Struktur Boron berdasarkan Metode Semitopologi

Ikatan tuna elektron yang memiliki 3-pusat-2-elektron dari seyawa diboran dapat diketahui berdasarkan metode semitopologi yang dicetuskan lipscomb. Berikut merupakan penentuan struktur berdasarkan metode semitopologi Lipscomb.

Rumus umum: [B_bH_h]^q

1.    Jumlah total e^- valensi harus 2 kali jumlah ikatan 2c-2e dan 3c-2e. Jika α, β, dan q masing-masing adalah 2c-2e, 3c-2e, dan muatan molekul, maka berlaku :

α + β = 1/2 (3b + h - q)

2.    Setiap atom boron harus menggunakan 4 orbital dan memenuhi kaidah oktet.

2α + 3β = 4b + h

3.    Semua struktur dan ikatan harus konsisten dari fakta empirik (hasil percobaan)

α =  1/2 (b + h – 3q)

β = b + q

a)   Penentuan Struktur B₂H₆

Diketahui :    b = 2

h = 6

q = 0

Maka, α =1/2  (b + h – 3q) β = b + q

= 1/2 (2 + 6 – 3.0) = 2 + 0

= 4 (ikatan 2c-2e) = 2 (ikatan 3c

Struktur diboron

B₂H₆ memiliki jenis ikatan berupa ikatan 3-pusat 2-elektron (3c-2e) yang disebut juga sebagai ikatan tuna elektron yang merupakan sejenis ikatan kimia kurang elektron, dimana tiga atom saling berbagi dua elektron. Kombinasi tiga orbital atom membentuk satu orbital ikat, satu orbital anti ikat, dan satu orbital non ikat. Dimana dalam hal ini, boron dikelilingi oleh enam elektron valensi sehingga membentuk oktet dan berbagi elektron dengan ikatan B-H atom boron lainnya membentuk ikatan 3-pusat 2-elektron B-H-B, dengan dua atom H menjembatani dua atom B dengan sisa dua atom H merupakan ikatan B-H biasa. Struktur senyawa diboran ini memiliki 4 α (ikatan 2c-2e) dan 2 β (ikatan 3c-2e).

a)   Penentuan Struktur B₆H₆^2-

Diketahui :    b = 6

h = 6

q = -2

Maka, α = 1/2(b + h – 3q) β = b + q

= 1/2(6 + 6 – 3.(-2)) = 6 + (-2)

= 9 (ikatan 2c-2e) = 4 (ikatan 3c-2e)

Struktur closa-boran [B₆H₆^2-]

B₆H₆^2- memiliki struktur closo-boran dengan rumus umum [B_nH_n]^2-, dimana struktur ini merupakan struktur polihedral tutup dan tidak mengandung ikatan B-H-B. Struktur closo-boran B₆H₆^2- ini memiliki 9 α (ikatan 2c-2e) dan 4 β (ikatan 3c-2e).

a)   Penentuan Struktur B₅H₉

Diketahui :    b = 5

h = 9

q = 0

Maka, α = 1/2 (b + h – 3q) β = b + q

= 1/2(5 + 9 – 3.0) = 5 + 0

= 7 (ikatan 2c-2e) = 5 (ikatan 3c-2e)

Struktur nido-boran [B₅H₉]

B₅H₉ memiliki struktur nido-boran dengan rumus umum [B_nH_n+4], dimana struktur ini membentuk ikatan B-B, B-B-B, dan B-H-B, dan kehilangan sudut poliheral closo-boran. Struktur nido-boran B₅H₉ini memiliki 7 α (ikatan 2c-2e) dan 5 β (ikatan 3c-2e).

b)   Penentuan Struktur B₄H₁₀

Diketahui :    b = 4

h = 10

q = 0

Maka, α = 1/2(b + h – 3q) β = b + q

= 1/2(4 + 10 – 3.0) = 4+ 0

= 7 (ikatan 2c-2e) = 4 (ikatan 3c-2e)

Struktur arachno-boran [B₄H₁₀]

B₄H₁₀ memiliki struktur arachno-boran dengan rumus umum [B_nH_n+6], dimana struktur ini kehilangan dua sudut dari tipe closo-boran dan membentuk struktur yang lebih terbuka yang dibangun oleh ikatan B-B, B-B-B, dan B-H-B. Struktur arachno-boran B₄H₁₀ ini memiliki 7 α (ikatan 2c-2e) dan 4 β (ikatan 3c-2e).

c)    Penentuan Struktur B₁₂H₁₂^2-

Diketahui :    b = 12

h = 12

q = -2

Maka, α = 1/2(b + h – 3q) β = b + q

= 1/2(12 + 12 – 3.(-2)) = 12+ (-2)

= 15 (ikatan 2c-2e) = 10 (ikatan 3c-2e)

Struktur closo-boran [B₁₂H₁₂^2-]

B₁₂H₁₂^2- memiliki struktur closo-boran dengan rumus umum [B_nH_n]^2-, dimana struktur ini merupakan struktur polihedral tutup dan tidak mengandung ikatan B-H-B. Struktur closo-boranB₁₂H₁₂^2- ini memiliki 15 α (ikatan 2c-2e) dan 10 β (ikatan 3c-2e).

A.  Referensi

http://sulpahmiami.blogspot.com/2013/07/senyawa-boron-hidrida.html, diakses, selasa 09 Juli 2013

http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/kimia-unsur-non-logam/boron-2/, diakses, selasa 09 Juli 2013