AIR – Internet - 2013
Bismillaahirrohmaanirrohiim
Air adalah senyawa
yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di Bumi,[1][2][3] tetapi tidak
di planet lain.[4]
Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer
kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi.[5] Air sebagian
besar terdapat di laut
(air asin)
dan pada lapisan-lapisan es (di kutub dan puncak-puncak gunung), akan tetapi
juga dapat hadir sebagai awan, hujan,
sungai, muka air tawar, danau, uap air, dan lautan es. Air dalam obyek-obyek
tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air,
yaitu: melalui penguapan, hujan, dan aliran air di atas permukaan tanah (runoff,
meliputi mata
air, sungai,
muara) menuju laut. Air bersih
penting bagi kehidupan manusia.
Di banyak tempat
di dunia terjadi kekurangan persediaan air. Selain di Bumi, sejumlah besar air
juga diperkirakan terdapat pada kutub utara dan selatan planet Mars, serta pada
bulan-bulan Europa
dan Enceladus.
Air dapat berwujud padatan
(es), cairan (air)
dan gas (uap air). Air
merupakan satu-satunya zat yang secara alami terdapat di permukaan Bumi dalam
ketiga wujudnya tersebut.[6] Pengelolaan
sumber daya air yang kurang baik dapat menyebakan kekurangan air, monopolisasi
serta privatisasi dan bahkan menyulut konflik. [7] Indonesia
telah memiliki undang-undang yang mengatur sumber daya air sejak tahun 2004,
yakni Undang Undang nomor 7 tahun 2004 tentang Sumber Daya Air
Daftar isi
|
Sifat-sifat kimia dan fisika
Informasi dan sifat-sifat
|
|
air
|
|
Nama
alternatif
|
aqua,
dihidrogen monoksida,
Hidrogen hidroksida |
H2O
|
|
18.0153 g/mol
|
|
0.998 g/cm³ (cariran pada
20 °C)
0.92 g/cm³ (padatan) |
|
100 °C
(373.15 K) (212 °F)
|
|
4184 J/(kg·K)
(cairan pada
20 °C)
|
|
Artikel utama: Air (molekul)
Air adalah
substansi kimia dengan rumus kimia H2O: satu molekul air
tersusun atas dua atom
hidrogen
yang terikat secara kovalen pada satu atom oksigen. Air
bersifat tidak berwarna,
tidak berasa dan
tidak berbau pada
kondisi standar, yaitu pada tekanan 100 kPa (1 bar) and temperatur
273,15 K (0 °C). Zat kimia ini merupakan suatu pelarut yang
penting, yang memiliki kemampuan untuk melarutkan banyak zat kimia lainnya,
seperti garam-garam, gula, asam, beberapa jenis gas dan banyak macam molekul
organik.
Keadaan air
yang berbentuk cair merupakan suatu keadaan yang tidak umum dalam kondisi
normal, terlebih lagi dengan memperhatikan hubungan antara hidrida-hidrida lain
yang mirip dalam kolom oksigen pada tabel
periodik, yang mengisyaratkan bahwa air seharusnya berbentuk gas,
sebagaimana hidrogen sulfida. Dengan memperhatikan tabel
periodik, terlihat bahwa unsur-unsur yang mengelilingi oksigen adalah nitrogen, flor, dan fosfor, sulfur dan klor. Semua
elemen-elemen ini apabila berikatan dengan hidrogen akan menghasilkan gas pada
temperatur dan tekanan normal. Alasan mengapa hidrogen berikatan dengan oksigen
membentuk fase berkeadaan cair, adalah karena oksigen lebih bersifat
elektronegatif ketimbang elemen-elemen lain tersebut (kecuali flor).
Tarikan atom
oksigen pada elektron-elektron ikatan jauh lebih kuat dari pada yang dilakukan
oleh atom hidrogen, meninggalkan jumlah muatan positif pada kedua atom
hidrogen, dan jumlah muatan negatif pada atom oksigen. Adanya muatan pada
tiap-tiap atom tersebut membuat molekul air memiliki sejumlah momen dipol. Gaya tarik-menarik
listrik antar molekul-molekul air akibat adanya dipol ini membuat masing-masing
molekul saling berdekatan, membuatnya sulit untuk dipisahkan dan yang pada
akhirnya menaikkan titik didih air. Gaya tarik-menarik ini disebut sebagai ikatan
hidrogen.
Air sering
disebut sebagai pelarut universal karena air melarutkan banyak zat kimia.
Air berada dalam kesetimbangan dinamis antara fase cair dan padat di bawah
tekanan dan temperatur standar. Dalam bentuk ion, air dapat dideskripsikan
sebagai sebuah ion hidrogen (H+)
yang berasosiasi (berikatan) dengan sebuah ion hidroksida (OH-).
Tingginya
konsentrasi kapur
terlarut membuat warna air dari Air Terjun Havasu
terlihat berwarna turquoise.
Elektrolisis air
Artikel utama: Elektrolisis
air
Molekul air
dapat diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik. Proses
ini disebut elektrolisis air. Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan
menangkap dua elektron,
tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida (OH-).
Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2),
melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H+
dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa
molekul air. Reaksi keseluruhan yang setara dari elektrolisis air dapat
dituliskan sebagai berikut.
Gas hidrogen
dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektrode dan
dapat dikumpulkan. Prinsip ini kemudian dimanfaatkan untuk menghasilkan
hidrogen dan hidrogen peroksida (H2O2) yang dapat
digunakan sebagai bahan bakar kendaraan hidrogen.[8][9][10]
Kelarutan (solvasi)
Air adalah pelarut yang
kuat, melarutkan banyak jenis zat kimia. Zat-zat yang bercampur dan larut dengan baik
dalam air (misalnya garam-garam) disebut sebagai zat-zat "hidrofilik"
(pencinta air), dan zat-zat yang tidak mudah tercampur dengan air (misalnya lemak dan minyak), disebut
sebagai zat-zat "hidrofobik" (takut-air).
Kelarutan suatu zat dalam air ditentukan oleh dapat tidaknya zat tersebut
menandingi kekuatan gaya tarik-menarik listrik (gaya intermolekul dipol-dipol)
antara molekul-molekul air. Jika suatu zat tidak mampu menandingi gaya
tarik-menarik antar molekul air, molekul-molekul zat tersebut tidak larut dan
akan mengendap dalam air.
Butir-butir embun menempel pada jaring laba-laba.
Kohesi dan adhesi
Air menempel
pada sesamanya (kohesi)
karena air bersifat polar. Air memiliki sejumlah muatan parsial negatif (σ-)
dekat atom oksigen akibat
pasangan elektron yang (hampir) tidak digunakan bersama, dan sejumlah muatan
parsial positif (σ+) dekat atom oksigen. Dalam air hal ini terjadi karena atom
oksigen bersifat lebih elektronegatif dibandingkan atom hidrogen—yang
berarti, ia (atom oksigen) memiliki lebih "kekuatan
tarik" pada elektron-elektron yang dimiliki bersama dalam molekul,
menarik elektron-elektron lebih dekat ke arahnya (juga berarti menarik muatan
negatif elektron-elektron tersebut) dan membuat daerah di sekitar atom oksigen
bermuatan lebih negatif ketimbang daerah-daerah di sekitar kedua atom hidrogen.
Air memiliki
pula sifat adhesi
yang tinggi disebabkan oleh sifat alami ke-polar-annya.
Tegangan permukaan
Bunga daisy
ini berada di bawah permukaan air, akan tetapi dapat mekar dengan tanpa
terganggu. Tegangan permukaan mencegah air untuk menenggelamkan bunga tersebut.
Air memiliki tegangan permukaan yang besar yang disebabkan
oleh kuatnya sifat kohesi antar molekul-molekul air. Hal ini dapat diamati saat
sejumlah kecil air ditempatkan dalam sebuah permukaan yang tak dapat terbasahi
atau terlarutkan (non-soluble); air tersebut akan berkumpul sebagai
sebuah tetesan. Di atas sebuah permukaan gelas yang amat bersih atau
bepermukaan amat halus air dapat membentuk suatu lapisan tipis (thin film)
karena gaya tarik molekular antara gelas dan molekul air (gaya adhesi) lebih
kuat ketimbang gaya kohesi antar molekul air.
Dalam sel-sel
biologi dan organel-organel, air bersentuhan dengan membran dan permukaan
protein yang bersifat hidrofilik; yaitu, permukaan-permukaan yang memiliki
ketertarikan kuat terhadap air. Irvin Langmuir mengamati
suatu gaya tolak yang kuat antar permukaan-permukaan hidrofilik. Untuk
melakukan dehidrasi suatu permukaan hidrofilik — dalam arti melepaskan lapisan
yang terikat dengan kuat dari hidrasi air — perlu dilakukan kerja
sungguh-sungguh melawan gaya-gaya ini, yang disebut gaya-gaya hidrasi.
Gaya-gaya tersebut amat besar nilainya akan tetapi meluruh dengan cepat dalam
rentang nanometer atau lebih kecil. Pentingnya gaya-gaya ini dalam biologi
telah dipelajari secara ekstensif oleh V. Adrian Parsegian
dari National
Institute of Health.[11] Gaya-gaya
ini penting terutama saat sel-sel terdehidrasi saat bersentuhan langsung dengan
ruang luar yang kering atau pendinginan di luar sel (extracellular freezing).
Air dalam kehidupan
Kehidupan di
dalam laut.
Dari sudut
pandang biologi,
air memiliki sifat-sifat yang penting untuk adanya kehidupan. Air dapat
memunculkan reaksi yang dapat membuat senyawa organic untuk
melakukan replikasi.
Semua makhluk hidup yang diketahui memiliki ketergantungan terhadap air. Air
merupakan zat pelarut
yang penting untuk makhluk hidup dan adalah bagian penting dalam proses metabolisme.
Air juga dibutuhkan dalam fotosintesis dan respirasi.
Fotosintesis menggunakan cahaya matahari untuk memisahkan atom hidroden dengan
oksigen. Hidrogen akan digunakan untuk membentuk glukosa dan
oksigen akan dilepas ke udara.
Makhluk air
Artikel utama: Hidrobiologi
Perairan Bumi
dipenuhi dengan berbagai macam kehidupan. Semua makhluk hidup pertama di Bumi
ini berasal dari perairan. Hampir semua ikan hidup di dalam
air, selain itu, mamalia
seperi lumba-lumba
dan ikan
paus juga hidup di dalam air. Hewan-hewan seperti amfibi menghabiskan
sebagian hidupnya di dalam air. Bahkan, beberapa reptil seperti ular dan buaya hidup di
perairan dangkal dan lautan. Tumbuhan laut seperti alga dan rumput laut
menjadi sumber makanan ekosistem perairan. Di samudera, plankton
menjadi sumber makanan utama para ikan.
Air dan manusia
Peradaban
manusia berjaya mengikuti sumber air. Mesopotamia
yang disebut sebagai awal peradaban berada di antara sungai Tigris dan Euphrates. Peradaban Mesir Kuno
bergantung pada sungai Nil. Pusat-pusat manusia yang besar seperti Rotterdam, London, Montreal, Paris, New
York City, Shanghai,
Tokyo, Chicago, dan Hong Kong
mendapatkan kejayaannya sebagian dikarenakan adanya kemudahan akses melalui
perairan.
Air minum
Air yang
diminum dari botol.
Artikel utama: Air minum
Tubuh manusia terdiri
dari 55% sampai 78% air, tergantung dari ukuran badan.[12] Agar dapat
berfungsi dengan baik, tubuh manusia membutuhkan antara satu sampai tujuh liter air setiap hari
untuk menghindari dehidrasi; jumlah pastinya bergantung pada tingkat
aktivitas, suhu, kelembaban,
dan beberapa faktor lainnya. Selain dari air minum, manusia mendapatkan cairan
dari makanan dan minuman lain selain air. Sebagian besar orang percaya bahwa
manusia membutuhkan 8–10 gelas (sekitar dua liter) per hari,[13] namun hasil
penelitian yang diterbitkan Universitas Pennsylvania pada tahun 2008 menunjukkan bahwa
konsumsi sejumlah 8 gelas tersebut tidak terbukti banyak membantu dalam
menyehatkan tubuh. [14]
Malah kadang-kadang untuk beberapa orang, jika meminum air lebih banyak atau
berlebihan dari yang dianjurkan dapat menyebabkan ketergantungan. Literatur
medis lainnya menyarankan konsumsi satu liter air per hari, dengan tambahan
bila berolahraga atau pada cuaca yang panas.[15]
Pelarut
Pelarut
digunakan sehari-hari untuk mencuci, contohnya mencuci tubuh
manusia, pakaian,
lantai, mobil,
makanan, dan hewan. Selain itu, limbah rumah tangga
juga dibawa oleh air melalui saluran pembuangan. Pada negara-negara industri,
sebagian besar air terpakai sebagai pelarut.
Air dapat
memfasilitasi proses biologi yang melarutkan limbah. Mikroorganisme
yang ada di dalam air dapat membantu memecah limbah menjadi zat-zat dengan
tingkat polusi
yang lebih rendah.
Zona biologis
Air merupakan
cairan singular, oleh karena kapasitasnya untuk membentuk jaringan molekul 3
dimensi dengan ikatan hidrogen yang mutual. Hal ini disebabkan
karena setiap molekul air mempunyai 4 muatan fraksional dengan arah tetrahedron, 2 muatan positif
dari kedua atom hidrogen dan dua muatan negatif dari atom oksigen.[16] Akibatnya,
setiap molekul air dapat membentuk 4 ikatan hidrogen dengan molekul
disekitarnya. Sebagai contoh, sebuah atom hidrogen yang terletak di antara dua
atom oksigen, akan membentuk satu ikatan
kovalen dengan satu atom oksigen dan satu ikatan hidrogen dengan atom
oksigen lainnya, seperti yang terjadi pada es. Perubahan densitas
molekul air akan berpengaruh pada kemampuannya untuk melarutkan partikel. Oleh
karena sifat muatan fraksional molekul, pada umumnya, air merupakan zat pelarut
yang baik untuk partikel bermuatan atau ion, namun tidak bagi senyawa
hidrokarbon.
Konsep tentang sel
sebagai larutan
yang terbalut membran, pertama kali dipelajari oleh ilmuwan Rusia bernama Troschin pada tahun 1956. Pada monografnya, Problems
of Cell Permeability, tesis Troschin mengatakan bahwa partisi larutan yang terjadi
antara lingkungan intraselular dan ekstraselular tidak hanya ditentukan oleh permeabilitas membran, namun
terjadi akumulasi larutan tertentu di dalam protoplasma, sehingga membentuk
larutan gel yang berbeda dengan air murni.
Pada tahun
1962, Ling melalui monografnya, A
physical theory of the living state, mengutarakan bahwa air yang terkandung
di dalam sel mengalami polarisasi menjadi lapisan-lapisan yang menyelimuti
permukaan protein
dan merupakan pelarut yang buruk bagi ion. Ion K+ diserap oleh sel normal, sebab gugus
karboksil
dari protein cenderung untuk menarik K+ daripada ion Na+.
Teori ini, dikenal sebagai hipotesis
induksi-asosiasi juga mengutarakan tidak adanya pompa kation, ATPase, yang terikat pada membran
sel, dan distribusi semua larutan ditentukan oleh kombinasi dari gaya tarik
menarik antara masing-masing protein dengan modifikasi sifat larutan air dalam
sel. Hasil dari pengukuran NMR memang
menunjukkan penurunan mobilitas air di dalam sel namun
dengan cepat terdifusi
dengan molekul
air normal. Hal ini kemudian dikenal sebagai model two-fraction,
fast-exchange.
Keberadaan
pompa kation yang digerakkan oleh ATP pada membran sel, terus menjadi bahan
perdebatan, sejalan dengan perdebatan tentang karakteristik cairan di dalam
sitoplasma dan air normal pada umumnya. Argumentasi terkuat yang menentang
teori mengenai jenis air yang khusus di dalam sel, berasal dari kalangan ahli
kimiawan fisis. Mereka berpendapat bahwa air di dalam sel tidak mungkin berbeda
dengan air normal, sehingga perubahan struktur dan karakter air intraselular
juga akan dialami dengan air ekstraselular. Pendapat ini didasarkan pada
pemikiran bahwa, meskipun jika pompa kation benar ada terikat pada membran sel,
pompa tersebut hanya menciptakan kesetimbangan osmotik selular yang memisahkan
satu larutan dari larutan lain, namun tidak bagi air. Air dikatakan memiliki
kesetimbangan sendiri yang tidak dapat dibatasi oleh membran sel.
Para ahli lain
yang berpendapat bahwa air di dalam sel sangat berbeda dengan air pada umumnya.
Air yang menjadi tidak bebas bergerak oleh karena pengaruh permukaan ionik,
disebut sebagai air berikat (bahasa
Inggris: bound water), sedangkan air diluar jangkauan pengaruh ion
tersebut disebut air bebas (bahasa
Inggris: bulk water).
Air berikat
dapat segera melarutkan ion, oleh karena tiap jenis ion akan segera tertarik
oleh masing-masing muatan fraksional molekul air, sehingga kation dan anion
dapat berada berdekatan tanpa harus membentuk garam. Ion lebih mudah terhidrasi oleh air yang reaktif,
padat dengan ikatan lemah, daripada air inert tidak padat dengan daya ikat
kuat. Hal ini menciptakan zona air, sebagai contoh, kation kecil yang sangat
terhidrasi akan cenderung terakumulasi pada fase air yang lebih padat,
sedangkan kation yang lebih besar akan cenderung terakumulasi pada fase air
yang lebih renggang, dan menciptakan partisi ion seperti serial Hofmeister
sebagai berikut:
Mg2+ > Ca2+
> H+ >> Na+
NH+ > Cs+ >
Rb+ > K+
ATP3- >> ATP2-
= ADP2- = HPO42-
I- > Br- >
Cl- > H2PO4-
catatan
- densitas air berikat semakin tinggi ke arah kanan.
Interaksi
antara molekul
air berikat dan gugus ionik diasumsikan terjadi pada rentang jarak yang pendek,
sehingga atom hidrogen
terorientasi ke arah anion
dan menghambat interaksi antara populasi air berikat dengan air bebas.
Orientasi molekul air berikat semakin terbatas permukaan molekul polielektrolit bermuatan
negatif antara lain DNA, RNA,
asam hialorunat, kondroitin sulfat, dan
jenis biopolimer bermuatan lain. Energi elektrostatik antara molekul biopolimer bermuatan sama
yang berdesakan akan menciptakan gaya hidrasi yang mendorong molekul air
bebas keluar dari dalam sitoplasma.
Pada umumnya,
konsenstrasi larutan polielektrolit yang cukup tinggi akan membentuk gel. Misalnya gel agarose
atau gel dari asam hialuronat yang mengandung 99,9% air dari total berat gel.
Tertahannya molekul air di dalam struktur kristal gel merupakan salah satu
contoh kecenderungan alami setiap komponen dari suatu sistem untuk bercampur
dengan merata. Molekul air dapat terlepas dari gel sebagai respon dari tekanan
udara, peningkatan suhu atau melalui mekanisme penguapan,
namun dengan turunnya rasio kandungan air, daya ikat ionik yang terjadi antara
molekul zat terlarut yang menahan molekul air akan semakin kuat.
Meskipun
demikian, pendekatan ionik seperti ini masih belum dapat menjelaskan beberapa
fenomena anomali larutan seperti,
- perbedaan sifat air di dalam sitoplasma oosit hewan katak dengan air di dalam inti sel dan air normal
- turunnya koefisien difusi air di dalam Artemia cyst dibandingkan dengan koefisien air yang sama pada gel agarose dan air normal
- lebih rendahnya densitas air pada Artemia cyst dibandingkan air normal pada suhu yang sama
- anomali trimetilamina oksida pada jaringan otot
- kedua kandungan air normal, dan air dengan koefisien partisi 1,5 yang dimiliki mitokondria pada suhu 0-4 °C
Fenomena
anomali larutan ini dianggap terjadi pada rentang jarak jauh yang berada di
luar domain pendekatan ionik.
Energi pada
molekul air menjadi tinggi ketika ikatan hidrogen yang dimiliki menjadi tidak
maksimal, seperti saat molekul air berada dekat dengan permukaan atau gugus
hidrokarbon. Senyawa hidrokarbon kemudian disebut bersifat hidrofobik sebab tidak
membentuk ikatan hidrogen dengan molekul air. Daya ikat hidrogen pada kondisi
ini akan menembus beberapa zona air dan partisi ion, sehingga dikatakan bahwa
sebagai karakter air pada rentang jarak jauh. Pada rentang ini, molekul garam seperti Na2SO4,
sodium
asetat dan sodium fosfat akan memiliki
kecenderungan untuk terurai menjadi kation Na+ dan anionnya.
Air dalam kesenian
"Ombak
Besar Lepas Pantai Kanagawa." oleh Katsushika Hokusai, lukisan yang sering
digunakan sebagai pelukisan sebuah tsunami.
Artikel utama: Air dalam kesenian
Dalam seni air dipelajari
dengan cara yang berbeda, ia disajikan sebagai suatu elemen langsung, tidak
langsung ataupun hanya sebagai simbol. Dengan didukung kemajuan teknologi
fungsi dan pemanfaatan air dalam seni mulai berubah, dari tadinya pelengkap ia
mulai merambat menjadi obyek utama. Contoh seni yang terakhir ini, misalnya
seni aliran atau tetesan (sculpture liquid atau droplet art).[17]
Seni lukis
Pada zaman Renaisans dan
sesudahnya air direpresentasikan lebih realistis. Banyak artis menggambarkan air
dalam bentuk pergerakan - sebuah aliran air atau sungai, sebuah lautan yang turbulensi, atau bahkan air terjun
- akan tetapi banyak juga dari mereka yang senang dengan obyek-obyek air yang
tenang, diam - danau, sungai yang hampir tak mengalir, dan permukaan laut yang
tak berombak. Dalam setiap kasus ini, air menentukan suasana (mood)
keseluruhan dari karya seni tersebut,[18] seperti
misalnya dalam Birth of Venus (1486) karya Botticelli[19] dan The
Water Lilies (1897)
karya Monet.[20]
Rivermasterz,
memanfaatkan air sebagai elemen dalam foto.
Fotografi
Sejalan dengan
kemajuan teknologi
dalam seni, air
mulai mengambil tempat dalam bidang seni lain, misalnya dalam fotografi.
walaupun ada air tidak memiliki arti khusus di sini dan hanya berperan sebagai
elemen pelengkap, akan tetapi ia dapat digunakan dalam hampir semua cabang
fotografi: mulai dari fasion sampai landsekap. Memotret air sebagai
elemen dalam obyek membutuhkan penanganan khusus, mulai dari filter circular
polarizer yang berguna menghilangkan refleksi,
sampai pemanfaatan teknik long exposure, suatu teknik fotografi yang
mengandalkan bukaan rana lambat untuk menciptakan efek lembut (soft)
pada permukaan air.[21]
Seni tetesan air
Artikel utama untuk bagian ini adalah: Seni tetesan air
Keindahan
tetesan air yang memecah permukaan air yang berada di bawahnya diabadikan
dengan berbagai sentuhan teknik dan rasa menjadikannya suatu karya seni yang
indah, seperti yang disajikan oleh Martin Waugh dalam karyanya Liquid
Sculpture, suatu antologi yang telah mendunia.[22]
Seni tetesan
air tidak berhenti sampai di sini, dengan pemanfaatan teknik pengaturan
terhadap jatuhnya tetesan air yang malar, mereka dapat diubah sedemikian rupa
sehingga tetesan-tetesan tersebut sebagai satu kesatuan berfungsi sebagai suatu
penampil (viewer) seperti halnya tampilan
komputer. Dengan mengatur-atur ukuran dan jumlah tetesan yang akan
dilewatkan, dapat sebuah gambar ditampilkan oleh tetesan-tetesan air yang
jatuh. Sayangnya gambar ini hanya bersifat sementara, sampai titik yang
dimaksud jatuh mencapai bagian bawah penampil.[23]
Komersialisasi karya jenis ini pun dalam bentuk resolusi yang lebih kasar telah
banyak dilakukan.[24][25]
Rujukan
Tidak ada komentar:
Posting Komentar