KIMIA LINGKUNGAN: REMEDIASI AIR TANAH

Pemulihan air tanah ialah proses yang digunakan untuk menghilangkan polusi dari air tanah. Air tanah ialah air yang terdapat di bawah permukaan tanah yang menjenuhkan ruang pori-pori di subpermukaan. Setidaknya satu-setengah dari populasi Amerika Serikat bergantung pada air tanah sebagai sumber air minum.

Air tanah juga digunakan oleh petani untuk mengairi persawahan dan oleh industri untuk menghasilkan barang setiap hari. Umumnya air tanah bersih, tetapi air tanah dapat menjadi tercemar, atau terkontaminasi sebagai akibat dari aktivitas manusia atau sebagai akibat dari kondisi alami. Banyak dan kegiatan manusia yang berbeda menghasilkan bahan-bahan limbah dan hasil-samping yang tak terhitung jumlahnya; sebelum 1980-an, peraturan dari limbah ini kurang tegas dan bahan limbah sering dibuang atau disimpan di atas permukaan tanah di mana mereka tersaring ke dalam dasar tanah dan padahal terbawa ke bawah, yang mengontaminasi lapisan air tanah dan oleh karena itu  membahayakan mutu alami air tersebut. Akibatnya, air tanah yang terkontaminasi menjadi tidak sesuai untuk digunakan.  Praktek terbaru masih dapat berdampak pada air tanah, seperti pemakaian pupuk atau pestisida yang berlebihan, tumpahan dari operasi industri, infiltrasi dari  aliran permukaan perkotaan, dan rembesan dari tempat pembuangan akhir.

Menggunakan air tanah yang terkontaminasi menyebabkan bahaya untuk kesehatan masyarakat melalui peracunan atau sebaran penyakit, dan praktek pemulihan air tanah telah dikembangkan untuk menunjuk isu ini. Kontaminan ditemukan dalam air tanah yang mencakup banyak parameter: fisika, zat kimia anorganik, zat kimia organik, bakteriologi, dan radioaktif. Polutan dan kontaminan dapat dihilangkan dari air tanah dengan mengaplikasikan berbagai teknik sehingga membuat air tanah aman digunakan.

Teknik Pemulihan

Teknik pemulihan air tanah dapat dilakukan dengan teknologi pengolahan biologis, kimia dan fisika. Kebanyakan teknik pengolahan air tanah menggunakan kombinasi teknologi.  Sebagian dari teknik perlakuan biologis termasuk bioaugmentasi, bioventing, biosparging, bioslurping, dan fitoremediasi. Beberapa teknik perlakuan kimia meliputi injeksi ozon dan gas oksigen, pengendapan kimia, pemisahan membran, penukar ion, penyerapan karbon, oksidasi kimia air, dan surfactant enhanced recovery. Teknik perlakuan fisika meliputi, tetapi tidak terbatas pada, pompa dan olah,  air sparging, dan dual phase extraction.

Teknologi Pengolahan Biologis

Bioaugmentasi

Bila satu studi treatability tidak menunjukkan degradasi (atau satu periode laboratorium dilanjutkan sebelum degradasi yang signifikan dicapai) dengan kontaminasi yang terkandung di dalam air tanah, maka inokulasi dengan strain yang diketahui mampu mengurai kontaminan-kontaminan mungkin sangat membantu. Proses ini meningkatkan konsentrasi enzim reaktif di dalam sistem bioremediasi dan selanjutnya mungkin laju degradasi kontaminan meningkat melalui laju nonaugmentasi, setidaknya pada awalnya setelah inokulasi.

Bioventing

Bioventing ialah sebuah teknologi remediasi setempat yang menggunakan mikroorganisme untuk biodegradasi konstituen-konstituen organik dalam air tanah. Bioventing meningkatkan aktivitas  bakteri asal dan mensimulasi biodegradasi in situ alami hidrokarbon dengan menginduksi  udara atau oksigen yang mengalir ke dalam zona tak jenuh dan, bila perlu, dengan penambahan zat hara. Selama bioventing, oksigen dapat disalurkan melalui injeksi udara langsung ke dalam kontaminasi sisa dalam tanah. Bioventing terutama membantu dalam degradasi sisa-sisa bahan bakar yang terserap, tetapi juga membantu dalam degradasi senyawa-senyawa organik volatil karena uap bergerak sangat lambat melalui tanah aktif secara biologis.

Biosparging

Biosparging ialah suatu teknologi remediasi in situ yang menggunakan mikroorganisme asal untuk mengurai konstituen-konstituen organik dalam zona terjenuhkan. Dalam biosparging, udara (atau oksigen) dan zat hara (bila dibutuhkan) diinjeksi ke dalam zona terjenuhkan itu untuk meningkatkan aktivitas biologis dari mikroorganisme asal. Biosparging dapat digunakan untuk mengurangi konsentrasi minyak bumi yang terlarut dalam air tanah, diserap pada tanah di bawah meja air, dan di dalam pinggiran kapiler.

Bioslurping

Unsur-unsur gabungan bioslurping dari bioventing dan pompa penguat vakum dari produk bebas yang lebih ringan dari air (cairan ringan fase non-udara) untuk menarik kembali produk-bebas dari air tanah dan tanah, dan untuk menyembuhkan tanah. Bioslurper system menggunakan sebuah tabung “slurp” yang memanjang ke dalam lapisan-produk bebas. Sama seperti sedotan di gelas yang menarik cair, pompa menarik cairan (termasuk produk bebas) dan gas tanah atas tabung dalam aliran proses yang sama. Pemompaan meninggalkan cairan ringan fase non-udara atau LNAPL, seperti minyak, dari atas meja air dan dari pinggiran kapiler (yaitu, daerah tepat di atas zona jenuh, dimana air diadakan di tempat oleh gaya kapiler). LNAPL dibawa ke permukaan, di mana ia terpisah dari air dan udara. Proses biologis dengan istilah “bioslurping” mengacu pada degradasi biologis aerob dari hidrokarbon pada saat udara dimasukkan ke dalam zona tak jenuh.

Fitoremediasi

Dalam proses fitoremediasi tumbuhan dan pohon tertentu ditanam yang akar-akarnya menyerap kontaminan-kontaminan dari air tanah sepanjang waktu, dan dipanen dan dihancurkan. Proses ini dapat dilakukan di daerah di mana akar dapat menekan air tanah. Beberapa contoh tanaman yang digunakan dalam proses ini ialah Chinese Ladder fern Pteris vittata, juga dikenal sebagai pakis rem, ialah suatu akumulator arsenik yang sangat efisien. Pohon kapas yang diubah secara genetik adalah penyerap yang baik merkuri dan tanaman sawi transgenik menyerap selenium dengan baik.

Hambatan reaktif permeabel

Beberapa jenis hambatan reaktif permeabel memanfaatkan organisme biologis untuk memulihkan air tanah.

Teknologi Perlakuan Kimia

Pengendapan kimia

Pengendapan kimia umumnya digunakan dalam pengolahan air limbah untuk menghilangkan kesadahan dan logam-logam berat. Pada umumnya, proses ini meliputi penambahan zat untuk aliran limbah cair dalam sebuah bejana reaksi berpengaduk, baik batch atau dengan aliran tetap. Kebanyakan logam dapat diubah menjadi senyawa-senyawa yang tidak larut melalui reaksi kimia antara zat dan ion-ion logam yang terlarut. Senyawa-senyawa yang tidak larut (mengendap) dihilangkan dengan mengendapkan dan/atau penyaringan.

Penukar ion

Penukar ion untuk remediasi air tanah hampir selalu dilakukan dengan melewatkan air ke bawah di bawah tekanan melalui fixed bed media granular (baik media pertukaran kation maupun media pertukaran anion) atau manik-manik bulat. Kation ditampilkan oleh kation-kation tertentu dari larutan dan ion-ion yang ditampilkan oleh anion tertentu dari larutan ini. Media penukaran ion paling sering digunakan untuk remediasi zeolit (baik alami maupun sintetik) dan resin sintetik.

Penyarapan karbon

Karbon aktif paling umum digunakan untuk remediasi yang berasal dari batubara bitumen. Karbon aktif menyerap senyawa-senyawa organik volatil dari air tanah melalui pengikatan mereka secara kimiawi dengan atom-atom karbon.

Oksidasi kimia

Dalam proses ini, disebut In Situ Chemical Oxidation (ISCO), oksidan kimia  yang dihantar ke bawah permukaan untuk menghancurkan (diubah menjadi air dan karbon dioksida atau menjadi zat-zat non-toksik) molekul-molekul organik.

Oksidan diperkenalakan baik sebagai cairan atau gas. Oksidan meliputi udara atau oksigen, ozon, dan zat-zat kimia cair tertentu seperti hidrogen peroksida, permanganat dan persulfat. Ozon dan gas oksigen dapat dihasilkan di tempat dari udara dan listrik dan disuntik langsung ke dalam tanah dan air tanah yang terkontaminasi. Proses ini berpotensi mengoksidasi dan/atau meningkatkan terjadinya degradasi aerob secara alami. Oksidasi kimia telah diakui sebagai satu teknik yang efektif untuk cairan kental fase non-air (Dense non-aqueous phase liquid, disingkat  DNAPL saat ia ada.

Surfactant enhanced recovery

Surfactant enhanced recovery meningkatkan mobilitas dan kelarutan kontaminan-kontaminan yang diserap oleh matrik tanah jenuh atau terdapat sebagai cairan kental fase non-air. Surfactant-enhanced recovery menyuntik surfaktan (zat aktif-permukaan yang merupakan bahan utama dalam sabun dan deterjen) ke dalam air tanah yang terkontaminasi. Satu sistem khusus yang menggunakan pompa ekstraksi untuk menghilangkan air tanah hilir dari titik injeksi. Air tanah yang diekstrak diolah di atas tanah untuk memisahkan surfaktan yang disuntikkan dari kontaminan dan air tanah. Sekali surfaktan telah terpisah dari air tanah surfaktan tersebut dapat digunakan lagi. Surfaktan yang digunakan tidak beracun, food-grade, dan biodegradabel, dapat terurai secara biologis. Surfactant enhanced recovery paling sering digunakan saat air tanah terkontaminasi oleh cairan kental fase non-air (DNAPL). Senyawa kental tersebut, seperti trikloro-etilena (TCE), tenggelam dalam air tanah karena mereka memiliki kerapatan lebih tinggi dari air. Mereka kemudian bbertindak sebagai sumber berkelanjutan untuk  contaminant plumes yang dapat meregang untuk bermil-mil dalam sebuah akuifer. Senyawa-senyawa tersebut dapat terurai secara biologis dengan sangat lambat. Mereka umumnya ditemukan di sekitar tumpahan asli atau rembesan di mana gaya kapiler telah menjebak mereka.

Hambatan reaktif permeabel

Beberapa hambatan reaktif permeabel menggunakan proses kimia untuk mencapai remediasi air tanah.

Satu tipe tertentu hambatan reaktif permeabel menggunakan silika yang diubah secara organik, yang berkemampuan ditanamkan ke dalam besi, yang disuntikkan in situ dalam rangka membentuk penghambat lunak yang permanen dalam tanah. Air disaring melalui penghalang ini, dan bahan silika menyerap toksin, seperti TCE. Deklorinasi besi pelarut dalam air tanah, sering mereduksi tingkat toksisitas di bawah batas yang dapat dilacak dengan tidak ada produk-produk beracun, tidak ada penghilangan limbah padat, dan tidak ada polusi udara. Tipe penghalang reaktif permeabel ini juga lebih menyebar dibandingkan yang lainnya.

 

Teknologi Perlakuan Fisika

Pompa dan perlakuan

Pompa dan perlakuan merupakan salah satu teknologi remediasi air tanah yang paling luas digunakan. Dalam proses ini air tanah dipompa ke permukaan dan disandingkan dengan perlakuan biologi atau perlakuan kimiawi untuk menghilangkan pengotor-pengotornya.

Air sparging

Air sparging ialah proses menghembuskan udara secara langsung ke dalam air tanah. Karena munculnya gelembung, maka kontaminan dihilangkan dari air tanah melalui kontak fisik dengan udara (yaitu, stripping) dan terangkat ke dalam zona tanah tak jenuh. Karena kontaminan bergerak ke dalam tanah, maka sistem ekstraksi uap tanah biasanya digunakan untuk menghilangkan uap.

Ekstraksi vakum dua fase

Ekstraksi vakum dua fase (Dual-phase vacuum extraction—DPVE), juga dikenal sebagai ekstraksi multi-fase, ialah satu teknologi yang menggunakan sistem vakum-tinggi untuk menghilangkan baik air tanah yang terkontaminasi maupun uap tanah. Dalam sistem DPVE ekstraksi vakum-tinggi juga dipasang  dengan bagian saringannya dalam zona tanah terkontaminasi dan air tanah. Sistem ekstraksi fluida/uap menekan meja air dan air mengalir lebih cepat untuk ekstraksi lebih baik. DPVE menghilangkan kontaminan dari meja air atas dan bawah. Karena meja air sekitar sumur diturunkan dari pemompaan, tanah tak jenuh terkena.  Daerah ini disebut tepi kapiler, yang sering sangat tercemar, karena memiliki zat kimia yang tidak larut, zat kimia yang lebih ringan dari air, dan uap yang telah terlepas dari air tanah terlarut di bawah. Kontaminan di zona baru terkena dapat dihilangkan oleh ekstraksi uap. Sekali di atas tanah, uap diekstrak dan fase-cair organik dan air tanah dipisahkan dan diolah. Menggunakan ekstraksi vakum dua-fase dengan teknologi ini dapat mempersingkat waktu pembersihan di satu tempat, karena tepi kapiler sering merupakan daerah yang paling terkontaminasi.

Pemantauan Skimming Sumur Minyak

Pemantauan-sumur sering dibor untuk tujuan mengumpul-kan sampel air tanah untuk analisis. Sumur ini, yang biasanya 6 inci atau lebih kecil diameternya, dapat juga digunakan untuk menghilangkan hidrokarbon dari contaminant plume di dalam akuifer air tanah dengan menggunakan belt style oil skimmer. Belt oil skimmer, yang dirancang sederhana, digunakan secara umum untuk menghilangkan minyak dan kontaminan hidrokarbon yang mengapung dari sistem air industri.

Sebuah pemantauan-skimmer sumur minyak remediasi berbagai minyak, dari minyak bahan bakar ringan seperti bensin, solar atau minyak lampu sampai produk-produk berat  seperti minyak No.6, creosote dan tar batubara. Ini terdiri dari sabuk terus bergerak yang berjalan pada sistem katrol yang dikendalikan oleh sebuah motor listrik. Bahan sabuk memiliki afinitas kuat untuk cairan hidrokarbon dan untuk menumpahkan air. Sabuk, yang dapat memiliki vertical drop 100+ kaki, diturunkan ke dalam sumur pemantauan lewat antar-muka LNAPL/air. Karena sabuk bergerak melalui antar-muka ini ia mengambil kontaminan hidrokarbon cair, yang dihilangkan dan dikumpulkan pada tingkat dasar karena sabuk lewat melalui sebuah mekanisme wiper. Sampai-sampai hidrokarbon DNAPL menetap di dasar sumur pemantauan, dan katrol bawah skimmer sabuk mencapai mereka, kontaminan ini juga dapat dihilangkan oleh sebuah skimmer pemantauan-sumur minyak.

Secara khusus, sabuk skimmer menghilangkan sangat sedikit air dengan kontaminannya, sehingga jenis bendung pemisah begitu sederhana yang dapat digunakan untuk mengumpulkan cairan hidrokarbon yang tersisa, yang sering membuat air cocok untuk kembali ke akuifer. Berhubung motor listrik kecil menggunakan sedikit arus listrik, maka ini diberdayakan dari panel surya atau turbin angin, yang membuat sistem mandiri dan menghilangkan biaya operasi listrik ke lokasi terpencil.

Advertisements

APA PULA DISTILASI KERING?

Distilasi kering ialah pemanasan bahan-bahan padat untuk menghasilkan produk-produk berupa gas (yang mungkin mengembun menjadi cairan atau zat padat). Metoda ini mungkin atau tidak mungkin melibatkan pirolisis/termolisis.Produk-produk ini berkondensasi dan terkumpul.

Cara ini biasanya memerlukan suhu lebih tinggi ketimbang distilasi klasik. Cara ini telah digunakan untuk memperoleh bahan bakar cair dari batu bara dan kayu. Pembuatan arang kayu juga dilakukan dengan cara ini.

Cara ini dapat juga digunakan untuk mengurai garam-garam mineral seperti garam sulfat melalui termolisis, dalam hal ini produknya adalah gas sulfur dioksida (SO2)/sulfur trioksida (SO3)yang dapat dilarutkan dalam air untuk memperoleh asam sulfat. Dengan cara inilah asam sulfat pertama kali diidentifikasi dan diproduksi secara tiruan.

Lihat juga distilasi destruktif, pirolisis dan termolisis.***

APA ITU KIMIA LINGKUNGAN?

Kimia Lingkungan ialah kajian ilmiah tentang fenomena zat-zat kimia dan biokimia yang terjadi di tempat-tempat alami. Ini jangan dibingungkan dengan kimia hijau, yang mencari untuk mengurangi polusi potensial pada sumbernya. Ini dapat didefinisikan sebagai kajian tentang sumber-sumber, reaksi-reaksi, pengangkut, pengaruh, dan takdir dari spesies-spesies kimia tersebut di lingkungan udara, tanah, dan air; dan pengaruh aktivitas manusia di tempat tersebut. Kimia lingkungan ialah suatu antar-disiplin ilmu yang meliputi atmosfir, kehidupan air dan kimia tanah, serta tentang kimia analitik yang terkait dengan lingkungan dan bidang-bidang sains lainnya.

Kimia lingkungan meliputi pemahaman pertama bagaimana kerja lingkungan yang tidak tercemar, di mana zat-zat kimia apakah dalam konsentrasi yang ada secara alami, dan dengan pengaruh apa. Tanpa ini kimia lingkungan akan tidak mungkin untuk dipelajari dengan tepat karena pengaruh manusia telah berlangsung pada lingkungan melalui pelepasan zat-zat kimia.

Ahli kimia lingkungan menggambarkan tentang sebuah rentang konsep dari ilmu kimia dan berbagai sains lingkungan untuk membantu dalam studi mereka tentang apakah yang terjadi pada satu jenis zat kimia dalam lingkungan tersebut. Konsep-konsep umum yang penting dari ilmu kimia meliputi pemahaman reaksi-reaksi kimia dan persamaan-persamaan, larutan, satuan, pengambilan contoh (sampel) dan teknik analitik.

Kontaminasi

Suatu kontamina ialah suatu zat yang terrdalam di alam pada suatu level yang lebih tinggi daripada level tipikal (khusus) atau itu tidak terjadi jika tidak ada di sana. Ini mungkin sehubungan dengan aktivitas manusia. Istilah kontaminan sering digunakan bergantian dengan pollutan, yang merupakan suatu zat yang mempunyai dampak merugikan terhadap lingkungan sekitarnya. Sementara kontaminan terkadang didefinisikan sebagai suatu zat yang terdapat di lingkungan sebagai hasil dari aktivitas manusia, tetapi tanpa efek-efek yang membahayakan, ini terkadang yang berefek racun atau yang membahayakan dari kontaminasi hanya menjadi nyata pada suatu saat kemudian.

“Media” (misalnya, tanah) atau organisme (misalnya, ikan) dipengaruhi oleh zat cemaran atau kontaminan disebut reseptor, sementara tempat cuci is a chemical medium or species that retains and interacts with the pollutant.

Indikator Lingkungan

Pengukuran kimia mutu air meliputi oksigen terlarut (dissolved oxygen—disingkat DO), kebutuhan oksigen kimia (chemical oxygen demand−disingkat COD), kebutuhan oksigen biokimia (biochemical oxygen demand—disingkat BOD), total zat padat terlarut (dissolved solids—disingkat TDS), pH, zat hara nitrat dan fosfor), logam-logam berat−termasuk tembaga (Cu), seng (Zn), kadmium (Cd), plumbum (Pb), air raksa (Hg), dan pestisida.

Aplikasi

Kimia lingkungan digunakan oleh Badan Lingkungan (di Inggris dan Wales), Badan Perlindungan Lingkungan (di Amerika Serikat), Asosiasi Analis Publik, dan badan-badan lingkungan lainnya serta badan-badan riset seluruh dunia untuk mendeteksi dan mengidentifikasi alam dan sumber polutan (zat cemaran). Hal itu meliputi:

  • Kontaminasi logam berat lahan oleh industri. Logam berat itu kemudian dapat diangkut oleh badan air dan diserap oleh organisme-organisme hidup.
  • Zat hara yang terlarut dari lahan pertanian ke dalam badan air, yang dapat mengakibatkan mekarnya alga dan eutrofikasi.
  • Zat-zat cemaran aliran permukaan perkotaan hasil cucian permukaan yang tidak dapat dilalui (jalan raya, arena parkir, dan atap rumah) selama hujan deras. Zat-zat cemaran khusus termasuk bensin, oli mobil dan senyawa-senyawa hidrokarbon lainnya, logam-logam, zat-zat hara dan sedimen (tanah).
  • Senyawa-senyawa organologam.

Metoda

Analisis kimia kuantitatif merupakan kunci bagian dari kimia lingkungan, karena metoda ini memberikan data yang membingkai kebanyakan studi lingkungan.

Teknik-teknik analitik umum digunakan untuk penentuan kuantitatif dalam kimia lingkungan termasuk kimia basah klasik, seperti halnya, metoda titrimetrik dan metoda elektrokimia. Pendekatan lebih canggih dipergunakan dalam penentuan logam-logam renik dan senyawa-senyawa organik. Logam secara umum diukur dengan spektroskopi atomik dan spektrometri massa: Spektrofotometri Serapan Atom dan teknik Emisi Atomik Plasma Berpasangan secara Induktif (Inductively Coupled Plasma Atomic Emission—ICP-AES) atau teknik Spektrometrik Massa plasma secara Induktif (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometric—ICP-MS). Senyawa-senyawa organik secara umum diukur juga menggunakan metoda-metoda spektrometrik massa, seperti halnya Gas chromatography-mass spectrometry (GC/MS) dan Liquid chromatography-mass spectrometry (LC/MS). Metoda-metoda Non-MS menggunakan GC (kromatografi gas) dan LC (kromatografi cairan) yang mempunyai detektor universal atau spesifik yang masih merupakan peralatan analitik baku di gudang senjata.

Parameter-parameter lain setelah diukur dalam kimia lingkungan ialah zat-zat radiokimia. Hal itu merupakan zat-zat cemaran yang dipancarkan oleh benda-benda radioaktif, seperti halnya partikel-partikel alfa dan beta, yang berbahaya terhadap kesehatan manusia dan lingkungan. Particle counters dan Scintillation counters merupakan metoda pengukuran yang paling umum dilakukan. Bioassay dan immunoassay dimanfaatkan untuk evaluasi toksisitas dari pengaruh-pengaruh zat kimia pada berbagai organisme.

Metoda-metoda Analitik yang Diterbitkan

Metoda-metoda uji telaah yang diamati telah diterbitkan oleh badan-badan pemerintah, dan organisasi-oranisasi penelitian pribadi. Metoda-metoda publikasi yang disetujui harus digunakan ketika pengujian untuk menentukan kepatuhan dengan mengatur kebutuhan.

PENYULINGAN EKSTRAKTIF

Distilasi ekstraktif  didefinisikan sebagai penyulingan dengan adanya suatu komponen yang dapat bercampur, bertitik didih tinggi, yang relatif non-volatil (tidak mudah menguap), pelarutnya, yang tidak membentuk azeotrop dengan komponen-komponen  lainnya dalam campuran itu. Metoda ini digunakan untuk campuran-campuran yang mempunyai nilai volatilitas yang relative rendah, yang hamper menyatu. Campuran-campuran yang demikian tidak dapat dipisahkan dengan penyulingan sederhana, karena volatilitas dari kedua komponen dalam campuran itu hamper sama, yang menyebabkan kedua komponen itu menguap pada suhu yang hamper sama dengan laju yang serupa, yang membuat penyulingan biasa tidak praktis.

Metoda penyulingan ekstraktif ini menggunakan suatu pelarut pemisahan, yang biasanya non-volatil, yang mempunyai titik didih tinggi dan dapat bercampur dengan campuran itu, tetapi tidak membentuk suatu campuran azeotrop. Pelarut berinteraksi dengan cara berbeda dengan komponen-komponen dari campuran itu sehingga  menyebabkan volatilitasnya relative berubah. Ini membolehkan tiga-bagian campuran baru dapat dipisahkan dengan penyulingan biasa. Komponen asli dengan volatilitas terbesar terpisahkan sebagai produk puncak.  Produk paling bawah terdiri dari suatu campuran dari pelarut dan komponen lain, yang dapat dipisahkan lagi dengan mudah karena pelarutnya tidak membentuk azeotrop dengan komponen itu. Produk paling bawah ini dapat dipisahkan metoda apa saja yang tersedia.

Ini penting untuk memilih suatu pelarut pemisahan yang sesuai untuk tipe penyulingan ini. Pelarut ini harus mengubah volatilitas relatif dengan kisaran yang cukup luas demi satu hasil yang sukses. Kuantitasnya, biaya dan ketersediaan  pelarutnya harus dipertimbangkan. Pelarutnya harus dapat dipisahkan dengan mudah dari produk paling bawah, dan harus tidak bereaksi secara kimia dengan komponen atau campuran tersebut, atau menyebabkan korosi pada peralatan itu.  Satu contoh klasik yang dikutip di sini ialah pemisahan suatu campuran azeotrop dari benzena dan sikloheksana, di mana anilin merupakan satu-satunya pelarut yang cocok.

PENYULINGAN AZEOTROP

PENYULINGAN AZEOTROP

 

 

Dalam ilmu kimia, penyulingan azeotrop ialah rentang teknik apa pun yang digunakan untuk mengurai suatu azeotrop dalam penyulingan. Dalam rekayasa kimia, penyulingan azeotrop, biasanya mengacu pada teknik penambahan khusus komponen lain untuk menghasilkan suatu zat yang baru, yaitu azeotrop yang bertitik didih-rendah, yang heterogen (misalnya, menghasilkan dua fase, cairan yang tidak bercampur), seperti contoh yang di bawah ini dengan penambahan benzena pada air dan etanol. Praktek penambahan ini  membonceng yang membentuk fase terpisah adalah suatu sub-rancangan spesifik dari metoda-metoda penyulingan azeotrop (industri), atau kombinasi dari itu. Dalam beberapa hal, penambahan suatu pembonceng  (entrainer) adalah sama dengan penyulingan ekstraktif.

  1. 1.   Penyulingan Etanol – Air

Suatu penyulingan umum dengan suatu azeotrop ialah penyulingan dari etanol dan air. Menggunakan teknik penyulingan biasa, etanol hanya dapat dimurnikan  hingga mencapai 96% − karena 96% (192 proof) kekuatan dari beberapa alcohol biji-bijian yang tersedia secara komersial).

Bila suatu larutan etanol 96,4% dalam air dididihkan, maka uap yang dihasilkan mempunyai komposisi yang identik: dengan kata lain, uapnya tidak lebih sebagai etanol dibandingkan larutan itu sendiri. Oleh karena itu, penyulingan lebih lanjut tidak efektif. Bila konsentrasi etanol yang digunakan lebih tinggi—misalnya, untuk digunakan sebagai aditif bensin—azeotrop 96,4% itu musti “terurai.”

  1. 2.   Zat Pemisahan Material

Penambahan suatu zat pemisahan material, seperti benzena, pada campuran etanol-air, perubahan interaksi molekul dan mengeliminasi azeotrop.  Sayangnya,  pemisahan yang lain dibutuhkan untuk menghilangkan benzene. Ini lebih sederhana menghilangkan benzena dari air melalui dehidrasi ketimbang memisahkan campuran etanol-air 96,4% melalui penyulingan.

  1. 3.   Penyulingan Bertekanan-Ayun

Cara lain, penyulingan bertekanan-ayun, percaya pada kenyataan bahwa azeotrop itu bergantung pada tekanan. Suatu azeotrop bukan merupakan satu kisaran konsentrasi yang tidak dapat  disuling,  tetapi titik pada mana koefisien aktivitas dari dia menyuling menembus yang lainnya.  Bila azeotrop dapat  “melewati”, penyulingan dapat berlanjut, meskipun karena koefisien aktivitas telah dilintasi, maka air akan mendidih dengan sisa etanol, lebih baik dari wtanol keluar dari air seperti pada konsentrasi yang lebih rendah.

Untuk “melompati” azeotrop, azeotrop dapat disingkirkan  dengan mengubah tekanan. Secara khusus, tekanan akan disetel bahwa azeotrop yang demikian akan lebih mendekati konsentrasi 100%. Untuk etanol, itu mungkin 97%. Etanol kini dapat disuling hingga mencapai 97%. Ini secara aktual akan disuling pada apa pun sedikit kurang, seperti 96,5%.  Alkohol 96,5 kemudian dikirim ke sebuah kolom distilasi yaitu di bawah tekanan yang berbeda, sesuatu yang menekan azeptrop ke bawah, mungkin menjadi 96%. Karena campuran itu siap di atas azeotrop 96%, penyulingan tidak akan mencapai  “cantolan” pada titik itu dan etanol dapat disuling pada konsentrasi apa saja yang diperlukan.

  1. 4.   Ayakan Molekular

Untuk penyulingan etanol untuk penambahan bensin, cara paling umum memecah azeotrop adalah menggunakan ayakan molekul (molecular sieves). Etanol disuling hingga 96% dan dapat disuling lebih lanjut. Ayakan ini dipanaskan untuk menghilangkan air dan digunakan ulang. Lihat juga Azeotrop.

 

 

KIMIA ZAT WARNA

Warna dari zat-zat kimia adalah sifat fisika dari zat-zat kimia yang dalam banyak kasus berasal dari eksitasi elektron karena penyerapan energi yang dilakukan oleh zat kimia tersebut. Apa itu terlihat oleh mata bukan terserap oleh warna, tetapi warna komplementer dari penghapusan pajang gelombang yang terserap.

Studi struktur kimia atas bantuan penyerapan dan pelepasan energi umumnya dikenal sebagai spektroskopi.

Teori

Semua atom dan molekul mampu menyerap dan melepaskan energi dalam bentuk foton,  yang diiringi dengan perubahan keadaan kuantum. Jumlah energi yang diserap adalah perbedaan antara energi-energi dari dua keadaan kuantum. Ada beberapa tipe kuantum, termasuk, misalnya, keadaan rotasi dan fibrasi dari suatu molekul. Namun pelepasan energi tampak pada mata manusia, secara umum disebut sebagai cahaya tampak,  spin panjang gelombang kira-kira  380 nm sampai 760 nm, bergantung pada individu, dan foton dalam jangkauan ini biasanya seiring dengan perubahan keadaan kuantum pada atom atau orbital molekul. Persepsi cahaya diatur oleh tiga jenis reseptor warna pada mata, yang sensitif terhadap jangkauan berbeda dari panjang gelombang dalam pita ini.

Hubungan antara energi dan panjang gelombang ditentukan oleh persamaan:

E = hf = hc/λ

Di mana E adalah energi kuantum (foton), f adalah frekuensi gelombang cahaya, h adalah konstanta Planck,  λ adalah panjang gelombang dan c adalah kecepatan cahaya.

Hubungan antara energi dari berbagai keadaan kuantum yang diperlakukan oleh orbital atom, orbital molekul, dan Teori Medan Ligan. Bila foton panjang gelombang tertentu diserap oleh benda, maka ketika kita mengamati cahaya yang dipantulkan dari atau dipancarkan melalui benda itu, apakah kita melihat warna komplementer, yang terbentuk dari panjang gelombang tampak tersisa lainnya. Contohnya beta-karoten memiliki serapan maksimum pada 454 nm (cahaya biru), alhasil cahaya tampak yang tersisa menampilkan warna jingga.

Warna dengan Panjang Gelombang

Di bawah ini adalah tabel kasar panjang gelombang, warna dan warna komplementer. Ini memanfaatkan CMY ilmiah dan roda warna RGB daripada roda warna RYB tradisional.

Panjang gelombang (nm)

Warna

Warna komplementer

400-424

Ungu

Hijau-kuning

424-491

Biru

Kuning

491-570

Hijau

Ungu

570-585

Kuning

Biru

585-647

Jingga

Cyan-Biru

647-700

Merah

Cyan

Ini hanya dapat digunakan digunakan sebagai pedoman sangat kasar, misalnya bila rentang panjang gelombang sempit di dalam pita 647-700 diserap, maka reseptor biru dan hijau akan sepenuhnya terangsang, membentuk warna cyan, dan reseptor merah akan terangsang secara parsial, mengencerkan warna cyan menjadi rona keabu-abuan.

Melalui Kategori

Sebagian besar anorganik sederhana (misalnya natrium klorida) dan senyawa organik (misalnya etanol) tidak berwarna. Senyawa logam transisi sering berwarna karena transisi elektron antara energi orbital-d yang berbeda (lihat logam transisi; senyawa-senyawa berwarna).

Senyawa organik cenderung berwarna ketika ada konjugasi yang luas, menyebabkan perbedaan energi antara HOMO dan LUMO untuk mengurangi, membawa pita serapan dari UV ke daerah tampak. Demikian pula, warna ini disebabkan oleh energi yang diserap oleh senyawa, ketika sebuah electron transisi dari HOMO ke LUMO. Likopen adalah contoh klasik dari senyawa dengan konjugasi yang luas (11 ikatan rangkap terkonjugasi), sehingga menimbulkan warna merah intens (likopen bertanggung jawab untuk warna tomat). Kompleks transfer-perubahan cenderung memiliki warna yang sangat intens untuk alasan-alasan yang berbeda.

Beberapa Contoh

Ion-ion dalam Larutan Air

Nama

Rumus

Warna

Logam Alkali

M+

Tidak berwarna

Logam Alkali Tanah

M2+

Tidak berwarna

Skandium(III)

Sc3+

Tidak berwarna

Titanium(III)

Ti3+

Ungu

Titanil

TiO2+

Tidak berwarna

Vanadium(II)

V2+

Lembayung muda

Vanadium(III)

V3+

Abu-abu gelap/Hijau

Vanadil

VO2+

Biru

Pervanadil

VO2+

Kuning

Metavanadat

VO3

Tidak berwarna

Ortovanadat

VO43-

Tidak berwarna

Kromium(III)

Cr3+

Biru-hijau

Kromat

CrO42-

Tidak berwarna atau Kuning (kadang-kadang)

Dikromat

Cr2O72-

Jingga

Mangan(II)

Mn2+

Merah jambu terang

Manganat(VII) (Permanganate)

MnO4

Ungu dalam

Manganat(VI)

MnO42-

Hijau gelap

Manganat(V)

MnO43-

Biru dalam

Besi(II)

Fe2+

Hijau pucat

Besi(III)

Fe3+

Kuning/coklat

Kobal(II)

Co2+

Merah jambu

Kompleks Kobal-ammonium

Co(NH3)63+

Kuning/jingga

Nikel(II)

Ni2+

Hijau terang

Kompleks Nikel-ammonium

Ni(NH3)62+

Merah jambu terang/biru

Tembaga(II)

Cu 2+

Biru

Kompleks tembaga-ammonium

Cu(NH3)42+

Royal Blue

Kompleks Tetrakloro-tembaga

CuCl42-

Kuning/hijau

Seng(II)

Zn2+

Putih-kebiruan

Perak

Ag+

Tidak berwarna

Namun, hal ini penting untuk dicatat, bahwa warna-warna dasar akan bervariasi bergantung pada apak mereka dikomplekskan dengan, sering juga keadaan kimia mereka. Sebuah contoh dengan  vanadium(III); VCl3 memiliki rona kemerahan yang berbeda, sementara V2O3 tampak hitam.

Garam

Memprediksi warna dari suatu senyawa dapat sangat rumit. Beberapa contoh termasuk: Kobal klorida adalah merah jambu atau biru bergantung pada keadaan hidrasi (biru kering, merah jambu dengan air) sehingga digunakan sebagai indikator kelembaban dalam gel silika. Seng oksida putih, tetapi pada suhu yang lebih tinggi menjadi kuning, kembali ke putih karena dingin.

Nama

Rumus

Warna

Tembaga(II) sulfat

CuSO4

putih

Tembaga(II) sulfat pentahidrat

CuSO4 · 5H2O

Biru

Tembaga(II) benzoat

C14H10CuO4

Biru

Kobal(II) klorida

CoCl2

Biru dalam

Kobal(II) klorida heksahidrat

CoCl2 · 6H2O

Magenta dalam

Mangan(II) klorida tetrahidrat

MnCl2 · 4H2O

Merah jambu

Tembaga(II) klorida dihidrat

CuCl2 · 2H2O

Biru-hijau

Nikel(II) klorida heksahidrat

NiCl2 · 6H2O

Hijau

Timbal(II) iodida

PbI2

Kuning

Ion-ion dalam Nyala

Uji nyala atas kation-kation untuk logam alkali, logam alkali tanah, dan hidrogen (lihat spektroskopi atom); (lihat juga uji nyala).

Logam-logam

Nama

Rumus

Warna

Kalium

K

Lila/Lembayung

Natrium

Na

Kuning

Litium

Li

Merah

Sesium

Cs

Biru

Kalsium

Ca

Merah/Jingga

Stronsium

Sr

Merah

Barium

Ba

Hijau/kuning

Gas-gas

Nama

Rumus

Warna

Hidrogen

H2

Tidak berwarna

Klor

Cl2

Kuning kehijauan

Iod

I2

Lembayung

Nitrogen Dioksida

NO2

Coklat

Dinitrogen tetroksida

N2O4

Tidak berwarna

Uji Manik-manik

Aneka warna, sering serupa dengan warna-warna yang ditemukan dalam uji nyala, yang dihasilkan dalam uji manik-manik (bead), yang merupakan suatu uji kuantitatif untuk penentuan logam-logam. Sebuah loop platinum dibasahi dan dicelupkan ke dalam bubuk halus dari zat tersebut dan boraks. Loop dengan bubuk yang menempel kemudian dipanaskan dalam api sampai kering dan warna manik-manik yang dihasilkan diamati.

 

Logam

Nyala Mengoksidasi

Nyala Mereduksi

Aluminium

Tidak berwarna (panas dan dingin), gelap

Tidak berwarna, gelap

Antimoni

Tidak berwarna, kuning atau coklat (panas)

Abu-abu dan gelap

Barium

Tidak berwarna

Bismut

Tidak berwarna, kuning atau keabu-abuan (panas)

Abu-abu dan gelap

Kadmium

Tidak berwarna

Abu-abu dan gelap

Kalsium

Tidak berwarna

Serium

Merah (panas)

Tidak berwarna (panas dan dingin)

Kromium

Kuning gelap (panas), hijau (dingin)

Hijau

(panas dan dingin)

Kobal

biru (panas dan dingin)

biru (panas dan dingin)

Tembaga

hijau (panas), biru (dingin)

Merah, gelap (dingin), tak berwarna (dingin)

Besi

Kuning atau merah kecoklatan (panas dan dingin)

Hijau (panas dan dingin)

Timbal

Tidak berwarna, kuning atau kecoklatan (panas)

Abu-abu dan gelap

Magnesium

Tidak berwarna

Mangan

Ungu (panas dan dingin)

Tidak berwarna (panas dan dingin)

Molibdenum

Tidak berwarna

Kuning atau coklat (panas)

Nikel

Coklat, merah (dingin)

Abu-abu dan gelap (dingin)

Silikon

Tidak berwarna (panas dan dingin), gelap

Tidak berwarna, gelap

Perak

Tidak berwarna

Abu-abu dan gelap

Stronsium

Tidak berwarna

Timah

Tidak berwarna (panas dan dingin), gelap

Tidak berwarna, gelap

Titanium

Tidak berwarna

Kuning (panas), Ungu (dingin)

Tungsten

Tidak berwarna

Coklat

Uranium

Kuning atau kecoklatan (panas)

Hijau

Vanadium

Tidak berwarna

Hijau

ASESULFAM K, PEMANIS BUATAN YANG DITEMUKAN TANPA SENGAJA

Kalium asesulfam adalah pemanis buatan bebas kalori, juga dikenal sebagai Asesulfam K atau Ace K (K menjadi simbol untuk kalium), dan dipasarkan dengan nama dagang Sunett dan One Sweet. Pemanis buatan ini digunakan dalam produk Coca-Cola sebagai bahan pemanis, besarnya 41 mg per saji.

Di Uni Eropa, diketahui bawah nomor E (kode aditif) E950  Hal ini ditemukan tanpa sengaja pada tahun 1967 oleh ahli kimia Jerman Karl Clauss di Hoechst AG (sekarang Nutrinova). Dalam struktur kimia, kalium asesulfam adalah garam kalium dari 6-metil-1,2,3-oksatiazin-4 (3H)-on 2,2-dioksida. Ini adalah bubuk kristal putih dengan rumus molekul C4H4KNO4S dan berat molekul 201,24 gr / mol.

Nama IUPAC senyawa ini adalah: Kalium 6-Metil-2,2-diokso-2H-1, 2λ6,3-oksatiazin-4-olat. Nama lainnya  Asesulfam K, Ace K.

Adapun sifat-sifat umum dari asesulfam K adalah:

Rumus molekul: C4H4KNO4S

Berat Molekul: 201,242 gr/mol

Penampilan: Serbuk kristal putih

Densitas: 1,81 gr/cm3

Titik lebur: 225 °C, 498 K, 437 °F

Kelarutan dalam air: 270 gr/L pada  20 °C

Sifat Manis Asesulfam K

Asesulfam K adalah 200 kali lebih manis dibandingkan sukrosa (gula meja), seperti halnya aspartam, kira-kira ⅔ manisnya sakarin, dan ⅓ manisnya sukralosa. Seperti sakarin, asesulfam K mempunyai sedikit pahit setelah rasa, khususnya pada konsentrasi tinggi.

Kraft Foods telah mematenkan penggunaan natrium ferulat untuk menopengi asesulfam “aftertaste” itu. Asesulfam K sering dicampur dengan pemanis lainnya (biasanya sukralosa atau aspartam). Campuran ini yang konon memberikan rasa lseperti lebih dari gula dimana setiap pemanis menopengi aftertaste yang lain, dan / atau menunjukkan efek sinergis dimana campuran ini lebih manis dari komponennya.

Tidak seperti aspartam, asesulfam K stabil pada suhu panas, meskipun pada kondisi keasaman atau kebasaan sedang, yang membolehkan asesulfam K digunakan dalam pembuatan kue, atau dalam produk-produk yang menggunakan rak tahan lama. Dalam minuman berkarbonasi, asesulfam K hampir selalu digunakan bersama dengan pemanis lain, seperti aspartam atau sukralosa. Asesulfam K juga digunakan sebagai pemanis dalam produk protein shake dan farmasi,  terutama obat kunyah dan cair, di mana ia dapat membuat bahan aktif lebih cocok.

Penemuan Asesulfam K

Kalium asesulfam (Asesulfam K) dikembangkan setelah penemuan yang mendadak dari satu senyawa serupa (5,6-dimetil-1,2,3-oksatiazin-4(3H)-on 2,2-dioksida) pada tahun 1967 oleh  Karl Clauss dan Harald Jensen pada Hoechst AG.  Setelah secara kebetulan  mencelupkan jarinya ke dalam zat kimia yang ia kerjakan bersama, Clauss menjilat jemarinya untuk mengambil secarik kertas.

Penelitian selanjutnya menunjukkan bahwa sejumlah senyawa dengan struktur cincin dasar yang sama mempunyai berbagai tingkat kemanisan. 6-Metil-1,2,3-oksatiazin-4(3H)-on 2,2-dioksida memiliki karakteristik cita rasa yang menyenangkan dan relatif mudah untuk mensintesis, sehingga telah dipilih untuk penelitian lebih lanjut, dan menerima nama generiknya (Asesulfam-K) dari Organisasi Kesehatan Dunia pada tahun 1978.

Keamanan Asesulfam K

Seperti dengan pemanis buatan lainnya, ada kekhawatiran atas keselamatan kalium asesulfam. Meskipun studi ini menunjukkan pemanis yang bervariasi dan derajat kontroversial keselamatan makanan, FDA – AS  telah menyetujui penggunaan umum mereka. Mengatakan kalium asesulfam belum diteliti secara memadai dan mungkin karsinogenik, meskipun pengakuan ini telah dihentikan oleh FDA Amerika Serikat dan oleh otoritas setara di Uni Eropa.

Beberapa efek potensial terkait dengan Asesulfam K telah ditampilkan dalam penelitian pada hewan. Asesulfam K telah menunjukkan merangsang sekresi insulin yang bergantung-dosis pada tikus, meskipun hipoglikemia tidak diamati.

Satu kajian pada hewan pengerat tidak menunjukkan adanya peningkatan insidensi dari tumor sebagai tanggapan atas pemberian asesulfam K. Dalam penelitian ini, dipimpin oleh Program Toksikologi Nasional, 60 ekor tikus diberikan asesulfam K selama 40 minggu, yang membentuk sebanyak 3% dari total makanan mereka (yang akan setara dengan konsumsi manusia sebayak 1.343 kaleng soda dengan pemanis buatan setiap hari).

Tidak ada tanda (atau lebih rendah) bahwa kadar Asesulfam K meningkatkan risiko kanker pada tikus tersebut atau neoplasma lain. Penelitian lebih lanjut dalam hal keamanan pangan telah direkomendasikan.***