KimintekHijau.com: Kimia Lingkungan

Kimia lingkungan adalah studi ilmiah terhadap fenomena kimia dan biokimia yang terjadi di alam. Bidang ilmu ini dapat didefinisikan sebagai studi terhadap sumber, reaksi, transpor, efek, dan nasib zat kimia di lingkungan udara, tanah, dan air; serta efek aktivitas manusia terhadapnya.
Kimia lingkungan adalah ilmu antardisiplin yang memasukkan ilmu kimia atmosfer,akuatik, dan tanah, dan juga sangat bergantung dengan kimia analitik, ilmu lingkungan, dan bidang-bidang ilmu lainnya.

Kimia lingkungan pertama kali mempelajari bagaimana cara kerja lingkungan yang tak terkontaminasi, zat kimia apa dan berapa konsentrasi yang ada secara alami, dan apa efeknya. Tanpa hal ini, mustahil untuk mempelajari secara akurat efek manusia terhadap lingkungan dengan pelepasan zat kimia.

1. Pengertian Logam Berat

Mungkin istilah logam berat sudah tak asing bagi para kimiawan. Dari nomor atom sampai efek fisiologis telah secara rinci dibahas dalam buku-buku kimia terutama kimia anorganik dan kimia lingkungan. Tapi tak demikian dengan orang awam. Mungkin istilah logam berat masih terasa asing di telinga mereka dan didefinisikan secara sederhana saja yaitu logam yang berat (dalam artian ditimbang) seperti besi, baja, aluminium dan tembaga. Terlepas dari definisi di atas, biasanya dalam literatur kimia istilah “logam berat” digunakan untuk memerikan logam-logam yang memiliki sifat toksisitas (racun) pada makhluk hidup.

Logam merupakan bahan pertama yang dikenal oleh manusia dan digunakan sebagai alat-alat yang berperan penting dalam sejarah peradaban manusia (Darmono, 1995). Logam berat masih termasuk golongan logam dengan kriteria-kriteria yang sama dengan logam lain. Perbedaannya terletak dari pengaruh yang dihasilkan bila logam berat ini berikatan dan atau masuk ke dalam organisme hidup. Berbeda dengan logam biasa, logam berat biasanya menimbulkan efek-efek khusus pada mahluk hidup (Palar, 1994). Tidak semua logam berat dapat mengakibatkan keracunan pada mahluk hidup, besi merupakan logam yang dibutuhkan dalam pembentukan pigmen darah dan zink merupakan kofaktor untuk aktifitas enzim (Wilson, 1988). Keberadaan logam berat dalam lingkungan berasal dari dua sumber. Pertama dari proses alamiah seperti pelapukan secara kimiawi dan kegiatan geokimiawi serta dari tumbuhan dan hewan yang membusuk. Kedua dari hasil aktivitas manusia terutama hasil limbah industri (Connel dan Miller, 1995). Dalam neraca global sumber yang berasal dari alam sangat sedikit dibandingkan pembuangan limbah akhir di laut (Wilson, 1988).

Logam berat adalah unsur-unsur kimia dengan bobot jenis lebih besar dari 5 gr/cm3, terletak di sudut kanan bawah sistem periodik, mempunyai afinitas yang tinggi terhadap unsur S dan biasanya bernomor atom 22 sampai 92 dari perioda 4 sampai 7 (Miettinen, 1977). Sebagian logam berat seperti timbal (Pb), kadmium (Cd), dan merkuri (Hg) merupakan zat pencemar yang berbahaya. Afinitas yang tinggi terhadap unsur S menyebabkan logam ini menyerang ikatan belerang dalam enzim, sehingga enzim bersangkutan menjadi tak aktif. Gugus karboksilat (-COOH) dan amina (-NH₂) juga bereaksi dengan logam berat. Kadmium, timbal, dan tembaga terikat pada sel-sel membran yang menghambat proses transpormasi melalui dinding sel. Logam berat juga mengendapkan senyawa fosfat biologis atau mengkatalis penguraiannya (Manahan, 1977).

1. Dampak Merkuri Bagi Kesehatan

Menurut Vouk (1986) terdapat 80 jenis dari 109 unsur kimia di muka bumi ini yang telah teridentifikasi sebagai jenis logam berat. Berdasarkan sudut pandang toksikologi, logam berat ini dapat dibagi dalam dua jenis. Jenis pertama adalah logam berat esensial, di mana keberadaannya dalam jumlah tertentu sangat dibutuhkan oleh organisme hidup, namun dalam jumlah yang berlebihan dapat menimbulkan efek racun. Contoh logam berat ini adalah Zn, Cu, Fe, Co, Mn dan lain sebagainya. Sedangkan jenis kedua adalah logam berat tidak esensial atau beracun, di mana keberadaannya dalam tubuh masih belum diketahui manfaatnya atau bahkan dapat bersifat racun, seperti Hg, Cd, Pb, Cr dan lain-lain. Logam berat ini dapat

menimbulkan efek kesehatan bagi manusia tergantung pada bagian mana logam berat tersebut terikat dalam tubuh. Daya racun yang dimiliki akan bekerja sebagai penghalang kerja enzim, sehingga proses metabolisme tubuh terputus. Lebih jauh lagi, logam berat ini akan bertindak sebagai penyebab alergi, mutagen, teratogen atau karsinogen bagi manusia. Jalur masuknya adalah melalui kulit, pernapasan dan pencernaan.

Dapat berakumulasi dan terbawa ke organ-organ tubuh lainnya, menyebabkan bronchitis, sampai rusaknya paru-paru. Gejala keracunan Merkuri tingkat awal, pasien merasa mulutnya kebal sehingga tidak peka terhadap rasa dan suhu, hidung tidak peka bau, mudah lelah, gangguan psikologi (rasa cemas dan sifat agresif), dan sering sakit kepala. Jika terjadi akumulasi yang tinggi mengakibatkan kerusakan sel-sel saraf di otak kecil, gangguan pada luas pandang, kerusakan sarung selaput saraf dan bagian dari otak kecil. Turunan oleh Merkuri (biasanya etil merkuri) pada proses kehamilan akan nampak setelah bayi lahir yang dapat berupa gangguan mental. Sedangkan keracunan Merkuri yang akut dapat menyebabkan kerusakan saluran pencernaan, gangguan kardiovaskuler, kegagalan ginjal akut maupun shock.

Penting untuk diketahui, air raksa sangat beracun bagi manusia hanya sekitar 0,01 mg dalam tubuh manusia dapat menyebabkan kematian. Sayangnya setelah air raksa yang sudah masuk ke dalam tubuh manusia, tidak dapat dibawa keluar. Kontaminasi dapat melalui proses menelan atau penyerapan melalui kulit. Efek jangka pendek dari uap raksa adalah lemah, panas dingin, mual, muntah, diare, dan gejala lain dalam waktu beberapa jam. Jangka panjang terkena uap raksa menghasilkan getaran, lekas marah, insomnia, kebingungan, keluar air liur berlebihan, ritasi paru-paru, iritasi mata, reaksi alergi, dari kulit rashes, nyeri dan sakit kepala dan lainnya. Mercury memiliki sejumlah efek yang sangat merugikan pada manusia, di antaranya sebagai berikut:

· Keracunan oleh merkuri nonorganik terutama mengakibatkan terganggunya fungsi ginjal dan hati.

· Mengganggu sistem enzim dan mekanisme sintetik apabila berupa ikatan dengan kelompok sulfur di dalam protein dan enzim.

· Merkuri (Hg) organik dari jenis metil-merkuri dapat memasuki placenta dan merusak janin pada wanita hamil sehingga menyebabkan cacat bawaan, kerusakan DNA dan Chromosom, mengganggu saluran darah ke otak serta menyebabkan kerusakan otak.

Dari paparan di atas maka dapat disimpulkan merkuri dapat membawa epidermic seperti :

· Tidak berfungsinya otak (gangguan syaraf seperti parestesia, ataxia,dysarthria)

· Kanker,

· Kerusakan saluran pencernaan,

· Gangguan kardiovasculer

· Gangguan psikologik berupa rasa cemas dan kadang timbul sifat agresi,

· Kegagalan ginjal akut ,

· Kerusakan liver pada kelahiran (cacat lahir), dan

· Kematian.

Dampak yang ditimbulkan Merkuri (Hg) Bagi tanah dan air (Lingkungan)

Air raksa termasuk salah satu logam berat, dengan berat molekul tinggi. Dalam kadar rendah, logam berat ini umumnya sudah beracun bagi tumbuhan dan hewan, termasuk manusia. Beberapa logam berat lainnya adalah magnesium (Mg), timbal (Pb), tembaga (Cu), kromium (Cr), dan besi (Fe). Air raksa (Hg) diperlukan untuk pertumbuhan kehidupan biologis, tetapi dalam jumlah berlebihan akan bersifat racun. Oleh karena itu, keberadaan logam berat perlu mendapat pengawasan, terutama dari segi jumlah kandungannya di dalam air (Noviardi drr., 2007). Air raksa dalam kondisi temperatur kamar berbentuk zat cair, bila terjadi kontak dengan logam emas akan membentuk larutan padat (Sevruykov drr., 1960). Larutan padat biasa disebut amalgam, yaitu merupakan paduan antara air raksa dengan beberapa logam (emas, perak, tembaga, timah, dan seng). Aktivitas penambangan bahan galian juga dapat menimbulkan pencemaran lingkungan yaitu tanah. Salah satu kegiatan pertambangan yang memiliki pengaruh besar mencemarkan tanah adalah pertambangan emas.

Pada pertambangan emas, polusi tanah terjadi akibat penggunaan merkuri (Hg) dalam proses pemisahan emas dari bijinya. Merkuri tergolong sebagai bahan berbahaya dan beracun, yang dapat mematikan tumbuhan, organism tanah, dan mengganggu kesehatan manusia. Mercury dapat terakumulasi dilingkungan dan dapat meracuni hewan, tumbuhan, dan mikroorganisme.. Setelah raksa mencapai permukaan air atau tanah microrganisms dapat dikonversi ke methyl mercury, suatu zat yang dapat diserap oleh sebagian besar organisme dengan cepat dan diketahui menyebabkan kerusakan saraf. Ikan adalah organisme yang menyerap jumlah besar methyl raksa dari permukaan air setiap hari.

Besar kecilnya kandungan air raksa disebabkan oleh adanya fluktualisasi kegiatan penambangan, pengolahan, dan iklim/cuaca. Fluktuasi tersebut adalah sebagai berikut: Aktivitas penambangan: jumlah penambang semakin banyak apabila ditemukan bijih dengan kandungan emas yang cukup tinggi. Pengolahan: kadar emas yang baik dengan jumlah bijih hasil penambangan besar, maka jumlah pengolah bijih emas juga akan meningkat. Iklim/cuaca: pada musim kemarau konsentrasi air raksa akan lebih besar dibandingkan dengan musim hujan. Tingkat mobilitas air raksa pada musim kemarau tidak akan jauh dari tempat pengolahan (sumbernya) karena arus air sungai menurun, sedangkan mobilitas air raksa akan terbawa arus air sungai lebih jauh dari tempat pengolahan karena debit air lebih besar dibandingkan musim kemarau. Besar kecilnya arus air sungai ini sangat bergantung pada iklim maupun cuaca.Jarakpengambilan percontoh air dengan tempat pengolahan bijih emas: semakin jauh dari pengolahan bijih emas umumnya penyebaran air raksa juga semakin kecil (menurun). Merkuri (Hg) merupakan zat yang mudah menguap yang terbentuk sebagaifraksi halus, unsur, jejak, dan ion seharusnya diwaspadai apabila terakumulasidalam jumlah tertentu karena berdampak merugikan bagi lingkungan hidup.

Merkuri adalah suatu senyawa kimiawi toksik yang menjadi perhatianglobal karena menimbulkan bahaya yang signifikasi terhadap kesehatan manusia,satwa dan ekosistem. Merkuri merupakan senyawa kimia berbahaya yangberbentuk cair . Karena berbentuk cair sehingga sangatlah mudah mencemari tanahdan resapan permebealitas tanah menuju air tanah. Ketika dilepas ke lingkungan,merkuri bergerak mengikuti aliran udara dan jatuh kembali ke bumi. Merkuri dapat meresap melalui tanah lalu bergerak ke saluran-saluran permeabilitas tanah,terendap dalam akuifer tanah. Tanah sangat vital peranannya bagi semua kehidupan di bumi karena tanahmendukung kehidupan tumbuhan dengan menyediakan hara dan air sekaligus penopang akar . Struktur tanah yang berongga-ronga juga menjadi tempat yangbaik bagi akar untuk bernafas dan tumbuh.Tanah juga menjadi habitatmikroorganisme.

Tanah dan air tanah merupakan tempat awal dari kehidupanrantai makanan. Tanah terdiri dari empat komponen utama yaitu bahan mineral,bahan organik, udara dan air tanah. Tanah mengandung 50 % ruang pori-poriterdiri dari udara (O2) dan air (H₂O). Volume fase padat menempati lebih kurang45 % bahan mineral tanah dan 5 % bahan organic. Pada kandungan air yangoptimal untuk pertumbuhan tanaman, maka persentase ruang pori-pori adalah 25% terisi oleh air dan 25 % oleh udara. Di bawah kondisi alami perbandingan udaradan air ini selali berubah-ubah, tergantung pada cuaca dan faktor lainnya.

Merkuri merupakan bahan kimia yang stabil, tidak dapat bercampur dengan zat lainnya. Tanah yang telah mengandung merkuri dapat menimbulkan pencemaran tanah dan air tanah. Pencemaran tanah dan air tanah sebagaiberikut :

· Merkuri dapat menguap ke dalam udara dan bersatu dengan hujan

· Hujan masuk ke dalam tanah sehingga menyebabkan penurunan pH tanah dan mempengaruhi kehidupan organisme tanah serta keasaman air tanah.

· Merkuri dapat mempengaruhi tanaman di sekitar tanah yang tercemar sehingga tanah tidak mempunyai penompang kesuburan akibatnya tanah menjdai gersang dan hilangnya air tanah dalam tanah

· Merkuri mempengaruhi organisme dalam tanah. Dampaknya adalah pada unsur hara dan kesuburan tanah.

· Penggunaan pupuk buatan seperti fungisida merkuri dapat menyebabkan tanah menjadi asam, yang selanjutnya berpengaruh terhadap produktivitas tanaman Tanaman menjadi layu, berkurang produksinya dan akhirnya mati.

· Pencemaran tanah oleh penyemprotan metal merkuri, sisa dari penyemprotan tersebut akan terbawa oleh air hujan akhirnya mengendapdalam tanah

· Penggunaan secara terus menerus dapat mengakibatkankerusakan tekstur tanah, tanah mengeras dan akan retak pada musim kemarau

· Merkuri dapat terendap di dalam tanah dalam jangkau waktu yang sangat lama. Sehingga tanah sangatlah susah untuk dipulihkan kembali.

· Aktivitas penambangan yang menggunakan merkuri selain bahan merkurinya dapat juga menimbulkan longsor dan erosi dari kegiatan penambangan tersebut.

Proses Pencemaran tanah dan air tanah oleh merkuri

Merkuri merupakan benda cair,hydrargyrum, air/cairan perak unsur golongan transisi berwarna keperakan dan merupakan satu dari lima unsur yang berbentuk cair dalam suhu kamar serta mudah menguap. Karena merupakan benda cair sehingga merkuri dengan mudah meresap ke dalam tanah. Tanah yang mengandung 50 % pori-pori yang terisi air dan udara lebih mempermudah merkuri yang merupakan benda cair untuk bereaksi ke dalam tanah Secara alamiah, pencemaran Hg berasal dari kegiatan gunung api atau rembesan air tanah yang melewati deposit Hg. . permeabilitas tanah. Merkuri mudah bereaksi dengan unsur yang ada dalam tanah dan air dan membentuk HgCl (merkurianorganik). Merkuri anorganik akan berubah oleh peran mikro organisme. Merkuri dapat pula bersenyawa dengan karbon membentuk senyawa organomerkuri.

Komponen merkuri yang digunakan dalam pestisida, umumnya memasuki tanah dengan jumlah 1g/ha sampai 200g/ha (0,0005±0,1 ppm), yang mana apabila lebih dari tingkatan itu dapat menghancurkan organik dalam tanah dan nitrogen dalam mineral tanah. Tanah mengandung CO₂dengan kesuburan tanah NH₂dan NaOH. Merkuri dapat bereaksi dengan nitrogen tanah membentuk methyl mercuryHg(NO₂)₃. Methyl merkuri dapat terendap dengan skala waktu yang cukup lama di dalam tanah karena merkuri stabil dan tidak dapat dipisahkan bahkan dicampurkan dengan zat lain.

2. Pencemaran Lingkungan

Pencemaran Lingkungan Perkembangan teknologi dan industri dapat berdampak positif atau negatif bagi kehidupan manusia. Dampak positif (menguntungkan), yaitu dampak yang diharapkan dalam rangka meningkatkan kualitas dan kenyamanan hidup. Dampak negatif (merugikan), yaitu dampak yang dapat menurunkan kualitas/kenyamanan hidup. Dampak ini tidak diharapkan karena menimbulkan masalah yang harus diatasi, yaitu masalah kerusakan atau pencemaran lingkungan. a. Pengertian Pencemaran Lingkungan Pencemaran adalah peristiwa penyebaran bahan kimia dengan kadar tertentu yang dapat merubah keadaan keseimbangan pada daur materi dalam lingkungan (keseimbangan lingkungan) baik keadaan struktur maupun fungsinya sehingga dapat mengganggu kesejahteraan/kelangsungan hidup manusia. Pencemaran lingkungan meliputi pencemaran udara, pencemaran air, dan

pencemaran tanah (daratan). Lingkungan dapat tercemar karena: 1) Kecepatan hilangnya senyawa tertentu dari lingkungan lebih besar daripada kecepatan masuknya senyawa pengganti. 2) Rusaknya atau putusnya alur siklus biokimia. 3) Kecepatan masuknya senyawa ke dalam lingkungan lebih besar daripada kecepatan pengambilannya. 4) Masuknya senyawa yang tidak terdegredasi ke dalam lingkungan.

B. Daur Pencemaran Lingkungan Pencemaran lingkungan dapat disebabkan karena ulah manusia dan pada akhirnya dampaknya juga akan dirasakan oleh manusia, baik secara langsung maupun tak langsung.

3. Minyak Bumi Dan Gas Bumi

Minyak bumi, gas alam, dan batu bara merupakan sumber daya alam yang sangat penting. Ketiga bahan tersebut merupakan sumber energi utama dunia pada abad lalu dan tampaknya juga pada abad ini. Selain untuk bahan bakar, minyak bumi dan gas alam merupakan bahan baku industri petrokimia. Apakah minyak bumi, gas alam, dan batu bara itu ? bagaimana proses pembentukannya? Bagaimana pula proses pengolahannya?

1. Komposisi Gas Alam, Minyak Bumi, Dan Batu Bara

Gas alam terdiri dari alkana suku rendah, yaitu metana, etana, proapana, dan butana dengan metana sebagai komponen utamanya. Komponen lainnya adalah hidrokarbon aromatik, sedikit alkena dan berbagai senyawa karbn yang mengandung oksigen, nitrogen, dan berbagai senyawa karbon yang mengandung oksigen, nitrogen, dan belerang.

Minyak bumi di temukan bersama sama dengan gas alam. Minyak Bumi yang telah di pisahkan dari gas alam di sebut juga minyak mentah (crude oil). Minyak mentah dapat di bedakan menjadi :

- Minyak Mentah Ringan (light crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang rendah , bewarna terang dan bersifat encer (viskositas rendah)
- Minyak Mentah berat (heavy crude oil) yang mengandung kadar logam dan belerang tinggi, memiliki viskositas tinggi sehingga harus di panaskan agar meleleh
Minyak mentah merupakan campuran yang kompleks dengan komponen utama alkana dan sebagian kecil alkena, alkuna, sikloalkana, aromatic, dan senyawa anorganik. Meskipun kompleks , namun terdapat cara mudah untuk memisahkan komponen – komponennya , yakni berdasarkan perbedaan nilai titik didihnya. Proses ini di sebut distilasi bertingkat . Selanjutnya untuk mendapatkan produk akhir sesuai yang diinginkan, maka sebagian hasil dari distilasi bertingkat perlu diolah lebih lanjut melalui proses konversi, pemisahan perngotor dalam fraksi, dan pencampuran fraksi

1. Proses Terbentuknya Minyak Bumi

Minyak bumi terbentuk dari penguraian senyawa-senyawa organik dari jasad mikroorganisme jutaan tahun yang lalu di dasar laut atau di darat. Sisa-sisa tumbuhan dan hewan tersebut tertimbun oleh endapan pasir, lumpur, dan zat-zat lain selama jutaan tahun dan mendapat tekanan serta panas bumi secara alami. Bersamaan dengan proses tersebut, bakteri pengurai merombak senyawa-senyawa kompleks dalam jasad organik menjadi senyawa-senyawa hidrokarbon. Proses penguraian ini berlangsung sangat lamban sehingga untuk membentuk minyak bumi dibutuhkan waktu yang sangat lama. Itulah sebabnya minyak bumi termasuk sumber daya alam yang tidak dapat diperbarui, sehingga dibutuhkan kebijaksanaan dalam eksplorasi dan pemakaiannya.

3. Pembentukan Gas Alam

Bahan utama dalam gas alam adalah metana, gas (atau senyawa) yang terdiri dari satu atom karbon dan empat atom hidrogen. Jutaan tahun lalu, sisa-sisa tanaman dan binatang (diatom) membusuk dan tertutup dalam lapisan tebal. Sisa tanaman dan hewan yang disebut bahan organik itu kemudian membusuk. Seiring waktu, pasir dan lumpur berubah menjadi batu, menutupi bahan organik yang terjebak di bawah bebatuan. Tekanan dan panas mengubah sebagian bahan organik menjadi batubara, sebagian menjadi minyak (petroleum), dan sebagian menjadi gas alam - gelembung kecil gas tidak berbau.