Kesadahan karbonat ( KH)

Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO3-) dan karbonat (CO3–) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah kesadahan karbonat, pengikat kemasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk menunjukkan hal yang sama. Dalam hubungannya dengan kemampuan air mengikat kemasaman, KH berperan sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH.

KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO3 seperti halnya GH. Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan melalukan air melewati gambut. Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat. Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH maupun GH dengan proporsi yang sama.



Mineral yang merupakan sumber primer ion kalsium dalam air diantara mineral-mineral yang berperan adalah gips, CaSO4.2H2O; anhidratnya, CaSO4; dolomite, CaMg (CO3)2; kalsit dan argonite yang merupakan modifikasi yang berbeda dari CaCO3. Air yang mengandung karbon dioksida mudah melarutkan kalsium dari mineral-mineral karbonat.

CaCO3 + CO2 + H2O Ca2+ + 2HCO3-

Reaksi sebaliknya berlangsung bila CO2 hilang dari perairan. karbondioksida yang masuk keperairan melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisma, penghancur bahan organik dalam air, dan sediment berperan sangat besar terhadap kadar CO2 ­dan HCO3- dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses kimia perairan dan geokimia.

Ion kalsium, bersama-sama dengan magnesium dan kadang-kadang kesadahan air, baik yang bersifat kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:

Ca2+ +2 HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O

Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau sulfat yang proses pelunakannya melalui proses kapur – soda abu, proses zeolit, dan proses resin organik. Air sadah juga tidak menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air.

Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Kelebihan ion Ca2+ serta ion CO32-+ (salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan kalsiumkarbonat CaCO3. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya turbulensi.

Ion kalsium, Ca2+ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama larut yang ada adalah Ca2+, oleh karena itu konsentrasi HCO3- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca2+ – HCO3- dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca2+ – SO42- dapat terjadi.

Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca2+ relatif lebih kecil dibandingkan dengan lainnya, maka densitas muatan ion Mg2+ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan hidrasi. Magnesiun dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg2+ HCO3- dan Mg2+ SO42- terjadi bila konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi.

Mineral-mineral seperti dolomit adalah paling umum dalam air.

CaMg (CO3)2 + 2 CO2 +2 H2O Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3-

Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan dapat, bereaksi dengan zat-zat lain hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu.

Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca2+ dan Mg2+, juga oleh Mn2+, Fe2+ dan semua kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang bersifat kapur.

Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3- dan OH-. Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila ti­tik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat CaCO3 dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak dengan air yang tidak jenuh (agresip). Ion Mg2+ akan bereaksi dengan OH- membentuk garam yang terlarut sampai batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)2 bila titik kejenuhan dilampaui.

Ion Ca2+ dan Mg2+ diendapkan sebagai CaCO3 dan Mg(OH)3 menurut reaksi keseimbangan kimiawi sebagai berikut :

Mg2+ + 2 OH- Mg(OH)2

Ca2+ + C032- CaCO3

CO32- berasal dari karbondioksida CO2 dan bikarbonat HCO3- yang sudah terlarut dalam air sesuai dengan reaksi berikut :

CO2 + OH- HCO3-
HCO3+ + OH- CO32- + H2O

Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah secara simultan alkalinitas juga cenderung rendah ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar mengendap.

Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar. Resin adalah zat yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hunya dipakai resin dengan sifat anionik.(dari berbagai sumber)