Air adalah senyawa yang penting bagi
semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai
saat ini di Bumi, tetapi
tidak di planet lain. Air
menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³)
tersedia di Bumi. 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. Pengelolaan
sumber daya air yang kurang baik dapat menyebakan kekurangan air, monopolisasi
serta privatisasi dan bahkan menyulut konflik. Indonesia telah
memiliki undang-undang yang mengatur sumber daya air sejak tahun 2004, yakni
Undang Undang nomor 7 tahun 2004 tentang Sumber Daya Air
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-).
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 hidrokida (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.
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.
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
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. Gaya-gaya
ini penting terutama saat sel-sel terdehidrasi saat bersentuhan langsung dengan
ruang luar yang kering atau pendinginan di luar sel (extracellular freezing).
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
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.
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
Tubuh manusia terdiri dari
55% sampai 78% air, tergantung dari ukuran badan. 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, namun hasil penelitian yang diterbitkan Universitas
Pennsylvaniapada tahun 2008 menunjukkan bahwa konsumsi sejumlah 8
gelas tersebut tidak terbukti banyak membantu dalam menyehatkan tubuh. 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.
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. 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.
Sumber
: http://id.wikipedia.org/wiki/Air
1. Silahkan masukkan komentar
2. Berkomentar dengan kata-kata yang santun
3. Jangan menggunakan kata-kata kotor
4. Jika anda tidak suka dengan yang kami sajikan, lebih baik jangan di baca
5. Tinggalkan link web/blog anda agar admin bisa visit back
6. Jadilah pengunjung yang baik
7. Kami hanya memberikan informasi dari sumber-sumber yang bisa admin percaya.
8. Maaf jika ada salah satu artikel tidak ada sumbernya.
EmoticonEmoticon