DISSOLVED CO2 IN SEA WATER* 1 Oleh : EKO EFENDI Gas CO2 Properties Formula molekul CO2 Massa molar 44.0095(14) g/mol Appearance colorless gas Densitas 1,600 g/L, solid; 1.98 g/L, gas Titik uap −57 °C (216 K) (under pressure) Titik didih −78 °C (195 K), (sublimes) Kelarutan dalam air 1.45 g/L Aciditas(pKa) 6.35 and 10.33 kekentalan 0.07 cP at −78 °C Dipole moment zero Structure Bentuk molekul Linier Related compounds Sumber :http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide Gambar 1. Wujud CO2 dalam berbagai Temperatur dan Tekanan (http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide) Gas CO2 Sumber Gas CO2 Gambar 2. Siklus karbon(http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide) Sumber Gas CO2 Atmosfer Fotosintesis Presipitasi Aktifitas Organisme Pelapukan batuan silikat Pengambilan karbon dari atmosfer: Sumber Gas CO2 Resfirasi Penguraian oleh jamur Pembakaran material Organik Pabrik semen Pelepasan dari laut pada suhu tinggi Erupsi vulkani dan ledakan gunung api Pengembalian karbon ke atmosfer: Atmosfer Atmosfer Sumber Gas CO2 Autotroph Perpindahan antar Biosfer Lepas melalui resfirasi Pembakaran biomassa Organisme mati dalam geosfer Erupsi vulkani dan ledakan gunung api Peranan Biosfer dalam siklus karbon Biosfer Sumber Gas CO2 Dilaut Udara Pembakaran bahan bakar fosil Kegiatan gunung berapi C Organik Ion-ion ke Sedimen sebagai Pembusukan Respirasi Hewan Sistem karbonat Respirasi Tumbuhan Pembusukan Air Bakteri Gambar 3. Siklus karbon dilaut (http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxide) Sumber Gas CO2 Laut mengandung sekitar 36.000 gigaton karbon Karbon dilepaskan pada daerah Upwelling Karbon diterima pada daerah Downwelling Pada saat memsauki lautan membentuk Asam Kabonat CO2 + H2O ⇌ H2CO3 Reaksi yang lain yang penting adalah: H2CO3 ⇌ H + + HCO3 − Pelepasan ion hidrogen dan bikarbonat penting dalam memngomtrol perubahan pH Dilaut Solubility (Daya Larut)CO2 Faktor yang mempengaruhi daya Larut CO2 di dalam air: 1. Tekanan pasial CO2 2. Temperatur Gambar 2. Grafik Hubungan kelarutan CO2 dengan Temperatur (http://jcbmac.chem.brown.edu). Solubility (Daya Larut)CO2 Faktor yang mempengaruhi daya Larut CO2 di dalam air: 3. Presipitasi calcite HCO Ca O H CO CaCO s 3 2 2 2 ) ( 3 2 Proses presipitasi ini lebih kepada pelepasan karbon dari badan air ke sedimen Sistem Karbonat CO2 di laut merupakan kontribusi kesetimbangan kompleks dalam bentuk: 3 2 ) ( 2 2 CO H CO O H aq water carbon carbonic dioxide acid 3 3 2 HCO H CO H carbonic hydrogen bicarbonat acid ion ion 2 1 Sistem Karbonat CO2 di laut merupakan kontribusi kesetimbangan kompleks dalam bentuk: . 2 3 3 CO H HCO Bicarbonat hydrogen carbonate ion ion ion 3 Dua pendekatan dalam kesetimbangan CO2 1. Sistem tertutup yaitu tidak ada transfer CO2 dari atmosfer [CO2] = [CO2 (aq)] + [H2CO3] CO2(g) CO2 CO2 + H2O HCO3 - + H+ CO3 2- + H+ Ko K1 K2 Ko = Koef. Daya larut CO2 di air laut K1* = [HCO3 -] [H+] [CO2] K2* = [CO3 2-] [H+] HCO3 - Sistem Karbonat 1. Sistem tertutup yaitu tidak ada transfer CO2 dari atmosfer Total inorganik karbon terlarut (DIC) atau TCO2 atau CT : DIC Ξ ΣCO2 = [CO2] + [HCO3 -] + [CO3 2-] Selanjutnya : [CO2] = 1 + K*1 K*1K*2 [H+] [H+]2 + ( ) DIC [HCO3 -] = (1 + K*1 K*2 [H+] [H+] + ) DIC [CO3 2-] = ( ) 1 + K*2 K*1K*2 [H+] [H+]2 + DIC Sistem Karbonat 1. Sistem tertutup yaitu tidak ada transfer CO2 dari atmosfer Sistem Karbonat 2. Sistem Terbuka yaitu terjadi transfer CO2 dari atmosfer 2 ] [ ] [ * 3 2 2 CO H P K CO H CO 2 0 1 CO H T P K C 2 2 ] [ ] [ 1 0 1 3 CO H CO H T P K H K P K C HCO 2 2 2 2 1 0 2 2 3 ] [ ] [ CO H CO H T P K H K K P K C CO Untuk menentukan konsentrasi CO2 dirumuskan dengan : dan CT dihitung dengan persamaan : Fraksi ionisasinya adalah : Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut pH (Derajat Keasaman) Konversi pH oleh beberapa ahli telah dilakukan seperti Sorensen (1909) dengan merumuskan sebagai berikut : ) ( log H pH Untuk kondisi infinite, didefenisikan sebagai aktifitas ion hidrogen atau dirumuskan : ) ( log H H pa H f x H ) ( log H f H log ) ( log H f 1 1 log 2 I Az f H Gunterberg merumuskan (aktifitas ion hidrogen) dengan : dengan I = ½ Σ Ci zi2 Dimana: Ci = konsentrasi ion ke-i zi = muatan ion ke - i Air laut nilai I ~ 0,7 pada S = 35 /oo Atau I = 19,924 S 1000 – 1,005 S Nilai 30 < S < 40, I cukup linier yaitu I = 0,02 S Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut pH (Derajat Keasaman) A = 1,82 x 106 (εT)-3/2 ; ε = 79 2 25 ) 25 ( ) 25 ( t B t A pH pH t 2 25 25 3 ) 8 ( 9806 . 63 ) 8 ( 505 . 32 296 .9 10 pH pH A 2 25 25 3 ) 8 ( 637 . 41 ) 8 ( 000 . 23 916 .3 10 pH pH B AP pH pH t P t 0 2 3 ) 8 ( 0816 .0 00282 .0 ) 35 ( 0048 .0 424 .0 10 t pH t S A Untuk pengaruh suhu : Untuk pengaruh tekanan diduga dengan : Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut pH (Derajat Keasaman) pH (Derajat Keasaman) Gambar 3. Log konsentrasi ion CO2, HCO3 - dan CO3 2- terlarust pada pH, salinitas, Temperatur dan Tekanan berbeda.( Zeebe, Richard E. and Wolf-Gladrow, Dieter. 2003) Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut Alkalinitas Alkalinitas dan DIC serta T dan S, penentu spesies dari sistem karbonat dan pH Alkalinitas Karbonat: Pendekatan pada simple air laut tanpa memperhitungkan keberadaan boron, fosfat, silikat dan amonia Secara teknis disimulasikan dengan penambahan asam kuat (mis: HCl) ke air laut HCl H+ + Cl- CO3 2- HCO3 - H2CO3 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut Alkalinitas Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut Alkalinitas Penambahan proton sampai jumlah tertentu, semua spesies menjadi CO2 (muatan anion asam karbonat dinetralkan oleh H+) Jika nilai [HCO3 -] + 2 [CO3 2-] diplotkan vs asam yang ditambahkan, maka terdapat hubungan linier pada kisaran tertentu dengan slop -1, nilai ini dikenal dengan alkalinitas kabonat (CA) atau CA = [HCO3 -] + 2 [CO3 2-] Jadi CA adalah jumlah mol HCl yang diperlukan untuk menetralisir anion-anion asam lemah (secara grafik menunjukkan titik dimana CA mendekati nilai 0 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut CO2 total R=(∆Pco2/Pco)/(∆∑CO2/∑CO2) Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut CO2 total Revelle Facto (R) Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Distribusi CO2 Dalam Air Laut Tekanan Parsial CO2  Pengurangan akibat fotosintesis  Pengurangan akibat pembentukan CaCO3  Pengurangan akibat pemanasan bumi  Penambahan akibat oksidasi oleh material tumbuhan  Penambahan akibat penguraian CaCO3  Penambahan akibat peningkatan CO2 di atmosfer akibat pembakaran fosil