Air

 air

Air adalah satu-satunya zat cair (selain minyak bumi) yang ditemukan di bumi dalam jumlah yang signifikan. Cairan ini juga mudah dikonversi dalam kondisi di bumi ke bentuk padat dan gas. Air memiliki beberapa sifat yang tidak biasa yang membedakannya dari zat lain. Misalnya, fase padatnya, es, kurang padat dari air cair, sedangkan untuk sebagian besar zat fase padat lebih padat daripada cairan. Selain itu, air memiliki kapasitas panas yang luar biasa besar. Ini adalah beberapa sifat yang penting dalam menentukan kondisi yang menguntungkan bagi kehidupan. Bahkan, sulit untuk memikirkan hidup tanpa air.

Sifat-sifat air yang tidak biasa sebagian besar terkait dengan kemampuannya untuk membentuk ikatan hidrogen. Sebagai contoh, es kurang padat daripada air cair karena es memiliki struktur terbuka (lihat Gambar dibawah). 

Setiap atom oksigen dalam struktur es dikelilingi secara tetrahedral oleh empat atom hidrogen: dua yang dekat dan berikatan kovalen untuk menghasilkan molekul H2O, dan dua lainnya yang lebih jauh dan dipegang oleh ikatan hidrogen. Sudut tetrahedral memunculkan struktur tiga dimensi yang berisi ruang terbuka. Ketika es mencair, ikatan hidrogen pecah, struktur es hancur sebagian, dan molekul-molekulnya menjadi tersusun lebih rapat, mengarah ke cairan yang lebih padat.

Bahkan air cair memiliki ikatan hidrogen yang signifikan. Hanya sekitar 15% dari ikatan hidrogen yang putus ketika es mencair. Anda mungkin melihat cairan tersebut terdiri dari gugus mirip es di mana ikatan hidrogen terus pecah dan terbentuk, sehingga gugus menghilang dan muncul yang baru. Ini kadang-kadang disebut sebagai model "cairan berkelip-kelip" air cair.

Ketika suhu naik dari 0°C, cluster cenderung memecah lebih jauh, memberikan cairan yang lebih kompak. Dengan demikian, kepadatan meningkat (lihat Gambar 11.52). Namun, seperti normal dalam cairan apa pun ketika suhu naik, molekul-molekul mulai bergerak dan bergetar lebih cepat, dan ruang yang ditempati oleh molekul rata-rata meningkat. Untuk sebagian besar cairan lain, ini menghasilkan penurunan kepadatan yang terus-menerus dengan kenaikan suhu. Dalam air, efek normal ini diimbangi dengan peningkatan kerapatan karena terputusnya ikatan hidrogen, tetapi pada 4°C efek normal mulai mendominasi. Air menunjukkan kerapatan maksimum pada 4°C dan menjadi kurang padat pada suhu yang lebih tinggi.

Panas yang luar biasa besar dari penguapan air memiliki efek penting pada cuaca bumi. Penguapan air permukaan menyerap lebih dari 30% energi matahari yang mencapai permukaan bumi. Energi ini dilepaskan ketika uap air mengembun, dan badai dan angin topan dapat terjadi. Dalam prosesnya, air bumi disirkulasikan dan sumber air tawar diisi kembali. Siklus air alami ini dari lautan ke sumber air tawar dan kembalinya ke laut disebut siklus hidrologi (Gambar dibawah).

Meskipun penguapan dan kondensasi air memainkan peran dominan dalam cuaca kita, sifat-sifat lain juga penting. Kapasitas panas yang sangat besar dari badan air memiliki efek moderasi penting pada suhu sekitar dengan menghangatkan massa udara dingin di musim dingin dan mendinginkan udara hangat massa di musim panas. Di seluruh dunia, lautan adalah yang paling penting, tetapi bahkan danau  pun memiliki efek nyata. Sebagai contoh, Great Lakes memberi Detroit musim dingin yang lebih moderat daripada kota-kota yang agak jauh ke selatan tetapi tanpa danau di dekatnya.

Fakta bahwa es kurang padat daripada air berarti terbentuk di atas cairan ketika pembekuan terjadi. Ini memiliki efek jangkauan luas, baik untuk cuaca maupun untuk hewan air. Ketika es terbentuk di badan air, ia melindungi air di bawahnya dari udara dingin dan membatasi pembekuan lebih lanjut. Ikan bergantung pada ini untuk bertahan hidup di musim dingin. Pertimbangkan apa yang akan terjadi pada danau jika es lebih padat daripada air. Es akan membeku dari dasar danau ke atas. Tanpa efek isolasi di permukaan, danau itu bisa membeku, membunuh ikan. Pencairan air akan berkepanjangan, karena efek isolasi dari air permukaan akan membuat es di dasar danau meleleh lebih lama.

Sifat pelarut air juga tidak biasa. Air adalah zat polar dan memiliki ikatan hidrogen. Akibatnya, air melarutkan banyak zat, termasuk senyawa ionik dan polar. Sifat-sifat ini menjadikan air pelarut utama, secara biologis dan industri. Sebagai hasil dari sifat pelarut air, cairan yang terbentuk secara alami selalu mengandung bahan terlarut, terutama zat ionik. 

Air sadah mengandung ion logam tertentu, seperti Ca2+ dan Mg2+. Ion-ion ini bereaksi dengan sabun, yang merupakan garam natrium dari asam stearat dan asam organik serupa, untuk menghasilkan endapan curdy dari garam kalsium dan magnesium. Endapan ini melekat pada pakaian dan bak mandi (seperti cincin bak mandi). Menghilangkan ion Ca2+ dan Mg2+ dari air sdah disebut pelunakan air.

Air sering dilunakkan dengan metode pertukaran ion. Pertukaran ion adalah suatu proses di mana larutan air dilewatkan melalui kolom material yang menggantikan satu jenis ion dalam larutan dengan jenis lain. Pelunak air rumah dan komersial mengandung resin penukar kation, yang merupakan zat makromolekul tidak larut (zat yang terdiri dari molekul raksasa) dimana gugus bermuatan negatif terikat secara kimiawi. Muatan negatif diimbangi oleh ion seperti Na+. Ketika air sadah yang mengandung ion Ca2+ melewati kolom resin ini, Ion Na+ dalam resin digantikan oleh ion Ca2+. Air yang melewati kolom sekarang mengandung Na+ menggantikan Ca2+ dan air telah melunak. Setelah resin telah sepenuhnya dikonversi menjadi garam kalsium, ia dapat diregenerasi dengan membilas kolom dengan larutan NaCl pekat untuk membalikkan reaksi sebelumnya.

Sumber :Theodore L. Brown, Chemistry: The Central Science