Materi kuliah dapat didownload di

(1)

HIDROGEOLOGI UMUM (GL

HIDROGEOLOGI UMUM (GL 30813081))

Materi kuliah dapat didownload di www.fiktm.itb.ac.id/kk-geologi_terapan

HIDROGEOLOGI UMUM (GL

HIDROGEOLOGI UMUM (GL--30813081)) MINGGU KE

MINGGU KE--1313

SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR TANAH SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR TANAH SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR TANAH SIFAT FISIK DAN KIMIA AIR TANAH

Oleh Oleh:: Prof.Dr.Ir

Prof.Dr.Ir. Deny . Deny JuandaJuanda PuradimajaPuradimaja, DEA, DEA Asisten

Asisten:: Dr. D. Erwin

Dr. D. Erwin IrawanIrawan

1 Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

1 1

Couse note for ITB student. Couse note for ITB student. Permission for other uses to Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja Prof. Deny Juanda Puradimaja

PROPERTI FISIKA AIRTANAH

Airtanah cenderung untuk mencapai Airtanah cenderung untuk mencapai

kesetimbangan kimia

kesetimbangan kimia--fisika dan hal ini fisika dan hal ini akan dicapai setelah terjadi proses

akan dicapai setelah terjadi proses--proses proses akan dicapai setelah terjadi proses

akan dicapai setelah terjadi proses proses proses di dalam airtanah yang berlangsung dari di dalam airtanah yang berlangsung dari waktu ke waktu.

waktu ke waktu. waktu ke waktu. waktu ke waktu.

Properti Kimia/Fisika airtanah yang dapat Properti Kimia/Fisika airtanah yang dapat

dikenali di lapangan antara lain : dikenali di lapangan antara lain : dikenali di lapangan antara lain : dikenali di lapangan antara lain : Temperatur (

Temperatur (oo_{C), Derajat Keasaman (pH),}_{C), Derajat Keasaman (pH),}

Potensial Redoks (Eh) dan Daya Hantar Potensial Redoks (Eh) dan Daya Hantar

Potensial Redoks (Eh) dan Daya Hantar Potensial Redoks (Eh) dan Daya Hantar Listrik (DHL).

(2)

TEMPERATUR (

OO

_C)

Temperatur airtanah pada tempat dan Temperatur airtanah pada tempat dan

kt t t t k h il d i kt t t t k h il d i waktu tertentu merupakan hasil dari waktu tertentu merupakan hasil dari

bermacam proses pemanasan yang terjadi bermacam proses pemanasan yang terjadi di bawah dan/atau di permukaan bumi di bawah dan/atau di permukaan bumi di bawah dan/atau di permukaan bumi di bawah dan/atau di permukaan bumi (Matthess, 1982)

(Matthess, 1982)

Dari perbandingan antara temperatur air Dari perbandingan antara temperatur air

pada tubuh air dengan temperatur pada tubuh air dengan temperatur rata

rata--rata udara lokal saat pengukuran rata udara lokal saat pengukuran rata

rata rata udara lokal saat pengukuran rata udara lokal saat pengukuran

akan diketahui adanya zonasi hipertermal, akan diketahui adanya zonasi hipertermal, mesotermal, dan hipotermal.

mesotermal, dan hipotermal.

p p

TEMPERATUR (

OO

_C)

Zonasi Hipertermal : Zona dimana Zonasi Hipertermal : Zona dimana

temperatur air pada tubuh air tersebut temperatur air pada tubuh air tersebut temperatur air pada tubuh air tersebut temperatur air pada tubuh air tersebut lebih tinggi dari temperatur rata

lebih tinggi dari temperatur rata--rata rata udara lokal.

udara lokal.

Zonasi Mesotermal : Zona dimana Zonasi Mesotermal : Zona dimana

temperatur air pada tubuh air sama temperatur air pada tubuh air sama pp pp dengan temperatur rata

dengan temperatur rata--rata udara lokal.rata udara lokal.

Zonasi Hipotermal : Zona dimana Zonasi Hipotermal : Zona dimana pp

temperatur air pada tubuh air lebih temperatur air pada tubuh air lebih rendah dari temperatur rata

rendah dari temperatur rata--rata udara rata udara l k l

l k l lokal. lokal.

(3)

Grafik Zonasi Temperatur Mataair

pH

pp

Karena kadar ion HKarena kadar ion H++ sangat kecil, maka sangat kecil, maka gg

nilai konsentrasinya ditampilkan dalam nilai konsentrasinya ditampilkan dalam bentuk pH yang mewakili nilai

bentuk pH yang mewakili nilai --log log 9 9 k t i i hid

k t i i hid

konsentrasi ion hidrogen konsentrasi ion hidrogen

Pada temperatur Pada temperatur 25 25 ooCC keaktifan ion Hkeaktifan ion H++

d i OH

d i OH d i d l h d i d l h 44 _hi_hi

dan ion OH

dan ion OH-- _{pada air adalah}_{pada air adalah 99}--44_{, sehingga}_{, sehingga}

dengan asumsi konsentrasi H

dengan asumsi konsentrasi H++ _{= OH}_{= OH}-- ₍₍₁_{1 X}_X

99--77 _{mol/liter) maka nilai pH air murni =}_{mol/liter) maka nilai pH air murni = 77}

99 77 _{mol/liter) maka nilai pH air murni =}_{mol/liter) maka nilai pH air murni = 77. .}

Faktor utama penentu keaktifan ion Faktor utama penentu keaktifan ion

adalah jumlah reaksi kimia yang adalah jumlah reaksi kimia yang

adalah jumlah reaksi kimia yang adalah jumlah reaksi kimia yang melibatkan ion hidrogen.

(4)

pH

pp

Reaksi kimia akan meningkat seiring Reaksi kimia akan meningkat seiring

dengan perubahan temperatur air. dengan perubahan temperatur air.

Perubahan temperatur menyebabkan pH Perubahan temperatur menyebabkan pH air berubah dan perubahan pH air

air berubah dan perubahan pH air

tersebut bergantung pada jenis endapan tersebut bergantung pada jenis endapan

k f k f

akifernya. akifernya.

Metode paling sederhana untuk Metode paling sederhana untuk pp gg

mengetahui nilai pH adalah menggunakan mengetahui nilai pH adalah menggunakan kertas indikator pH dengan kesalahan

kertas indikator pH dengan kesalahan ±±

0

0,,9 9 unit.unit.

pH

Air yang bersifat asam (pH < Air yang bersifat asam (pH < 77) terdapat ) terdapat

pada daerah

pada daerah--daerah dengan endapan daerah dengan endapan pada daerah

pada daerah daerah dengan endapan daerah dengan endapan

vulkanik, sedangkan air yang bersifat basa vulkanik, sedangkan air yang bersifat basa (pH >

(pH > 77) terdapat pada daerah) terdapat pada daerah--daerah daerah (p

(p 77)) p pp p

dengan batuan Ultramafik (Hem,

dengan batuan Ultramafik (Hem, 19851985). ).

Reaksi antara air dengan batuan Reaksi antara air dengan batuan gg

ultramafik membentuk serpentinit. Reaksi ultramafik membentuk serpentinit. Reaksi ini mengikat ion H

ini mengikat ion H++ _{lebih besar daripada}_{lebih besar daripada}

k d d l

konsentrasi yang ada dalam sistem. konsentrasi yang ada dalam sistem.

Sedangkan pada kasus air panas, pH lebih Sedangkan pada kasus air panas, pH lebih

d h k k t i i H

d h k k t i i H++ _di_di

rendah karena konsentrasi ion H

rendah karena konsentrasi ion H++ _{yang di}_{yang di}

dalam sistem lebih besar dari yang diikat. dalam sistem lebih besar dari yang diikat.

(5)

POTENSIAL REDOKS (Eh)

Potensial redoks adalah ukuran kecenderungan Potensial redoks adalah ukuran kecenderungan

(agresivitas) air untuk mengoksidasi atau (agresivitas) air untuk mengoksidasi atau (agresivitas) air untuk mengoksidasi atau (agresivitas) air untuk mengoksidasi atau mereduksi unsur yang terlarut dalam larutan. mereduksi unsur yang terlarut dalam larutan.

Di dalam reaksi kimia hal ini terlihat dalam Di dalam reaksi kimia hal ini terlihat dalam da a ea s da a ea s a a a a te te at da a at da a

jumlah elektron yang dilepas dan elektron yang jumlah elektron yang dilepas dan elektron yang diikat.

diikat.

Potensial redoks dinyatakan dalam satuan Potensial redoks dinyatakan dalam satuan

milivolt (mV). Besarnya Eh dapat diukur dan milivolt (mV). Besarnya Eh dapat diukur dan

b d i l l k d l

perbedaan potensial antara elektroda logam perbedaan potensial antara elektroda logam

inert

inert yang terbuat dari emas atau platinum yang terbuat dari emas atau platinum dengan sebuah elektroda lain yang mempunyai dengan sebuah elektroda lain yang mempunyai

dengan sebuah elektroda lain yang mempunyai dengan sebuah elektroda lain yang mempunyai nilai potensial konstan.

nilai potensial konstan.

POTENSIAL REDOKS (Eh)

Nilai potensial hidrogen dianggap sebagai Nilai potensial hidrogen dianggap sebagai

nilai nol (

nilai nol (baseline((baseline), sehingga jika nilai Eh ), sehingga jika nilai Eh ),), gg jgg j air lebih besar dari nilai Eh hidrogen,

air lebih besar dari nilai Eh hidrogen, maka potensial redoksnya positif.

maka potensial redoksnya positif. pp y py p

Potensial redoks yang positif Potensial redoks yang positif

menunjukkan kondisi oksidasi sedangkan menunjukkan kondisi oksidasi sedangkan menunjukkan kondisi oksidasi, sedangkan menunjukkan kondisi oksidasi, sedangkan nilai negatif menunjukkan kondisi reduksi. nilai negatif menunjukkan kondisi reduksi.

(6)

Diagram Eh

Diagram Eh –– pH

pH

(Fetter

(Fetter 1982

1982))

(Fetter,

(Fetter, 1982

1982))

DAYA HANTAR LISTRIK (DHL)

Daya hantar listrik (Daya hantar listrik (spesific spesific

conductivity

conductivity/konduktivitas) adalah ukuran /konduktivitas) adalah ukuran

conductivity

conductivity/konduktivitas) adalah ukuran /konduktivitas) adalah ukuran kemampuan suatu zat menghantarkan arus kemampuan suatu zat menghantarkan arus listrik dalam temperatur tertentu yang

listrik dalam temperatur tertentu yang pp y gy g

dinyatakan dalam micromohs per centimeter dinyatakan dalam micromohs per centimeter oo_C_C..

Satuan yang lebih umum digunakan adalah Satuan yang lebih umum digunakan adalah

mikroSiemens (

mikroSiemens (μμS). Untuk menghantarkan arus S). Untuk menghantarkan arus listrik, ion

listrik, ion--ion bergerak dalam larutan ion bergerak dalam larutan i d hk t li t ik (

i d hk t li t ik (i i biliti i bilit ) ) memindahkan muatan listriknya (

memindahkan muatan listriknya (ionic mobilityionic mobility) ) yang bergantung pada ukuran dan interaksi

yang bergantung pada ukuran dan interaksi antar ion dalam larutan

antar ion dalam larutan antar ion dalam larutan. antar ion dalam larutan.

(7)

DAYA HANTAR LISTRIK (DHL)

Nilai daya hantar listrik untuk berbagai jenis air Nilai daya hantar listrik untuk berbagai jenis air

adalah sebagai berikut (Mandel,

adalah sebagai berikut (Mandel, 19811981) :) : Air destilasi (aquades)

Air destilasi (aquades) 00 5 5 50 50 SS -- Air destilasi (aquades) Air destilasi (aquades) : : 00,,5 5 –– 50 50 μμSS -- Air hujanAir hujan : : 55,,0 0 –– 30 30 μμSS

-- Airtanah segarAirtanah segarAirtanah segarAirtanah segar : : 30 : : 30 30 –30 22..000 – 22 000 000 μ000 μμSSμSS -- Air lautAir laut : : 4545..000 000 –– 5555..000 000 μμSS -- Air garam (Brine)Air garam (Brine)gg : > : > 9090..000 99 000 μμSSμμ

Nilai konduktivitas merupakan fungsi antara Nilai konduktivitas merupakan fungsi antara

temperatur, jenis ion

temperatur, jenis ion--ion terlarut, dan ion terlarut, dan konsentrasi ion terlarut Peningkatan ion

konsentrasi ion terlarut Peningkatan ion--ion ion konsentrasi ion terlarut. Peningkatan ion

konsentrasi ion terlarut. Peningkatan ion ion ion yang terlarut menyebabkan nilai konduktivitas yang terlarut menyebabkan nilai konduktivitas air juga meningkat. Sehingga dapat dikatakan air juga meningkat. Sehingga dapat dikatakan nilai konduktivitas yang terukur merefleksikan nilai konduktivitas yang terukur merefleksikan

nilai konduktivitas yang terukur merefleksikan nilai konduktivitas yang terukur merefleksikan konsentrasi ion yang terlarut pada air.

konsentrasi ion yang terlarut pada air.

PROPERTI KIMIA AIRTANAH

UnsurUnsur--unsur kimiawi yang terkandung unsur kimiawi yang terkandung

dalam airtanah dapat dibagi menjadi dalam airtanah dapat dibagi menjadi dalam airtanah dapat dibagi menjadi dalam airtanah dapat dibagi menjadi

unsur mayor

unsur mayor, , unsur minorunsur minor, dan , dan unsur unsur jarang

jarang jarang jarang..

Unsur utama (unsur mayor) terdiri dari Unsur utama (unsur mayor) terdiri dari

ion

ion ion Mgion Mg++ _Ca_Ca22++ _Na_Na++ _K_K++ _Cl_Cl-- _SO_SO 22-- _dan_dan

ion

ion--ion Mgion Mg++_{, Ca}_{, Ca}22++_{, Na}_{, Na}++_{, K}_{, K}++_{, Cl}_{, Cl , SO}_{, SO}

4422 , dan , dan

HCO

HCO₃₃--_{. Unsur utama ini selalu digunakan}_{. Unsur utama ini selalu digunakan}

dalam penyajian data kimia airtanah dalam penyajian data kimia airtanah dalam penyajian data kimia airtanah, dalam penyajian data kimia airtanah,

sedangkan unsur minor dan unsur jarang sedangkan unsur minor dan unsur jarang tidak selalu digunakan dan tergantung tidak selalu digunakan dan tergantung

tidak selalu digunakan dan tergantung tidak selalu digunakan dan tergantung kepada aspek hidrogeologi apa yang akan kepada aspek hidrogeologi apa yang akan dipelajari

(8)

PROPERTI KIMIA AIRTANAH

Penyajian Data Kimia

S

l Ai

h

S

l Ai

h

Sampel Airtanah :

P

ji

S

N

ik

P

ji

S

N

ik

Penyajian Secara Numerik

Penyajian Secara Grafis

Penyajian Secara Numerik

Data disiapkan dalam bentuk tabel dan Data disiapkan dalam bentuk tabel dan

dengan satuan konsentrasi mg/l. dengan satuan konsentrasi mg/l.

Untuk mengetahui perbandingan jumlah Untuk mengetahui perbandingan jumlah Untuk mengetahui perbandingan jumlah Untuk mengetahui perbandingan jumlah

masing

masing--masing ion dalam larutan, maka masing ion dalam larutan, maka satuan mg/l dikonversi ke dalam satuan satuan mg/l dikonversi ke dalam satuan satuan mg/l dikonversi ke dalam satuan satuan mg/l dikonversi ke dalam satuan meq/l.

meq/l.

Konversi satuan dilakukan dengan Konversi satuan dilakukan dengan

membagi konsentrasi ion dalam mg/l membagi konsentrasi ion dalam mg/l dengan konsentrasi ion

dengan konsentrasi ion dengan konsentrasi ion. dengan konsentrasi ion.

(9)

Penyajian Secara Numerik

Konsentrasi ion dapat diketahui dengan membagi Konsentrasi ion dapat diketahui dengan membagi berat atom atau berat molekul dengan valensi ion. berat atom atau berat molekul dengan valensi ion. Prosedur perhitungan tersebut dapat dilihat dalam Prosedur perhitungan tersebut dapat dilihat dalam Prosedur perhitungan tersebut dapat dilihat dalam Prosedur perhitungan tersebut dapat dilihat dalam contoh berikut :

contoh berikut : a. Konversi

a. Konversi 57 57 mg Ca/l ke dalam meq/l. Berat atom Ca mg Ca/l ke dalam meq/l. Berat atom Ca =

= 4040 0808 Valensi + Valensi +22 Jumlah ekivalen: Jumlah ekivalen: 4040 08 08 / / 2 2 =

= 4040,,0808. Valensi +. Valensi +22. Jumlah ekivalen: . Jumlah ekivalen: 4040,,08 08 / / 2 2 =

= 2020,,04 04 , maka : Ca = , maka : Ca = 5757//2020,,04 04 = = 22,,84 84 meq/l.meq/l. b. Konversi

b. Konversi 154 154 mg HCOmg HCO₃₃--_{/l ke dalam meq/l}_{/l ke dalam meq/l}

B t t H B t t H

-- Berat atom H ~ Berat atom H ~ 11,,0000 -- Berat atom C Berat atom C -- 1212,,011011 -- Berat atom Berat atom 0 0 -- 1515,,999455 999499949994

-- Berat molekul HCBerat molekul HC00₃₃ = = 6161,,017017 -- valensi = valensi = 11

-- Jumlah ekivalen = Jumlah ekivalen = 6161 017017

-- Jumlah ekivalen = Jumlah ekivalen = 6161,,017017

-- Maka HCOMaka HCO₃₃--₌_{= 154}_154//61_61,,017_{017 =}_{= 22,,52}_{52 meq/l}_meq/l

Pen ajian Seca a N me ik

Penyajian Secara Numerik

Nilai Konversi untuk beberapa kation/anion yang Nilai Konversi untuk beberapa kation/anion yang

penting : penting : 62,005 NO₃ -27,9235 Fe2+ 22,9898 Na+ 48,031 SO₄ 2-27,469 Mn2+ 39,92 K+ 61,017 HCO₃ -12,156 Mg2+ 35,453 Cl -30,005 CO₃ 2-20,04 Ca2+ 18 Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja

,

3

,

(10)

Pen ajian Seca a G afis

Penyajian Secara Grafis

Pictorial DiagramPictorial Diagram

a Diagram Grafik Batang a Diagram Grafik Batang a. Diagram Grafik Batang a. Diagram Grafik Batang b. Diagram Lingkar/Radial b. Diagram Lingkar/Radial M l i i Di

M l i i Di

Multivarian DiagramMultivarian Diagram

a. Trilinier Diagram (Diagram Piper) a. Trilinier Diagram (Diagram Piper)

b. Horizontal Diagram (Diagram Stiff dan b. Horizontal Diagram (Diagram Stiff dan

Diagram Schoeller) Diagram Schoeller)

Pictorial Diagram

(Diagram Lingkar/Radial)

(11)

Multivarian Diagram

(Diagram Piper)

Multivarian Diagram

(Diagram Stiff)

(12)

Multivarian Diagram Multivarian Diagram (Diagram Schoeller) (Diagram Schoeller) (Diagram Schoeller) (Diagram Schoeller) 23 Couse note for ITB student. Permission for other uses to Prof. Deny Juanda Puradimaja