Sifat Fisika Perairan Tergenang : Berat Jenis, Viskositas, Densitas

Sifat Fisika Perairan Tergenang : Berat Jenis, Viskositas, Densitas

Oleh:

TIM MK. LIMNOLOGI FPIK – UB

LIMNOLOGI – Pertemuan 2

Fisik dan Struktur ionik air

Fisik Air

Air di Alam:

oBerbentuk Cair : 70 % menutupi permukaan bumi (darat dan laut)

oBerbentuk Gas : hasil evaporasi

oBerbentuk padat: salju dan kristal es di udara serta sebagai es di kutub

a. Distribusi Air

b. Daur hidrologik

Perubahan keadaan air dari wujud: padat, cair dan gas atau sebaliknya.

Struktur ionik air Air:

Merupakan persenyawaan kimia yang sangat sederhana yang terdiri dari dua atom hidrogen (H) yang berikatan dengan satu atom oksigen (O), yang ditulis dengan rumus kimia H₂O

Formasi molekul air

• Keterangan:

oAtom-atom hidrogen terikat ke atom oksigen secara asimetris membentuk sudut 105^o

oIkatannya melalui pemakaian elektron secara bersama-sama:

oAtom O : 2 elektron untuk memenuhi elektron terluarnya

oAtom H : 1 elektron untuk memenuhi kulit elektron terluarnya

oAtom O > H :

O sedikit bermuatan –

H sedikit bermuatan +--- >suatu molekul polar

Sifat polar molekul air

oTempat kedudukan H yang bermuatan positif akan menarik kedudukan O yang bermuatan negatif pada molekul-molekul air lain. Ikatannya lemah hanya 6 % dr pd ikatan H dan O dalam satu molekul air

oIkatan hidrogen mudah lepas dan mudah terbentuk oAdanya ikatan hidrogen dan sifat terpolarisasi air ini

yang bertanggung jawab terhadap berbagai sifat fisik dan kimia air

Ikatan hidrogen dalam cairan air

Sifat-sifat air

oPelarut Universal

oCairan tidak berwarna dan tidak berbau

oTegangan permukaan air paling tinggi dari semua zat cair pada umumnya

oPenghantar panas paling tinggi dari semua zat cair pada umumnya, kecuali air raksa

oBerat jenis air maksimum pada suhu 4^oC oViskositas relatif rendah untuk zat cair

Es di Kutub

Densitas, Viskositas Dan Tegangan Permukaan Air

Kepadatan (Density)

Pengertian:

• Kepadatan (Density): massa per satuan volume

(g/cm3 atau g/ml). Jadi identik dengan Berat Jenis (BI)

Berat Jenis air murni 775 kali lebih besar dari pada Berat Jenis udara (pada suhu 0 ^oC dan pada tekanan 760 mm Hg). Sehingga pengaruhnya terhadap daya apung suatu benda lebih besar menurut perbandingan yang sama. Hal ini merupakan suatu penghematan energi yang cukup besar bagi organisme air untuk menahan beratnya sendiri.

Contoh:

oTanaman potamageton tak akan berbentuk kalau diangkat ke permukaan air

oPolip air tawar dan ubur-ubur tak akan berbentuk kalau diangkap ke luar air

oBerat jenis air tidak selalu sama baik terhadap tempat dan atau waktu.

oPerbedaan berat jenis (baik terhadap tempat dan atau waktu) kecil, akan tetapi pengaruhnya besar terhadap pergerakan air.

oAdanya perbedaan berat jenis air disebabkan oleh:

oPerbedaan temperatur (suhu) oPerbedaan kadar garam

oPerbedaan tekanan atau bahan suspensi

Hubungan kepadatan dengan temperatur

Air mempunyai hubungan kepadatan/BI dengan temperatur yang aneh (anomali air).

Kebanyakan cairan menjadi semakin rapat bila

cairan itu semakin dingin. Sedangkan air tidak,

Air akan semakin rapat apabila didinginkan

sampai pada suhu sekitar 4

^o

C. Selanjutnya

suhu semakin rendah kerapatannya

berkurang.

Temperatur, density dan volume spesifik air

Temperatur (^oC) Density (kg/L) Vol. spesifik (L/kg)

0 (es) 0,91860 1,08861

0 (air) 0,99987 1,00013

4 1,00000 1,00000

5 0,99999 1,00001

10 0,99973 1,00027

15 0,99913 1,00087

18 0,99862 1,00138

20 0,99823 1,00177

25 0,99707 1,00293

30 0,99568 1,00434

35 0,99406 1,00598

Hubungan kepadatan dengan temperatur

Keterangan Tabel dan Gambar:

oDensitas air maximum terjadi pada suhu 4^oC (tepatnya 3,98^oC)

oEs dan air panas (>4^oC) kepadatannya berkurang dari pada air pada suhu 4^oC.

oAntara 0 sampai 4^oC densitas bertambah dengan temperatur karena ikatan H mengalami kerusakan, es dicirikan kurang padat, struktur terbuka seharusnya komplit.

Pola geometris dari molekul - molekul es

oDensitas air dalam bentuk cair lebih tinggi dari pada dalam bentuk padat

oEs mempunyai BI 1/12 kali lebih kecil dari pada air pada temperatur 0^oC.

oPerbedaan densitas akibat pengaruh temperatur dapat menimbulkan stratifikasi air.

Struktur temperatur

o Epilimnion:

Lapisan atas dimana gradien suhu homogen

o Metalimnion (Thermocline):

Lapisan dimana gradien suhu menurun drastis

o Hypolimnion:

Lapisan bawah dimana gradien penurunan suhu kecil.

Dampak perubahan temperatur dan densitas

oJika kepadatan permukaan air lebih besar dari pada kolom air yang ada dibawahnya maka konveksi terjadi.

oJika kepadatan air permukaan lebih kecil dari pada kolom air bawahnya maka stratifikasi terjadi.

Hubungan Berat Jenis (BI) dengan Kadar Garam

Kadar Garam (^o/_oo) Berat Jenis Air (pada suhu 4^oC)

0 1,00000

1 1,00085

2 1,00169

3 1,00251

14 1,00818

35 (air laut) 1,02822

Keterangan Tabel:

oKadar garam semakin naik berat jenis semakin bertambah

oAngka-angka di atas tidak benar-benar berlaku bagi perairan tawar, karena:

oAir tawar sedikit garam

oPerbandingannya tidak sama

oKadar bahan-bahan yang larut dalam perairan tawar antara 0,01 – 1,0 g/L. Umumnya antara 0,1 - 0,5 g/L.

oVariasi berat jenis yang disebabkan oleh faktor kadar garam sangat kecil (± 0,00008 mg/L atau 0,08 g/L)

Kekentalan (viskosity)

Pengertian:

oSuatu sifat yang dipakai sebagai pengukur besarnya daya yang diperlukan untuk memisahkan molekul zat cair

oMerupakan tahanan gesekan yang diberikan air terhadap benda yang bergerak.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kekentalan: (1) Suhu, (2) Kadar garam

1. Hubungan suhu dengan kekentalan

Suhu (^oC) Kekentalan (%)

0 100

5 84,9

10 73

15 63,7

20 56,1

25 49,8

30 44,6

Keterangan tabel

oMakin tinggi suhu kekentalan akan semakin menurun

oKekentalan air pada suhu 0^oC adalah 2 kali lebih besar dari pada 25^oC.

Contoh pengaruhnya terhadap kehidupan:

Jasad plankton yang berada pada suhu perairan 25^oC akan tenggelam 2 kali lebih cepat dari pada plankton yang berada pada perairan yang suhunya ^oC.(dengan catatan keadaan lain sama)

Hubungan kadar garam dengan Kekentalan.

Semakin tinggi kadar garam kekentalannya akan semakin meningkat

NaCl as a salt

NaCl dissolved in water

Pengaruh Kekentalan

oPergerakan organisme oKebiasaan hidup

oMorfologi

oPenggunaan energi.

Tegangan Permukaan (Surface Tension)

Pengertian:

oTegangan permukaan: kekuatan kohesi yang membentuk semacam “kulit” di permukaan air yang cukup kuat.

oKekuatan kohesi timbul karena adanya ikatan hidrogen, dimana molekul air bersatu padu untuk menentang kekuatan dari luar.

oTegangan permukaan air timbul akibat aktivitas molekul air yang tidak simetris pada dan dibawah permukaan air.

Tegangan permukaan air

Tegangan permukaan air relatif dan dipengaruhi oleh:

o Kebasaan udara

o Temperatur air

o Padatan terlarut

Keterangan:

oKebasaan udara naik, Tegangan permukaan turun oTemperatur naik, Tegangan permukaan turun.

oTegangan permukaan air pada suhu 20^oC: 7,28 x 10- 3 N/m atau 72,8 dyne/cm)

oTengangan permukaan air pada suhu 40^oC: 70 dyne/cm

oPadatan terlarut naik,tegangan permukaan naik

oPengaruh kebasaan udara atau temperatur air terhadap tegangan permukaan kurang berarti bagi kegiatan biologis

oAdanya bahan-bahan aktif, minyak dan sekresi alge dipermukaan dapat mempengaruhi tegangan permukaan dan dapat berpengaruh besar terhadap kegiatan biologis

oTegangan permukaan air merupakan batas distribusi organisme

oTegangan permukaan air sebagai tempat hidup organisme: Neuston dan pleuston dan jenis insekta (Velia currens, Stenus spp.)

Sifat-sifat fisik lainnya Kecerahan

oKecerahan adalah sebagian cahaya yang diteruskan dalam air dan dinyatakan dengan persen (%) dari beberapa panjang gelombang di daerah spectrum yang terlihat cahaya yang melalui lapisan sekitar satu meter, jatuh agak lurus pada permukaan air.

oKecerahan merupakan ukuran transparansi perairan dan pengukuran cahaya sinar matahari di dalam air dapat dilakukan dengan menggunakan lempengan/kepingan Secchi disk. Satuan untuk nilai kecerahan dari suatu perairan dengan alat tersebut adalah satuan meter

Peran pengukuran kecerahan

oPenentu tingkat kesuburan air

oPenentu kedalaman penetrasi cahaya

oPenentu zona fotosintesis/ zona produktifitas primer perairan.

Intensitas cahaya

Cahaya sebagai penghambat

Cahaya sebagai pembatas Cahaya optimum

Titik kompensasi PP

Contoh gradien zona produktivitas Primer (PP)

Penetapan/pengukuran kecerahan:

Alat: Secchi disk

- cat hitam-putih - diameter 20 cm

Kekeruhan

oKekeruhan: suatu istilah yang digunakan untuk menyatakan derajad kegelapan didalam air yang disebabkan oleh bahan-bahan yang melayang.

oBahan-bahan kekeruhan----> kualitas warna oKonsentrasi bahan ---> kecerahan

oAlat pengukur kekeruhan : turbidimeter

Pengaruh kekeruhan

a. Rendahnya kemampuan daya ikat oksigen b. Berkurangnya batas pandang ikan

c. Selera makan ikan berkurang, sehingga efisiensi pakan rendah

d. Ikan sulit bernafas

Terima Kasih