pH 4,3 tetapi Keasaman Tertitrasi 34 Kali Lipat
Laboratorium lingkungan menerima tiga sampel air hujan dari kawasan industri semen dan pembangkit batu bara. Sampel komposit 24 jam menunjukkan pH 4,3 pada suhu 25 °C. Titrasi 50,0 mL sampel dengan NaOH 0,0100 M sampai titik akhir pH 8,3 memerlukan 8,4 mL. Hasil kromatografi ion (µeq/L): SO₄²⁻ 180; NO₃⁻ 45; Cl⁻ 20; NH₄⁺ 95; Ca²⁺ 30; Mg²⁺ 12; Na⁺ 15; K⁺ tidak dilaporkan; anion organik tidak diukur. Stasiun pembanding di lokasi terpencil 40 km ke arah laut mencatat pH 5,6 dengan SO₄²⁻ 25 µeq/L. Pabrik beroperasi 24 jam dengan cerobong setinggi 120 m; lalu lintas di jalan utama diperkirakan menyumbang NOx. Pemerintah daerah meminta rekomendasi pengendalian emisi berdasarkan satu musim hujan data. Anda diminta menilai kualitas neraca ion sebelum menarik kesimpulan, lalu memilih prioritas pengendalian dengan dasar stoikiometri.
1. Bandingkan konsentrasi H⁺ bebas dari pH dengan keasaman yang diperoleh dari titrasi, lalu jelaskan mengapa keduanya berbeda jauh dan besaran mana yang harus dipakai untuk kebijakan.
Read the worked answer
Perhitungan
[H⁺] = 10^(−4,3) = 5,0 × 10⁻⁵ mol/L = 50 µeq/L
Titrasi: mol NaOH = 8,4 × 10⁻³ L × 0,0100 mol/L = 8,4 × 10⁻⁵ mol. Dalam 50,0 mL: 8,4 × 10⁻⁵ / 0,050 = 1,68 × 10⁻³ eq/L = 1.680 µeq/L.
Rasio ≈ 34 kali. Hanya sekitar 3% proton berada dalam bentuk bebas; sisanya terikat pada asam lemah: SO₂ terlarut dan HSO₃⁻ (pKa sekitar 1,8 dan 7,2), asam organik (format, asetat), serta sebagian NH₄⁺ (pKa 9,25) yang ikut tertitrasi mendekati pH 8,3.
Implikasi: pH saja menyesatkan sebagai ukuran beban deposisi asam, karena larutan terbufer kuat. Laporkan dua besaran sekaligus: [H⁺] bebas (pH) dan keasaman tertitrasi, ditambah komposisi ion. Untuk kebijakan, gunakan keasaman tertitrasi karena lebih menggambarkan potensi pengasaman tanah dan air permukaan, sementara pH lebih menggambarkan kondisi sesaat dan sangat sensitif terhadap netralisasi amonia.
2. Lakukan neraca ion pada data kromatografi dan tentukan apakah data itu layak dipakai untuk atribusi sumber. Sebutkan penyebab selisih yang paling mungkin.
Read the worked answer
Neraca ion
Kation: NH₄⁺ 95 + Ca²⁺ 30 + Mg²⁺ 12 + Na⁺ 15 + H⁺ 50 = 202 µeq/L Anion: SO₄²⁻ 180 + NO₃⁻ 45 + Cl⁻ 20 = 245 µeq/L Selisih 43 µeq/L, sekitar 18% - di luar toleransi analitis yang wajar (5–10%).
Penyebab paling mungkin
- Anion organik (format, asetat, oksalat) tidak terukur; pada hujan yang melewati vegetasi hal ini sering menjadi penyumbang utama.
- Kation K⁺ tidak dilaporkan.
- Kemungkinan kecil: SO₄²⁻ terlebih nilai.
Bikarbonat bukan penyebab, karena pada pH 4,3 HCO₃⁻ < 0,5 µeq/L.
Keputusan: jangan memakai neraca ion untuk klaim sumber sebelum selisih < 10%. Ukur anion organik dan K⁺, ulangi dengan blanko dan bahan acuan bersertifikat. Sementara itu, atribusi sulfat masih dapat dilakukan secara tentatif karena fraksinya besar dan didukung stasiun pembanding (25 µeq/L versus 180 µeq/L).
3. Tentukan prioritas pengendalian emisi berdasarkan stoikiometri dan data yang ada, serta jelaskan mengapa pH bukan indikator kepatuhan yang baik.
Read the worked answer
Atribusi sumber
Rasio Cl⁻/Na⁺ = 20/15 = 1,33, dekat dengan rasio air laut (1,16), sehingga Cl dan Na sebagian besar berasal dari aerosol laut. Sulfat laut ≈ 0,12 × Na⁺ = 1,8 µeq/L, jadi sulfat non-laut ≈ 178 µeq/L atau 99% - hampir seluruhnya antropogenik. Nitrat hanya 45 µeq/L (18% anion), sehingga kontribusi NOx kendaraan lebih kecil.
Stoikiometri: SO₂ + H₂O + ½O₂ → SO₄²⁻ + 2H⁺. Satu mol sulfat setara 2 eq. Sulfat 180 µeq/L ≡ 90 µmol/L, dengan potensi 180 µeq/L H⁺; yang terukur bebas hanya 50 µeq/L karena dinetralkan NH₃ dan Ca (125 µeq/L kation basa). Netralisasi menaikkan pH tetapi tidak mengurangi flux sulfur ke tanah.
Rekomendasi: prioritaskan pengendalian SO₂ di cerobong (flue-gas desulfurization, target efisiensi > 90%), bukan program uji emisi kendaraan. Tambahkan pemantauan deposisi kering dan neraca ion bulanan.
Mengapa bukan pH: pH adalah hasil bersih setelah netralisasi, sehingga emisi besar dapat tersamarkan oleh amonia. Indikator kepatuhan sebaiknya flux sulfat (mg S/m²/tahun) dan keasaman tertitrasi, bukan pH.