MAKALAH KIMIA LINGKUNGAN "KIMIA ATMOSFER"

MAKALAH KIMIA LINGKUNGAN

“ KIMIA ATMOSFER “

OLEH KELOMPOK V:

                                           1) DORTHEA MARIA W. NAY

                                           2) AVANDER  NUBAN

                                           3) MARLINDA D. NIFU

                                           4) GAUDENSIUS P. DE PASIONIS

                                           5) JEFRIANUS NGAGO

                                           6) ZADRACK D. NAIOBES

                                           7) AGRIANI S. LOOK

                                           8) JERNARD A. MBORO

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS NUSA CENDANA

KUPANG

2013

 













KATA PENGANTAR

            Puji dan syukur penyusun panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat-Nya, makalah dengan judul “KIMIA ATMOSFER” dapat diselesaikan pada waktunya.

            Makalah ini membahas tentang Kimia Atmosfer yang merupakan salah satu bagian dari Kimia lingkungan. Atmosfer merupakan selimut pelindung yang memelihara kehidupan di bumi dan sangat berperan penting dalam menjaga keseimbangan panas bumi. Beberapa unsur penting yang perlu diketahui berkaitan dengan sifat dan susunan atmosfer, pembagian wilayah atmosfer sampai pada bahan kimia dan reaksi-reaksi fotokimia dalam atmosfer sehingga dapat  memberikan wawasan lebih luas mengenai atmosfer yang sangat berperan penting dalam proses kehidupan di muka bumi ini.

            Tak lupa penulis mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang dengan caranya masing-masing telah membantu dalam penyelesaian makalah ini. Penulis menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu segala kritik, saran dan berbagai masukan yang membangun sangat dibutuhkan untuk penyempurnaan makalah ini.

\

                                                                                                Kupang, September 2013

                                                                                                            Penyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR............................................................................. i

DAFTAR ISI........................................................................................... ii

BAB I. PENDAHULUAN....................................................................... 1

A.   Latar Belakang................................................................................... 1

B.   Rumusan Masalah............................................................................. 2

C.   Tujuan................................................................................................ 2

BAB II. PEMBAHASAN........................................................................ 3

1.     Sifat dan Susunan Atmosfer.............................................................. 3

2.     Pembagian Wilayah Atmosfer............................................................ 4

3.     Keseimbangan Panas Bumi................................................................ 6

4.     Bahan Kimia dan Reaksi-Reaksi Fotokimia Dalam Atmosfer........... 7

BAB III. PENUTUP................................................................................ 17

Kesimpulan........................................................................................ 17

DAFTAR PUSTAKA.............................................................................. 18

BAB I

PENDAHULUAN

A.    LATAR BELAKANG

Kimia atmosfer adalah cabang ilmu kimia yang mempelajari lebih mendalam mengenai atmosfer bumi dan planet-planet lain. Bidang multidisiplin ini melibatkan kimia lingkungan, fisika, meteorologi, pemodelan komputer, oseanografi, geologi, vulkanologi, dan disiplin-disiplin lainnya. Riset-riset yang dilakukannya semakin berhubungan dengan bidang ilmu lain seperti klimatologi.

Planet bumi terdiri dari berbagai lapisan antara lain: Litosfer, Hidrosfer, dan Atmosfer. Atmosfer merupakan selimut pelindung yang memelihara kehidupan di bumi. Atmosfer merupakan sumber oksigen bagi pernafasan dan sumber karbondioksida bagi reaksi fotosintesis. Sebagai komponen dasar dari siklus hidrologi, atmosfer menjadi media transport air dari laut ke daratan.

Atmosfer memiliki fungsi sebagai pelindung utama kehidupan di bumi karena dapat menyerap banyak sinar kosmik dari angkasa luar, selain itu dapat menyerap radiasi elektromagnetik dari sinar matahari. Hanya radiasi dalam daerah panjang gelombang 300 – 2500 nm dan 0,01 – 40 m ditransmisikan ke berbagai keadaan yang cocok oleh atmosfer.

Atmosfer penting dalam menjaga keseimbangan panas di bumi dengan kemampuannya untuk menyerap radiasi infra merah yang datang dari matahari yang kemudian dipancarkan kembali dalam bentuk radiasi infra merah. Atmosfer melakukan stabilisasi suhu di permukaan bumi.

Di samping fungsi yang cukup banyak dari atmosfer, disisi lain atmosfer menampung berbagai bahan pencemar yang dihasilkan terutama oleh kegiatan manusia. Hal ini dapat menyebabkan kualitas atmosfer menurun yang akhirnya akan memeberikan dampak negatif bagi keseluruhan makhluk hidup dan kemungkinan menyebabkan perubahan-perubahan sifat atmosfer itu sendiri. Oleh karena itu, penulis menganggap penting untuk memberikan informasi yang luas tentang atmosfer yang dibahas dalam makalah ini sehingga dapat \memberikan pemahaman yang lebih mendalam tentang atmosfer guna menjaga kestabilan kehidupan di bumi.

B.     RUMUSAN MASALAH

Adapun masalah yang dibahas dalam makalah ini, yaitu:

·         Bagaimana pembagian wilayah atmosfer dan karakteristiknya?

·         Bagaimana keseimbangan panas bumi dapat terjaga?

·         Mengapa oksigen di atmosfer yang lebih tinggi berbeda dengan di atmosfer yang lebih rendah?

C.     TUJUAN

Tujuan dalam pembuatan makalah ini, yaitu:

·         Untuk mengetahui pembagian wilayah atmosfer dan karakteristiknya.

·         Untuk mengetahui proses terjaganya keseimbangan panas bumi.

·         Untuk mengetahui mengapa oksigen di atmosfer yang lebih tinggi berbeda dengan di atmosfer yang lebih rendah.

BAB II

PEMBAHASAN

1.      SIFAT DAN SUSUNAN ATMOSFER

Atmosfer merupakan media penerima dan perjalanan gas-gas buang atau bahan pencemar, terutama pada lapisan troposfer. Troposfer meliputi ruang mulai permukaan bumi sampai ketinggian  10 Km dengan volume    5,1 x 10⁹ km³ lapisan ini mengandung sekitar 75% dari massa atmosfer.

Atmosfer atau udara merupakan campuran berbagai macam gas yang bersifat homogen. Susunan utama dari udara kering adalah 78,09% nitrogen, 20,95% oksigen, 0,93% gas gas mulia dan 0,03% karbondioksida dan beberapa gas lainnya dalam jumlah yang sangat kecil seperti terlihat dalam tabel

Table 1. Komponen Renik Dalam Lapisan Troposfer Normal

Senyawa	Rumus	Konsentrasi (mg/m3)
Senyawa Karbon Metana Karbon Monoksida Terpen Formal Dehid Senyawa Halogen Metal klorida Karbon tetraklorida Freon  12 Freon 11 Senyawa Oksigen Ozon Senyawa Nitrogen Dinitrogen oksida Ammonia Asam nitrat Nitrogen oksida Senyawa Belerang Belerang dioksida Hydrogen sulfide	CH4 CO (C5H8)n CH2O CH3Cl CCl4 CF2Cl2 CFCl3 O3 NH3 HNO3 NO/NO2 SO2 H2S	900 70-230 3-30 <12 1 0,6-1,6 1 0,7 20-60 600 4-14 7,5 3-11 <0,3

Kelimpahan gas renik yang paling banyak adalah metana, CH₄. Hampir seluruh gas tersebut yang terkandung dalam udara dihasilkan dari fermentasi dari bakteri anaerob dalam lahan basah dan daerah peternakan sedangkan yang berasal dari kegiatan manusia hanya kurang dari 10% dari gas metana total.

Sulfur dioksida dan hydrogen sulfida juga komponen biasa terdapat di atmosfer hanya H₂S dengan cepat teroksidasi menjadi SO₂. Kebanyakan dari H₂S dihasilkan dari reduksi sulfat oleh mikroba, meskipun gunung berapi merupakan sumber yang signifikan.

Sekitar 3% dari total massa atmosfer bagian bawah atau troposfer adalah uap air, meskipun konsentrasinya dapat berubah-ubah tergantung oleh ruang dan waktu. Pada umumnya, di daerah yang lebih panas mengandung lebih banyak uap air. Kandungan uap air menjadi lebih rendah dengan kenaikan ketinggian dari permukaan bumi. Uap air memegang peranan cukup penting dalam pertukaran panas bumi dan pergerakan atmosfer, disebabkan oleh kapasitas kalor yang tinggi, penyerapan radiasi infra merah dan kalor penguapan.

Densitas dari atmosfer berkurang secara tajam dengan berkurangnya altitude sebagai konsekuensi dari berkurangnya gas-gas dan gaya berat lebih dari 99% total massa atmosfer terdapat di permukaan bumi sampai kurang lebih 30 km, dan total massa dari atmosfer kurang lebih 5,14 x10¹⁵ metrik ton.

Karakteristik dari atmosfer sangat luas, terutama yang disebabkan ketinggiannya. Faktor-faktor lainnya yang menyebabkan perbedaan karakteristik tersebut adalah iklim, waktu, garis lintang atau latitude dan bahakan aktifitas solar. Temperatur atmosfer sangat bevariasi mulai dari yang terendah -138⁰C samapai 1700^oC. Tekanannya menurun tajam dari 1,00 atm pada permukaan laut. Dengan adanya perbedaan temperatur dan tekanan tersebut maka sifat kimia dari atomesfer sangat berbeda yang disebabkan oleh perbedaan altitude atau ketinggian.

2.      PEMBAGIAN WILAYAH ATMOSFER

Sifat- sifat kimia dan reaksi-reaksi di dalamnya sangat ditentukan oleh karakteristik fisik atmosfer seperti suhu, tekanan. Terjadinya perbedaan tekanan dan suhu atmosfer disebabkan oleh adanya perbedaan altitude dan latitude. Hal ini yang menyebabkan adanya pembagian wilayah atmosfer bumi.

Atmosfer bumi dibagi menjadi berbagai wilayah yang berbeda dan pembagian ini tergantung pada sistem klasifikasinya. Pembagian yang umum didasarkan pada bagian bawah (lower atmosfer), kurang lebih sampai ketinggian 50 Km dan atmosfer bagian atas (upper atmosfer) yaitu > 50 Km sampai batas gaya tarik bumi. Bahan- bahan kimia yang terdapat di kedua wilayah ini sangat berbeda juga reaksi-reaksi yang terjadi didalamnya. Klasifikasi lain didasarkan pada wilayah homosphere yang mempunyai kandungan bahan dengan variasi sedikit dan heterosphere yang mempunyai komposisi dengan variasi yang cukup banyak.

Sistem pembagian wilayah atmosfer yang paling umum digunakan didasarkan pada perbedaan temperatur dengan ketinggian (altitude). Karakteristik dari perbedaan temperatur ini dapat dilihat pada table 2.

Table 2. Pembagian Wilayah Atmosfer dan Karakteristiknya

Wilayah (Region)	Suhu (oC)	Altitude (Km)	Spesi bahan Kimia
Troposfer Stratosfer Mesosfer Thermosfer	Sampai -56 -56 sampai -2 -2 sampai -92 -92 sampai 1200	0 sampai (10-16) (10-16) sampai 50 50 sampai 85 85 sampai 500	N2, O2, CO2, H2O O3 O2, NO+, O2, O+, NO+

Karakteristik dari troposfer adalah terjadinya penurunan suhu dengan adanya kenaikan altitude, dengan adanya penambahan jarak dari radiasi panas bumi. Dengan ketiadaan pencemaran udara komposisi troposfer sangat homogen, tetapi kandungan air di troposfer sangat bervariasi. Hal ini disebabkan oleh pembentukan awan, pengendapan, dan penguapan dari air yang berasal dari daerah terrestrial dan badan-badan air.

Lapisan yang paling dingin suhunya di Troposfer dikenal sebagai Tropopause. Hal ini disebabkan adanya kondensasi dari air menjadi parikel-partikel gas. Kejadian ini menghindarkan air mencapai ketinggian dimana akan terjadi fotodissosiasi air oleh sinar ultra violet berenergi tinggi sehingga terbentuk gas hidrogen yang cukup tinggi di atmosfer dan sebaliknya akan kekurangan air.

Stratosfer dicirikan dengan terjadinya kenaikan temperatur sesuai dengan kenaikan altitude. Kenaikan temperatur ini sebagai akibat dari adanya lapisan ozon, O­₃ yang mencapai konsentrasi volume 10 ppm dipusat daerah stratosfer. Ozon  mengabsorbsi energi dalam bentuk sinar ultra violet dan menyebabkan kenaikan temperatur. Temperatur maksimum tercapai pada lapisan teratas dari stratosfer.

Dengan kenaikan altitude di mesosfer terjadi penurunan kembali dari temperatur yang disebabkan oleh penurunan tingkat radiasi yang diabsorbsi spesi-spesi, terutama oleh ozon pada altitude yang lebih tinggi dari mesosfer dan diatasnya, molekul-molekul adan atom-atom spesi dapat keluar secara sempurna dari atmosfer bumi (daerah ezosfer) dan temperature maksimum dapat mencapai   1200 ^oC didaerah  termosfer.

Tekanan atmosfer (tekanan udara) menurun sebagai fungsi eksponensial dari altitude. Secara ideal, tanpa adanya bahan-bahan pencemar dan pada temperatur konstan absolut, T, tekanan pada berbagai altitude/ketinggian Ph dinyatakan dalam persamaan  eksponensial :

Ph = P_Oe ^Mgh/RT

Dimana :

Ph            =  tekanan udara pada altitude 0 (permukaan laut)

M             =  rata-rata berat gram molekul dari udara, yaitu 28,97 g/mol di troposfer

g              = gravitasi (981 cm sec^-2 pada permukaan laut)

h              = altitude dalam cm

R              = kontanta gas (8,314 x 10⁷ erg deg^-1 mol ^-1)

Untuk konsistensi, satuan dari persamaan tersebut digunakan sistem cgs (centimeter-gram-second), meskipun untuk ketinggian biasanya pengukuran dilakukan dalam meter atau km, oleh karena itu perlu ada konversi ketinggian menjadi cm dengan jalan adanya perkalian yang sesuai dengan faktor tersebut.

Penurunan tekanan dinyatakan dengan factor e^-1 untuk setiap penambahan altitude yang sesuai dengan skala ketinggian yang dinyatakan sebagai RT/mg. Pada rata-rata temperatur permukaan laut 288 ^oK, skala ketinggian adalah 8 x 10⁵ cm atau 8 km, dan pada altitude 8 km tersebut tekanan hanya mencapai  39 % dari tekanan pada permukaan laut.

Untuk memberikan gambaran yang lebih baik dan adanya variasi dari tekanan karena altitude persamaan eksponensial tersebut dikonversi dalam bentuk logaritma (dasar 10), dan h diukur dalam km (kilometer)

                        Log Ph  =  log Po –

Bila tekanan pada permukaan dianggap 1,00 atm, persamaan dapat disederhanakan menjadi,

                        Log Ph =  -  

3.      KESEIMBANGAN PANAS BUMI

Matahari adalah sumber utama dari semua energi yang sampai ke bumi. Energi radiasi dari matahari meliputi semua spektrum elektron magnetik. Meskipun demikian yang terbanyak adalah sekitar cahaya tampak, yaitu antara gelombang 0,4 . Dengan adanya jarak bumi dengan matahari, setiap 1 meter persegi dari area yang terkena aliran radiasi matahari (solarflux) menerima 19,2 kcal energi per menit atau  1,34 x 10³ watt/m². Bila seluruh energi ini mencapai permukaan bumi maka bumi akan menguap sejak dulu. Oleh karena itu terdapat berbagai factor yang cukup kompleks yang turut terlibat dalam menjaga keseimbangan panas di bumi.

Radiasi matahari yang masuk ke atmosfer bumi,sekitar 20-30 % dipantulkan kembali ke ruang angkasa, dibiaskan oleh atmosfer dan  partikel-partikel padat yang terdapat di atmosfer atau oleh permukaan bumi. Pada umumnya rata-rata refleksi atau albedo dari permukaan dan atmosfer sebesar 35%. Besarnya albedo ini ditentukan oleh daerah dan sifat-sifatnya. Daerah yang tertutup es/salju pada daerah  kutup mempunyai albedo yang tinggi, tetapi di daerah lautan rendah, karena kebanyakan energi diserap.

Sekitar 20% dari energi radiasi diserap begitu masuk melewati atmosfer. Ozon menyerap sekitar 1,3%, terutama dalam bagian gelombang pendek ultra violet. Pada troposfer, sekitar 17-19% dari yang masuk diserap terutama oleh uap air dan CO₂. Penyerapan atmosfer total terhadap radiasi dengan panjang gelombang 0,3-0,7  tidak sangat besar dan umumnya masuk secara efektif melalui lubang “transparan” dari atmosfer.

Secara keseluruhan sekitar 50% dari radiasi matahari sampai ke permukaan bumi ini meradiasikan kembali sebagian energi melalui kisaran panjang gelombang yang luas, tetapi terbanyak pada panjang gelombang 10-20  yaitu infra merah.

Radiasi rata-rata yang dipantulkan ke ruang angkasa harus sama dengan yang diserap oleh matahari. Oleh karena itu sejumlah energi harus mengalir dari daerah tropik ke daerah kutub di dalam atmosfer. Aliran energi ini merupakan sistem aliran udara panas ke arah kutub dan aliran udara dingin dari kutub ke arah tropik dan ini akan dinyatakan dengan aliran laut.

4.      BAHAN KIMIA DAN REAKSI-REAKSI FOTOKIMIA DALAM ATMOSFER

Reaksi-reaksi kimia membutuhkan energi dan radiasi cahaya matahari dapat menyediakannya. Dalam reaksi kimia, cahaya merupakan partikel-partikel yang disebut photon yang energinya (E) tergantung pada panjang gelombangnya yang dinyatakan dengan persamaan,

            E          = 1,196 x 10⁵ kj/Einstein

            E          = 1,196 x 10⁵  kcal/mole

dimana Einstein adalah bilangan Avogardo (6,023 x 10²³) dari photon. Seperi radiasi ultra violet (UV) mempunyai energi yang cukup kuat untuk memecahkan/memutuskan ikatan kimia, absorbsi dari suatu photon menyediakan energi yang mendesak elektron kepada suatu keadaan berenergi tinggi yang kemudian tereksitasi dengan cepat. Energi  yang dilepaskan tampak sebagai panas, fenoresence, atau mengaktivasi ikatan kimia untuk siap bereaksi. Oleh karena itu penyerapan cahaya oleh zat-zat kimia dapat menyebabkan terjadinya reaksi yang tidak akan terjadi pada media tanpa cahaya.

Reaksi Foto Kimia

Reaksi-reaksi fotokimia meskipun pada keadaan tanpa katalis dapat berlangsung pada suhu yang lebih rendah dibandingkan dengan reaksi lainnya. Beberapa reaksi fotokimia yang dipengaruhi radiasi matahari, memegang peranan penting dalam menentukan sifat dan batas perjalanan zat-zat kimia dalam atmosfer.

Nitrogen dioksida (NO₂) merupakan jenis senyawa kimia yang secara fotokimia paling efektif dalam atmosfer tercemar, dan merupakan komponen utama dalam proses pembentukan kabut. Suatu spesi seperti NO₂ dapat mengabsorbsi cahaya dari energi hv  dalam suatu reaksi yang menghasilkan suatu molekul dengan sebuah elektron tereksitasi yang dinyatakan dengan tanda *.

NO₂  +  hv                  NO₂

Molekul-molekul dengan elektron tereksitasi adalah salah satu dari tiga jenis spesi yang relatif reaktif dan tidak stabil yang  jumlahnya sangat banyak di atmosfer dan banyak berperan dalam proses-proses kimia atmosfer. Dua jenis lainnya adalah atom-atom atau fragman-fragmen molekuler dengan elektron tidak berpasangan, yang disebut radikal bebas, dan atom-atom terionisasi atau fragmen-fragmen molekuler.

Sebuah molekul yang memperoleh energi dari penyerapan cahaya akan kehilangan energi dengan sejumlah proses. Jenis tereksitasi seperti O₂* memberikan energinya ke molekul atau atom-atom yang dinyatakan dengan Mg, oleh suatu proses yang dikenal sebagai pemadaman fisik.

       O₂^*  +   Mg                                  O₂   +  Mg

Akibat proses yang terjadi ini, terjadilah kenaikan kalor disekelilingnya, spesi dalam keadaan tereksitasi dapat mengalami disosiasi, suatu proses yang dominan terjadi pada atom oksigen dalam atmosfer dengan altitude yang lebih tingi.

O₂^*                                        O   +   O

Spesi yang tereksitasi juga dapat melalu suatu reaksi, seperti :

       O₂   +   O₃                               2 O₂   +   O

Energi yang khusus dari luminisensi disebut fenoresensi  ataau fosforesensi. Bila spesi yang tereksitasi berasal dari suatu reaksi kimia, emisi cahayanya disebut “chemiluminecence”. Fenomena luminacence dan chemiluminecence digunakan dalam analisis kimia. Chemiluminecence  terutama efektif untuk analisa dari beberapa pencemar udara seperti ozon. Kedua fenomena diatas tadi sering terjadi pada fenomena langit. Misalnya ada energi cahaya atmosfer yang disebut cahaya langit (airglow) yang disebabkan oleh adanya chemiluminecence dari radikal hidroksilyang tereksitasi.

O₃  +  H                          OH⁺  + O₂

OH^*                                OH  + hv

Penyerapan radiasi yang sangat energetik dapat menyebabkan pelepasan sebuah elektron,

N₂  + hv                        N₂^*  +  e^-

Suatu proses yang disebut fotokimia. Fotokimia sering digolongkan kedalam sub kategori dimana sebuah disosiasi menghasilkan elektron.

Ion-Ion Dan Radikal Dalam Atmosfer

Suatu karakteristik dari atas atmosfer yang tidak dapat terjadi di laboratorium adalah kehadiran elektron-elektron dan ion positif secara signifikan. Oleh karena kondisi dengan media yang sangat jarang dibagian atmosfer yang lebih tinggi, maka ion-ion ini akan terdapat dalam jangka waktu yang cukup lama sebelum bergabung kembali menjadi spesi yang netral.

Pada altitude kurang lebih 50 Km dan diatasnya, ion-ion sangat umum terdapat didaerah tersebut sehingga dinamakan ionosfer (lapisan ion-ion). Adanya lapisan tersebut telah diketahui sejak tahun 1901, setelah ditemukan bahwa gelombang radio dapat di transmisikan melalui jarak jauh.

Cahaya ultraviolet merupakan pembentuk utama dari ion-ion dalam ionosfer. Dalam keadaan gelap, ion-ion perlahan bergabung dengan elektron bebas. Proses ini berlangsung cepat terutama di daerah yang lebih rendah dari ionosfer.

Medan magnet bumi sangat memberikan pengaruh kepada ion-ion dalam atmosfer bagian yang lebih tinggi. Manifestasi dan fenomena ini dikenal dengan Van Allen Belts (sabuk Van Alen), yang ditemukan pada tahun 1958, daerah ini terdiri dari dua sabuk dari partikel-partikel dalam bentuk ion yang mengelilingi bumi seperti terlihat pada gambar dibawah. Dibagian dalam, yaitu daerah ionisasi energetik tinggi terdiri dari proton-proton dan bagian luar terdiri dari elektron-elektron.

Dibagian lebih atas atmosfer, radiasi elektromagnetik dapat menghasilkan radikal bebas sebagai salah satu bentuk lain dari pembentukan ion-ion fotoionisasi.

Radikal bebas merupakan spesi yang sangat penting dalam atmosfer karena terlihat secara signifkan dalam fenomena kimia atmosfer. Spesi tersebut bisa dalam bentuk atom atau  kelompok atom-atom dengan elektron tidak berpasangan dan sangat bersifat reaktif. Di atmosfer bagian atas, radikal bebas memiliki waktu paroh yang hanya beberapa menit saja meskipun ada yang lebih lama. Rdikal bebas dapat terlibat dalam reaksi dimana radikal bebas yang lain terbentuk dari reaksi tersebut, contoh :

O₃  +  HO^*  →  O₂  +  HOO^*

HOO*  +  O  →  HO^*  +  O

Dari reaksi diatas tampak radikal bebas hidroksil, HO^* yang sangat reaktif dalam reaksinya dengan ozon, O₃, menghasilkan radikal lain, HOO^* dan radikal pada reaksi lebih lanjut menghasilkan kembali radikal bebas HO^*.

Reaksi lain dari radikal bebas adalah terjadinya penghancuran radikal yang satu oleh radikal bebas lainnya sehingga reaksi rantai yang terjadi bisa berhenti.

O

 

Reaksi ini disebut reaksi terminasi rantai (“chain-terminating-reaktion”). Reaksi-reaksi yang melibatkan radikal bebas bertanggung jawab terhadap pembentukan kabut asap (smog).

Radikal bebas sangat reaktif oleh karena itu secara umum mempunyai waktu paroh yang sangat singkat. Sangat penting untuk membedakan anatara kereaktifan dengan kestabilan. Untuk radikal bebas disamping sangat reaktif juga sangat stabil. Oleh karena itu radikal bebas dan atom-atom “single” yang berasal dari molekul-molekul gas dengan dua atom cenderung tetap berada di daerah dengan altitude yang sangt tinggi. Sedangkan spesi yang teriksitasi secara elektronik mempunyai waktu paroh yang secara umum sangat singkat karena energi yang hilang melalui radiasi.

Reaksi-Reaksi Oksigen Atmosfer

Reaksi yang umum dari perubahan dari oksigen dalam atmosfer, litosfer, dan biosfer dapat dilihat pada gambar dibawah.

Gambar. Siklus oksigen

Siklus oksigen merupakan hal yang sangat penting dalam kimia atmosfer, perubahan/transformasi geokimia dan proses-proses kehidupan.

Oksigen dalam troposfer memegang peranan yang sangat penting pada proses-proses yang terjadi di permukaan bumi. Oksigen atmosfer mengambil bagian dalam reaksi yang menghasilkan energi. Seperti pada pembakaran bahan bakar fosil,

CH₄   +   2 O₂  →  CO₂  2 H₂O

(dalam gas alam)

Oksigen atmosfer digunakan oleh organisme aerobik dalam proses degradasi bahan organik. Proses-proses oksidasi oleh udara membutuhkan oksigen atmosfer seperti :

4FeO  +  O₂   →   2 Fe₂O₃

Oksigen memasuki udara melalui reaksi fotosintesis tanaman :

CO₂  +  H₂O  +  hv  →   {CH₂O}  +  O_{2 (gas)}

Semua bentuk oksigen dalam bentuk molekul yang sekarang ada dalam atmosfer bermula dari kegiatan fotosintesis oleh organisme, yang memperlihatkan pentingnya fotosintesis tersebut dalam keseimbangan oksigen dalam atmosfer. Artinya meskipun pembakaran dari bahan bakar fosil membutuhkan banyak oksigen, hal ini tidak membahayakan kontinuitas oksigen dalam atmosfer.

Oksigen di atmosfer yang lebih tinggi berbeda dengan oksigen yang lebih rendah karena adanya pengaruh dari radiasi ionisasi. Dalam daerah ini oksigen terdapat dalam bentuk oksigen atom, O, molekul oksigen tereksitasi, O₂^*, dan ozon, O₃. Kurang dari 10% oksigen dalam bentuk O₂ terdapat dalam atmosfer pada altitude kurang lebih 400 Km.

Atom oksigen dalam keadaan “ground state” (elektron tidak tereksitasi) biasanya dinyatakan sebagai O. Adapun atom-atom oksigen yang elektronnya tereksitasi dinyatakan sebagai O^*. Spesi ini dihasilkan dari fotosintesis ozon pada panjang gelombang dibawah 308 μm.

O₃  +  hv   →  O^*  +  O₂

Atau oleh reaksi kimia dengan energi tinggi, seperti

O  +  O  +  O   →  O₂  +  O^*

Atom oksigen tereksitasi memancarkan cahaya tampak pada panjang gelombang 636 μm 630 μm, dan 558 μm. Hal ini juga merupakan penyebab dari suatu fenomena yang dikenal dengan “air glow”.

Ion-ion oksigen, O⁺, dapat dihasilkan bila atom oksigen terkena radiasi ultraviolet.

O  +  hv   →  O⁺  +  e

Ion oksigen yang bermuatan positif ini merupakan ion positif yang  utama yang terdapat dibeberapa bagian ionosfer. Ion ini selanjutnya akan bereaksi lebih lanjut membentuk ion-ion positif penting lainnya :

O⁺  +  O₂  →  O₂⁺  +  O

O⁺   +  N₂   →  NO⁺  +  N

Dibagian tengah ionosfer, seperti O₂⁺  dihasilkan oleh oksidasi radiasi ultraviolet pada panjang gelombang  17 – 103 μm,

O₂  +  hv   →  O₂⁺  +  e

Reaksi ini juga dapat terjadi dengan adanya sinar X berenergi rendah. Reaksi dibawah ini.

N₂⁺  O₂   →   N₂  +  O₂⁺

Juga menghasilkan O₂⁺ di bagian tengah ionosfer.

Ozon, O₃, suatu senyawa oksigen yang sangat signifikan ditemukan distratosfer. Ozon mengabsorpsi radiasi ultra violet yang berbahaya yang berfungsi sebagai  pelindung mahkluk hidup di bumi dan sejumlah pengaruh radiasi tersebut. Ozon dihasilkan dari reaksi fotokimia berikut :

O₂  +  hv   →  O  +  O

O  +  O₂  +  M   →   O₃  +  M

dimana M adalah spesi lain, seperti molekul N₂ atau O₂ yang mengabsorbsi kelebihan energi yang dilepaskan reaksi dan memungkinkan molekul-molekul ozon tinggal bersama-sama. Daerah dimana ozon ditemukan dalam konsentrasi maksimum berkisar antara 25-30 km dalam stratosfer, konsentrasinya dapat mencapai 10 ppm.

Sinar ultraviolet yang diabsorbsi ozon secara intensif di daerah 220-230 µm. Bila sinar tersebut tidak diabsorbsi oleh ozon, maka berbagai kerusakan terjadi terhadap kehidupan di permukaan bumi.

Ozon dapat mengurai menjadi O₂ :

O₃                           O₂

dan ini terjadi di stratosfer yang dikatalis oleh sejumlah bahan kimia baik sacara alamiah maupun polutan, seperti NO, NO₂, N₂O,HO,HOO,ClO,Cl,Br dan BrO.

Reaksi penguraian ozon yang terbaur diketahui adalah reaksi ozon dengan atom oksigen, 

O₃ + O             O₂ + O₂

Dimana atom oksigen yang diperlukan berasal dar reaksi pemisahan ozon yang lain,

O₃ + hv           O₂ + O

Reaksi ini dapat menguraikan ozon hanya kira-kira 20 %. Reaksi lain yang dapat menguraikan kira-kira 10 % ozon adalah reaksi dengan radikal hidroksil, OH^_ yang dihasilkan dari reaksi-reaksi fotokmia dari H₂, O₂ dan H₂O di stratosfer. Reaksi yang masuk akal urutannya sebagai berikut :

O₃  + HO^●           O₂ + HOO^●

HOO^● + O           HO^● + O₂

Penyebab kerusakan ozon di stratosfer telah diketahui juga yaitu NO, yang menyebabkan terjadinya reaksi rantai sebagai berikut :

O₃ + NO             NO₂ + O₂

NO₂ + O             NO + O₂

Gas NO merupakan bahan pencemar dikeluarkan oleh pesawat supersonik yang sedang terbang tinggi.

Reaksi-reaksi dari Nitrogen Atmosfer

Nitrogen merupakan salah satu pengukur atmosfer dengan kandungan yang paling tinggi. Tidak seperti oksigen yang mengalami disosiasi hampir sempurna menjadi mono atom di daerah atmosfer dengan altitude yang lebih tinggi, molekul Nitrogen terdisosiasi secara langsung oleh radiasi ultraviolet. Tetapi, pada altitude melebihi 100 km, atom Nitrogen  dihasilkan oleh reaksi fotokimia.

N₂ + hv            N + N

Reaksi-reaksi lainnya yang dapat menghasilkan Nitrogen mono atom adalah :

NO₂⁺   +  O                  NO⁺ + N

NO⁺  +  e                  N + O

O⁺ + N₂                               NO⁺ + N

Di lapisan ionosfer , yang disebut daerah E,  NO⁺ merupakan ion yang dominan. Ionosfer terendah, yaitu daerah D, yang mempunyai ketnggian lebih kurang 50 km sampai lebih kurang 80 Km, NO⁺ dihasilkan langsung dari radiasi ionisasi :

NO + hv             NO⁺ + e

Pada daerah lebih rendah dari daerah D, terbentuk ion N²⁺ melalui kerja sinar kosmik galastic melalui reaksi : N₂ + hv                             N₂⁺ + e

Zat-zat pencemar oksida nitrogen, terutama NO₂, merupakan jenis percemar utama dalam pencemaran udara dan pembentukan kabut fotokimia.

Sebagai contoh, NO₂ mudah terdisosiasi secara fotokimia menjadi NO dan oksigen atomic yang reaktif :

NO +  hv            NO + O

Radikal Hidroksil dan Hidroperoksil di Atmosfer

Akhir-akhir ini pentingnya radikal hdroksil HO^●, dalam atmosfer, merupakan fenomena kimia yang mendapat pengakuan yang makin meningkat. Radikal ini dapat terbentuk melalui berbagai proses. Pada altitude lebih tinggi, reaksi pembentukan radikal hidroksil yang umum adalah fotolisis dari air, yang juga memberikan kontribusi yang cukup besar dari hydrogen atomik dalam atmosfer.

H₂O + hv           NO^● + H

Dalam kehadiran bahan organic, radikal hidroksil dihasilkan dalam jumlah yang cukup banyak sebagai bahan intermediate pada pembentukan fotochemical smog.Untuk tujuan eksperimen di laboratorium, sangat tepat untuk menghasilkan radikal hidroksil dengan jalan fotolisis uap asam nitrat seperti reaksi berikut ini :

HONO + hv         HO^● + NO

Radikal hidroksil sering dapat dihilangkan dari lapisan troposfer melalui reaksi dengan gas metana atau karbon monoksida :

CH₄ + HO^●          H₃C + H₂O

CO + HO^●                   CO₂ + H^●

Selanjutnya radikal metal yang mempunyai kereaktifan tinggi, H₃C^●, bereaksi dengan oksigen

H₃C + O₂     H₃COO^● + H₂O

Membentuk radikal metil peroksil, H₃COO^●.

Radikal  hidrokperoksil terbentuk ketika hidrogen atomic yang dihasilkan dari reaksi :

CO + HO^●          CO₂ + H^● 

Bereaksi dengan oksigen

H^● + O₂          HOO^●

Radikal hidroperoksil dapat mengalami reaksi rantai terminasi seperti berikut ini :

HOO^● + HO^●          H₂O + O₂

HOO^● + HOO^●             H₂O₂ + O₂

Hidrogen peroksida, H₂O₂ yang terbentuk dapat keluar dari atmosfer dengan jalan pengendapan. Radikal hidroperoksil dapat bereaksi lebih lanjut yang menghasilkan kembali radikal HO^● ketika bereaksi dengan NO, atau ozon,O₃.

HOO^● + NO        NO₂ + HO^●

HOO^●+ O₃              2 O₂ + HO^●

Radikal hidroperoksil bereaksi lebih lambat dengan spesi lain daripada radikal hidroksil. Sukar untuk mempelajari radikal ini karena tidak mudah untuk memperoleh radikal hidroksil secara bebas.

Karbon Dioksida Atmosfer

Komponen karbon dioksida, CO₂, hanya 0,034% volume sebagai gas penyusun atmosfer. Hampir sama dengan uap air, karbon dioksida merupakan komponen-komponen yang mempunyai fungsi utama untuk mengabsorbsi energi infra merah yang dipancarkan kembali oleh bumi. Para ilmuwan mengkhawatirkan bahwa tingkat konsentrasi karbon dioksida yang berubah meningkat tajam akan menyebabkan terjadinya perubahan iklim di bumi sebagai akibat dari terjadinya efek rumah kaca.

Terjadinya peningkatan karbon dioksida ini terutama disebabkan oleh meningkatnya pembakaran bahan bakar fosil yang makin hari makin bertambah. Pengukuran yang pernah dilakukan terhadap CO₂ di atmosfer secara kontinu mulai tahun 1960 sampai 1985 di beberapa wilayah atmosfer seperti di Antartika ternyata terjadi peningkatan kurang lebih 1 ppm per tahun (Manahan, 1994). Diperkirakan adanya peningkatan suhu global dengan kenaikan suhu rata-rata antara 1,5 sampai 4,5 ⁰C. Akibat dari meningkatnya konsentrasi CO₂ atmosfer juga memberkan efek yang potensial terhadap terjadinya kerusakan lingkungan yang bersifat irreversible bahkan melebihi akibat yang ditimbulkan oleh senjata nuklir.

Peningkatan konsentrasi CO₂ atmosfer yang sebagian besar disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil,juga disebabkan oleh perusakan hutan seperti pembakaran hutan akan melepaskan gas CO₂ yang cukup signifikan ke atmosfer.

Oleh karena itu konsentrasi CO₂ alam sangat kecil di atmosfer dan tidak cukup aktif dalam reaksi kimia maka dalam studi reaksi-reaksi kimia atmosfer spesi ini relatif kurang signifikan. Namun demikian didasarkan kepada tingkat/konsentrasi CO_2, dan intensitas radiasi ultraviolet matahari di lapisan teratas atmosfer.

CO₂ + hv             CO + O

Reaksi ini merupakan sumber utama dari gas CO pada altitude yang lebih tinggi. Meskipun CO₂ mengabsorbsi radiasi infra merah cukup kuat, tetapi radiasi ini tidak cukup energik untuk menyebabkan terjadinya reaksi Kimia.

Air Dalam Atmosfer 

Uap air dalam atmosfer terdapat dalam konsentrasi yang cukup  luas variasinya terutama di atmosfer paling bawah. Secara normal kandungan uap air atmosfer berkisar antara 1-3 % volume, meskipun udara ada yang hanya mengandung 0,1 % tetapi dapat juga mencapai 5%. Persentase dari kandungan uap air ini menurun dengan cepat dengan bertambahnya altitude di atmosfer .Sirkulas dari air yang melalui atmosfer terdapat pada gambar 2.1.

Air menyerap radiasi infra merah bahkan lebih kuat dari gas CO₂. Awan terbentuk dari uap air yang memantulkan cahaya yang berasal dari matahari dan memberikan pengaruh kepada penurunan suhu. Sebaliknya pada malam hari uap berfungsi sebagai selimut karena menahan panas dari permukaan bumi dengan menyerap radiasi infra merah.

Di atmosfer yang lebih tinggi air dalam bentuk gas terlihat pada pembentukan radikal hidroksil, HO^●, dan radikal hidroperoksil, HOO^●. Salah satu efek yang berbahaya dari beberapa bahan pencemaran udara adalah proses perkaratan dari alat-alat logam yang terjadi karena adanya uap air di atmosfer. Kehadiran uap air di atmosfer menyebabkan pencemaran dalam bentuk fog (asap kabut) di bawah suatu kondisi tertentu.

Ketika partikel-partikel es di atmosfer berubah menjadi tetes-tetes air, atau ketika tetes-tetes air ini menguap, panas diambil dari sekitarnya. Kebalikan dari proses –proses ini menyebabkan panas yang dilepaskan ke atmosfer sebagai panas laten. Hal ini dapat terjadi pada jarak beberapa mil dari tempat dimana panas diabsorbsi dan hal ini merupakan suatu model dari transfer atau perpindahan energi ke atmosfer. Hal ini merupakan model utama dari transisi energi yang terdapat pada peristiwa angin ribut, angin topan dan tornado.

Seperti telah dikemukakan sebelumnya bahwa dinginnya di lapisan tropopause merupakan karier kepada pergerakan air untuk memasuki lapisan stratosfir. Sumber utama dari air di stratosfer adalah oksidasi fotokima dari metana :  CH₄ + O₃                          CO₂  + H₂O

Air yang terbentuk inilah yang menjadi sumber dari radikal hidroksil di stratosfir melalui reaksi : H₂O + hv               HO^● + H

dimana radikal hidroksil merupakan suatu fenomena Kimia atmosfir yang meningkat akhir-akhir ini.

BAB III

PENUTUP

KESIMPULAN

·         Pembagian wilayah atmosfer dan karakteristiknya, yaitu :

Wilayah (Region)	Suhu (oC)	Altitude (Km)	Spesi bahan Kimia
Troposfer Straposfer Mesosfer Thermosfer	Sampai -56 -56 sampai -2 -2 sampai -92 -92 sampai 1200	0 sampai (10-16) (10-16) sampai 50 50 sampai 85 85 sampai 500	N2, O2, CO2, H2O O3 O2, NO+, O2, O+, NO+

·         Secara keseluruhan sekitar 50%  dari radiasi matahari sampai ke permukaan bumi ini meradiasikan kembali sebagian energi melalui kisaran panjang gelombang yang luas, tetapi terbanyak pada panjang gelombang 10-20  yaitu infra merah. Radiasi rata-rata yang dipantulkan ke ruang angkasa harus sama dengan yang diserap oleh matahari. Oleh karena itu sejumlah energi harus mengalir dari daerah tropik ke daerah kutub di dalam atmosfer.

·         Oksigen di atmosfer yang lebih tinggi berbeda dengan oksigen yang lebih rendah karena adanya pengaruh dari radiasi ionisasi. Dalam daerah ini oksigen terdapat dalam bentuk oksigen atom, O, molekul oksigen tereksitasi, O₂^*, dan azon, O₃,  kurang dari 10% oksigen dalam bentuk O₂ terdapat dalam atmosfer pada altitude kurang lebih 400 Km.

DAFTAR PUSTAKA

                 

Achmad, Rukaesih. 2004. Kimia Lingkungan. Jakarta: Universitas Negeri Jakarta.