Air (H2O) adalah suatu senyawa anorganikpolar yang pada suhu kamar merupakan cairan tak berasa dan tak berbau, yang hampir tak berwarna meski terdapat sedikit warna biru yang melekat. Air adalah senyawa kimia yang paling banyak dipelajari[19] dan sering disebut sebagai "pelarut universal"[20] serta "pelarut kehidupan."[21] Senyawa ini adalah zat yang paling melimpah di permukaan Bumi[22] dan satu-satunya zat umum yang terdapat sebagai padat, cair, dan gas di permukaan bumi.[23] Senyawa ini juga merupakan molekul paling melimpah ketiga di alam semesta (di belakang molekul hidrogen dan karbon monoksida).[22]
Molekul air membentuk ikatan hidrogen satu sama lain dan sangat polar. Polaritas ini memungkinkannya untuk memisahkan ion dalam garam dan mengikat zat polar lainnya seperti alkohol dan asam, sehingga melarutkannya. Ikatan hidrogennya menyebabkan banyak sifat uniknya, seperti memiliki bentuk padat yang kurang padat daripada bentuk cairnya,[c]titik didih yang relatif tinggi sekitar 100 °C untuk massa molarnya, dan kapasitas panas yang tinggi.
Air bersifat amfoter, artinya dapat menunjukkan sifat-sifat asam atau basa, tergantung pada pH larutan tempatnya; ia dengan mudah menghasilkan baik ion H+ dan OH−.[c] Terkait dengan sifat amfoternya, ia mengalami swa-ionisasi. Hasil kali dari aktivitasnya, atau kira-kira, konsentrasi H+ dan OH− adalah konstan, sehingga konsentrasi masing-masing berbanding terbalik satu sama lain.[24]
Sifat fisika
Air adalah zat kimia dengan rumus kimiaH2O; satu molekul air memiliki dua hidrogenatom yang berikatan secara kovalen pada satu atom oksigen.[25]
Air adalah cairan tidak berasa dan tidak berbau pada suhu dan tekanan lingkungan. Air cair memiliki pita serapan yang lemah pada panjang gelombang sekitar 750 nm yang menyebabkannya tampak berwarna biru.[3] Hal ini dapat dengan mudah diamati di bak mandi berisi air atau wastafel yang lapisannya berwarna putih. Kristal es besar, seperti pada gletser, juga tampak berwarna biru.[26]
Pada kondisi standar, air terutama berupa cairan, tidak seperti analog hidrida lainnya dari keluarga oksigen, yang umumnya berbentuk gas. Sifat unik air ini disebabkan oleh ikatan hidrogen yang dimilikinya. Molekul-molekul air terus bergerak satu sama lain, dan ikatan hidrogen terus-menerus putus dan terbentuk kembali pada skala waktu yang lebih cepat dari 200 femtosekon. (2 × 10−13 sekon).[27]
Namun, ikatan ini cukup kuat untuk menciptakan banyak sifat khas air, beberapa di antaranya menjadikannya bagian integral dari kehidupan.[28]
Sebuah molekul air tunggal dapat berpartisipasi dalam maksimal empat ikatan hidrogen karena dapat menerima dua ikatan menggunakan pasangan elektron bebas pada oksigen dan menyumbangkan dua atom hidrogen. Molekul lain seperti hidrogen fluorida, amonia, dan metanol juga dapat membentuk ikatan hidrogen. Namun, mereka tidak menunjukkan anomali termodinamika, kinetik atau sifat struktural seperti yang diamati dalam air karena tidak satupun dari mereka dapat membentuk empat ikatan hidrogen: baik mereka tidak dapat menyumbangkan atau menerima atom hidrogen, atau adanya efek sterik dalam residu besar. Dalam air, struktur antarmolekul tetrahedral terbentuk karena empat ikatan hidrogen yang dimilikinya, sehingga membentuk struktur terbuka dan jaringan ikatan tiga dimensi, yang menghasilkan penurunan densitas yang tidak wajar ketika didinginkan di bawah 4 °C. Unit reorganisasi yang berulang dan terus-menerus ini mendefinisikan jaringan tiga dimensi yang membentang di seluruh cairan. Pandangan ini didasarkan pada studi hamburan neutron dan simulasi komputer, dan masuk akal mengingat susunan molekul air yang jelas tetrahedral dalam struktur es.[29]
Namun, terdapat teori alternatif untuk struktur air. Pada tahun 2004, sebuah makalah kontroversial dari Universitas Stockholm menyarankan bahwa molekul air dalam keadaan cair biasanya tidak mengikat empat tetapi hanya dua lainnya; sehingga membentuk rantai dan cincin. Istilah "teori dawai air" (tidak terbingungkan dengan teori dawai fisika) diciptakan. Pengamatan ini didasarkan pada spektroskopi penyerapan sinar-X yang menyelidiki lingkungan lokal atom oksigen individu.[30]
konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini, dikenal sebagai hasil kali ionik air, , memiliki nilai sekitar 10−14 pada 25 °C. Pada pH netral, konsentrasi ion hidroksida (OH−) sama dengan ion hidrogen (terlarut) (H+), dengan nilai mendekati 10−7 mol L−1 pada 25 °C.[31]
Konstanta kesetimbangan termodinamika adalah hasil bagi aktivitas termodinamika dari semua produk dan reaktan termasuk air:
Namun untuk larutan encer, aktivitas zat terlarut seperti H3O+ atau OH− didekati dengan konsentrasinya, dan aktivitas pelarut H2O diperkirakan bernilai 1, sehingga diperoleh hasil kali ionik sederhana
Geokimia
Tindakan air pada batuan dalam jangka waktu yang lama biasanya menyebabkan pelapukan dan erosi air, proses fisik yang mengubah batuan padat dan mineral menjadi tanah dan sedimen, tetapi dalam beberapa kondisi reaksi kimia dengan air terjadi sebagai baik, menghasilkan metasomatisme atau hidrasimineral, sejenis ubahan kimia batuan yang menghasilkan mineral lempung. Hal ini juga terjadi ketika semen Portland mengeras.
Es air dapat membentuk senyawa klatrat, yang dikenal sebagai hidrat klatrat, dengan berbagai molekul kecil yang dapat tertanam dalam kisi kristalnya yang luas. Yang paling menonjol dari ini adalah metana klatrat, 4 CH4·23H2O, secara alami ditemukan dalam jumlah besar di dasar laut.
Keasaman di alam
Hujan umumnya agak asam, dengan pH antara 5,2 dan 5,8 jika tidak memiliki asam yang lebih kuat dari karbon dioksida.[32] Jika nitrogen dan sulfur oksida dalam jumlah tinggi terdapat di udara, mereka juga akan larut ke dalam awan dan tetesan hujan, menghasilkan hujan asam.
Keberadaan
Air adalah zat yang paling melimpah di Bumi dan juga molekul paling melimpah ketiga di alam semesta, setelah H2 dan CO.[22] 0,23 ppm massa bumi adalah air dan 97,39% dari volume air global 1,38×109 km3 ditemukan di lautan.[33]
Sifat-sifat air secara historis telah digunakan untuk mendefinisikan berbagai skala suhu. Khususnya, skala Kelvin, Celsius, Rankine, dan Fahrenheit, atau saat ini, ditentukan oleh titik beku dan titik didih air. Skala yang kurang umum seperti Delisle, Newton, Réaumur dan Rømer didefinisikan dengan cara yang sama. Titik tripel air adalah titik standar yang lebih umum digunakan saat ini.
^ abVienna Standard Mean Ocean Water (VSMOW), digunakan untuk kalibrasi, meleleh pada 273.1500089(10) K (0.000089(10) °C, dan mendidih pada 373.1339 K (99.9839 °C). Komposisi isotop lainnya meleleh atau mendidih pada suhu yang sedikit berbeda.
^
Nilai 15,7 yang umum dikutip digunakan terutama dalam kimia organik untuk pKa air adalah tidak benar.[11][12]
^ ab H+ mewakili H3O+(H2O)n dan ion yang lebih kompleks yang terbentuk.
Referensi
Catatan
^"naming molecular compounds". www.iun.edu (dalam bahasa Inggris). Diarsipkan dari versi asli tanggal 24 September 2018. Diakses tanggal 1 Oktober 2018. Sometimes these compounds have generic or common names (e.g., H2O is "water") and they also have systematic names (e.g., H2O, dihydrogen monoxide).
^Riddick 1970, Table of Physical Properties, Water 0b. pg 67-8.
^Lide 2003, Properties of Ice and Supercooled Water in Section 6.
^Water dalam Linstrom, P.J.; Mallard, W.G. (eds.) NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD. http://webbook.nist.gov
^Silverstein, Todd P.; Heller, Stephen T. (17 April 2017). "pKa Values in the Undergraduate Curriculum: What Is the Real pKa of Water?". Journal of Chemical Education. 94 (6): 690–695. Bibcode:2017JChEd..94..690S. doi:10.1021/acs.jchemed.6b00623.
^Ramires, Maria L. V.; Castro, Carlos A. Nieto de; Nagasaka, Yuchi; Nagashima, Akira; Assael, Marc J.; Wakeham, William A. (1995-05-01). "Standard Reference Data for the Thermal Conductivity of Water". Journal of Physical and Chemical Reference Data (dalam bahasa Inggris). 24 (3): 1377–1381. Bibcode:1995JPCRD..24.1377R. doi:10.1063/1.555963. ISSN0047-2689.
^Lide 2003, 8—Concentrative Properties of Aqueous Solutions: Density, Refractive Index, Freezing Point Depression, and Viscosity.
^ abcWater dalam Linstrom, P.J.; Mallard, W.G. (eds.) NIST Chemistry WebBook, NIST Standard Reference Database Number 69. National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg MD. http://webbook.nist.gov
^"Water, the Universal Solvent". U.S. Department of the Interior. usgs.gov (website) (dalam bahasa Inggris). United States of America: USGS. 22 Oktober 2019. Diakses tanggal 15 Desember 2020.
^Lewis, G. N.; MacDonald, R. T. (1933). "Concentration of H2 Isotope". The Journal of Chemical Physics (dalam bahasa Inggris). 1 (6): 341. Bibcode:1933JChPh...1..341L. doi:10.1063/1.1749300.
Daftar pustaka
Boyd, Claude E. (2000). "pH, Carbon Dioxide, and Alkalinity". Water Quality (dalam bahasa Inggris). Boston, Massachusetts: Springer. hlm. 105–122. doi:10.1007/978-1-4615-4485-2_7. ISBN9781461544852.
Campbell, Mary K.; Farrell, Shawn O. (2007). Biochemistry (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-6). Cengage Learning. ISBN978-0-495-39041-1.
Campbell, Neil A.; Reece, Jane B. (2009). Biology (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-8). Pearson. ISBN978-0-8053-6844-4.
Campbell, Neil A.; Williamson, Brad; Heyden, Robin J. (2006). Biology: Exploring Life (dalam bahasa Inggris). Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN978-0-13-250882-7.
Reece, Jane B.; Urry, Lisa A.; Cain, Michael L.; Wasserman, Steven A.; Minorsky, Peter V.; Jackson, Robert B. (10 November 2011). Campbell Biology (dalam bahasa Inggris) (edisi ke-10). Boston, Mass.: Pearson. ISBN9780321775658.
![{\displaystyle K_{\rm {w}}=[{\rm {H_{3}O^{+}}}][{\rm {OH^{-}}}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/86dca39006c4f875cacc14395c7ff6e38a09d990)
![{\displaystyle K_{\rm {eq}}\approx K_{\rm {w}}=[{\rm {H_{3}O^{+}}}][{\rm {OH^{-}}}]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/8c479a6b2710d07dd3952fcc072550c0e8537e70)
