Smog Fotokimia [PDF]

Citation preview

TUGAS KIMIA LINGKUNGAN



SMOG FOTOKIMIA



Dibuat oleh: 15315001



Achmad Taufiqqurohman



15315006



Nurashila Dhiani



15315012



Steven Gunawan



15315016



Tsamara Luthfia Henviandini



15315043



Tiara Irianti



PROGRAM STUDI TEKNIK LINGKUNGAN FAKULTAS TEKNIK SIPIL DAN LINGKUNGAN INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2017



SMOG FOTOKIMIA a.



Definisi Smog Fotokimia Smog merupakan gabungan kata antara smoke (asap) dan fog (kabut), yang berarti



kabut yang berisi gas pencemar udara. Fotokimia adalah proses reaksi kimia yang diakibatkan oleh adanya cahaya. Smog fotokimia adalah campuran polutan yang terbentuk ketika senyawa NOx dan senyawa organik yang mudah menguap (volatile organic compound atau VOC) bereaksi dengna cahaya matahari sehingga menyebabkan kabut kecoklatan di atas kawasan perkotaan. Polutan yang terdapat pada smog fotokimia adalah ozon, lachrymator (substansi kimia yang dapat menyebabkan iritasi mata), dan zat-zat kimia berbahaya lainnya.



Gambar 1. Fenomena Smog Fotokimia di Kawasan Perkotaan (Sumber: https://fthmb.tqn.com)



b. Penyebab Terjadinya Smog Fotokimia Terdapat 3 bahan utama yang diperlukan untuk membuat reaksi kimia pembentuk smog terjadi, yaitu sinar ultraviolet, hidrokarbon, dan nitrogen oksida. Senyawa-senyawa kimia tersebut dapat berasal dari sumber alami ataupun dari kegiatan manusia. 



Sumber alami



Kebakaran hutan dan proses mikrobiologi yang terjadi di alam, terutama di tanah, akan menghasilkan oksida nitrogen (NOx). Sedangkan senyawa VOC dihasilkan dari proses penguapan senyawa organik yang terjadi secara alamiah, seperti terpena (C5H8)n, yang



merupakan hidrokarbon yang dihasilkan oleh tumbuhan dan terdapat dalam minyak sebagai pemicu terjadinya pembakaran. Eukaliptus, salah satu jenis pohon dari Australia, juga melepaskan senyawa ini dalam jumlah yang cukup besar. Selain itu, senyawa oksida nitrogne (NOx) dapat terbentuk melalui proses terjadinya petir. Gas nitrogen bereaksi dengan oksigen di sekitarnya membentuk nitrogen monoksida. N2 + O2  2NO 



Sumber antopogenik



Hidrokarbon dan nitrogen oksida sebagian besar dihasilkan dari kegiatan manusia seperti pembakaran pada mesin kendaraan bermotor. Di sebagian besar wilayah perkotaan, lebih



dari



50%



smog



fotokimia



terbentuk



akibat



adanya



emisi



kendaraan



bermotor.Pembakaran pada mesin kendaraan bermotor yang sempurna akan menghasilkan panas, karbon dioksida, dan air. Bahan bakar + O2  CO2 + H2O + energi (panas) Pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna pada kendaraan bermotor menyebabkan terjadinya emisi berbagai hidrokarbon (RH) yang belum terbakar, karbon monoksida, nitrogen oksida, dan sulfur oksida. Pembakaran yang tidak sempurna ini biasanya terjadi ketika kendaraan bermotor sedang melaju cepat dan saat terjadinya kemacetan, yang menimbulkan kurangnya suplai oksigen untuk proses pembakaran. Pembakaran tidak sempurna juga dapat diakibatkan oleh mesin kendaraan bermotor serta pembakaran pada industri yang kurang suplai oksigen karena kekurangan pada mesin. Bahan bakar + O2 (sedikit)  CO + NOx + SOx + RH + energi (panas) Cahaya matahari sebagai bahan utama ketiga dibutuhkan untuk proses fotolisis, seperti: NO2 + hv (λ < 420nm)  NO + O* H2O2 + hv (λ < 350 nm)  2HO* CH2O + hv (λ < 335nm)  H* + HC*O H3COOH + hv (λ < 350nm)  H3CO* + HO* Reaksi-reaksi tersebut merupakan reaksi yang menjadi salah satu kunci terbentuknya berbagai macam gas polutan berbahaya yang dapat menimbulkan smog. Selain itu, smog fotokimia sering disebabkan oleh angin yang tenang. Selama musim dingin, kecepaan angin menjadi rendah, sehingga asap dan kabut menjadi stagnan pada tempat terbentuknya smog dan meningkatkan tingkat polusi pada bagian permukaan tempat manusi dan makhluk hidup lainnya hidup.



Gambar 2. Senyawa Kimia yang Menyebabkan Terjadinya Smog Fotokimia (Sumber: slideplayer.com)



c.



Kondisi yang mempengaruhi Faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya smog fotokimia adalah inversi termal.



Inversi termal terjadi ketika lapisan udara yang lebih hangat dan ringan terjadi di atas lapisan udara yang lebih dingin dan berat, menyebabkan tidak terjadinya angin vertikal (air current) yang akhirnya membuat polutan terperangkap di lapisan atmosfer yang lebih rendah. Polutan yang harusnya naik ke lapisan udara yang lebih tinggi untuk mengalami proses dispersi dan dilusi menjadi tetap berada di lapisan bawah dan menyebabkan polutan semakin terakumulasi. Terperangkapnya polutan tersebut akan menyebabkan smog tetap diam di daerah tersebut dalam jangka waktu yang panjang. Jika inversi termal tidak terjadi, maka smog fotokimia di daerah tersebut akan segera hilang dalam jangka waktu yang dekat. Terjadinya inversi termal dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor. Faktor yang pertama adalah faktor lokasi. Inversi termal dapat dengan lebih mudah terjadi di daerah lembah, karena pergerakan udara di daerah lembah lebih terbatasi dan suhu pada malam hari yang lebih dingin. Pada daerah pantai, inversi termal sangat sulit untuk terjadi. Hal ini disebabkan oleh suhu pada malam hari yang tetap hangat. Suhu yang hangat ini disebabkan oleh tingginya kelembaban. Uap air yang merupakan penyumbang terbesar terjadinya efek rumah



kaca (50%, dihitung dari konsentrasi dan kemampuan zat menyerap energi matahari) menyebabkan panas tetap terperangkap di daerah pantai pada malam hari.



Gambar3. Inversi Termal (Sumber: propilotmag.com)



d. Proses Terjadinya Smog Fotokimia Proses terjadinya smog fotokimia sangat bergantung pada waktu. Kondisi lalu lintas pada pagi hari dapat meningkatkan emisi oksida nitrogen dan senyawa VOC seperi no methane hydrocarbon (NMHC). Polutan nitrogen oksida yang paling berbahaya yang diemisikan oleh kendaraan bermotor adalah NO dan NO2 yang biasanya disebut NOx. Kemudian, kepadatan lalu lintas berkurang. Polutan oksida nitrogen (NOx) tersebut cenderung memasuki atmosfer dalam bentuk NO dan proses fotokimia pada atmosfer dapat merubah NO menjadi NO2, sehingga meningkatkan konsentrasi senyawa tersebut. (1) 2NO + O2  NO2 Pada siang hari, sinar matahari bersinar dengan terang dan meningkatkan intensitas cahaya matahari yang memasuki permukaan bumi. Langkah awal dalam reaksi fotokimia adalah penyerapan foton oleh atom, molekul, radikal bebas, atau ion. Hasil penyerapan ni



sangat bergantung pada energi, yaitu panjang gelombang foton. Sinar ultraviolet sangat diperlukan untuk memicu terjadinya smog fotokimia.



Gambar 4. Transformasi Senyawa Kimia Penyebab Smog Fotokimia (Sumber: http://mtweb.mtsu.edu)



NO2 bersifat sangat spesifik dalam kimia atmosfer karena disosiasi atau diuraikan secara fotokimia oleh cahaya matahari dengan panjang gelombang kurang dari 430 nm untuk menghasilkan atom oksigen yang sangat reaktif atau yang biasa dikenal dengan oksigen radikal. Berikut reaksi penguaraian nitrogen dioksida (NO2) oleh sinar matahari menjadi nitrogen monoksida (NO) dan oksigen radikal. (2) NO2 + hv (λ < 420nm)  NO + O* Oksigen radikal dapat bereaksi dengan gas oksigen (O2) menjadi ozon (O3) : (3) O* + O2  O3 Kemudian ozon bereaksi dnegan nitrogen monoksida membentuk nitrogen dioksida dan gas oksigen. (4) O3 + NO  NO2 + O2 Pada saat yang bersamaan, senyawa kimia berbahaya, seperti PAN (peroxyacyl nitrates), diproduksi melalui reaksi antara nitrogen oksigen dengan senyawa hidrokarbon (R) di bawah sinar matahari. Di alam, gas ini dapat dihasilkan melalui proses terbentuknya petir. Proses pembentukkan PAN dapat dilihat sebagai berikut. (5) CH3CHO + OH*  CH3C*O + H2O (6) CH3C*O + O2  CH3C(O)OO* (acetylperoxy)



(7) NO2 + CH3C(O)OO*  CH3C(O)OONO2 (PAN) Senyawa hidrokarbon utama yang berperan dalam dalam reaksi tersebut adalah VOCs. Reaksi organik dan inorganik yang mengandung oksigen (ROx) dengan nitrogen monoksida akan menghasilkan lebih banyak nitrogen dioksida. (8) NO + ROx  NO2 + produk lainnya Senyawa VOCs dominan pada dua reaksi di atas. Biasanya ozon terpakai untuk bereaksi dengan nitrogen monoksida, seperti pada reaksi 4. Namun, ketika terdapat VOCs, NO dan NO2 bereaksi seperti reaksi 7 dan 8, meningkatkan konsentrasi ozon pada permukaan bumi. CH4 merupakan hidrokarbon paling banyak di atmosfir. Senyawa terssebut berasal dari sumber-sumber bawah tanah sebagai gas alami dan hasil produksi fermentasi senyawa organik. Metana merupakan hidrokarbon yang tidak paling reaktif di atmosfer karena berasal dari sumber yang tersebar sehingga perannya dalam reaksi fotokimia minimal. Hidrokarbon yang paling berpengaruh dalam reaksi fotokimia bukan berasal dari gas metana melainkan berasal dari gas buangan kendaraan bermotor. Jika terjadi inversi temperatur, kelembaban rendah, adanya cahaya matahari, dan adanya gas NO, hidrokarbon tersebut menghasilkan smog fotokimia yang dapat diindikasi dengan adanya kehadiran partikulat seperti ozon dan aldehid.



Gambar 5. Reaksi Senyawa Kimia yang Menyebabkan Terjadinya Smog Fotokimia (Sumber: http://mtweb.mtsu.edu)



Partikulat yang terbentuk akan menghasilkan asap (smoke) yang dapat berasal dari pembakaran bahan bakar dan molekul yang mengandung karbon seperti aldehid, keton, dan hidrokarbon. RCH3 + 2O2 + 2NO  RCHO + 2NO2 + H2O Saat matahari terbenam, produksi ozon dihentikan karena intensitas matahari yang berkurang. Biasanya, smog fotokimia dianggap menjadi masalah industrialisasi modern. Kejadian ini hampir terjadi di seluruh kota modern, tetapi lebih sering terjadi pada kota-kota yang cerah, hangat, beriklim kering, dan dengan jumlah kendaraan bermotor yang besar. Smog fotokimia dapat terjadi dalam lingkungan dengan emisi pencemar primer yang besar dan dalam jangka waktu yang cukup panjang.



e.



Dampak Dampak negatif utama dari smog fotokimia terjadi pada: 1. Kesehatan dan kenyamanan manusia Dampak negatif smog fotokimia bagi kesehatan manusia dapat disebabkan oleh kandungan polutan pada smog itu sendiri dan efek yang terjadi karenanya, seperti kurangnya paparan sinar matahari. Berkurangnya sinar matahari yang mengenai kulit akibat terjadinya smog akan menyebabkan kurangnya suplai vitamin D. Kekurangan suplai vitamin D dapat menyebabkan terjadinya penyakit rakhitis pada sebagian orang. Kandungan polutan pada smog dapat menyebabkan iritasi mata, kanker, infeksi saluran pernapasan, asma, dan penyakit-penyakit lainnya. 2. Kerusakan material Material seperti karet dapat retak dan mengalami penuaan karena terpapar ozon yang ada pada smog. Oleh sebab itu, karet seringkali digunakan sebagai tes keberadaan ozon. Kandungan asam pada smog juga dapat menyebabkan kerusakan dan pelapukan berbagai material. 3. Efek terhadap atmosfer 4. Racun bagi tanaman Ada 3 senyawa pada smog yang menjadi penyebab utama rusaknya tanaman, yaitu ozon, PAN, dan nitrogen oksida. Dari ketiga senyawa tersebut, PAN merupakan senyawa yang paling beracun bagi tanaman. Paparan PAN dapat menyebabkan permukaannya.



daun-daun



muda



mengalami



bronzing



dan



glazing



pada



Daftar Pustaka EPA. 2004. Photochemical smog—what it means for us. Adelaide : Environment Protection Authority. Dalam www.epa.sa.gov.au. (Diakses pada 20 Maret 2017 pukul 15:25) Manahan, Stanly E. 2000. Environmental Chemistry 6th Edition. Florida: CRC Press. Rani, Bina et al. 2011. Photochemical Smog Pollution and Its Mitigation Measures. Journal of



Advanced



Scientific



Research,



2011;



2(4):



28-33.



Dalam



http://www.sciensage.info/jasr. (Diakses pada 20 Maret 2017 pukul 19:45) http://www.conserve-energy-future.com/smogpollution.php (Diakses pada tanggal 20 Maret 2017 pukul 15:30) http://mtweb.mtsu.edu/nchong/Smog-Atm1.htm (Diakses pada tanggal 20 Maret 2017 pukul 15:30) https://earthobservatory.nasa.gov/Features/CarbonCycle/page1.php (Diakses pada tanggal 20 Maret 2017 pukul 18:19)