Sifat air

Air adalah zat kimia dengan rumus kimia H₂O; satu molekul air memiliki dua hidrogen atom 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]

Swa-ionisasi

Air cair mengalami fenomena swa-ionisasi menghasilkan ion hidronium dan ion hidroksida.

2 H₂O H₃O⁺ + OH⁻

konstanta kesetimbangan untuk reaksi ini, dikenal sebagai hasil kali ionik air, ${\displaystyle K_{\rm {w}}=[{\rm {H_{3}O^{+}}}][{\rm {OH^{-}}}]}$ , 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:

${\displaystyle K_{\rm {eq}}={\frac {a_{\rm {H_{3}O^{+}}}\cdot a_{\rm {OH^{-}}}}{a_{\rm {H_{2}O}}^{2}}}}$

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 ${\displaystyle K_{\rm {eq}}\approx K_{\rm {w}}=[{\rm {H_{3}O^{+}}}][{\rm {OH^{-}}}]}$

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 hidrasi mineral, 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.

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]

Henry Cavendish menunjukkan bahwa air terdiri dari oksigen dan hidrogen pada tahun 1781.^[34] Penguraian pertama air menjadi hidrogen dan oksigen, dengan elektrolisis, dilakukan pada tahun 1800 oleh ahli kimia Inggris William Nicholson dan Anthony Carlisle.^[34][35] Pada tahun 1805, Joseph Louis Gay-Lussac dan Alexander von Humboldt menunjukkan bahwa air terdiri dari dua bagian hidrogen dan satu bagian oksigen.^[36]

Gilbert Newton Lewis mengisolasi sampel pertama dari air berat murni pada tahun 1933.^[37]

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.

• Water to Steam Formation
  

Catatan

Daftar pustaka

• Ben-Naim, A. (2011), Molecular Theory of Water and Aqueous Solutions (dalam bahasa Inggris), World Scientific 

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Molekul air.

Wikimedia Commons memiliki media mengenai Diagram air.

Wikiversity memiliki bahan belajar tentang Engineering thermodynamics/Steam tables

• "Water Properties and Measurements". United States Geological Survey. 2 Mei 2016. Diakses tanggal 31 Agustus 2016. 
• Release on the IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use (formulasi sederhana)
• Online calculator using the IAPWS Supplementary Release on Properties of Liquid Water at 0.1 MPa, September 2008
• Chaplin, Martin (2019). "Structure and Properties of Water in its Various States". Encyclopedia of Water (dalam bahasa Inggris). Wiley Online Library 2019. hlm. 1–19. doi:10.1002/9781119300762.wsts0002. ISBN 9781119300755.  Parameter |s2cid= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
• Kalkulasi tekanan uap, densitas cairan, viskositas dinamis cairan, dan tegangan permukaan air
• Kalkulator Densitas Air Diarsipkan 2011-10-19 di Wayback Machine.
• Why does ice float in my drink?, NASA