Hubungan Antara CO2, pH dan Alkalinitas

Waktu kuis Ocekim kemarin, ada satu soal yang cukup menarik perhatian saya, yaitu bagaimana hubungan antara CO2, pH dan alkalinitas. Disini saya mencoba menguraikan pendapat saya tentang hubungan tersebut. Apabila ada teori atau argumentasi saya yang salah, saya menerima masukan dengan senang hati. Terima kasih.


pH adalah intensitas kondisi asam atau basa dalam suatu perairan. pH menunjukkan konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam suatu larutan (Julinda, 2011).

Alkalinitas adalah ukuran konsentrasi ion yang dapat bereaksi dengan H+. Satuannya adalah meq. CO2 dalam air laut berbentuk CO2 terlarut, ion HCO3- (Dominan), CO32-, dan OH- (Mulyanto, 2011).

Hubungan CO2 dengan Alkalinitas:
Jika dalam 1 kg air laut mendapatkan tambahan 1 mmol:
1. CO2 → CO2 naik 1 milimole sementara alkalinitas tetap.
Karena dengan masuknya CO2 (sebelum bereaksi dengan air) tidak menambah ion yang bisa bereaksi dengan H+ (CO2 tidak bermuatan).
2. HCO3- → Total CO2 naik 1 milimole dan alkalinitas naik 1 meq.
HCO3- bermuatan -1, menambah jumlah ion yang bisa bereaksi dengan H+.
3. CO32- → Total CO2 naik 1 milimole dan alkalinitas naik 2 meq.
CO32- bermuatan -2, menambah jumlah ion yang bisa bereaksi dengan 2H+.
Dapat disimpulkan bahwa alkalinitas tidak berhubungan langsung dengan CO2, tetapi dengan muatan yang ada dalam molekul CO2 tersebut. Semakin tinggi CO2 nya, maka alkalinitasnya semakin tinggi.

Hubungan antara pH dan CO2:
Di air laut, pH terus bervariasi karena adanya respirasi dan fotosintesis. Saat malam hari, jumlah CO2 naik sebagai hasil proses respirasi. CO2 bebas dilepaskan dan bereaksi dengan air membentuk asam karbonat (yang kemudian direduksi menjadi bikarbonat dan karbonat), membuat temperatur dan pH menjadi lebih rendah.
CO2 + H2O ↔ H2CO3
Sehingga semakin tinggi CO2 pH nya semakin rendah.

Hubungan antara pH dengan alkalinitas:
(Lanjutan hubungan CO2 dengan alkalinitas)
Jika dalam 1 kg air laut mendapatkan tambahan 1 mmol:
4. HCl → Total CO2 tetap dan alkalinitas turun.
Ada penambahan ion yang akan bereaksi dengan HCO3- (ion H+ dari HCl) membentuk H2CO3.
H+ + HCO3- → H2CO3
Bikarbonat Asam karbonat
5. NaOH → Total CO2 tetap, alkalinitas naik.
Disebabkan adanya penambahan ion OH- dari NaOH yang kemudian bereaksi dengan CO2 membentuk senyawa HCO3-.
CO2+OH- → HCO3-
Kedua reaksi diatas tidak mengandung CO2, hanya bersifat asam atau basa.
Untuk pernyataan nomor 4:
Permisalan:
pH H2CO3 pada konsentrasi 0,1 M?
H2CO3 → 2H+ + CO32-
= (0,1)2 (0,1)
= (0,1)2
H+ = 0,01 / 10-2
pH = -log 10-2
= 2
Jadi saat alkalinitas turun, pH naik.
Untuk pernyataan nomor 5:
Permisalan:
pH HCO3- pada konsentrasi 0,1 M?
HCO3- → H+ + CO3-
= (0,1) (0,1)
H+ = 0,1 / 10-1
pH = -log 10
= 1
Saat alkalinitas naik, pH turun.


Dari penjabaran diatas, dapat disimpulkan bahwa pH berpengaruh terhadap CO2 dan alkalinitas, sementara alkalinitas tidak secara langsung berhubungan dengan konsentrasi CO2 di perairan (melihat jumlah muatan pada total CO2). Semakin tinggi CO2, maka pH di perairan semakin rendah, saat pH air turun, alkalinitasnya semakin besar.


Sumber bacaan:
Julinda, Syarifah Hikmah. 2011. Chemical Oceanography: pH and Alkalinity. FPIK-UB
Mulyanto. 2011. Gas-Gas Terlarut dalam Air Laut. FPIK-UB