Tugas Kimia
“Dampak Pembakaran Tidak Sempurna”
Nama: Rizka Damela
Kelas: XI IPA SBI G
DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL PROPINSI BENGKULU
SMA NEGERI 2 KOTA BENGKULU
TA. 2011/2012
Dalam suatu reaksi pembakaran lengkap, suatu senyawa bereaksi dengan zat pengoksidasi, dan produknya adalah senyawa dari tiap elemen dalam bahan bakar dengan zat pengoksidasi. Contoh: Contoh yang lebih sederhana dapat diamati pada pembakaran hidrogen dan oksigen, yang merupakan reaksi umum yang digunakan dalam mesin roket, yang hanya menghasilkan uap air.
Pada mayoritas penggunaan pembakaran sehari-hari, oksidan oksigen (O2) diperoleh dari udara ambien dan gas resultan (gas cerobong, flue gas) dari pembakaran akan mengandung nitrogen: Seperti dapat dilihat, jika udara adalah sumber oksigen, nitrogen meliputi bagian yang sangat besar dari gas cerobong yang dihasilkan.
Dalam kenyataannya, proses pembakaran tidak pernah sempurna. Dalam gas cerobong dari pembakaran karbon (seperti dalam pembakaran batubara) atau senyawa karbon (seperti dalam pembakaran hidrokarbon, kayu, dll) akan ditemukan baik karbon yang tak terbakar maupun senyawa karbon (CO dan lainnya). Jika udara digunakan sebagai oksidan, beberapa nitrogen akan teroksidasi menjadi berbagai jenis nitrogen oksida (NOx) yang kebanyakan berbahaya
EMISI HASIL PEMBAKARAN
I.Reaksi pembakaran dan hasil reaksi pembakaran
Pembakaran adalah reaksi kimia antara unsur bahan bakar dengan oksigen. Oksigen didapat dari udara luar yang merupakan campuran dari beberapa senyawa kimia antara lain oksigen (O), nitrogen (N), argon (Ar), karbondioksida (CO2) dan beberapa gas lainnya. Dalam proses pembakaran maka tiap macam bahan bakar selalu membutuhkan sejumlah udara tertentu agar bahan bakar dapat dibakar secara sempurna. Bahan bakar bensin, untuk dapat terbakar sempurna membutuhkan udara kurang lebih 15 kali berat bahan bakarnya. Rumus kimia bahan bakar adalah Cn Hm. Dalam pembakaran dibutuhkan perbandingan udara bahan bakar dimana besarnya udara yang dibutuhkan dalam silinder untuk membakar bahan bakar. Perbandingan udara bahan bakar atau AFR (air fuel ratio).
Berdasarkan jenis bahan bakar:
1.Hidrogen
2H2 + O2 2H2O 2.Bahan bakar minyak
2(CH2) + 3O2 2CO2 + 2H2O 3.Metana
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 4.Etanol
C2H5OH + 3O2 2CO2 + 3H2O 5.Karbohidrat
CHOH + O2 CO2 + H2O 6. Untuk LPG (Liquified Petroleum Gas)
C3H8 + C4H10 + 11.5 02 -> 7CO2 + 9H2O
Berdasarkan alat pembakaran
1.Pembakaran bensin pada mobil
Mekanisme mesin berbahan bakar bensin. Penjelasan berikut menunjukkan bagaimana bensin bekerja dalam mobil:
1. Bensin dicampur dengan udara dengan rasio perbandingan yang optimal (kondisi di mana terdapat kandungan oksigen yang minimum, yang diperlukan untuk membakar 1 gram bensin dengan sempurna)
2. Gas yang tercampur ini akan dibakar dalam mesin nantinya.
3. Gas yang tercampur ini selanjutnya dihembuskan ke dalam mesin. Gas dikompress dengan piston dengan gaya yang lembam, yang meningkatkan suhu dan tekanan dari gas yang dihembuskan.
4. Campuran gas ini lalu dipantik dengan kontak spark dengan penempatan waktu yang tepat (tepat sebelum suhu dan tekanan gas mencapai titik tertinggi) Campuran gas ini mulai terbakar di dekat kontak spark.
5. Nyala diperbanyak secara bertahap dalam campuran gas, lalu menyebar masuki interior mesin (wadah pembakaran dalam) Tekanan di dalam wadah pembakaran dinaikkan oleh adanya pembakaran gas, yang mendorong piston.
6. Gaya yang dihasilkan dilewatkan ke bagian luar mobil, yang menggerakkan roda. Ada mekanisme mesin bensin. Mekanisme inilah yang menjadikan mesin berbahan bakar bensin juga disebut “mesin pantikan spark”.
II.Jenis polutan
1.CO2
5.VOC termasuk etana, etilena, asetilena, propana, butana, pentana, aldehida, keton, pelarut
a. Sumber: kendaraan bermotor; penguapan pelarut; industri proses; pembuangan limbah padat; pembakaran bahan bakar; kilang minyak; SPBU; pembersih pakaian; pencetakan; cait,
b. Breaksi dengan NOx dan sinar matahari membentuk oksidan fotokimia. Formaldehida dan benzena berbahaya bagi eksehatan.
6.Pencemaran Timbal di udara
Timbal (Pb) merupakan pencemar udara yang berasal dari gas buangan kendaraan bermotor. Untuk menghasilkan pembakaran yang baik dan meningkatkan efisiensi motor bakar, bensin diberi zat tambahan, yaitu Pb(C2H5)4 atau tetra etil timbal (TEL). Setelah mengalami pembakaran di dalam motor, timbal dilepas ke udara dalam bentuk oksida timbal. Timbal merupakan racun keras yang bila menumpuk di dalam tubuh akan menimbulkan kerusakan permanen pada otak, darah dan organ tubuh lainnya.
Dampaknya Secara Umum pada Dunia
Dihasilkan oleh proses pembakaran yang tidak sempurna dari bahan bakar fosil
Kebanyakan dihasilkan oleh kendaran bermotor
· Pembentukan formasi karbon hemoglobin
· Mengurangi kapasitas pengangkutan oksigen dalam darah
· Mengganggu aktifitas penglihatan
· Gangguan stres fisiologis
· Nitrogen Dioxide (NOx)
· Gas berwarna coklat
· Sangat reaktif
· Hasil reaksi dari NO dengan Oksigen
· Kebanyakan dihasilkan oleh kendaran bermotor
· Meningkatkan sensitifitas asthma bronkiale
· Iritasi pada saluran pernapasan
· Mempengaruhi kapasitas fungsi paru pada pajanan jangka panjang
· Sulfur Dioxide (SO2)
· Gas yang mudah larut dalam air
· Terdapat dalam bahan bakar fosil dan kebanyakan logam.
· Dihasilkan dari pembakaran bahan bakar fosil dan logam
· Kebanyakan dihasilkan oleh bahan bakar untuk pembangkit tenaga listrik
· Iritasi saluran pernapasan
· Menimbulkan kambuh (ekserbasi) penyakit saluran pernapasan
· Meningkatkan prevalensi dari gejala penyakit saluran pernapasan
· Partikulat
· Padatan yang ditemukan di udara berupa debu, jelaga, asap, atau tetesan cairan (droplet).
· Padatan dapat tersuspensi di udara dalam waktu yang cukup lama.
· Partikel yang berukuran besar dapat berupa jelaga atau asap.
· Partikel yang penting bagi kesehatan masyarakat adalah PM10 & PM2,5
· Partikulat juga dapat terbentuk di udara dari perubahan kimia dan fisik gas.
· Terbentuk bila gas dari pembakaran bahan bakar bereaksi dengan sinar matahari atau uap air di udara sehingga ukuran partikelnya bertambah besar
· Infeksi saluran pernapasan atas
1. Emisi pembakaran diesel pada mobil
2. Emisi pembakaran bensin pada kendaraan bermotor
Pada motor bakar konvensional emisi gas buang yang dihasilkan berupa HC, CO, CO2, O2, NOx dan partikulat lain, dihasilkan dari proses tidak sempurnanya pembakaran di ruang bakar, dimana hanya sebagian bahan bakar bereaksi dengan oksigen terutama di dekat dinding silinder antara torak dan silinder, hal ini pada umumnya disebabkan karena lemahnya api dan rendahnya temperature pembakaran. Jika suhu pembakaran rendah dan perambatan nyala api lemah serta luasan dinding ruang bakarnya yang bersuhu rendah agak besar, kondisi ini akan dijumpai pada saat motor baru dihidupkan atau pada putaran langsam (idle), secara alamiah motor akan banyak menghasilkan emisi gas buang yang dapat menyebabkan dampak negatif bagi kesehatan.
3. Emisi pembakaran batubara
Dampak-dampak Pembakaran Tidak Sempurna pada Setiap Hasil Pembakaran
a) Hidrokarbon (HC)
Adalah gas buang yang diakibatkan karena bahan bakar yang tidak terbakar. HC ini adalah bagian dari bensin yang dilepaskan baik dalam bentuk tidak berbakar atau terpecah dengan tidak sempurna. Ada beberapa faktor yang menyebabkan adanya HC; sebagi contoh: pembkaran yang tidak sempurna oleh oksigen yang tidak mencukupi, nyala yang tertekan di dekat dinding mesin interior, turunnya suhu yang disebabkan oleh rendahnya kandungan bensin, dan lain-lain. Dengan kata lain, kita dapat mengatakan bahwa hc adalah komponen bensin yang tersisa dan tidak terbakar atau bentuknya berubah tanpa terbkar dengan sempurna.
· Molekul ringan, tidak terlihat sehingga melayang di udara
· Berbahaya bagi kesehatan, mengikat hemoglobin darah kita
· Semakin kecil HC semakin bagus
b) Karbon dioksida (CO2)
Karbon dioksida berasal dari pembakaran sempurna hidrokarbon di dalamnya termasuk minyak bumi dan gas alam. Sebenarnya gas karbon dioksida tidak berbahaya bagi manusia. Namun, kenaikan kadar CO2 di udara telah mengakibatkan peningkatan suhu di permukaan bumi. Fenomena inilah yang disebut efek rumah kaca (green house effect). Efek rumah kaca adalah suatu peristiwa di alam dimana sinar matahari dapat menembus atap kaca, tetapi sinar infra merah yang dipantulkan tidak bisa menembusnya. Sinar matahari yang tidak bisa keluar itu tetap terperangkap di dalam rumah kaca dan mengakibatkan suhu di dalam rumah kaca meningkat. Seperti itu pula karbon dioksida di udaraa, ia dapat dilewati sinar ultraungu dan sinar tampak, tetapi menahan sinar inframerah yang dipantulkan dari bumi. Akibatnya suhu dipermukaan bumi naik jika kadar CO2 di udara naik. Kenaikan suhu global dapat mencairkan sungkup es di kutub. Akibat selanjutnya adalah kenaikan permukaan laut sehingga dapat membanjiri kota-kota pantai di seluruh dunia.
a. Sumber: semua sumber pembakaran;
b. Membahayakan kesehatan pada > 5000 ppm lebih dari 2 – 8 jam,
c. Level di atmosfer meningkat dari 280 ppm (sebelum jaman industri) hingga > 350 ppm (1990an),
d. Terjadi percepatan laju.
e. Meskipun diinginkan CO2 merupakan gas rumah kaca. Bersama gas rumah kaca lain seperti metana, CO2 menyerap radiasi inframerah yang dipantulkan bumi, sehingga meningkatkan energi yang terdeposit di bumi oleh matahari dan meningkatkan temperatur atmosfer.
f. Oleh karena itu, emisi CO2 menjadi issue global, terutama setelah Kyoto Protocol 1997.
c) Karbon monoksida (CO)
Karbon dan oksigen dapat bergabung membentuk senyawa karbon monoksida (CO) sebagai hasil pembakaran yang tidak sempurna dan karbon dioksida (CO2) sebagai hasil pembakaran sempurna. Karbon monoksida merupakan senyawa yang tidak berbau, tidak berasa dan pada suhu udara normal berbentuk gas yang tidak berwarna. Gas ini akan dihasilkan bila karbon yang terdapat dalam bahan bakar (kira-kira 85% dari berat dan sisanya hidrogen) terbakar tidak sempurna karena kekurangan oksigen. Hal ini terjadi bila campuran udara bahan bakar lebih gemuk dari pada campuran stoikiometris dan terjadi selama idling dapat beban rendah atau pada output maksimum. Karbon monoksida tidak dapat dihilangkan jika campuran udara bahan bakar gemuk, bila campuran kurus karbon monoksida tidak terbentuk.
Gas karbon monoksida tidak berwarna dan berbau, sehingga kehadirannya tidak diketahui. Gas karbon monoksida bersifat racun, dapat menimbulkan rasa sakit pada mata, saluran pernapasan, dan paru-paru. Bila masuk ke dalam darah melalui pernapasan, gas karbon monoksida bereaksi dengan hemoglobin darah, membentuk karboksihemoglobin (COHb).
CO + Hb → COHb
Hemoglobin seharusnya bereaksi dengan oksigen menjadi oksihemoglobin (O2Hb) dan dibawa ke sel-sel jaringan tubuh yang memerlukan.
O2 + Hb → O2Hb
Namun, afinitas gas karbon monoksida terhadap hemoglobin sekitar 300 kali lebih besar daripada oksigen. Bahkan hemoglobin yang telah mengikat oksigen dapat diserang oleh gas karbon monoksida.
CO + O2Hb → COHb + O2
Jadi, gas karbon monoksida menghalangi fungsi vital hemoglobin untuk membawa oksigen bagi tubuh sehingga menyebabkan kekurangan oksigen. Kekurangan oksigen dalam aliran darah dan jaringan tubuh akan menurunkan kinerja tubuh dan pada akhirnya dapat menimbulkan kerusakan pada organ-organ tubuh. Gejala yang umumnya timbul akibat pemaparan terhadap karbon monoksida dalam konsentrasi tinggi untuk waktu yang lama adalah gangguan sistem saraf, lambatnya refleks dan penurunan kemampuan penglihatan. WHO juga telah membuktikan bahwa karbon monoksida yang secara rutin mencapai tingkat tak sehat di banyak kota dapat mengakibatkan kecilnya berat badan janin, meningkatnya kematian bayi dan kerusakan otak, bergantung pada lamanya seorang wanita hamil terpajan, dan bergantung pada kekentalan polutan di udara.
Cara mencegah peningkatan gas karbon monoksida di udara adalah dengan mengurangi penggunaan kendaraan bermotor dan pemasangan pengubah katalitik pada knalpot. Kendali semacam itu secara nyata telah menurunkan emisi dan kadar konsentrasi karbon monoksida yang menyelimuti kota-kota di seluruh dunia industri: di Jepang, tingkat kadar karbon monoksida di udara menurun sampai 50 persen antara tahun 1973 dan 1984, sementara di AS tingkat karbon monoksida turun 28 persen antara tahun 1980 dan 1989, walaupun terdapat kenaikan 39 persen untuk jarak kilometer yang ditempuh.
Ciri-ciri
· Adalah gas yang timbul sebagai reaksi dari pembakaran yang tidak sempurna
· Bersifat ringan, tidak terlihat sehingga melayang di udara
· Berbahaya bagi kesehatan, ISPA, Kanker, penurunan kecerdasan
· Diukur dalam prosentase, 0,5 – 3% adalah hasil yang ideal
d) NOx
Dua komponen di atas (HC dan CO) adalah produk yang dihasilkan karena mereka tidak terbakar dengan sempurna, sehingga mereka tidak menjadi CO2 selama proses pembakaran bensin (reaksi oksidasi). Di sisi lain, mekanisme pembentukan Nox adalah sangat jauh berbeda dari dua komponen ini. N dan O dalam NOx berasal dari udara. N2 dan O2 masing-masing bersifat inert di udara , namun, mereka bereaksi antara satu dengan lainnya dan menghasilkan NOx pada kondisi suhu tinggi ketika pembakaran bensin. Karena itu, semakin tinggi suhunya, semakin banyak NOx dihasilkan.
· Adalah gas buang yang ditimbulkan oleh nitrogen yang teroksidasi karena tekanan dan panas kompresi
· Berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan karena gas ini adalah racun.
e) SOx (Oksida Belerang)
Senyawa-senyawa belerang yang bertindak sebagai zat pencemar yang berbahaya adalah gas-gasa SO2 dan SO3. Gas SO2 di atmosfer sebagian besar berasal dari hasil pembakaran minyak bumi dan batubara yang mengandung belerang, di samping ada juga yang berasal dari hasil oksidasi bijih-bijih sulfida di industri.
Udara yang mengadung SO2 dalam kadar cukup tinggi dapat menyebabkan radang paru-paru dan tenggorokan pada manusia serta khlorosis (kepucatan) pada daun-daun. Oksidasi SO2 akan menyebabkan terbentuknya SO3. SO3 bila bereaksi dengan uap air akan menyebabkan hujan asam (acid rain). pH air hujan yang mengandung oksida belerang akan turun menjadi 3 – 4. Akibatnya timbul korosi logam-logam, kerusakan bangunan yang terbuat dari batu pualam dan memudarnya cat-cat pada lukisan. SO2 apabila terisap oleh pernafasan, akan bereaksi dengan air dalam saluran pernafasan dan membentuk asam sulfit yang akan merusak jaringan dan menimbulkan rasa sakit. Apabila SO3 yang terisap, maka yang terbentuk adalah asam sulfat, dan asam ini lebih berbahaya.
a. Sumber: Fasilitas pembangkit listrik dan panas yang menggunakan minyak atau batu bara yang mengandung sulfur; pabrik asam sulfat,
b. Membahayakan kesehatan untuk SO2: 0,03 ppm (80 µg/m3) lebih setahun, 0,14 ppm (365 µg/m3) selbih 24 jam tidak lebih dari sekali setahun, 0,5 ppm (1300 µg/m3) lebih dari 3 jam.
Sumber pencemaran Sox, misalnya pembakaran arang, minyak bakar gas, kayu dan sebagainya Sumber SOx yang kedua adalah dari proses-proses industri seperti pemurnian petroleum, industri asam sulfat, industri peleburan baja dan sebagainya. Pabrik peleburan baja merupakan industri terbesar yang menghasilkan Sox. Hal ini disebabkan adanya elemen penting alami dalam bentuk garam sulfida misalnya tembaga ( CUFeS2 dan CU2S ), zink (ZnS), Merkuri (HgS) dan Timbal (PbS). Kerbanyakan senyawa logam sulfida dipekatkan dan dipanggang di udara untuk mengubah sulfida menjadi oksida yang mudah tereduksi. Selain itu sulfur merupakan kontaminan yang tidak dikehandaki didalam logam dan biasanya lebih mudah untuk menghasilkan sulfur dari logam kasar dari pada menghasilkannya dari produk logam akhirnya. Oleh karena itu SO2 secara rutin diproduksi sebagai produk samping dalam industri logam dan sebagian akan terdapat di udara.
f) NOx (Oksida Nitrogen)
Dalam beberapa dasawarsa terakhir, jumlah kendaraan bermotor yang meningkat telah menimbulkan sejenis pencemaran udara yang tidak pernah dialami oleh peradaban sebelumnya. Pencemaran ini ditimbulkan oleh oksida nitrogen. Sumber utama oksida nitrogen adalah pembakaran bahan bakar dalam industri dan kendaraan bermotor. Nitrogen dan oksigen tidak bereaksi pada suhu rendah, tetapi pada suhu tinggi, kedua gas itu dimungkinkan bereaksi sebagai berikut :
2 NO (g) N2 (g) + O2 (g) Sekitar 10% dari gas NO yang dihasilkan, teroksidasi lebih lanjut membentuk NO2. Campuran NO dan NO2 sebagai pencemar udara biasa ditandai dengan lambang NOx. NOx di udara tidak beracun secara langsung pada manusia, tetapi NOx ini bereaksi dengan bahan-bahan pencemar lain dan menimbulkan fenomena asbut (asap-kabut) atau smog dalam bahasa Inggris. Asbut ini mengakibatkan mata perih, nafas sesak dan tanaman layu. Asbut adalah campuran rumit yang terdiri dari berbagai gas dan partikel-partikel zat cair dan zat padat. Asbut dihasilkan dari serentetan reaksi fotokimia (yaitu reaksi kimia di bawah pengaruh energi sinar matahari). Sinar matahari:
NO2 (g) + NO (g) dan O (g).
Motor bakar, juga menghasilkan hidrokarbon yang tidak terbakar akibat reaksi pembakaran di dalam motor kurang sempurna. Hidrokarbon ini dapat bereaksi dengan atom oksigen yang dihasilkan dari dekomposisi fotokimia NO2. Reaksi ini menghasilkan radikal hidrokarbon bebas yang sangat reaktif. Radikal ini bereaksi dengan NO dan menghasilkan NO2 lagi, dan serentetan reaksi berulang lagi dan menghasilkan ozon. Radikal bebas itu juga bereaksi dengan O2 dan N2 dan menghasilkan senyawa yang disebut peroksiasilnitrat (PAN). PAN juga memberi efek asbut dan menimbulkan rasa perih di mata.
a. Sumber: kendaraan bermotor; pembangkit panas dan listrik; asam nitrat; peledak; pabrik pupuk,
b. Membahayakan kesehatan untuk NO2: 0,053 ppm (100 µg/m3) lebih setahun; bereaksi dengan HC dan sinar matahari membentuk oksidan fotokimia.
Pada pembakaran, nitrogen akan dirubah menjadi oksida nitrogen dan disebut NOx. Selain nitrogen dari batubara, NOx juga dapat terbentuk dari nitrogen dalam udara pembakaran.
Zat nitrogen oksida ini dapat menyebabkan kerusakan paru-paru. Setelah bereaksi di atmosfer, zat ini membentuk partikel-partikel nitrat amat halus yang menembus bagian terdalam paru-paru. Partikel-partikel nitrat ini pula, jika bergabung dengan air baik air di paru-paru atau uap air di awan akan membentuk asam. Akhirnya zat-zat oksida ini bereaksi dengan asap bensin yang tidak terbakar dan zat-zat hidrokarbon lain di sinar matahari dan membentuk ozon rendah atau “smog” kabut berwarna coklat kemerahan yang menyelimuti sebagian besar kota di dunia.