KESADAHAN ( HARDNESS)

Kesadahan ( Hardness) merupakan ukuran yang menunjukkan jumlah ion kalsium (Ca⁺²) dan ion magnesium (Mg⁺²) dalam air. Ion-ion lain sebenarnya mempengaruhi nilai kesadahan, akan tetapi efeknya sangat kecil dan relatif sulit diukur sehingga diabaikan.Kesadahan (hardness) pada umumnya dinyatakan dalam satuan ppm (part per million/ bagian satu persejuta ) kalsium karbonat (CaCO₃), dan tingkat kekerasan (dH), atau dengan menggunakan konsentrasi molar CaCO3. Satuan kesadahan Jerman atau dH sama dengan 10 mg CaO (kalsium oksida) per liter air. Di Amerika, kesadahan pada umumnya menggunakan satuan ppm CaCO3, dengan demikian satu satuan Jerman (dH) dapat diekspresikan sebagai 17.8 ppm CaCO₃. Sedangkan satuan konsentrasi molar dari 1 mili ekuivalen = 2.8 dH = 50 ppm. Perlu diperhatikan bahwa kebanyakan teskit pengukur kesadahan menggunakan satuan CaCO3. Untuk lebih jelasnya bacalah petunjuk pembacaan pada teskit yang anda miliki untuk mengetahui dengan pasti satuan pengukuran yang digunakan, untuk menghindari terjadinya kesalahan pembacaan.

Berikut adalah kriteria selang kesadahan yang biasa dipakai:
0 - 4 dH, 0 - 70 ppm : sangat rendah (sangat lunak)
4 - 8 dH, 70 - 140 ppm : rendah (lunak)
8 - 12 dH, 140 - 210 ppm : sedang
12 - 18 dH, 210 - 320 ppm : agak tinggi (agak keras)
18 - 30 dH, 320 - 530 ppm : tinggi (keras)

Dalam kaitannya dengan proses biologi, kesadahan pada air untuk  ikan atau tanaman dikatakan memerlukan air dengan kesadahan tinggi (keras) atau rendah (lunak), hal ini pada dasarnya mengacu kepada kesadahannya. Ketidaksesuaian kesadahan akan mempengaruhi transfer hara/gizi dan hasil sekresi melalui membran dan dapat mempengaruhi kesuburan, fungsi organ dalam (seperti ginjal), dan pertumbuhan. Setiap jenis ikan memerlukan kisaran kesadahan kesadahan tertentu untuk hidupnya. Pada umumnya, hampir semua jenis ikan dan tanaman dapat beradaptasi dengan kondisi kesadahan lokal, meskipun demikian, tidak demikian halnya dengan proses pemijahan. Pemijahan bisa gagal apabila dilakukan pada nilai kesadahan yang tidak tepat. Apabila nilai kesadahan terlalu rendah bagi suatu jenis ikan, ia dapat dinaikan dengan menambahkan kalsium sulfat, magnesium sulfat, atau kalsium karbonat. Akan tetapi perlu diperhatikan bahwa penambahan garam-garam tersebut membawa dampak lain yang perlu medapat perhatian. Pemberaian garam sulfat akan memberikan tambahan sulfat kedalam air, sehingga perlu dilakukan dengan hati-hati. Sedangkan penambahan garam karbonat akan menyumbangkan ion karbonat kedalam air sehingga akan menaikkan kesadahan karbonat . Untuk mendapat kondisi yang diinginkan perlu dilakukan manipulasi dengan kombinasi pemberian yang sesuai.Penurunan nilai kesadaan total dapat dilakukan dengan perlakuan-perlakuan yang mampu menghilangkan kadar kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) dari dalam air

Kesadahan merupakan petunjuk kemampuan air untuk membentuk busa apabila dicampur dengan sabun.Pada air berkesadahan rendah, air akan dapat membentuk busa apabila dicampur dengan sabun, sedangkan pada air berkesadahan tinggi tidak akan terbentuk busa. Kesadahan sangat penting artinya bagi para akuaris karena kesadahan merupakan salah satu petunjuk kualitas air yang diperlukan bagi ikan. Tidak semua ikan dapat hidup pada nilai kesadahan yang sama. Dengan kata lain, setiap jenis ikan memerlukan prasarat nilai kesadahan pada selang tertentu untuk hidupnya. Disamping itu, kesadahan juga merupakan petunjuk yang penting dalam hubungannya dengan usaha untuk memanipulasi nilai pH.

Secara lebih rinci kesadahan dibagi dalam dua tipe, yaitu:

 (1) kesadahan umum ("general hardness" atau GH)

 (2) kesadahan karbonat ("carbonate hardness" atau KH).

Disamping dua tipe kesadahan tersebut, dikenal pula tipe kesadahan yang lain yaitu yang disebut sebagai kesadahan total atau total hardness. Kesadahan total merupakan penjumlahan dari GH dan KH. Penggunaan paramater kesadahan total sering sekali membingungkan, oleh karena itu, sebaiknya penggunaan parameter ini dihindarkan.

Kesadahan karbonat atau KH merupakan besaran yang menunjukkan kandungan ion bikarbonat (HCO^-3) dan karbonat (CO^-3) di dalam air. KH sering disebut sebagai alkalinitas yaitu suatu ekspresi dari kemampuan air untuk mengikat kemasaman (ion-ion yang mampu mengikat H+). Oleh karena itu, dalam sistem air tawar, istilah kesadahan karbonat, pengikat keasaman, kapasitas pem-bufferan asam, dan alkalinitas sering digunakan untuk menunjukkan hal yang sama. Dimana hubungannya dengan kemampuan air mengikat keasaman, KH berperan sebagai agen pem-buffer-an yang berfungsi untuk menjaga kestabilan pH.

KH pada umumnya sering dinyatakan sebagai derajat kekerasan dan diekspresikan dalam CaCO₃ seperti halnya GH. Kesadahan karbonat dapat diturunkan dengan merebus air yang bersangkutan, atau dengan melalukan air melewati gambut. Untuk menaikkan kesadahan karbonat dapat dilakukan dengan menambahkan natrium bikarbonat (soda kue), atau kalsium karbonat. Penambahan kalsium karbonat akan menaikan sekaligus baik KH maupun GH dengan proporsi yang sama.Mineral yang merupakan sumber primer ion kalsium dalam air diantara mineral-mineral yang berperan adalah gips, CaSO₄.2H₂O; anhidratnya, CaSO₄; dolomite, CaMg (CO₃)₂; kalsit dan argonite yang merupakan modifikasi yang berbeda dari CaCO₃. Air yang mengandung karbon dioksida mudah melarutkan kalsium dari mineral-mineral karbonat.

CaCO₃+CO₂+H₂O                             Ca²⁺+2HCO^3-

Reaksi sebaliknya berlangsung bila CO₂ hilang dari air. Karbondioksida yang masuk keperairan melalui keseimbangan dengan atmosfer tidak cukup besar konsentrasinya untuk melarutkan kalsium dalam perairan alami, terutama air tanah. Pernafasan mikroorganisma, penghancur bahan organik dalam air, dan sediment berperan sangat besar terhadap kadar CO2 ­dan HCO3- dalam air. Hal ini merupakan faktor penting dalam proses kimia perairan dan geokimia.
Ion Ca⁺², bersama-sama dengan ion Mg⁺² dan mempengaruhi  kesadahan air, baik yang bersifat kesadahan tetap. Kesadahan sementara disebabkan oleh bikarbonat dalam air dan dapat dihilangkan dengan jalan mendidihkan air tersebut karena terjadi reaksi:

Ca²⁺+2HCO^3-                     CaCO₃+CO₂+H2O

Sedangkan kesadahan tetap disebabkan oleh adanya kalsium atau sulfat yang proses pelunakannya melalui proses kapur – soda abu, proses zeolit, dan proses resin organik. Air sadah juga tidak menguntungkan/mengganggu proses pencucian menggunakan sabun. Bila sabun digunakan pada air sadah, mula-mula sabun harus bereaksi terlebih dahulu dengan setiap ion kalsium dan magnesium yang terdapat dalam air sebelum sabun dapat berfungsi menurunkan tegangan permukaan. Hal ini bukan saja akan banyak memboroskan pengunaan sabun, tetapi gumpalan-gumpalan yang terjadi akan mengendap sebagai lapisan tipis pada alat-alat yang dicuci sehingga mengganggu pembersihan dan pembilasan oleh air.

Air sadah mengakibatkan konsumsi sabun lebih tinggi, karena adanya hubungan kimiawi antara ion kesadahan dengan molekul sabun menyebabkan sifat detergen sabun hilang. Kelebihan ion Ca²⁺ serta ion CO₃² (salah satu ion alkaliniti) mengakibatkan terbentuknya kerak pada dinding pipa yang disebabkan oleh endapan kalsium karbonat CaCO₃. Kerak ini akan mengurangi penampang basah pipa dan menyulitkan pemanasan air dalam ketel, serta mengurangi daya koagulasi yang melalui dalam pipa dengan menurunnya turbulensi.Ion kalsium, Ca²⁺ mempunyai kecenderungan relatif kecil untuk membentuk ion kompleks. Dalam kebanyakan sistem perairan air tawar, jenis kalsium yang pertama-tama mudah larut yang ada adalah Ca²⁺, oleh karena itu konsentrasi HCO^3- yang sangat tinggi, pasangan ion, Ca²⁺  –HCO³- dapat terbentuk dalam jumlah yang cukup banyak. Hal yang sama dalam air yang kandungan sulfatnya tinggi pasangan ion Ca²⁺ – SO₄^2- dapat terjadi .Tidak seperti halnya dengan kalsium yang densitas muatan dari ion Ca²⁺ relatif lebih kecil dibandingkan dengan lainnya, maka densitas muatan ion Mg²⁺ jauh lebih besar dan ikatan yang lebih kuat dengan air untuk melakukan hidrasi. Magnesiun dalam air terutama terdapat sebagai ion Mg²⁺ HCO^3- dan Mg²⁺ SO₄^2- terjadi bila konsentrasi bikarbonat dan sulfat yang tinggi. Mineral-mineral seperti dolomit adalah paling umum dalam air.

CaMg(CO₃)₂+2CO₂+2H₂O                           Ca²⁺+Mg²⁺+4HCO^3-

Pelunakan adalah penghapusan ion-ion tertentu yang ada dalam air dan dapat, bereaksi dengan zat-zat lain hingga distribusi air dan penggunaannya terganggu. Kesadahan dalam air terutama disebabkan oleh ion-ion Ca²⁺ dan Mg²⁺, juga oleh ion Mn²⁺, Fe²⁺ dan semua kation yang bermuatan dua. Air yang kesadahannya tinggi biasanya terdapat pada air tanah di daerah yang bersifat kapur.Sebagai kation kesadahan, Ca2+ selalu berhubungan dengan anion yang terlarut khususnya anion alkaliniti : CO32- , HCO3- dan OH-. Ca2+ dapat bereaksi dengan HCO^3- membentuk garam yang terlarut tanpa terjadi kejenuhan. Sebaliknya reaksi dengan CO32- akan membentuk garam karbonat yang larut sampai batas kejenuhan di mana titik jenuh berubah dengan nilai pH. Bila ti­tik jenuh dilampaui, terjadi endapan garam kalsium karbonat CaCO₃ dan membuat kerak yang terlihat pada dinding pipa atau dasar ketel. Namun, pada proses pelunakan ini keadaan harus dibuat sehingga sedikit jenuh, karena dalam keadaan tidak jenuh terjadi reaksi yang mengakibatkan karat terhadap pipa. Kerak yang tipis akibat keadaan sedikit jenuh itu justru melindungi dinding dari kontak dengan air yang tidak jenuh (agresip). Ion Mg²⁺ akan bereaksi dengan OH- membentuk garam yang terlarut sampai batas kejenuhan dan mengendap sebagai Mg(OH)₂ bila titik kejenuhan dilampaui.Ion Ca²⁺ dan Mg²⁺ diendapkan sebagai CaCO₃ dan Mg(OH)₃ menurut reaksi keseimbangan kimiawi sebagai berikut :

Mg²⁺+2OH^-+Mg(OH)_{2                             `}                       Ca²⁺+C0₃^2-CaCO₃

CO₃^2- berasal dari karbondioksida CO2 dan bikarbonat HCO3- yang sudah terlarut dalam air sesuai dengan reaksi berikut :

CO2 + OH- HCO3- 
HCO3+ + OH- CO32- + H2O

Kesadahan yang terlalu tinggi akan menambah nilai pH larutan sehingga daya kerja aluminat tidak efektif karena ion aluminium yang bersifat amfoter akan mengikuti lingkungannya dimana akan terbentuk senyawa aluminium yang sukar mengendap. Apabila kesadahan terlalu rendah secara simultan alkalinitas juga cenderung rendah ini akan mengganggu penyusunan ikatan antara koloida dengan aluminat dimana gugus hidrofobik koloida akan tetap melayang dan sukar bereaksi dengan koagulan mengakibatkan massa atom relatif ringan sehingga sukar mengendap.

Kesadahan ini umumnya dihilangkan menggunakan resin penukar ion. Resin pelunak air komersial dapat digunakan dalam skala kecil, meskipun demikian tidak efektif digunakan untuk sekala besar. Resin adalah zat yang punya pori yang besar dan bersifat sebagai penukar ion yang berasal dari polysterol, atau polyakrilat yang berbentuk granular atau bola kecil dimana mempunyai struktur dasar yang bergabung dengan grup fungsional kationik, non ionik/anionik atau asam. Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam. Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi. Untuk proses air minum sampai sekarang hanya dipakai resin dengan sifat anionik.