Bab Ii Pembahasan Sulfur.docx

BAB II PEMBAHASAN 2.1. Definisi sulfur Belerang atau sulfur adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki lambang S dan nomor atom 16. Bentuknya adalah non-metal yang tak berasa, tak berbau dan multivalent. Belerang, dalam bentuk aslinya, adalah sebuah zat padat kristalin kuning. Di alam, belerang dapat ditemukan sebagai unsur murni atau sebagai mineral- mineral sulfide dan sulfate. Ia adalah unsur penting untuk kehidupan dan ditemukan dalam bentuk senyawa asam amino unit kecil dari protein. Protein ini penting pertumbuhan. Sulfur terdapat dalam bentuk sulfur anorganik, sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk diperairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. Tumbuhan menyerap sulfur dalam bentuk sulfat (SO4). Perpindahan sulfat terjadi melalui proses rantai makanan, lalu semua mahluk hidup mati dan akan diuraikan komponen organiknya oleh bakteri. Beberapa jenis bakteri terlibat dalam daur sulfur, antara lain Desulfomaculum dan Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfide dalam bentuk hydrogen sulfide (H2S) kemudian H2S digunakan bakteri fotoautotrof anaerob seperti Chromatium dan melepaskan sulfur dan oksigen. Sulfur dioksida menjadi sulfat oleh bakteri kemolitotrop seperti Thiobacillus. Belerang atau sulfur merupakan unsur penyusun protein. Tumbuhan mendapat sulfur dari dalam tanah dalam bentuk sulfat (SO4 ). Kemudian tumbuhan tersebut dimakan hewan sehingga sulfur berpindah ke hewan. Lalu hewan dan tumbuhan mati diuraikan menjadi gas H2S atau menjadi sulfat lagi. Secara alami, belerang terkandung dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Ada juga yang gunung berapi dan sisa pembakaran minyak bumi dan batubara. Daur tipe sedimen cenderung untuk lebih kurang sempurna dan lebih mudah diganggu oleh gangguan setempat sebab sebagian besar bahan terdapat dalam tempat dan relatif tidak aktif dan tidak bergerak di dalam kulit bumi. Akibatnya, beberapa bagian dari bahan yang dapat dipertukarkan cenderung " hilang" untuk waktu yang lama apabila gerakan menurunnya jauh lebih cepat dari pada gerakan "naik" kembali. Setiap daur melibatkan unsur organisme untuk membantu menguraikan senyawa-senyawa menjadi unsur-unsur.

2.2. Pengertian dan Proses Siklus Sulfur

Siklus sulfur atau daur belerang adalah perubahan sulfur dari hidrogen sulfida menjadi sulfur dioksida lalu menjadi sulfat dan kembali menjadi hidrogen sulfida lagi. Sulfur di alam ditemukan dalam berbagai bentuk. Dalam tanah ditemukan dalam bentuk mineral, diudara dalam bentuk gas sulfur dioksida, dan dalam tubuh organisme sebagai penyusun protein. Siklus sulfur didahului oleh pembentukan sulfur dari kerak bumi dan atmosfer. Secara alami, sulfur terkandung di dalam tanah dalam bentuk mineral tanah. Dimana kerak bumi umumnya mengandung sekitar 0,06% belerang. Sulfida-sulfida logam terdapat dalam bebatuan plutonik, yaitu batuan yang membeku di dalam kerak bumi dan tidak mencapai ke permukaan bumi. Bebatuan plutonik ini apabila hancur dan mengalami pelapukan akan membebaskan sulfida ini melalui reaksi oksidasi dan menghasilkan sulfat (SO 4-2) yang kemudian mengalami presipitasi (pengendapan) dalam bentuk garam-garam sulfat yang larut atau tidak Di atmosfer, terdapat hampir 0,05 ppm belerang dalam bentuk gas belerang dioksida (SO2) yang merupakan hasil emisi pembakaran bahan bakar berbelerang seperti minyak bumi dan batubara yang banyak dihasilkan oleh asap kendaraan dan pabrik atau gas belerang dari gunung berapi semisal gunung arjuno di Jawa Timur. Gas SO2 tersebut kemudian terkena uap air hujan sehingga gas tersebut berubah menjadi sulfat yang jatuh di tanah, sungai dan lautan. Dimana tanah yang mengandung banyak belerang adalah tanah-tanah berpasir dan tanahtanah yang tinggi kandungan oksida Fe dan Al seperti mineral Pirit (FeS) dan rendah kandungan bahan organik. Sedangkan produksi sulfat melalui dekomposisi bahan organik berupa protein dan senyawa organik lainnya yang akan menghasilkan senyawa-senyawa sederhana berupa H2S dan sulfida (S2) yang jika teroksidasi akan menjadi sulfat (SO4-2). Tumbuhan kemudian menyerap sulfat (SO4-2) yang mengendap pada tanah, sungai, dan lautan. Di dalam tubuh tumbuhan, sulfur digunakan sebagai bahan penyusun protein. Hewan dan manusia mendapatkan sulfur dengan jalan memakan tumbuhan yang juga dimanfaatkan sebagai energi cadangan berupa protein. Jika tumbuhan dan hewan mati, jasad renik (dekomposer) akan menguraikannya menjadi gas berbau busuk yakni H 2S dan sulfida (S2). Siklus sulfur di mulai dari dalam tanah, yaitu ketika ion-ion sulfat diserap oleh akar dan di metabolisme menjadi penyusun protein dalam tubuh tumbuhan, ketika hewan dan manusia memakan tumbuhan, protein tersebut akan berpindah ke tubuh manusia. Dari dalam tubuh manusia senyawa sulfur mengalami metabolisme yang sisa-sisa hasil metabolisme

tersebut diuraikan oleh bakteri dalam lambung berupa gas dan dikeluarkan melalui kentut. Semakin besar kandungan sulfur dalam kentut maka kentut akan semakin bau. Hidrogen sulfida (H2S) berasal dari penguraian hewan dan tumbuhan yang mati oleh mikroorganisme seperti bakteri dan jamur. Hidrogen sulfida hasil penguraian sebagian tetap berada dalam tanah dan sebagian lagi dilepaskan di udara dalam bentuk gas hidrogen sulfida. Gas hidrogen sulfida di udara kemudian bersenyawa dengan oksigen membentuk sulfur dioksida. Sedangkan hidrogen sulfida yang tertinggal di dalam tanah dengan bantuan bakteri akan diubah menjadi ion sulfat dan senyawa sulfur oksida. Ion sulfat akan diserap kembali oleh tanaman sedangkan sulfur dioksida akan bereaksi dengan oksigen dan air membentuk asam sulfat (H2SO4) yang kemudian jatuh ke bumi dalam bentuk hujan asam. Hujan asam juga dapat disebabkan oelh polusi udara seperti asap-asap pabrik, pembakaran kendaraan bermotor, dll. Hujan asam dapat menjadi penyebab korosi batu-batuan dan logam. H 2SO4 yang jatuh kedalam tanah oleh bakteri dipecah lagi menjadi ion sulfat yang kembali diserap oleh tumbuhan, tumbuhan di makan oleh hewan dan manusia, makhluk hidup mati diuraikan oleh bakteri menghasilkan sulfur kembali. Begitu seterusnya. Siklus sulfur atau daur belerang tidak akan pernah terhenti selama salah satu komponen penting seperti tumbuhan masih ada di permukaan bumi ini. Dalam daur sulfur atau daur belerang, untuk merubah sulfur menjadi senyawa belerang lainnya setidaknya ada dua jenis proses yang terjadi. Yaitu melalui reaksi antara sulfur, oksigen, dan air serta oleh aktivitas mikroorganisme. Beberapa mikroorganisme yang berperan dalam siklus sulfur antara lain adalah bakteri Desulfomaculum dan bakteri Desulfibrio yang akan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk hidrogen sulfida (H 2S). Kemudian H2S digunakan oleh bakteri fotoautotrof anaerob (Chromatium) dan melepaskan sulfur serta oksigen. Kemudian sulfur dioksidasi yang terbentuk diubah menjadi sulfat oleh bakteri kemolititrof (Thiobacillus). Dalam daur belerang mikroorganisme yang bertanggung jawab pada setiap proses transformasi adalah sebagai berikut. 1. 2. 3. 4.

H2S S  SO4  bakteri sulfur tak berwarna, hijau, dan ungu. SO4  H2S  bakteri desulfovibrio dalam reaksi reduksi sulfat anaerobik. H2S  SO4  bakeri thiobacilli dalam proses reaksi oksidasi sulfide aerobik. Sulfur organik  SO4 + H2S  mikroorganisme heterotrofik aerobik dan anaerobik. Proses rantai makanan disebut-sebut sebagai proses perpindahan sulfat, yang selanjutnya ketika semua mahluk hidup mati dan nanti akan diuraikan oleh komponen organiknya yakni bakteri. Beberapa bakteri yang terlibat dalam proses daur belerang (sulfur)

adalah Desulfibrio dan Desulfomaculum yang nantinya akan berperan mereduksi sulfat menjadi sulfida dalam bentuk (H2S) atau hidrogen sulfida. Sulfida sendiri nantinya akan dimanfaatkan oleh bakteri Fotoautotrof anaerob seperti halnya Chromatium dan melepaskan sulfur serta oksigen. Bakteri kemolitotrof seperti halnya Thiobacillus yang akhirnya akan mengoksidasi menjadi bentuk sulfat. Pada aliran energi lebih ditekankan pada perputaran energi yang terjadi diantara komponen ekosistem. Siklus energi ini diawali dari energi matahari yang ditangkap oleh produsen, kemudian terus berputar tiada henti pada konsumen dan semua komponen ekosistem yang. hal ini karena menurut hukum termodinamika bahwa energi dapat berubah bentuk, tidak dapat dimusnahkan serta diciptakan. Perubahan bentuk energi ini dikenal dengan istilah transformasi energi. Aliran energi di alam atau ekosistem tunduk kepada hukum-hukum termodinamika tersebut. Dengan proses fotosintesis energi cahaya matahari ditangkap oleh tumbuhan, dan diubah menjadi energi kimia atau makanan yang disimpan di dalam tubuh tumbuhan. Proses aliran energi berlangsung dengan adanya proses rantai makanan. Tumbuhan dimakan oleh herbivora, dengan demikian energi makanan dari tumbuhan mengalir masuk ke tubuh herbivora. Herbivora dimakan oleh karnivora, sehingga energi makanan dari herbivora masuk ke tubuh karnivora. Sulfur berperan dalam penyimpanan dan pembebasan energi karena sulfur merupakan komponen penting asam-asam amino esensial penyusun protein tanaman maupun hewan, seperti methionin, sistein, dan sistin, juga dalam pembentukan polipeptida. Meskipun sulfur tidak berperan langsung dalam pembentukan energi (ATP) seperti phospor, namun sulfur berperan dalam sintesis protein. Dimana protein nantinya akan dirombak menjadi karbonhidrat jika zat makanan penghasil energi utama tidak mencukupi. Itu sebabnya mengapa protein berperan sebagai penghasil energi. Ketika hewan dan tumbuhan mati, dekomposer seperti bakteri akan menguraikan tubuh makhluk hidup tersebut menjadi gas H2S. Beberapa bakteri anaerob melakukan kemosintesis. Dimana kemosintesis merupakan proses pembentukan senyawa bahan organik dari zat-zat anorganik dengan menggunakan energi yang berasal dari reaksi-reaksi kimia. Pada kemosintesis elektron donor berasal dari bahan anorganik sedehana, misalnya hidrogen, nitrgen, besi dan sulfur. Selama kemosintesis, elektron dilepaskan dari bahan anorganik sehingga menjadi molekul yang tereduksi.

Substansi terduksi ini akan menimbulkan energi kimia, dan digunakan untuk produksi ATP serta NADPH. Selanjutnya, ATP dan NADPH menyediakan energi untuk sintesis karbohidrat. Proses biologi terjadi ketika pembentukan sulfat melibatkan berbagai jenis mikroorganisme yang berperan sebagai dekomposer. Berikut adalah bakteri yang berperan dalam pembentukan sulfat. 1. H2S → S → SO4-2; bakteri fotoautotrof tak berwarna, hijau dan ungu. 2. SO4-2 → H2S (reduksi sulfat anaerobik); bakteri Desulfovibrio dan Desulfomaculum. 3. H2S → SO4-2 (Pengoksidasi sulfide aerobik); bakteri kemolitotrof : bakteri Thiobacilli. 4. Senyawa Organik → SO4-2 + H2S, masing-masing mikroorganisme heterotrof aerobik dan anaerobik Proses kimia terjadi ketika sulfat mengendap di dalam permukaan tanah hasil dari pengoksidasian mineral sulfida (batuan plutonik), berikut adalah contoh persamaan reaksi pembentukan sulfat melalui oksidasi mineral sulfida, misalnya mineral besi sulfida. 2 FeS2 + 7 O2 + 2 H2O → 2 Fe2+ + 4 SO42− + 4 H+ Proses kimia juga terjadi ketika gas SO2 terbentuk melalui pembakaran hasil emisi pembakaran gas belerang atau aktivitas gunung berapi. Persamaan reaksinya: S (s) + O2 (g) → SO2 (g) Proses kimia juga terjadi ketika gas H2S terbentuk melalui aktivitas biologis ketika bakteri mengurai bahan organik dalam keadaan tanpa oksigen (aktivitas anaerobik), seperti di rawa, dan saluran pembuangan kotoran. Gas ini juga muncul pada gas yang timbul dari aktivitas gunung berapi dan gas alam. Persamaan reaksinya: 1S -2(s) + 2H+ (g) → H2S (g) Proses kimia dan biologi juga terjadi ketika sulfida (S 2), belerang dioksida (SO2) dan (H2S) berubah menjadi SO4 atau sebaliknya dengan bantuan dari dekomposer. Dimana didalam proses-proses tersebut juga terdapat reaksi-reaksi kimia. 1. H2S → S → SO4-2 2. SO4-2 → H2S

3. H2S → SO4-2 4. Senyawa Organik → SO4-2 + H2S Siklus sulfur-iodin merupakan sederet proses termokimia yang digunakan untuk mendapatkan hidrogen. Ia terdiri dari tiga reaksi kimia yang keseluruhan reaktannya adalah air dan keseluruhan produknya adalah hidrogen dan oksigen. 2 H2SO4 → 2 SO2 + 2 H2O + O2 I2 + SO2 + 2 H2O → 2 HI + H2SO4 2 HI → I2 + H2 Senyawa sulfur dan iodin didaur dan digunakan ulang. Proses ini bersifat endotermik dan haruslah terjadi pada suhu yang tinggi. Siklus sulfur iodin sekarang ini sedang diteliti sebagai metode yang praktis untuk mendapatkan hidrogen. Namun karena penggunaan asam korosif yang pekat pada suhu yang tinggi, ia dapat menimbulkan risiko bahaya keselamatan yang besar apabila proses ini dibangun dalam skala besar. Dalam siklus Biogeokimia ini ada 3 hal pokok yaitu : 1. Terjadi daur aliran zat kimia dari Bio ke Geo atau dari Mahkluk hidup ke Bumi (penguraian, zat sisa ekskresi, fotosintesis, respirasi dll yang ditujukan kebumi dari mahkluk hidup) 2. Terjadi daur aliran zat kimia dari Geo ke Bio yang tidak lain adalah pemanfaatan zat kimia entah dalam bentuk organik maupun anorganik, biasanya oleh tumbuhan lewat akarnya, ataupun segala yang ada di bumi yang dimanfaatkan untuk survivalnya entah itu respirasi,fotosintesis) 3. Terjadi daur aliran zat kimia dari Geo ke Geo maksudnya senyawa kimia di udara bisa pindah ke darat misalnya lewat hujan - darat ke udara - darat ke air - air ke darat dll karena pelapukan, erosi, pengendapan . Yang tentu semua itu pasti untuk suatu keseimbangan. 4. Sulfur terdapat dalam bentuk sulfat anorganik. Sulfur direduksi oleh bakteri menjadi sulfida dan kadang-kadang terdapat dalam bentuk sulfur dioksida atau hidrogen sulfida. Hidrogen sulfida ini seringkali mematikan mahluk hidup di perairan dan pada umumnya dihasilkan dari penguraian bahan organik yang mati. 2.3. Peran Manusia dan Hujan Asam Manusia juga berperan dalam siklus sulfur. Hasil pembakaran pabrik yang merupakan aktifitas manusia membawa sulfur ke atmosfer. Ketika hujan terjadi, turunlah hujan asam yang membawa H2SO4 kembali ke tanah. Hal ini dapat menyebabkan perusakan batuan juga tanaman.

Hujan asam diartikan sebagai segala macam hujan dengan pH di bawah 5,6. Hujan asam disebabkan oleh belerang (sulfur) yang merupakan pengotor dalam bahan bakar fosil serta nitrogen di udara yang bereaksi dengan oksigen membentuk sulfur dioksida dan nitrogen oksida. Zat-zat ini berdifusi ke atmosfer dan bereaksi dengan air untuk membentuk asam sulfat dan asam nitrat yang mudah larut sehingga jatuh bersama air hujan. Air hujan yang asam tersebut akan meningkatkan kadarkeasaman tanah dan air permukaan yang terbukti berbahaya bagi kehidupan ikan dan tanaman. Air hujan yang asam tersebut akan meningkatkan kadar keasaman tanah dan air permukaan yang terbukti berbahaya bagi kehidupan ikan dan tanaman. Secara alami hujan asam dapat terjadi akibat semburan dari gunung berapi dan dari proses biologis di tanah, rawa, dan laut. Akan tetapi, mayoritas hujan asam disebabkan oleh aktivitas manusia seperti industri, pembangkit tenaga listrik, kendaraan bermotor dan pabrik pengolahan pertanian (terutama amonia). Gas-gas yang dihasilkan oleh proses ini dapat terbawa angin hingga ratusan kilometer di atmosfer sebelum berubah menjadi asam dan terdeposit ke tanah. Hujan asam dapat terbentuk dari proses reaksi gas yang mengandung sulfat. Sulfat dioksida (SO2) yang bereaksi dengan Oksigen (O2) dengan bantuan dari sinar ultraviolet yang berasal dari sinar matahari. 2.4. Dampak Sulfur atau Belerang Udara yang tercemar Sulfur Oksida (SOx) menyebabkan manusia akan mengalami gangguan pada sistem pernafasannya. Hal ini karena gas SO x yang mudah menjadi asam tersebut menyerang selaput lendir pada hidung, tenggorokan, dan saluran nafas yang lain sampai ke paru-paru. Serangan gas SO x tersebut menyebabkan iritasi pada bagian tubuh yang terkena. Pengaruh utama polutan SOx terhadap manusia adalah iritasi sistem pernafasan. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa iritasi tenggorokan terjadi pada konsentrasi SO2 sebesar 5 ppm atau lebih, bahkan pada beberapa individu yang sensitive iritasi terjadai pada konsentrasi 1-2 ppm. SO2 dianggap polutan yang berbahaya bagi kesehatan terutama terhadap orang tua dan penderita yang mengalami penyakit kronis pada sistem pernafasan dan kardiovaskular. Sulfur dioksida (SO2) bersifat iritan kuat pada kulit dan lendir, pada konsentrasi 6-12 ppm mudah diserap oleh selaput lendir saluran pernafasan bagian atas, dan pada kadar rendah dapat menimbulkan spesme tergores otot-otot polos pada bronchioli, speme ini dapat menjadi

hebat pada keadaan dingin dan pada konsentrasi yang lebih besar terjadi produksi lendir di saluran pernafasan bagian atas, dan apabila kadarnya bertambah besar maka akan terjadi reaksi peradangan yang hebat pada selaput lendir disertai dengan paralycis cilia, dan apabila pemaparan ini terjadi berulang kali, maka iritasi yang berulang-ulang dapat menyebabkan terjadi hyper plasia dan meta plasia sel-sel epitel dan dicurigai dapat menjadi kanker. Sulfur dioxide (SO2) memiliki cakupan-cakupan yang sangat mengganggu. Bila kita menghirup SO2 hanya menembus sejauh hidung dan tenggorokan maka sejumlah kecil konsentrasi SO2 akan mencapai paru-paru. Akan tetapi jika menghirup secara berat dalam artian ada di lokasi gas belerang dalam waktu yang lama, maka bernapaslah hanya melalui mulut atau konsentrasi dari SO2 akan menjadi tinggi. Efek dari gas belerang terhadap manusia sangatlah bervariasi. Dimana dengan konsentrasi rendah pada 1ppm yang telah dihirup manusia akan mengalami pengurangan fungsi paru-paru. Meskipun pada penelitian terhadap 7 sukarelawan hanya 1 orang yang mengalami efek tidak baik pada 1 ppm. Jika selama 10 hingga 30 menit kedapatan konsentrasi mencapai 5 ppm akan mengakibatkan sesak napas pada cabang tenggorokan kita. Bila kedapatan selama 20 menit mencapai konsentrasi 8 ppm akan memerahkan tenggorokan, gangguan pada hidung, dan iritasi pada tenggorokan. Sekitar 20 ppm merupakan titik kritis dari iritasi konsentrasi SO2, meskipun ada beberapa laporan bahwa ada orang-orang yang bekerja pada konsentrasi melampaui 20 ppm. Konsentrasi sebesar 500 ppm sangat tidak dianjurkan untuk dihirup oleh manusia. Pada beberapa kasus dimana terdapat konsentrasi SO2 yang sangat tinggi pada ruangan tertutup, dapat mengakibatkan gangguan saluran udara, hypoxemia (kekurangan oksigen pada darah), dan kematian dalam hitungan menit. Efek dari pulmonary edema(gangguan pada paru-paru) meliputi batuk dan napas pendek yang dialami selama berjam-jam atau berhari-hari setelah kedapatan menghirup konsentrasi SO2. Gejala-gejala ini menyakitkan hati dan menguras tenaga. Hasil dari kedapatan menghirup konsentrasi dalam waktu yang sering, akan melukai paru-paru secara permanen. Selain itu, Belerang dioksida adalah zat berbahaya di atmosfer, sebagai pencemar udara.

2.5. Fungsi Sulfur Dalam kehidupan, sulfur atau belerang berperan dalam: a.

Menstabilkan struktur protein. Ikatan sulfida sangat penting artinya untuk membentuk

protein stabil. b. Berperan dalam mengaktifkan enzim, karena berbagai enzim membutuhkangugus sulfurhidril (-SH) yang bebas, untuk melakukan aktivasinya. Dengandemikian sulfur berperan dalam proses oksidasi-reduksi atau pernafasan jaringan. c. Berperan dalam metabolisme energi dengan cara membentuk senyawa denganko-enzim A. d. Sulfur berfungsi sebagai peredam racun. Gugus sulfur yang aktif bersenyawadengan racun itu sehingga menjadi senyawa yang tidak berbahaya, kemudian dikeluarkan melalui urin. e.

Membantu pembentukan butir hijau daun sehingga daun menjadi lebih hijau

f.

Menambah kandungan protein dan vitamin hasil panen.

g. Meningakatkan jumlah anakan yang di hasilkan (pada tanaman padi). h. Berperan penting pada proses pembulatan zat gula. i.

Memperbaiki warna,aroma, dan kelenturan daun tembakau).

j.

Memperbaiki aroma, mengurangi penyusutan selama penyimpangan, memperbesar umbi & bawang merah

k.

Sulfur sangat berperan dalam pembentukan klorofil dan meningkatkan ketahanan tanaman terhadap serangan jamur. Sulfur juga membentuk senyawa minyak yang menghasilkan aroma seperti pada jenis bawang dan cabe. Pada tanaman kacang sulfur merangsang pembentukan bintil akar didalam tanah, sulfur berperan untuk menurunkan PH tanah alkali.