Analisis Kimia Mengenai Unsur Biogeokimia Zn (Seng)

Logam seng telah diproduksi dalam abat ke-13 di Indina dengan mereduksi calamine dengan bahan-bahan organik seperti kapas. Logam ini ditemukan kembali di Eropa oleh Marggraf di tahun 1746, yang menunjukkan bahwa unsur ini dapat dibuat dengan cara mereduksi calamine dengan arang. Bijih-bijih seng yang utama adalah sphalerita (sulfida), smithsonite (karbonat), calamine (silikat) dan franklinite (zine, manganese, besi oksida). Satu metoda dalam mengambil unsur ini dari bijihnya adalah dengan cara memanggang bijih seng untuk membentuk oksida dan mereduksi oksidanya dengan arang atau karbon yang dilanjutkan dengan proses distilasi. Seng alami mengandung 5 isotop. Ada 16 isotop seng lainnya yang labil. Seng memiliki warna putih kebiruan. Logam ini rapuh pada suhu biasa tetapi mudah dibentuk pada 100-150 derajat Celcius. Ia dapat mengalirkan listrik walau tidak seefektif tembaga dan terbakar di udara pada suhu tinggi merah menyala dengan evolusi awan putih oksida.Unsur ini juga menunjukkan sifat yang sangat mudah dibentuk (superplasticity). Seng maupun zirkonium tidak memiliki sifat magnet. Tetapi ZrZn2 menunjukkan sifat kemagnetan pada suhu dibawah 35 derajat Kelvin. Senyawa ini memiliki sifat-sifat kelistrikan, panas, optik dan solid-state yang unik tetapi belum sepenuhnya dimengerti. Logam ini digunakan untuk membentuk berbagai campuran logam dengan metal lain. Kuningan, perak nikel, perunggu, perak Jerman, solder lunak dan solder aluminium adalah beberapa contoh campuran logam tersebut.
Seng dalam jumlah besar digunakan untuk membuat cetakan dalam industri otomotif, listrik, dan peralatan lain semacamnya. Campuran logam Prestal, yang mengandung 78% seng dan 22% aluminium dilaporkan sekuat baja tapi sangat mudah dibentuk seperti plastik. Prestal sangat mudah dibentuk dengan cetakan murah dari keramik atau semen. Seng juga digunakan secara luas untuk menyepuh logam-logam lain dengan listrik seperti besi untuk menghindari karatan. Seng oksida banyak digunakan dalam pabrik cat, karet, kosmetik, farmasi, alas lantai, plastik, tinta, sabun, baterai, tekstil, alat-alat listrik dan produk-produk lainnya. Lithopone, campuran seng sulfida dan barium sulfat merupakan pigmen yang penting. Seng sulfida digunakan dalam membuat tombol bercahaya, sinar X, kaca-kaca TV, dan bola-bola lampu fluorescent. Klorida dan kromat unsur ini juga merupakan senyawa yang banyak gunanya. Seng juga merupakan unsur penting dalam pertumbuhan manusia dan binatang. Banyak tes menunjukkan bahwa binatang memerlukan 50% makanan tambahan untuk mencapai berat yang sama dibanding binatang yang disuplemen dengan zat seng yang cukup.
Seng tidak dianggap beracun, tetapi jika senyawa ZnO yang baru dibentuk terhirup, penyakit yang disebut oxide shakes atau zinc chills kadang-kadang bisa muncul. Perlu ventilasi yang cukup untuk ruangan yang menyimpan seng oksida untuk menghindari konsentrasi yang lebih dari 5 gram/m3 (dirata-ratakan berdasarkan berat untuk 8 jam pengeksposan, 40 jam per minggu).

Keberadaan Logam Seng (Zn).
Keberadaan logam Seng (Zn) dapat berasal dari proses alamiah maupun adisi dari limbah industri dan pertanian. Pada lahan pertanian, seng sangat diperlukan untuk kesuburan tanah. Seng (Zn) adalah unsur hara mikro esensial bagi manusia, hewan, dan tumbuh-tumbuhan tingkat tinggi. Kandungan Zn total rataan pada litosfir sekitar 80 mg/kg (Goldschmith, 1954). Mineral-mineral sebagai sumber utama yang kaya Zn dalam tanah adalah sphalerite dan wurtzite (ZnS), dan sumber yang sangat kecil dari mineral-mineral smithsonites (ZnCO3), willemite (Zn2SiO4), zincite (ZnO), zinkosite (ZnSO4), franklinite (ZnFe2O4), dan hopeite (Zn3(PO4)2.4H2O (Lindsay, 1972).
Pada batuan magmatik Zn terdistribusi merata, dan kandungannya berbeda pada batuan asam dan basik yaitu dari 40 mg/kg dalam batuan granit dan 100 mg/kg dalam batuan basaltik. Pelarutan mineral-mineral tersebut di atas dapat terjadi secara alami sehingga unsur-unsur yang terkandung di dalamnya terbebas dalam bentuk ion. Ion Zn++ yang terbebas mengalami proses lebih lanjut, terikat dengan matriks tanah atau bereaksi dengan unsur-unsur lain. Sehingga Zn dalam tanah dikelompokkan dalam bentuk-bentuk kelompok mudah tersedia sampai tidak tersedia bagi tanaman, yaitu bentuk terlarut dalam air, dapat dipertukarkan (terikat pada koloid-koloid bermuatan listrik), teradsorpsi dalam bentuk khelat atau bentuk senyawa kompleks (ikatan logam pada ligand organik), liat mineral sekunder dan oksida metalik tidak larut, serta dalam bentuk mineral primer (Alloway 1995).
Endapan Zn dapat terbentuk dengan senyawa-senyawa hidroksida, karbonat, fosfat, sulfida, molibdat, dan asam-asam organik yang terdiri dari humat, fulvat, dan ligand organik. Asam-asam organik berasal dari dekomposisi senyawa-senyawa organik yang terdapat dalam bahan organik (Bohn et al., 1979). Adsorpsi Zn++ yang kuat dalam tanah dapat terjadi dengan adanya bagan organik dan mineral liat, dan hal ini berhubungan dengan kapasitas kation tanah dan keasaman tanah (Warneke dan Barber, 1973).
Kelarutan atau kestabilan setiap bahan dalam tanah dapat diramalkan dengan menggunakan reaksi keseimbangan kimia dengan nilai K sebagai parameternya, dan disebut juga hasil kali kelarutan (solubility product, Ko) (Lahuddin dan Mukhlis, 2007). Reaksi kimia unsur Zn sangat bervariasi, seperti juga dengan unsur-unsur lain, tergantung dari bentuk ikatannya.
Kelarutan Zn tanah atau mineral-mineral Zn dalam tanah meningkat dengan meningkatnya aktivitas ion H+ dalam larutan tanah atau sebaliknya. Dengan kata lain kestabilan atau kelarutan senyawa Zn sangat dipengaruhi oleh keasaman tanah, makin tinggi keasaman tanah makin tinggi kelarutan Zn, sebaliknya makin rendah keasaman tanah makin rendah kelarutan Zn. Sebaliknya reaksi hidrolisis dan kompleks dengan ion-ion lain bereaksi lamban untuk membentuk senyawa kompleks. Nilai konstanta Ko yang besar menunjukkan hasil reaksi lebih besar dibanding bahan pereaksi, sehingga reaksi lebih kuat ke arah kanan, sebaliknya apabila nilai Ko sangat kecil reaksi ke kanan agak lamban.
Penambahan unsur logam pada tanah dapat terjadi dengan berbagai cara yaitu melalui polusi, penggunaan sarana produksi seperti pupuk, pestisida dan fungisida, sehingga terjadi kontaminasi logam-logam pada tanah dan tumbuh-tumbuhan. Penambahan logam Zn ke tanah melalui polusi umumnya terjadi di daerah – daerah industri peleburan bahan tambang seng.
Penelitian-penelitian berdasarkan analisis contoh tanah berasal dari daerah industri logam menemukan kadar Zn sekitar 250–37200 mg/kg (di Inggris), 1665–4245 mg/kg (di Polandia), 400–4245 mg (di Rusia), 1310–1780 mg/kg tanah khususnya pada tanah tergenang di Jepang (Alloway, 1995).
Sedangkan kandungan total Zn tanah rataan hanya sekitar 50 mg/kg tanah. Penambahan Zn dari sewage sludge (limbah tinja) tidak kalah pentingnya. Limbah ini setelah diolah diaplikasikan ke lahan pertanian.
Hasil penelitian di Amerika Serikat menunjukkan bahwa aplikasi limbah ini pada lahan meningkatkan kadar Zn sampai mencapai maksimum 290–4937 kg Zn/ha, di Eropa aplikasi terus menerus mencapai 745–4882 kg Zn/ha lahan. Penelitian di Perancis melaporan bahwa kandungan total Zn meningkat dari 8,1 mg/kg pada petak tanpa perlakuan menjadi 1074 mg/kg tanah pada petak dengan perlakuan limbah secara kumulatif (Juste dan Mench, 1992).
Masuknya logam seng ke sungai sebagai akibat dari limpasan air permukaan tanah yang umumnya disebabkan oleh hujan. Untuk logam seng (Zn) yang berasal dari adisi limbah industri, umumnya terdapat dalam bentuk Sphalerite (ZnS) dan Smithsonite (ZnCO3). Sekitar ¾ dari total Zn diperoleh dari pembentukan logam dan masing – masing komponen Zn tergantung jenis industrinya. Hutagalung (1984) menyatakan bahwa sumber logam Zn di perairan berasal dari material geokimia yang terbawa atau ada pada sungai, bahan baku minyak, besi, cat dan sisa-sisa kaleng bekas.
Pada industri tekstil, logam seng dapat berfungsi sebagai bahan kimia tambahan pada proses penyempurnaan akhir juga untuk pengawetan serat khususnya anti jamur (fungisida) dan insektisida. Logam seng juga merupakan bagian dari penyusun zat warna tekstil terutama zat warna dari komplek logam dan pigmen.
Logam seng digunakan untuk melapisi besi atau galvanis (electroplating) untuk melindungi dari korosi. Seng yang bereaksi dengan uap air dan CO2, membentuk lapisan tipis Zn(OH)2, ZnCO3, yang tahan korosi. Zn juga banyak digunakan dalam industri baterai. ZnS digunakan sebagai bahan penyusun jenis pupuk, ZnCl2 pada industri kertas, ZnO digunakan pada obat salep, cat, dan katalis, serta Zn bacitracine digunakan sebagai perangsang pada peternakan hewan.
Isotop 65Zn berasal dari reaktor nuklir khususnya pada sistem air pendingin dan dapat digunakan untuk obat. Zn sebagai limbah radionuklida dari unsur valensi II banyak berasal dari hasil fisi dalam bahan bakar nuklir maupun hasil aktivasi neutron dalam reaktor. Limbah yang mengandung radionuklida tersebut dapat dimasukkan kedalam kategori aktivitas tinggi atau aktivitas rendah dan sedang (Pratomo, 2007).
Pada proses industri barang jadi lateks digunakan logam berat dalam bentuk ZnO sebagai akselerator proses vulkanisasi karet. Pada proses vulkanisasi barang jadi lateks digunakan ZnO sebagai akselerator untuk mengontrol proses awal dan laju vulkanisasi, serta reaksi lanjut antara belerang dengan elastomer. Senyawa ZnO yang digunakan akan larut pada proses pencucian untuk menghilangkan sisa asam asetat (koagulan) pada barang jadinya, dan pada akhir proses, ion Zn2+ terbawa dalam limbah industri barang jadi karet dalam konsentrasi mencapai 300 ppm (Suryabhuana, 2006).
Zn sebagan ZnPto (Zinc pyrithione) juga digunakan dalam produk sampo sebagai bahan nutrisi bagi rambut untuk mencegah anti ketombe.

Sifat Logam Seng (Zn).
Seng (Zn) adalah unsur pertama dalam golongan IIB pada tabel periodik. Zn mempunyai nomor atom 30 dan berat atom 65.38 dengan valensi 2. Rata – rata keberadaannya di kulit bumi sekitar 76 ppm, dalam tanah 25 – 68 ppm, dalam perairan g/L dan atau 5 – 10 ppb, air laut sekitar 0.6 – 5sungai sekitar 20 ppb, pada tubuh ganggang sekitar 20 – 700 ppm, ikan dan kerang laut sekitar 3 – 25 ppm, tiram sekitar 100 – 900 ppm, udang/lobster sekitar 7 – 50 ppm dan didalam air tanah tidak lebih dari 0.1 mg/L.
Logam Zn umumnya tidak bereaksi dengan molekul ar. Ion pelindung tidak akan melarutkan lapisan Seng Hidroksida (Zn(OH)2) dengan ion OH terlarut. Reaksi ini dapat dituliskan :
Zn(OH)2(s)Zn2+ + 2OH

Seng akan bereaksi dengan ion H+, sesuai reaksi :

Zn2+ (aq) + H2(g)Zn(s) + 2H+

Reaksi ini melepaskan hydrogen, dimana terjadi letupan oksigen. Garam Zn dapat menyebabkan tingginya kekeruhan bila konsentrasinya terlalu tinggi. Akumulasi Zn dapat membuat air menjadi berasa tidak enak umumnya sekitar 2 mg Zn2+/L.
Kelarutan logam seng dalam air dipengaruhi oleh suhu dan pH. Pada pH yang cenderung netral, logam seng tidak larut. Kelarutan semakin besar dengan kenaikan keasaman. Diatas pH 11, kelarutan juga akan mengalami kenaikan. Logam seng terlarut sebagai ZnOH+(aq) atau Zn2+ (aq). ZnCO3 anionik melarut pada konsentrasi 0.21 g/L, ZnCl2 pada 4320 g/L, ZnO atau Seng Vitriol (ZnSO4.7H2O) pada konsentrsi 580 g/L.
Menurut Hutagalung (1984), logam yang masuk ke perairan akan mengalami pengenceran, pengendapan dan dispersi. Rendahnya kandungan logam Zn di perairan kemungkinan disebabkan oleh sifat logam Zn dalam lingkungan perairan dan sangat dipengaruhi oleh bentuk senyawanya. Effendi (2003) menyatakan bahwa logam Zn di perairan umumnya berbentuk persenyawaan sphalerite (ZnS), calamine (ZnCO3), oksida seng (ZnO) dan milemite (Zn2SiO4). Kelarutan logam Zn dalam air relatif rendah, logam Zn dengan gugusan klorida dan sulfat mudah terlarut ke dalam sedimen, sehingga logam Zn di perairan banyak mengendap di dasar. Menurut Bryan dalam Efendi (2000) bahwa pengendapan logam di perairan terjadi karena adanya anion karbonat, hydroksil dan khlorida.

Toksikologi Logam Seng (Zn).
Pada dasarnya logam seng terutama pada Zn murni tidak berbahaya akan tetapi jika tersusun membentuk senyawa seperti Zn arsenat, Zn sianida, dsb, kemungkinan akan sangat berbahaya. Lumpur dari pengolahan limbah dapat diterapkan pada budidaya tanaman, holtikultura dan kehutanan dengan konsentrasi tidak lebih dari 3g/kg. Uji ekotoksikologi didasarkan pada 50 µg/L nilai PNEC dalam Zn terlarut yang berarti total konsentrasi berkisar antara 150 – 200 µg/L Zn dalam air. PNEC (Predicted No Effect Concentration) merupakan representasi dari konsentrasi maksimum yang tidak mempengaruhi lingkungan. Ada total lima jenis isotop Zn yang stabil dan merupakan alamiah diantaranya 64Zn, 66Zn, hingga 68Zn sedangkan 50 isotop Zn lainnya merupakan tidak stabil.
Kelarutan Zn dalam air alam tergantung pada adsorpsi mineral permukaan, kesetimbangan karbonat, dan komplek organik. Jumlahnya yang terlalu berlebih akan bersifat racun pada beberapa spesies kehidupan air. Organisasi Pangan dan Pertanian PBB merekomendasikan kandungan Zn pada air irigasi sekitar 2 mg/L. USEPA menstandarkan untuk air minum sekitar 5 mg/L MCL. Konsentrasi Zn yang melebihi 5 mg/L dapat menyebabkan rasa pahit dan tidak enak pada air serta menyebabkan opalescence pada air alkali.
Tubuh manusia terdapat Zn kira – kira 2.3 g, Zn adalah unsur yang sedikit jumlahnya (trace element) dan nilai ini berhubungan dengan makanan yang konsumsi. Keberadaannya berfungsi dalam proses enzimatik dan pengulangan DNA. Hormon insulin manusia mengandung Zn, dan sangat penting dalam perkembangan seksual. Minimal asupan harian Zn berkisar antara 4 – 8 g. Tubuh manusia hanya menyerap 20 – 40% Zn dari makanan sehingga dapat dicukupi dengan minuman yang diperkaya dengan Zn. Gejala kekurangan Zn menyebabkan rasa tidak enak dan hilangnya nafsu makan. Pengaruh terbesar dapat terjadi pada sistem kekebalan dan enzim pada tubuh anak – anak. Keberadaan Zn dalam tubuh dapat mencegah keracunan kadmium juga mengurangi penyerapan Pb. Zn yang hubungannya dengan tembaga merupakan unsur yang sangat penting dalam tubuh. Kelebihan penyerapan Zn dapat menyebabkan gejala mual, muntah, pusing, mulas/ sakit perut, demam, diare dan kebanyakan terjadi pada setelah terjadi asupan antara 4 – 8 g Zn. Asupan 2 g ZnS dapat menyebabkan keracunan akut yang berdampak sakit perut dan muntah – muntah. Yang lebih penting adalah Zn merupakan unsur satu golongan dengan kadmium (Cd) dan raksa (Hg) yang keduanya merupakan racun. Zn hubungannya dengan kesehatan dapat menyebabkan infeksi pada selaput lendir dengan letal dosis (LD) 3 – 5 g ZnCl2 dan ZnS beracun pada letal dosis (LD) 5 g. Jumlah ini sangat berbahaya karena dosis oral dalam jangka panjang menyebabkan masalah pencernaan, menurunkan HDL dan menyebabkan kerusakan sistem imunitas (Mawardi, 2007).
Materi referensi :

http://www.chem-is-try.org/tabel_periodik/seng/

http://smk3ae.wordpress.com/2009/02/18/metode-pengolahan-seng-zn-suatu-tinjauan-pada-instalasi-pengolahan-air/