Air adalah zat yang sangat penting bagi kehidupan di bumi. Air terdiri dari dua jenis atom, yaitu hidrogen dan oksigen, yang berikatan secara kovalen membentuk molekul air (H2O). Dalam setiap molekul air, ada dua atom hidrogen yang berikatan dengan satu atom oksigen, dengan sudut ikatan sekitar 104,5 derajat. Ikatan kovalen antara atom hidrogen dan oksigen bersifat polar, artinya ada perbedaan muatan listrik antara ujung-ujung molekul air. Ujung yang mengandung atom oksigen bersifat negatif, sedangkan ujung yang mengandung atom hidrogen bersifat positif.
Sifat-sifat air
Karena sifat polaritasnya, molekul air dapat berinteraksi dengan molekul lain yang juga bersifat polar atau bermuatan listrik, seperti garam, gula, asam, basa, dan sebagainya. Interaksi ini disebut sebagai ikatan hidrogen, yang merupakan gaya tarik-menarik antara atom hidrogen yang bermuatan positif dengan atom lain yang bermuatan negatif. Ikatan hidrogen ini membuat air memiliki sifat-sifat khusus, seperti:
- Kohesi dan adhesi: Kohesi adalah kemampuan molekul air untuk saling menempel satu sama lain, sedangkan adhesi adalah kemampuan molekul air untuk menempel pada permukaan lain yang bersifat polar atau bermuatan listrik. Contoh kohesi adalah fenomena meniskus, yaitu lengkungan permukaan air di dalam tabung kaca. Contoh adhesi adalah fenomena kapileritas, yaitu kemampuan air untuk naik melawan gaya gravitasi di dalam pipa yang sempit.
- Kapasitas panas yang tinggi: Kapasitas panas adalah jumlah energi yang dibutuhkan untuk menaikkan suhu satu gram zat sebesar satu derajat Celcius. Air memiliki kapasitas panas yang tinggi, yaitu sekitar 4,18 joule per gram per derajat Celcius. Artinya, air dapat menyerap atau melepaskan banyak energi tanpa mengalami perubahan suhu yang besar. Hal ini membuat air dapat berfungsi sebagai penstabil suhu di bumi, baik di skala global maupun lokal.
- Kepadatan maksimum pada 4 derajat Celcius: Kebanyakan zat akan semakin padat ketika suhunya semakin dingin, karena molekul-molekulnya semakin rapat. Namun, air memiliki sifat yang berbeda, yaitu kepadatannya mencapai maksimum pada suhu 4 derajat Celcius, dan kemudian menurun ketika suhunya semakin dingin. Hal ini disebabkan oleh struktur kristal es yang memiliki ruang kosong lebih banyak daripada air cair. Akibatnya, es akan mengapung di atas air cair, yang membantu menjaga kehidupan di bawah permukaan air.
Unsur-unsur lain dalam air
Selain hidrogen dan oksigen, air juga dapat mengandung unsur-unsur lain yang berasal dari lingkungan sekitarnya, seperti udara, tanah, batuan, tumbuhan, hewan, dan aktivitas manusia. Unsur-unsur ini dapat berupa gas, padatan, atau larutan, yang dapat mempengaruhi sifat fisik dan kimia air. Beberapa contoh unsur-unsur lain dalam air adalah:
- Nitrogen: Nitrogen adalah gas yang paling banyak terdapat di udara, yaitu sekitar 78%. Nitrogen dapat larut dalam air, meskipun dalam jumlah yang kecil. Nitrogen berperan penting dalam siklus nitrogen, yaitu proses perubahan bentuk nitrogen di alam, yang melibatkan mikroorganisme, tumbuhan, dan hewan. Nitrogen juga merupakan unsur pembentuk protein, asam nukleat, dan klorofil, yang esensial bagi kehidupan.
- Karbon: Karbon adalah unsur yang paling banyak terdapat di makhluk hidup, yaitu sekitar 18%. Karbon dapat larut dalam air dalam bentuk karbon dioksida (CO2), yang merupakan hasil respirasi makhluk hidup dan pembakaran bahan bakar fosil. Karbon dioksida berperan penting dalam siklus karbon, yaitu proses perubahan bentuk karbon di alam, yang melibatkan fotosintesis, respirasi, dan dekomposisi. Karbon juga merupakan unsur pembentuk karbohidrat, lemak, dan asam nukleat, yang esensial bagi kehidupan.
- Kalsium: Kalsium adalah unsur yang paling banyak terdapat di kerak bumi, yaitu sekitar 3,6%. Kalsium dapat larut dalam air dalam bentuk ion kalsium (Ca2+), yang berasal dari pelarutan batuan kapur, gipsum, dan dolomit. Kalsium berperan penting dalam pembentukan tulang, gigi, dan cangkang hewan. Kalsium juga merupakan kofaktor enzim, pengatur kontraksi otot, dan penstabil membran sel.