## PENGARUH BESAR MEDAN MAGNET TERHADAP PENGURANGAN KADAR CaCO 3 DALAM AIR
Triswantoro Putro1 * dan Endarko2 #
* Politeknik Negeri Batam
Jurusan Teknik Elektro
Jl. Parkway, Batam Center, Batam 29461 , Indonesia triswantoro@physics.its.ac.id
# Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya Jurusan Fisika FMIPA Jl. Arif Rahman Hakim, Sukolilo, Surabaya 60111, Indonesia endarko@physics.its.ac.id

## ABSTRAK
Penelitian  mengenai  pengaruh  medan  magent  terhadap  pengurangan  kadar  CaCO 3 dalam  air  telah dilakukan.  Air sadah  merupakan air  yang terkontaminasi ion Ca 2+ , Mg 2+ ,  CO 3 2- . Ion  – ion tersebut dikelilingi oleh molekul  air  atau  yang  disebut  dengan hydration  shell . Hydration  shell adalah  sebuah  lapisan  yang  menahan  ion  – ion tersebut untuk  membentuk sebuah  molekul seperti CaCO 3. Medan  magnet  yang diberikan akan  mempengaruhi hydration  shell .  Penelitian  dilakukan  dengan  memvariasikan  besarnya  medan  magnet  yaitu  sebesar  0,05  dan  0,1 Tesla.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa  dengan  medan  magnet  0,05  Tesla  pada  larutan  sampel  dengan konsetrasi  CaCO 3 dalam  air  520  mg/L  menghasilkan  prosentase  pengurangan  maksimum  sebesar  28,57  %  selama 120 menit, sedangkan untuk medan magnet 0,1 T menghasilkan pengurangan maksimum sebesar 57,69 %.
Kata Kunci : Air Sadah, medan magnet, hydration shell .

## ABSTRACT
The  research  on  the  influence  of  magnetic  field  over  the  CaCO3  precipitation  in  water  has  been  carried out. The hard water is water contaminated with Ca 2+ , Mg 2+ , CO 3 2- . Those ions are surrounded by water molecules which is also known as hydration shell. The hydration shell is a layer that holds ions to form a molecule such as a CaCO 3 . The given magnetic field will affect the hydration shell. The study was conducted by varying the magnitudes of the magnetic field which equal to 0.05 and 0.1 Tesla. The sample solution for this research is  520 mg/L CaCO 3 . The experiment has been accomplished within 120 minutes experiment resulted a maximum reduction percentage of 28.57% for the magnetic field value of 0.05 Tesla. While the magnetic field value of 0.1 Tesla obtained 57,69 % of the maximum reduction.
Key words : hard water, magnetic field, hydration shell

## 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan  air  bersih  dan  air  minum  dapat dipenuhi dengan memanfaatkan beberapa sumber air. Antara  lain,  air  hujan,  air  tanah,  air  laut,  air  sungai dan lain – lain. Prosentase terbanyak dari sumber air tersebut  adalah  berasal  dari  air  tanah  dan  air  sungai. Di beberapa daerah, air tanah dan air sungai memiliki beberapa  kelemahan  yaitu  kandungan  kadar  kapur yang  melebihi standar. Hal ini dikarenakan beberapa daerah  di  Indonesia  memiliki  batuan  karst  (kapur) yang  dapat  larut  dalam  air  berbentuk  ion  –  ion  dan membentuk air sadah. Kelebihan kadar kapur terlarut dalam  air  dapat  mengganggu  kesahatan  jika diminum.  Metode  dengan  menggunakan  medan magnet  adalah  salah  satu  solusi  untuk  dapat mengurangi  kadar  kapur  terlarut  dalam  air  sehingga air dapat dikonsumsi [1].
Salah satu kelebihan Medan magnet adalah tanpa menggunakan  campuran  bahan  kimia  dalam  proses pengolahannya  sehingga  air  hasil  olahan  tidak
terkontaminasi  dengan  bahan-bahan  lain  pada  saat proses  pengendapan  air  berkapur.  Penelitian  yang dilakukan  Alimi  Fathi  dkk  menunjukkan  bahwa proses  presipitasi  CaCO 3 dipengaruhi  oleh  adanya medan  magnet  [1].  Hasil  penelitian  menunjukkan terjadi  perbedaan  antara  kandungan  kadar  kapur dalam  air  sebelum  dan  sesudah  perlakuan  medan magnet.  Terjadi  pengendapan  sebesar  7  –  22  % dengan  aliran  air  sebesar  0.54  L/menit  dibandingkan dengan tanpa perlakuan medan magnet. Pengaruh pH juga  di  teliti  oleh  Fathi  dengan  menggunakan pengontrol  pH  sebagai  salah  satu  variable.  pH  yang di  gunakan  adalah  6,  7  dan  7.5  [1].  Penelitian  lain yang  dilakukan  oleh  Banejad  dkk  pada  tahun  2009 juga  meneliti  tentang  pengaruh  medan  magnet terhadap presipitasi CaCO 3 [2]. Banejad dkk meneliti tentang  variasi  besarnya  aliran  air  dan  besarnya medan  magnet  yang  digunakan  dalam  proses presipitasi  kapur.  Tetapi  dalam  paper  yang  ditulis tidak  menunjukkan  berapa  prosentase  penurunan
Article History Received 04 August 2014 Accepted 11 September 2014
Jurnal Integrasi , vol. 6, no. 2, 2014, 151-155 ISSN: 2085-3858 (print version)
kadar  kapur  dalam  air  hanya  menunjukkan  bahwa terjadi perunan kadar kapur dalam air atau tidak [2].
Makalah  penelitin  ini  adalah  fokus  terhadap pengaruh  variasi  besar  medan  magnet  terhadap jumlah  prosentase  pengurangan  kadar  CaCO 3 dalam air.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Batu  kapur  didefinisikan  sebagai  batuan  yang banyak  mengandung  kalsium  karbonat.  Dalam keadaan murni mempunyai bentuk kristal kalsit, yang terdiri dari CaCO 3 dan memiliki berat jenis 2.6 – 2.8 gr/cm 3 . Kalsium  karbonat  dalam  media  air  akan membentuk  tiga  macam  Kristal,  yaitu  kalsit  yang berstruktur  Kristal  rhombohedral,  vaterit  berstruktur orthorombic  dan  aragonite  berstruktur  hexagonal. Terbentuknya  macam-macam  bentuk  Kristal  ini dipengaruhi  oleh  beberapa  factor  yaitu  temperatur [3],  pH  larutan  [3],  derajat  saturasi  [4],    kecepatan
aliran  CO 2 bila  menggunakan  metode  karbonasi, serta adanya bahan aditif .
Air tanah banyak mengandung mineral – mineral terlarut seperti Ca 2+ , Mg 2+ , CO 3 2- , bikarbonat (HCO 3 - ) dan gas CO 2 yang menyebabkan kesdahan dalam air. Ion  –  ion  penyebab  kesadahan  tersebut  dikelilingi oleh  molekul  air  dan  membentuk  suatu  lapisan  yang disebut hydration  shell seperti  terlihat  pada  Gambar 1. Hydration  shell ini  akan  menahan  ion  –  ion tersebut  untuk  membentuk  sebuah  molekul  seperti CaCO 3 .  Ikatan  antara  molekul  air  dengan  ion  relatif lebih kuat jika dibandingkan dengan ikatan hydrogen antar  molekul  air  sehingga  ion  Ca 2+ sukar melepaskan  diri  dari  lapisan  tersebut.  Tetapi  ikatan antara  molekul  air  dengan  ion  bisa  terlepas  jika diberikan  beberapa  perlakuan  antara  lain  agitasi mekanik,  suhu,  medan  magnet,  dan  lain-lain. Perlakuan  tersebut  dapat  mengganggu  hidrat  ion sehingga  akan  terjadi  tumbukan  antar  ion  Ca 2+ dan ion CO 3 2- membentuk CaCO 3 [5].
Gambar 1. Orientasi molekul air terhadap ion Ca 2+ dan CO 3 2-
Sumber : http://cnx.org/
Ikatan  antara  ion  dan  molekul  air  yang membentuk  lapisan hydration  shell mempengaruhi terbentuknya presipitasi CaCO 3 . Semakin kuat ikatan tersebut  maka  akan  semakin  sukar  terbentuk presipitasi. Salah satu metode untuk memecah ikatan tersebut adalah dengan menggunakan medan magnet. Gaya  Lorentz  terjadi  ketika  ion  (Ca 2+ atau  CO 3 2- ) bergerak melewati sebuah medan magnet. Arah gaya Lorentz mengikuti kaidah tangan kanan dengan besar (     ) .  Gabrielli  pada  tahun  2001  meneliti tentang  efek  dari  gaya  Lorentz  terhadap  presipitasi CaCO 3 dengan  memagnetisasi  larutan  CaCO 3 yang disirkulasi.  Hasil  pengamatan  terhadap  ion  Ca 2+ sebelum  dan  sesudah  magnetisasi  menunjukkan adanya pengurangan kadar ion tersebut dalam larutan [6].  Pergeseran  ion  dari  lintasan  geraknya  yang diakibatkan  oleh  adanya  gaya  Lorentz  memberikan efek  pemutusan  ikatan  antara  molekul  air  dan  ion. Efek  gaya  lorent  terhadap  pergeseran  ion  telah dipelajari oleh Kozic pada tahun 2003. Hasil simulasi menunjukkan  terjadi  persegesar  ion  sebesar  0,2  –  10 nm  dan  pergeseran  partikel  0,2  nm  –  2  µm  [7].
Besarnya pergeseran tersebut yang bisa menyebabkan terganggunya hydration  shell sehingga  ion  Ca 2+ dan CO 3 2- dapat  bertumbukan  dan  berikatan  membentuk CaCO 3 .

## 3. METODOLOGI
Medan magnet dibangkitkan dari gulungan kawat yang berbentuk  solenoid dengan jumlah lilitan 1000. Solenoid  yang  dibuat  berjumlah  3  pasang.  Karena power  suplay  yang  digunakan  adalah  sumber tegangan  (v)  maka  besarnya  arus  yang  dikonsumsi bergantung  pada  hambatan  lilitan  kawat.  Semakin besar hambatan lilitan maka semakin kecil arus yang dibutuhkan. Hal ini berdasarkan hukum ohm. .
Arus  (i)  berbanding  terbalik  dengan  hambatan  (R). Medan  magnet  yang  dihasilkan  oleh  solenoid  diukur dengan  menggunakan  alat  ukur  medan  magnet  tipe U11300 merk 3B Net log produksi Jerman.
Gambar  2  merupakan  skematik  peralatan  yang digunakan dalam proses pengolahan air kapur dengan menggunakan
medan magnet.
Gambar 2 . Set-up rangkaian percobaan untuk pengujian air sampel. Proses pengolahan
dilakukan dengan
memasukkan sampel larutan CaCO 3 dengan kandungan  kapur  1040  gr/L  kedalam  tangki  air kemudian  air  sampel  akan  dialirkan  melewati  3 pasang  medan  magnet  dengan  kecepatan  aliran  375 mL/menit.  Sirkulasi  air  sampel  dilakukan  selama  2 jam dan untuk setiap 10, 20, 30, 45, 60, 80, 100 dan 120  menit  dilakukan  pengambilan  sampel  untuk dilakukan  pengujian  kadar  kapurnya.  Suhu  larutan dianggap  sama  antara  28  –  29  ºC.  Air  hasil pengolahan  kemudia  dilakukan  Pengujian  dilakukan dengan menggunakan metode titrasi kompleksiometri EDTA  untuk  mengetahui  banyaknya  pengendapan yang terjadi (Gambar 3).
Gambar 3. Diagram alur pengujian kadar kapur dengan metode titrasi kompleksiometri EDTA [8]

## 4. HASIL DAN DISKUSI
Penelitian  pengaruh  medan  magnet  terhadap presipitasi  CaCO 3 telah  dilakukan.  Medan  magnet dibuat dengan memanfaatkan solenoid dengan jumlah lilitan sebanyak 1000. Lilitan di beri variasi tegangan 5 dan  12 Volt. Besar medan  magnet  yang dihasilkan diukur dengan alat pengukur medan magnet U11300. Hasil  pengukuran  medan  magnet  dengan  variasi tegangan dalam penelitian ini dirangkum dalam tabel 1.
Tabel 1. Hasil pengukuran medan magnet
Tegangan (volt) Arus (A) Medan magnet (mT) Magnet I 12 2.30 105
5 0.87 46 Magnet II 12 2.45 119 5 0.94 50 Magnet III 12 2.47 123 5 0.88 49
Perbedaan  medan  magnit  hasil  pengukuran disebabkan  jumlah  lilitan  dari  solenoid  yang  tidak sama persis 1000. Jumlah lilitan tersebut mempengaruhi  hambatam  dari  solenoid,  sehingga arus yang dikonsumsi oleh lilitan pun berbeda – beda. Medan  magnet  berbanding  lurus  dengan  arus  yang dikonsumsi  solenoid.  Semakin  kecil  arus  yang dikonsumsi  maka  semakin  kecil  juga  medan  magnet yang dihasilkan.
Gambar  4  menunjukkan  pengaruh  variasi  besar medan  magnet  terhadap  prosentase  presipitasi CaCO 3 . Grafik tersebut menunjukkan bahwa pengolahan  dengan  menggunakan  magnet  0,1  tesla menghasilkan  pengurangan  kadar  kapur  dalam  air lebih  banyak  dari  pada  dengan  medan  magnet  0,05 tesla. Tanda negatif pada grafik tersebut menunjukkan  terjadinya  pengurangan  kadar  kapur dalam persen.
Pengolahan  dengan  medan  magent  0,05  tesla terjadi  pengurangan  kadar  kapur  seiring  lama  nya waktu  yang  pengolahan.  Semakin  lama  pengolahan, pengurangan kadar kapur semakin banyak berkurang. Sampai  pada  keadaan  saturasi  pada  menit  ke  80. Setelah  menit  ke-80  tidak  terjadi  pengurangan  kadar kapur.  Hal  ini  dikarenakan  pengaruh  medan  magnet sudah  tidak  ada  lagi  terhadap  ion  –  ion  Ca 2+ dan CO 3 2- .  Sedangkan  untuk  pengolahan  medan  magent 0,1  tesla,  memberikan  pengaruh  yang  lebih  besar dengan waktu pengolahan yang sama.
Maksimum  presipitasi  yang  terjadi  setelah  diberi perlakuan  medan  magnet    sebesar  0,05  Tesla  adalah 28,57  %  sedangkan  untuk  perlakuan  dengan  medan magnet  0,1  tesla  terjadi  pengendapan  sebesar  57,69 %.  Ikatan antara ion dan molekul air yang terbentuk ( hydration shell) mengalami pelemahan setelah diberi perlakuan  medan  magnet. Pelemahan ikatan ini akan memudahkan ion – ion pembentuk CaCO 3 berikatan. Pelemahan  ikatan  antara  molekul  air  dan  ion dikarenakan terjadinya pergereseran ion dari lintasannya  yang  diakibatkan  oleh  adanya  gaya Lorentz.  Gaya  Lorentz  terjadi  ketika  ion  (Ca 2+ atau
Dimasukkan ke dalam erlenmeyer
Air sampel + 5 ml Lar.buffer pH 10 + 2 tetes EBT
Menitrasi dengan EDTA
Larutan merah + EDTA Terus menitrasi Larutan Biru 50 ml cuplikan air sampel Tangki penampung Tangki air Pipa Magnet Magnet Pompa air u s s u s u
CO 3 2- )  bergerak  melewati  sebuah  medan  magnet. Arah  gaya  Lorentz  mengikuti  kaidah  tangan  kanan dengan  besar (     ) .  Efek  gaya  Lorentz terhadap  pergeseran  ion  telah  dipelajari  oleh  Kozic pada tahun 2003. Hasil simulasi menunjukkan terjadi persegesar  ion  sebesar  0,2  –  10  nm  dan  pergeseran partikel  0,2  nm  –  2  µm  [7].  Dengan  pergeseran tersebut, hydration shell akan terganggu sehingga ion Ca 2+ dan  CO 3 2- akan  terlepas  dari  ikatannya  dengan molekul air dan dapat berikatan membentuk CaCO 3 . Semakin  besar  penggunaan  medan  magnet  untuk mengolahan  maka  semakin  besar  gaya  Lorentz  yang dihasilkan.  Semakin  besar  gaya  Lorentz  yang dihasilkan  maka ikatan antar  molekul air dengan ion Ca 2+ dan CO 3 2- mudah terlepas. Terlepasnya ion – ion tersebut  akan  memudahkan  untuk  saling  berikatan dam membentuk kapur.
Peletakan kutub medan magnet juga berpengaruh pada  proses  pengendapan  kadar  kapur.  Penggunaan
medan magnet yang disusun paralel dapat meningkatkan efisiensi medan magnet yang digunakan.  Penelitian  yang  dilakukan  menggunakan medan  magnet  yang  disusun  parallel.  Hal  ini mengacu pada penelitian sebelumnya yang menghasilkan pengurangan kadar kapur lebih banyak 27,14% daripada magnet yang disusun seri[9].
Perbedaan  prosentase  pengurangan  ketika  diberi perlakuan  medan  magnet  seri  dan  paralel  adalah karena penempatan medan magnet tersebut berpengaruh  pada  orientasi  ion  –  ion  terhadap  kutub magnet.  Perubahan  orientasi  arah  medan  magnet menyebabkan  pergerakan  ion  berosilasi  mengikuti kutub  magnet  yang  di  berikan  sehingga  akan memberikan pengaruh lebih besar untuk memperlemah interaksi hidrat ion. Sehingga memudahkan ion – ion keluar dari ikatan molekul air dan  saling  bertumbukan  antar  ion  dan  dapat membentuk persipitasi CaCO 3 [9].
0 20 40 60 80 100 120 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 Tanpa pengolahan Magnet 0.05 T Magnet 0.1 T P en g u ra n g an C aC O 3 (%) Waktu (menit)
Gambar 4. Prosentase pengurangan kadar kapur dalam air dengan variasi besar medan magnet
(0,05 dan 0,1 Tesla)
0 20 40 60 80 100 120 7 8 9 10 11 12 pH Conductivity Waktu (menit) pH 200 400 600 800 1000 1200 C o n d u c ti v ity (µ S)
Gambar 5. pH dan konduktivitas air sampel setelah pengolahan dengan menggunakan medan magnet
Gambar  5  menunjukkan  pengukuran  pH  air sampel di ukur dengan menggunakan alat AZ 86505. Dari hasil pengukuran (Gambar 5) didapatkan bahwa terjadi  penurunan  pH  untuk  sampel  setelah  di  olah dengan  medan  magnet  dari  11,37  ke  10,51  untuk
waktu  pengolahan  120  menit.  Penurunan  pH  ini diakibatkan  berkurang  nya  ion  –  ion  Ca 2+ dan  CO 3 2- dalam larutan yang membentuk presipitasi CaCO 3 . Selain pH, dilakukan juga pengukuran terhadap konduktivitas  air  sampel  yang  telah  diolah.  Hasil
pengukuran  menunjukkan  bahwa  terjadi  penurunan konduktivitas larutan setelah diolah selama 120 menit dengan medan magnet sebesar 30,76 % dari 1180 ke 363.  Menurut  Holysz  tahun  2007  menyakatan penurunan  konduktivitas  larutan  disebabkan  adanya pelemahan  interaksi  hidrat  ion.  Jika  interaksi  hidrat ion  melemah  maka  terjadinya  nukleasi  CaCO 3 akan lebih mudah[10].

## 5. SIMPULAN
Penelitian  yang  dilakukan  menunjukkan  bahwa pengolahan  air  kapur  dengan  besar  medan  magnet yang  berbeda  menghasilkan  presipitasi  CaCO 3 berbeda  juga.  Prosentase  pengurangan  maksimum sebesar  28,57  %  untuk  medan  magnet  0,05  tesla dengan  waktu  pengolahan  120  menit  sedangkan untuk  besar  medan  magnet  0,1  tesla  menghasilkan pengendapan maksimum adalah sebesar 57,69 %.

## 6. DAFTAR ACUAN
[1]  A.  Fathi,  T.  Mohamed,  G.  Claude,  G.  Maurin, and  B.  A.  Mohamed,  "Effect  of  a  magnetic water treatment on homogeneous and heterogeneous precipitation of calcium carbonate," Water  Research, vol.  40,  pp.  1941- 1950, 2006.
[2]  H.  Banejad  and  E.  Abdosalehi,  "THE  EFFECT OF MAGNETIC FIELD ON WATER HARDNESS REDUCING,"
Thirteenth
International  Water  Technology  Conference,
IWTC 13 2009, Hurghada, Egypt, 2009.
[3]  P.-C.  Chen,  C.  Y.  Tai,  and  K.  C.  Lee, "Morphology  and  Growth  Rate  of  Calcium Carbonate  Crystals  in  a  Gas-Liquid-Solid Reactive  Crystallizer," Chemical  Engineering Science, vol. 2, No. 21-22, pp. 4171-4177, 1997.
[4]  G.  H.  Fairchild  and  R.  L.  Thatcher,  "Acicular Calcite  and  Aragonite  Calcium  Carbonate," US Patent vol. 6, 022, p. 517, 2000.
[5]  N.  Saksono,  A.  Wijaya,  and  T.  Budikania, "Pengaruh    Medan  Elektromagnet  Terhadap Presipitasi CaCO3," Prosiding Seminar Nasional Teknik Kimia “Kejuangan” pp. G03-1 - G03-6, 26 Januari 2010 2010.
[6]  C.  Gabrielli,  R.  Jaouhari,  G.  Maurin,  and  M. Keddam,  "Magnetic  water  treatment  for  scale prevention," Water Research, vol. 35, pp. 3249- 3259, 2001.
[7]  V.  Kozic  and  L.  C.  Lipus,  "Magnetic  Water Treatment for a Less Tenacious Scale," Journal of  Chemical  Information  and  Computer Sciences, vol.  43,  pp.  1815-1819,  2013/05/30 2003.
[8]  K. F. ITS, "Modul Praktikum Kimia Analitik I," 2004.
[9]  T.  Putro  and  Endarko,  "Pengaruh  Variasi Penempatan  Kutub  Medan  Magnet  pada Pengurangan  Kadar  CaCO3  dalam  Air," JURNAL  FISIKA  DAN  APLIKASINYA, vol.  9 Nomor 3, pp. 125-127, 2013.
[10]  L.  Holysz,  A.  Szczes,  and  E.  Chibowski, "Effects of a  static  magnetic  field on  water and electrolyte  solutions," Journal  of  Colloid  and Interface Science, vol. 316, pp. 996-1002, 2007.