Pada Gambar2.3 Hadiyatmo 1992 menunjukkan bahwa molekul air bersifat dipolar, yang berarti memiliki muatan positifd an negative pada ujung yang berlawanan sehingga dapat
tertarik oleh permukaan lempung secara elektrik dalam beberapa kasus diantaranya: a. Tarikan antar permukaan negatif dan partikel lempung dengan ujungpositifdipolar.
b. Tarikan antar kation-kation dalam lapisan ganda dengan muatan negatif dari ujung dipolar. Kation-kation ini tertarik oleh permukaan partikel lempung yang bermuatan
negatif. a. Atom-atom hidrogen dalam molekul air, yaitu ikatan hidrogen antara atom oksigen
dalam molekul-molekul air.
Gambar 2.3. Molekul air dipolar dalam lapisan ganda Hardiyanto, 1992
Semakin luas permukaan spesifikt anah lempung, air yang tertarik secara elektrik disekitar partikel lempung yang disebut air lapisan ganda jumlahnya akan semakin besar. Air
lapisan ganda inilah yang mengakibatkan sifat plastis tanah lempung. Konsentrasi air resapan dalam mineral lempung memberi bentuk dasar dari susunan tanahnya, tiap partikelnya terikat
satu sama lain lewat lapisan air serapannya. Selain itu, jarak antar partikel juga akan mempengaruhi hubungan tarik menarik atau tolak menolak antar partikel tanah lempung yang
diakibatkan oleh pengaruh ikatan hidrogen,gaya Van Der Walls serta semacam ikatan kimia organiknya. Bertambahnya jarak akan mengurangi gaya antar partikel. Gaya elektrostatik gaya
tarik menarik antara partikel bermuatanyangterjadipada permukaan lempung bermuatan negatif dengan kation-kation yang berada diantaranya, berpengaruh terhadap penyusutan
ketebalan lapisan ganda karena jumlah air yang terhidrasi menjadi berkurang Tan,1991. Lempung akan bersifat labil bila kation-kation yang berada diantara partikel lempung
yaitu kation-kationyang lemah atau dapat dengan mudah digantikan oleh kation-kation yang lain atau molekul-molekul air yang konsentrasinya tinggi. Kation yang lemah adalah kation-kation
yang berasal dari garam-garam mineral yang terdapat dialam misalnya Na+.Sehingga akan dihasilkan gaya elektrostatis yang lemah serta jari-jari antar partikel besar, sehingga akan
didapatkan lempung yang mengembang disaat banyak air dan menyusut pada saat air keluar dari lempung dengan perbedaan kembang susut yang besar dapat dilihat pada Garnbar 2.4,
sedang kan lempung yang bersifat stabil dapat dilihat pada Gambar 2.5. Tan,1991.
2.1.4 Mineral lempung
Mineral lempung dapat terbentuk dari hasil dekomposisi silikat primer berupa Si-O tetrahedral yang mana satu atom Si
4+
dapat berikatan dengan 4 atom oksigen dan Al-O oktahedral, yaitu satu atom Al
3+
berikatan dengan enam atom oksigen. Pada penggantian Si dengan satu atom Al dalam molekul tetrahedral atau penggantian Al dengan kation yang
bervalensi dua, contohnya Fe
2+
dan Mg
2+
dalam molekul oktahedral sering terjadi. Seiring banyak terjadinya penggatian dalam struktrur tetrahedral dan oktahedral serta perbandingan
antara jumlah struktur oktahedral dengan tetrahedral merupakan faktor pembeda utama antara mineral-mineral lempung Evangelou, 1998.
Mineral lempung memiliki struktrur yang berlapis, yaitu tersusun oleh lapisan aluminat dan lapisan silikat. Berdasarkan susunan lapisannya mineral lempung dapat dibedakan menjadi
dua kelpompok utama, yaitu kelompok kaolinit dapat dilihat pada Gambar 2.1 yang mempunyai lapisan 1:1, dan kelompok smektit dapat dilihat pada Gambar 2.4 memiliki lapisan 2:1.
Gambar.2.4 Diagram struktur lapisan kaolinit Lapendes, 1978
Gambar.2.5 Diagram struktur lapisan montmorillolit Lapendes, 1978
Komposisi kimia dari kaolinit yaitu SiO
2
46, Al
2
O
3
39,5 dan air 14,0. Warna kaolinit murni umumnya putih, putih kelabu, kekuning-kuningan atau kecoklat-coklatan Sanchez, 1976.
Ukuran partikel bervariasi dengan diameter antara 0,1-1 µm. Nilai kapasitas tukar kation KTK berada pada 1- 10 meq100g Evangelou, 1998. Kaolinit mempunyai muatan negatif yang
berubah-ubah, atau tergantung pada pH. Dilihat dari strukturnya, posisi dari gugus-gugus OH membuka kemungkinan untuk disosiasi H
+
, yang merupakan faktor penyebab terbentunya muatan berubah-ubah, terutama pada gugus hidroksil pada permukaan terbuka dari situs
oktahedral. Partikel kaolinit tidak mudah dihancurkan dikarenakan dari kekokohan ikatan stukturnya, hal tersebut yang menjadi penyebab sifat-sifat plastisitas dan daya mengerut dan
mengembang yang rendah.Luas permukaannya yang sempat membatasi kapasitas jerapan kation.Luas permukaan spesifiknya yaitu 7-30 m
2
g Tan, 1992. Smektit merupakan nama untuk mineral golongan Na, Ca, Mg, Fe dan litium alumina
silikat. Jenis mineral golongan ini adalah natrium montmorillonit, kalsium montmorillonit, saponit, nontronit, dan hektorit.Keistimewaan mineral lempung smektit yaitu kemampunnya
yang menyerap danatau mengganti bukan hanya kation tapi juga molekul organik polar seperti etilen glikol, amina, dan polialkohol. Smektit memiliki ukuran partikel yang sangat kecil yaitu
0,01-0,1µm yang menyebabkan besarnya luas permukaan bahan, hal tersebut yang menyebabkan smektit memiliki kemampuan yang tinggi sebagai adsorben dan jika dicampur dengan air akan
menghasilkan daya ikat yang kuat. Kapasitas tukar kation KTK yaitu 60-100 meq100 g lempung dan warnanya pada umumnya putih, kecoklatan, hijau kecoklatan atau hijau kebiruan
Evangelou, 1998.Batuan golongan smektit paling banyak ditemukan yaitu bentonit Murray, 1991. Mineral ini memiliki susunan kimia dengan rumus Al
2
O
3
.4SiO
2
.xH
2
O yang terdiri dari 85 mineral montmorillonit dengan kation Na
+
, Ca
2+
, dan K
+
yang mudah dipertukarkan. Diliahat dari penampakan luar, dalam keadaan basah bentonit berwarna abu-abu kehijauan dan
putih kekuningan dalam keadaan kering.
2.1.5 Aktivasi asam pada lempung
Kapasitas adsorpsi dapat ditingkatkan dengan dua cara yaitu pemanasan dan kontak asam. Pada proses pemanasan lempung dipanaskan pada temperatur 300-350
C untuk memperluas permukaan butiran Zulkarnaen,Wardoyo, S., dan Marmer, D. H 1990. Sedangkan dengan cara
kontak asam mempunyai tujuan untuk menukar ion-ion K
+
, Na
+
, Ca
2+
pada lempung dengan ion H
+
dalam ruang antar lapis dan melepas ion Al
3+
, Fe
3+
, Mg
2+
dan pengotor lainnya dari kisi-kisi struktur sehingga secara fisik lempung lebih aktif. Secara umum jenis asam yang digunakan
adalah asam sulfat Suhala, S. dan Arifin, M.,1997. Melalui aktivasi kapasitas adsorpsi lempung mengalami peningkatan.Lempung mempunyai struktur bertingkat dan kapsitas pertukaran ion
yang aktif pada bagian dasar. Oleh karena itu strukturnya dapat diganti seperti struktur bagian dasar dengan cara penambahan asam yaitu asam sulfat. Pengaruh valensi kation sangat dominan
terhadap memudahkan pertukaran ion dari permukaan yang bermuatan.Semakin tinggi valensi kation, maka semakin tinggi pula kapasitas penggantian kationnya. Untuk ion-ion yang memiliki
valensi yang sama, maka yang memiliki kapsitas penggantian ion lebih tinggi adalah ion yang mempunyai ukuran yang lebih besar. Ion yang monovalen seperti H
+
dapat menggantikan ion yang memiliki valensi yang lebih tinggi. Konsentrasi ion H
+
yang tinggi pada lempung mengakibatkan pecahnya situs lempung dan menembus lapisan oktahedral, sehingga melepaskan
spesies Al
3+
, Fe
3+
, dan Mg
2+
Kumar,1995. Proses pelepasan aluminium dari lempung dapat ditulis
dengan reaksi
sebagai berikut
ini :
