Tek Reaksi Kimia Kelas H
REAKSI TANAH (pH)
Reaksi Tanah merupakan ukuran keasamaan dan kebasaan
larutan tanah
pH = - log (H+)
pH tanah merupakan indikator pelapukan tanah, kandungan
mineral dalam batuan induk, lama waktu dan intensitas
pelapukan, terutama pelindihan kation-kation basa dari tanah
Tanah asam banyak mengandung H yang dapat ditukar, sedang
tanah alkalis banyak mengandung basa dapat ditukar
pH > 7 Ca dan Mg bebas; pH>8.5 pasti terdapat Na tertukar
Kandungan unsur-unsur hara seperti besi, copper, fosfor, Zn,
dan hara lainnya serta substansi toksik (Al 3+, Pb2+) dikontrol oleh
pH. Kandungan Al3+, Pb2+ akan berpengaruh sedikit bagi
pertumbuhan tanaman pada tanah alkali calcareous tapi akan
sangat serius pada tanah asam.
Nutrient seperti P banyak tersedia (optimum) pada pH asam
sampai netral, dan akan sedikit pada pH dibawah atau diatas
nilai optimum tersebut
Nutrient availability sangat tergantung pH yaitu :
Pada pH rendah (< 5,5) :
a. P : terikat oleh Al dan Fe membentuk senyawa yang tidak
tersedia bagi tanaman
b. Micronutrient : semua micronutrients kecuali Mo akan lebih
tersedia; deficiency jarang terjadi pada pH8.5 mengindikasikan persentase exchangeable
sodium > 15 dan kemungkinan problema pembentukan
struktur dan reklamasi lahan
d. Nitrifikasi : menghambat nitrifikasi
e. Micronutrients : ketersediaan akan berkurang dengan
meningkatkan pH kecuali Mo
1
Faktor yang mempengaruhi pH tanah adalah tipe vegetasi,
jumlah curah hujan, drainase tanah internal, dan aktivitas
manusia
General Process
1. Peranan Air
Air berperanan penting dalam sistem aqueous baik sebagai
pelarut maupun dalam reaksi asam-basa
Air akan terhidrolisa menjadi ion hidronium (H 3O+) atau sering
ditulis sebagai ion hidrogen, dan ion hidroksil (OH-)
2H2O H3O+ + OHatau
H2O H+ + OH- Kw = 10-14 pada 25°C
Dimana : Kw = konstanta equilibrium untuk hidrolisa air
Kw = (H+)(OH-) = 10-14
Dalam bentuk logaritma :
Log (H+) + log (OH-) = -14
Apabila : p = -log dan pH = -log (H+) maka : pH + pOH = 14
2. Asam dan Basa (Lemah, Kuat) dan Garam
Asam dan basa kuat adalah asam dan basa yang terdisosiasi
secara sempurna menjadi kation dan anion misalnya asam
sulfur (H2SO4) merupakan asam kuat
Asam dan basa lemah adalah asam dan basa yang terdisosiasi
secara tidak sempurna menjadi kation dan anion misalnya
asam karbonat (H2CO3) merupakan asam lemah
Teladan :
Asam kuat H2SO4 (sulfuric acid)
H2SO4 HSO4- + H+
Ka1 = 101.98
HSO4- SO42- + H+
Ka2 = 10-1.98
Dimana Ka1 dan Ka2 merupakan konstanta disosiasi.
Ka2 = {SO42-} {H+} = 10-1.98
[HSO4-]
Jika (H+)= Ka2 atau pH = 1.98, konsentrasi SO 42- dan HSO4- akan
sama. Pada pH lebih dari 1.98 H 2SO4 akan terdisosiasi sempurna
menjadi SO42- dan H+. artinya jika asam sulfuric ditambahkan ke
tanah pada pH lebih dari 1.98 maka asam sulfuric akan
2
terdisosiasi sempurna menjadi ion sulfat dan ion hidrogen. Atau
dengan kata lain jika ion sulfat ditambahkan pada pH kurang dari
1.98 maka akan bereaksi dengan air membentuk asam sulfuric.
Proses yang menghasilkan keasaman tanah
a. karbon dioksida hasil dari dekomposisi seresah akan terlarut
dalam air akan bereaksi dengan molekul air menghasilkan asam
karbonat
CO2(gas) CO2 (aq) K1 = 10-1,41
CO2 (aq) + H2O H2CO3 K2 = 10-2,62
b. asam-asam organik hasil dekomposisi
c. H+ yang dilepas oleh akar tanaman dan organisme yang lain
pada waktu pengambilan hara. Prinsip elektroneutrality adalah
pengambilan kation oleh akar harus diimbangi dengan
pengambilan anion atau dengan pelepasan ion hidrogen atau
kation lain
d. Oksidasi dari substansi tereduksi sepeti mineral sulfida, bahan
organik, fertilizer yang mengandung ammonium
Proses yang menghasilkan kebasaan tanah
1. Reduksi dari Ferri, mangan, dan oxidized substances
membutuhkan H+ atau melepas OH- dan meningkatkan pH
(terjadi pada tanah yang aerasinya jelek)
Misal : Fe(OH)3 (amorf) + e- Fe(OH)2 (amorf) + OH2. Pengambilan kation oleh akar tanaman, kemudian setelah
tanaman mati maka akan terdeposisi di permukaan tanah
PH tanah dikontrol oleh berbagai mekanisme. Sebagian
mekanisme adalah sumber langsung H + dan atau OH- dan
sebagian bekerja dengan bereaksi dengan H+ dan atau OHuntuk buffer pada larutan tanah.
Mekanisme tersebut adalah : (1) oksidasi dan reduksi besi,
mangan dan senyawa sulfur (2) dissolution dan presipitasi
mineral tanah (3) Reaksi gas misal CO 2 dengan larutan tanah (4)
dissosiasi grup asam lemah pada tepi lempung silikat, hidrous
oksida, atau substansi humus (5) reaksi ion-exchange
Table. Mechanism that control soil pH
Soil pH range
Major Mechanism(s) controlling soil pH
2-4
Oxidation of Pyrite and other reduced sulfur
3
4-5.5
5.5-6.8
6.8-7.2
7.2-8.5
8.5-10.5
minerals; dissolution of soil minerals
Exchangeable Al3+ and its dissociate hydroxy
ions; exchangeable H+
exchangeable H+; weak acid groups associated
with soil minerals and humic substances;
dissolved CO2 (gas) and other aqueous species
of dissolved CO2 (gas)
Weak acid groups on humic subtances and soil
minerals
Dissolution of solid divalen carbonates, such
as CaCO3 (calcite)
Exchangeable Na+ under normal salt condition;
dissolution of solid Na2CO3 (s)
Oksidasi senyawa sulfur tereduksi
Tanah yang mengandung sulfur tereduksi, misalnya pirit (FeS 2)
apabila teroksidasi menghasilkan ion H + yang dilepas ke larutan
tanah
2FeS2 + 7.5O2(gas) + 4H2O Fe2O3(hematit)+8H+ + 4SO42 Oksidasi senyawa sulfur tereduksi ini (juga terjadi pada tanah
pH netral) dibantu oleh bakteri khemoautotrof misalnya
Thiobacillus ferroxidans.
Proses ini akan alami (abiotik) apabila tanah mempunyai pH
sekitar atau kurang dari 3.5; reaksinya sbb :
8Fe3+ + S2- + 4H2O 8Fe2+ + SO42- + 8H+
Sumber keasaman pada tanah ini adalah oksidasi darai reduksi
sulfur dimana lajunya tergantung pada kecepatan oksidasi dan
mekanisme oksidasi kemis
4
Exchangeable Al (Al tertukar/Aldd)
Trivalen aluminium merupakan kation basa lemah sehingga
mampu menghidrolisa air menghasilkan ion hidrogen
Kombinasi Al3+, hidrolisis, basa lemah tidak terlarut {Al(OH) 3s}
merupakan buffer tanah pada pH 4-5.5
Bentuk : Soluble : Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+
Soild : Al(OH)3 (amorf)
Reaksi :
Al(OH)3 (amorf) + H+ AlOH2+ + H2O
K1=10-0.081
AlOH2+ + H+ Al(OH)2++ H2O
K2=104.7
Al(OH)2++ H+ Al3++ H2O
K3=105.0
Terlihat bahwa dissolusi Al dari bentuk padatan menjadi cair
mengkonsumsi ion H+ dan berperanan sebagai buffer dalam
memperlambat proses pengasaman.
Pada tanah pH netral, keterlarutan aluminium padat sangat
rendah. Misal pada pH 7 konsentrasi keseimbangan (Kw)
Al(OH)2+ dengan Al(OH)3 (amorf) adalah 8.3 x 10-7 M; jika pH
menjadi 5 maka konsentrasi Al(OH)2+ meningkat 8.3 x 10-5 M.
Pengukuran pH
Faktor yang mempengaruhi akurasi pengukuran pH : (1) nature
dan tipe dari bahan inorganik dan organik (2) perbandingan
tanah dengan larutan (3) kandungan garam (4) kandungan gas
CO2 pada tanah dan larutan (5) Eror yang terjadi baik ketika
menstandardisasi alat maupun larutan buffer-nya
Perbandingan tanah dengan larutan yang sering digunakan 1:1;
2:1; 10:1
Pengukuran pH menggunakan cara elektrometrik (misal pH
meter menggunakan glass elektroda) dan kalorimetrik (pH stick,
pasta pH, larutan pH universal)
5
PROPERTIES OF SOIL COLLOIDS
Koloid : Ukuran partikel semakin kecil luas permukaan akan
semakin besar.
Efeknya adalah proses-proses yang penting dalam tanah terjadi
misal penyerapan hara, penyerapan air
Koloid didominasi oleh mineral phyllosilicates, koloid organik,
hydrous oxides dari Fe, Al dan Mn
Clay Mineral
Swelling of Clay minerals
Terjadi jika air masuk ke dalam lapisan clay mineral sehingga
bertambah beberapa nanometer; akan meningkatkan volume
dari clay.
Untuk terjadinya swelling, air harus masuk ke interlayer.
Swelling artinya (1) pada interlayer memungkinkan proses
seperti KPK, penyerapan air. (2) clay akan mengembang
sehingga luas permukaan lebih besar per unit berat terhadap
larutan tanah sehingga lebih rekatif secara kimia.
Swelling tergantung pada tipe mineral, unit-layer charge of the
clay* dan sifat alami dari cation interlayer
Mineral 1:1
Satu permukaan adalah oksigen (dari tetrahedra), satu
permukaan adalah hydroxyl (dari oktahedra)
Oksigen merupakan elemen yang bersifat elektrofilik (electronloving)
Terjadi ikatan hidrogen (kalau tunggal lemah, tetapi banyak
akan sangat kuat) yang mencegah mineral 1:1 untuk
berkembang kerut
Mineral 2:1
Satu permukaan oksigen, permukaan yang lain juga oksigen
Pada mineral 2:1 unsubstitute, lapisan yang berdekatan akan
saring menarik karena adanya gaya van der Waals yang lemah
Pada mineral 2:1 substitute, layer yang berdekatan saling
menarik karena adanya tarikan pada kation interlayer dan gaya
van der Waals
6
Swelling akan sangat tergantung pada ikatan antar 2 lapisan
yang berdekatan. Pada mineral 2:1 unsubstitute ikatan tersebut
lemah sehingga air tidak masuk ke interlayer.
Mineral 2:1 unsubtitute secara alami bersifat hidrofobic (water
repelling). Karena tidak ada kation di interlayer yang menjadi
subyek untuk terhidrasi maka sifat hidrofilik-nya (water-loving)
terletak pada >SiOH (hasil dari ketidakteraturan kristal)
Pada mineral 2:1 substitute, affinitas tergantung dari tarikan
muatan negatif (pada 2 sisi) dengan kation interlayer. Derajad
ikatan merupakan fungsi dari banyaknya isomorphous
substitution dan ukuran kation interlayer terhidrasi
Jika affinitas layer ke kation interlayer kuat, akan terjadi air
tidak dapat masuk ke interlayer, menghidrasi kation interlayer
dan mengikat bagian hidrofilik. Jika affinitas lemah, air akan
masuk dan terjadi swelling karena meningkatnya hidrasi kation
interlayer dan pembasahan bagian hidrofilik. Hidrofilik pada
interlayer berupa penarikan/pengikatan air oleh kation sebagai
hidrasi air dan adanya >SiOH
Mika
Mempunyai unit-layer charge tinggi (k.l. 2) karena banyaknya
isomorphous substitution
Negatif charge diimbangi oleh adanya kation misal K atau Ca
Besarnya unit-layer charge menyebabkan kation terikat kuat, air
tidak dapat masuk sehingga tidak terjadi swelling dan kation
tidak dapat tertukar (non exchangeable) (kecuali ada
pelapukan)
Illit dan Vermiculites
Unit-layer charge rendah (1.0-1.5) sehingga bersifat hanya
mengikat kation ukuran tertentu saja dengan sangat kuat, air
tidak masuk dan mencegah swelling.
K+ dan NH4+ karena ukuran hidrasi kecil maka dapat masuk
“hole” (hole merupakan hasil dari ring pattern pada tetrahedron
dalam lembar terahedral). Karena itu, kation akan dekat dengan
sumber muatan negatif, jarak antar layer akan dekat sehingga
pengikatannya sangat kuat.
Ca+ dan Mg+ karena ukuran hidrasinya besar maka tidak dapat
masuk ke “hole”. Selain itu akan menyebabkan jarak antar layer
7
jauh sehingga penarikan kation rendah, air dapat masuk dan
terjadi swelling. Kation akan dapat terukar.
Illit ditemukan dalam tanah umumnya mengikat K+ sehingga
mineral ini tidak berswelling. Vermiculite sangat banyak
mengandung Ca+ dan Mg+ sehingga mineral ini berswelling.
Vermikulit tidak berswelling kalau kationnya tertukar oleh K.
Smectites
Mempunyai unit-layer charge rendah (0.5-0.9) sehingga
kekuatan penarikan lebih rendah dari illit, vermikulit dan mika
Kation akan terikat lemah dalam interlayer sehingga semua
kation akan mudah tertukar
Table. Comparative Properties of clay minerals
Properties
Montmorillonit
Illit
0.01-1.0
0.1-2.0
Size (M)
Total
Surface
Area
700-800
100-200
(m2/g)
External surface area
High
Medium
Internal surface area
Very high
Low to none
Plasticity
High
Medium
Cohesiveness
High
Medium
Swelling capacity
High
Low to none
CEC
80-100
15-25
Unit-Layer Charge
0.5-0.9
1.0-1.5
Kaolinit
0.1-5.0
5-20
Low
None
Low
Low
Low
3-15
0
ORGANIC COLLOIDS
Humus terdiri dari 2 senyawa utama yaitu substansi non humus
(misal lipid, amino acids, carbohydrates) dan subtansi humus
(merupakan senyawa amorf dengan berat molekul tinggi, warna
coklat sampai hitam, hasil pembentukan kedua dr dekomposisi)
Substansi humus dibagi menjadi :
a. Humic acid : warna gelap, amorf; dapat diekstraksi (larut) dengan
basa kuat, garam netral, tidak larut dalam asam; mengandung
gugus fungsional asam seperti phenolic dan carboxylic; aktif dalam
reaksi kimia; Berat Molekul (BM) 20.000-1.360.000
b. Fulvic acid : dapat diekstraksi dengan basa kuat gugus
fungsional asam; larut juga dalam asam mengandung gugus
fungsional basa; aktif dalam reaksi kimia; BM 275-2110
8
c. Humin : tidak larut dalam asam dan basa; BM terbesar; tidak aktif;
warna paling gelap
Table. Composition of humic and fulvic acids (percent)
Element
Humic acid
Fulvic acid
C
50-60
40-50
O
30-35
44-50
H
4-6
4-6
N
2-6
50% : dystrics (tanah kurang
subur). Penggolongan yang umum adalah (1) 60 : tinggi
KB (%) = konsentrasi kation basa tertentu x 100%
KPK (CEC)
12
Anion Exchange
Adsorbsi anion dikarenakan tarikan elektrostatik dari muatan
positif permukaan koloid atau reaksi spesifik anion dengan
permukaan adsorbsi (misal penggantian hidroksil dari
hidroksida logam)
Permukaan oksida-hidroksida logam (Fe dan Al hidroksida dan
oksida) dan juga muatan bergantung pH pada clay mineral
merupakan senyawa amphoter
Muatan sangat tergantung dari perubahan pH. Misalnya hematit
(Fe2O3) bermuatan netral pada pH mendekati 7. Jika pH lebih
dari 7 maka >FeOH akan terdisosiasi menghasilkan muatan
negaif dan ion hidrogen. Jika pH kurang dari 7 maka >FeOH
akan bereaksi dengan ion hidrogen sehingga menghasilkan
muatan positif yang akan menarik anion (lihat gambar)
Oksida-hidroksida logam sering berada sebagai mantel (coating)
bagi permukaan clay dan juga pada lapisan interlayer
Adsorption of Organic Compounds
Organic compounds : herbisida dan pestisida dapat dibedakan
secara kimia menjadi 3 : kation, netral, anion
Kemampuan clay mineral mengikat organic compound
tergantung dari kemampuan mineral untuk berswelling dan klas
dari organic compounds (bentuk kation, anion atau netral)
Adsorpsi dikarenakan adanya Coulombic attraction/electrostatic
dan dipole-induced dipole forces
Adsorpsi pada external surface (reversible) tidak kuat dibanding
pada interlayer (irreversible)
Organic netral : organic netral harus mempunyai derajad
polaritas. Semakin tinggi polaritas maka semakin mudah masuk
interlayer
Penyerapan organic compound oleh soil organic matter
dipengaruhi oleh pH dependent charge; bersifat reversible
(karena tidak ada interlayer)
13
Reaksi Tanah merupakan ukuran keasamaan dan kebasaan
larutan tanah
pH = - log (H+)
pH tanah merupakan indikator pelapukan tanah, kandungan
mineral dalam batuan induk, lama waktu dan intensitas
pelapukan, terutama pelindihan kation-kation basa dari tanah
Tanah asam banyak mengandung H yang dapat ditukar, sedang
tanah alkalis banyak mengandung basa dapat ditukar
pH > 7 Ca dan Mg bebas; pH>8.5 pasti terdapat Na tertukar
Kandungan unsur-unsur hara seperti besi, copper, fosfor, Zn,
dan hara lainnya serta substansi toksik (Al 3+, Pb2+) dikontrol oleh
pH. Kandungan Al3+, Pb2+ akan berpengaruh sedikit bagi
pertumbuhan tanaman pada tanah alkali calcareous tapi akan
sangat serius pada tanah asam.
Nutrient seperti P banyak tersedia (optimum) pada pH asam
sampai netral, dan akan sedikit pada pH dibawah atau diatas
nilai optimum tersebut
Nutrient availability sangat tergantung pH yaitu :
Pada pH rendah (< 5,5) :
a. P : terikat oleh Al dan Fe membentuk senyawa yang tidak
tersedia bagi tanaman
b. Micronutrient : semua micronutrients kecuali Mo akan lebih
tersedia; deficiency jarang terjadi pada pH8.5 mengindikasikan persentase exchangeable
sodium > 15 dan kemungkinan problema pembentukan
struktur dan reklamasi lahan
d. Nitrifikasi : menghambat nitrifikasi
e. Micronutrients : ketersediaan akan berkurang dengan
meningkatkan pH kecuali Mo
1
Faktor yang mempengaruhi pH tanah adalah tipe vegetasi,
jumlah curah hujan, drainase tanah internal, dan aktivitas
manusia
General Process
1. Peranan Air
Air berperanan penting dalam sistem aqueous baik sebagai
pelarut maupun dalam reaksi asam-basa
Air akan terhidrolisa menjadi ion hidronium (H 3O+) atau sering
ditulis sebagai ion hidrogen, dan ion hidroksil (OH-)
2H2O H3O+ + OHatau
H2O H+ + OH- Kw = 10-14 pada 25°C
Dimana : Kw = konstanta equilibrium untuk hidrolisa air
Kw = (H+)(OH-) = 10-14
Dalam bentuk logaritma :
Log (H+) + log (OH-) = -14
Apabila : p = -log dan pH = -log (H+) maka : pH + pOH = 14
2. Asam dan Basa (Lemah, Kuat) dan Garam
Asam dan basa kuat adalah asam dan basa yang terdisosiasi
secara sempurna menjadi kation dan anion misalnya asam
sulfur (H2SO4) merupakan asam kuat
Asam dan basa lemah adalah asam dan basa yang terdisosiasi
secara tidak sempurna menjadi kation dan anion misalnya
asam karbonat (H2CO3) merupakan asam lemah
Teladan :
Asam kuat H2SO4 (sulfuric acid)
H2SO4 HSO4- + H+
Ka1 = 101.98
HSO4- SO42- + H+
Ka2 = 10-1.98
Dimana Ka1 dan Ka2 merupakan konstanta disosiasi.
Ka2 = {SO42-} {H+} = 10-1.98
[HSO4-]
Jika (H+)= Ka2 atau pH = 1.98, konsentrasi SO 42- dan HSO4- akan
sama. Pada pH lebih dari 1.98 H 2SO4 akan terdisosiasi sempurna
menjadi SO42- dan H+. artinya jika asam sulfuric ditambahkan ke
tanah pada pH lebih dari 1.98 maka asam sulfuric akan
2
terdisosiasi sempurna menjadi ion sulfat dan ion hidrogen. Atau
dengan kata lain jika ion sulfat ditambahkan pada pH kurang dari
1.98 maka akan bereaksi dengan air membentuk asam sulfuric.
Proses yang menghasilkan keasaman tanah
a. karbon dioksida hasil dari dekomposisi seresah akan terlarut
dalam air akan bereaksi dengan molekul air menghasilkan asam
karbonat
CO2(gas) CO2 (aq) K1 = 10-1,41
CO2 (aq) + H2O H2CO3 K2 = 10-2,62
b. asam-asam organik hasil dekomposisi
c. H+ yang dilepas oleh akar tanaman dan organisme yang lain
pada waktu pengambilan hara. Prinsip elektroneutrality adalah
pengambilan kation oleh akar harus diimbangi dengan
pengambilan anion atau dengan pelepasan ion hidrogen atau
kation lain
d. Oksidasi dari substansi tereduksi sepeti mineral sulfida, bahan
organik, fertilizer yang mengandung ammonium
Proses yang menghasilkan kebasaan tanah
1. Reduksi dari Ferri, mangan, dan oxidized substances
membutuhkan H+ atau melepas OH- dan meningkatkan pH
(terjadi pada tanah yang aerasinya jelek)
Misal : Fe(OH)3 (amorf) + e- Fe(OH)2 (amorf) + OH2. Pengambilan kation oleh akar tanaman, kemudian setelah
tanaman mati maka akan terdeposisi di permukaan tanah
PH tanah dikontrol oleh berbagai mekanisme. Sebagian
mekanisme adalah sumber langsung H + dan atau OH- dan
sebagian bekerja dengan bereaksi dengan H+ dan atau OHuntuk buffer pada larutan tanah.
Mekanisme tersebut adalah : (1) oksidasi dan reduksi besi,
mangan dan senyawa sulfur (2) dissolution dan presipitasi
mineral tanah (3) Reaksi gas misal CO 2 dengan larutan tanah (4)
dissosiasi grup asam lemah pada tepi lempung silikat, hidrous
oksida, atau substansi humus (5) reaksi ion-exchange
Table. Mechanism that control soil pH
Soil pH range
Major Mechanism(s) controlling soil pH
2-4
Oxidation of Pyrite and other reduced sulfur
3
4-5.5
5.5-6.8
6.8-7.2
7.2-8.5
8.5-10.5
minerals; dissolution of soil minerals
Exchangeable Al3+ and its dissociate hydroxy
ions; exchangeable H+
exchangeable H+; weak acid groups associated
with soil minerals and humic substances;
dissolved CO2 (gas) and other aqueous species
of dissolved CO2 (gas)
Weak acid groups on humic subtances and soil
minerals
Dissolution of solid divalen carbonates, such
as CaCO3 (calcite)
Exchangeable Na+ under normal salt condition;
dissolution of solid Na2CO3 (s)
Oksidasi senyawa sulfur tereduksi
Tanah yang mengandung sulfur tereduksi, misalnya pirit (FeS 2)
apabila teroksidasi menghasilkan ion H + yang dilepas ke larutan
tanah
2FeS2 + 7.5O2(gas) + 4H2O Fe2O3(hematit)+8H+ + 4SO42 Oksidasi senyawa sulfur tereduksi ini (juga terjadi pada tanah
pH netral) dibantu oleh bakteri khemoautotrof misalnya
Thiobacillus ferroxidans.
Proses ini akan alami (abiotik) apabila tanah mempunyai pH
sekitar atau kurang dari 3.5; reaksinya sbb :
8Fe3+ + S2- + 4H2O 8Fe2+ + SO42- + 8H+
Sumber keasaman pada tanah ini adalah oksidasi darai reduksi
sulfur dimana lajunya tergantung pada kecepatan oksidasi dan
mekanisme oksidasi kemis
4
Exchangeable Al (Al tertukar/Aldd)
Trivalen aluminium merupakan kation basa lemah sehingga
mampu menghidrolisa air menghasilkan ion hidrogen
Kombinasi Al3+, hidrolisis, basa lemah tidak terlarut {Al(OH) 3s}
merupakan buffer tanah pada pH 4-5.5
Bentuk : Soluble : Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+
Soild : Al(OH)3 (amorf)
Reaksi :
Al(OH)3 (amorf) + H+ AlOH2+ + H2O
K1=10-0.081
AlOH2+ + H+ Al(OH)2++ H2O
K2=104.7
Al(OH)2++ H+ Al3++ H2O
K3=105.0
Terlihat bahwa dissolusi Al dari bentuk padatan menjadi cair
mengkonsumsi ion H+ dan berperanan sebagai buffer dalam
memperlambat proses pengasaman.
Pada tanah pH netral, keterlarutan aluminium padat sangat
rendah. Misal pada pH 7 konsentrasi keseimbangan (Kw)
Al(OH)2+ dengan Al(OH)3 (amorf) adalah 8.3 x 10-7 M; jika pH
menjadi 5 maka konsentrasi Al(OH)2+ meningkat 8.3 x 10-5 M.
Pengukuran pH
Faktor yang mempengaruhi akurasi pengukuran pH : (1) nature
dan tipe dari bahan inorganik dan organik (2) perbandingan
tanah dengan larutan (3) kandungan garam (4) kandungan gas
CO2 pada tanah dan larutan (5) Eror yang terjadi baik ketika
menstandardisasi alat maupun larutan buffer-nya
Perbandingan tanah dengan larutan yang sering digunakan 1:1;
2:1; 10:1
Pengukuran pH menggunakan cara elektrometrik (misal pH
meter menggunakan glass elektroda) dan kalorimetrik (pH stick,
pasta pH, larutan pH universal)
5
PROPERTIES OF SOIL COLLOIDS
Koloid : Ukuran partikel semakin kecil luas permukaan akan
semakin besar.
Efeknya adalah proses-proses yang penting dalam tanah terjadi
misal penyerapan hara, penyerapan air
Koloid didominasi oleh mineral phyllosilicates, koloid organik,
hydrous oxides dari Fe, Al dan Mn
Clay Mineral
Swelling of Clay minerals
Terjadi jika air masuk ke dalam lapisan clay mineral sehingga
bertambah beberapa nanometer; akan meningkatkan volume
dari clay.
Untuk terjadinya swelling, air harus masuk ke interlayer.
Swelling artinya (1) pada interlayer memungkinkan proses
seperti KPK, penyerapan air. (2) clay akan mengembang
sehingga luas permukaan lebih besar per unit berat terhadap
larutan tanah sehingga lebih rekatif secara kimia.
Swelling tergantung pada tipe mineral, unit-layer charge of the
clay* dan sifat alami dari cation interlayer
Mineral 1:1
Satu permukaan adalah oksigen (dari tetrahedra), satu
permukaan adalah hydroxyl (dari oktahedra)
Oksigen merupakan elemen yang bersifat elektrofilik (electronloving)
Terjadi ikatan hidrogen (kalau tunggal lemah, tetapi banyak
akan sangat kuat) yang mencegah mineral 1:1 untuk
berkembang kerut
Mineral 2:1
Satu permukaan oksigen, permukaan yang lain juga oksigen
Pada mineral 2:1 unsubstitute, lapisan yang berdekatan akan
saring menarik karena adanya gaya van der Waals yang lemah
Pada mineral 2:1 substitute, layer yang berdekatan saling
menarik karena adanya tarikan pada kation interlayer dan gaya
van der Waals
6
Swelling akan sangat tergantung pada ikatan antar 2 lapisan
yang berdekatan. Pada mineral 2:1 unsubstitute ikatan tersebut
lemah sehingga air tidak masuk ke interlayer.
Mineral 2:1 unsubtitute secara alami bersifat hidrofobic (water
repelling). Karena tidak ada kation di interlayer yang menjadi
subyek untuk terhidrasi maka sifat hidrofilik-nya (water-loving)
terletak pada >SiOH (hasil dari ketidakteraturan kristal)
Pada mineral 2:1 substitute, affinitas tergantung dari tarikan
muatan negatif (pada 2 sisi) dengan kation interlayer. Derajad
ikatan merupakan fungsi dari banyaknya isomorphous
substitution dan ukuran kation interlayer terhidrasi
Jika affinitas layer ke kation interlayer kuat, akan terjadi air
tidak dapat masuk ke interlayer, menghidrasi kation interlayer
dan mengikat bagian hidrofilik. Jika affinitas lemah, air akan
masuk dan terjadi swelling karena meningkatnya hidrasi kation
interlayer dan pembasahan bagian hidrofilik. Hidrofilik pada
interlayer berupa penarikan/pengikatan air oleh kation sebagai
hidrasi air dan adanya >SiOH
Mika
Mempunyai unit-layer charge tinggi (k.l. 2) karena banyaknya
isomorphous substitution
Negatif charge diimbangi oleh adanya kation misal K atau Ca
Besarnya unit-layer charge menyebabkan kation terikat kuat, air
tidak dapat masuk sehingga tidak terjadi swelling dan kation
tidak dapat tertukar (non exchangeable) (kecuali ada
pelapukan)
Illit dan Vermiculites
Unit-layer charge rendah (1.0-1.5) sehingga bersifat hanya
mengikat kation ukuran tertentu saja dengan sangat kuat, air
tidak masuk dan mencegah swelling.
K+ dan NH4+ karena ukuran hidrasi kecil maka dapat masuk
“hole” (hole merupakan hasil dari ring pattern pada tetrahedron
dalam lembar terahedral). Karena itu, kation akan dekat dengan
sumber muatan negatif, jarak antar layer akan dekat sehingga
pengikatannya sangat kuat.
Ca+ dan Mg+ karena ukuran hidrasinya besar maka tidak dapat
masuk ke “hole”. Selain itu akan menyebabkan jarak antar layer
7
jauh sehingga penarikan kation rendah, air dapat masuk dan
terjadi swelling. Kation akan dapat terukar.
Illit ditemukan dalam tanah umumnya mengikat K+ sehingga
mineral ini tidak berswelling. Vermiculite sangat banyak
mengandung Ca+ dan Mg+ sehingga mineral ini berswelling.
Vermikulit tidak berswelling kalau kationnya tertukar oleh K.
Smectites
Mempunyai unit-layer charge rendah (0.5-0.9) sehingga
kekuatan penarikan lebih rendah dari illit, vermikulit dan mika
Kation akan terikat lemah dalam interlayer sehingga semua
kation akan mudah tertukar
Table. Comparative Properties of clay minerals
Properties
Montmorillonit
Illit
0.01-1.0
0.1-2.0
Size (M)
Total
Surface
Area
700-800
100-200
(m2/g)
External surface area
High
Medium
Internal surface area
Very high
Low to none
Plasticity
High
Medium
Cohesiveness
High
Medium
Swelling capacity
High
Low to none
CEC
80-100
15-25
Unit-Layer Charge
0.5-0.9
1.0-1.5
Kaolinit
0.1-5.0
5-20
Low
None
Low
Low
Low
3-15
0
ORGANIC COLLOIDS
Humus terdiri dari 2 senyawa utama yaitu substansi non humus
(misal lipid, amino acids, carbohydrates) dan subtansi humus
(merupakan senyawa amorf dengan berat molekul tinggi, warna
coklat sampai hitam, hasil pembentukan kedua dr dekomposisi)
Substansi humus dibagi menjadi :
a. Humic acid : warna gelap, amorf; dapat diekstraksi (larut) dengan
basa kuat, garam netral, tidak larut dalam asam; mengandung
gugus fungsional asam seperti phenolic dan carboxylic; aktif dalam
reaksi kimia; Berat Molekul (BM) 20.000-1.360.000
b. Fulvic acid : dapat diekstraksi dengan basa kuat gugus
fungsional asam; larut juga dalam asam mengandung gugus
fungsional basa; aktif dalam reaksi kimia; BM 275-2110
8
c. Humin : tidak larut dalam asam dan basa; BM terbesar; tidak aktif;
warna paling gelap
Table. Composition of humic and fulvic acids (percent)
Element
Humic acid
Fulvic acid
C
50-60
40-50
O
30-35
44-50
H
4-6
4-6
N
2-6
50% : dystrics (tanah kurang
subur). Penggolongan yang umum adalah (1) 60 : tinggi
KB (%) = konsentrasi kation basa tertentu x 100%
KPK (CEC)
12
Anion Exchange
Adsorbsi anion dikarenakan tarikan elektrostatik dari muatan
positif permukaan koloid atau reaksi spesifik anion dengan
permukaan adsorbsi (misal penggantian hidroksil dari
hidroksida logam)
Permukaan oksida-hidroksida logam (Fe dan Al hidroksida dan
oksida) dan juga muatan bergantung pH pada clay mineral
merupakan senyawa amphoter
Muatan sangat tergantung dari perubahan pH. Misalnya hematit
(Fe2O3) bermuatan netral pada pH mendekati 7. Jika pH lebih
dari 7 maka >FeOH akan terdisosiasi menghasilkan muatan
negaif dan ion hidrogen. Jika pH kurang dari 7 maka >FeOH
akan bereaksi dengan ion hidrogen sehingga menghasilkan
muatan positif yang akan menarik anion (lihat gambar)
Oksida-hidroksida logam sering berada sebagai mantel (coating)
bagi permukaan clay dan juga pada lapisan interlayer
Adsorption of Organic Compounds
Organic compounds : herbisida dan pestisida dapat dibedakan
secara kimia menjadi 3 : kation, netral, anion
Kemampuan clay mineral mengikat organic compound
tergantung dari kemampuan mineral untuk berswelling dan klas
dari organic compounds (bentuk kation, anion atau netral)
Adsorpsi dikarenakan adanya Coulombic attraction/electrostatic
dan dipole-induced dipole forces
Adsorpsi pada external surface (reversible) tidak kuat dibanding
pada interlayer (irreversible)
Organic netral : organic netral harus mempunyai derajad
polaritas. Semakin tinggi polaritas maka semakin mudah masuk
interlayer
Penyerapan organic compound oleh soil organic matter
dipengaruhi oleh pH dependent charge; bersifat reversible
(karena tidak ada interlayer)
13