//
you're reading...
Kesuburan Tanah dan Nutrisi Tanaman 2

Semester 3. Sifat Larutan dan Koloid Serta Hubungangannya Terhadap Intensitas Ion dan Kesuburan Tanah.

SIFAT LARUTAN

Proses umum

  1. 1.      Peranan Air
  • Air berperanan penting dalam sistem aqueous baik sebagai pelarut maupun dalam reaksi asam-basa
  • Air akan terhidrolisa menjadi ion hidronium (H3O+) atau sering ditulis sebagai ion hidrogen, dan ion hidroksil (OH)

2H2O             H3O+ + OH

atau

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

 

  1. 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
  • Contoh:

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 SO42- dan HSO4 akan sama. Pada pH lebih dari 1.98 H2SO4 akan terdisosiasi sempurna menjadi SO42- dan H+. artinya jika asam sulfuric ditambahkan ke tanah pada pH lebih dari 1.98 maka asam sulfuric akan 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

  1. 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

  1. asam-asam organik hasil dekomposisi
  2. 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
  3. 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) + OH

2. 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 OH untuk 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 CO2 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 minerals; dissolution of soil minerals

4-5.5

Exchangeable Al3+ and its dissociate hydroxy ions; exchangeable H+

5.5-6.8

exchangeable H+; weak acid groups associated with soil minerals and humic substances; dissolved CO2 (gas) and other aqueous species of dissolved CO2 (gas)

6.8-7.2

Weak acid groups on humic subtances and soil minerals

7.2-8.5

Dissolution of solid divalen carbonates, such as CaCO3 (calcite)

8.5-10.5

Exchangeable Na+ under normal salt condition; dissolution of solid Na2CO3 (s)

 

Oksidasi senyawa sulfur tereduksi

±  Tanah yang mengandung sulfur tereduksi, misalnya pirit (FeS2) 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 chemis

 

Exchangeable Al (Al tertukar/Aldd)

F Trivalen aluminium merupakan kation basa lemah sehingga mampu menghidrolisa air menghasilkan ion hidrogen

F Kombinasi Al3+, hidrolisis, basa lemah tidak terlarut {Al(OH)3s} merupakan buffer tanah pada pH 4-5.5

F   Bentuk : Soluble : Al3+, AlOH2+, Al(OH)2+

Soild : Al(OH)3 (amorf)

F 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

F Terlihat bahwa dissolusi Al dari bentuk padatan menjadi cair mengkonsumsi ion H+ dan berperanan sebagai buffer dalam memperlambat proses pengasaman.

F 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)               Error yang terjadi baik ketika menstandardisasi alat maupun larutan buffer-nya

 

¨      Perbandingan tanah dengan larutan yang sering digunakan 1:1; 2,5:1; 10:1

¨      Pengukuran pH menggunakan cara elektrometrik (misal pH meter menggunakan glass elektroda) dan kalorimetrik (pH stick, pasta pH, larutan pH universal)

 

SIFAT 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
  • Tersuspensi dalam air
  • Bermuatan positif atau negatif

 

KOLOID TANAH

Koloid anorganik

Sifat kembang kerut mineral lempung

  • 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 (electron-loving)
  • 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
  • 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 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

Kaolinit

Size (M)

0.01-1.0

0.1-2.0

0.1-5.0

Total Surface Area (m2/g)

700-800

100-200

5-20

External surface area

High

Medium

Low

Internal surface area

Very high

Low to none

None

Plasticity

High

Medium

Low

Cohesiveness

High

Medium

Low

Swelling capacity

High

Low to none

Low

CEC

80-100

15-25

3-15

Unit-Layer Charge

0.5-0.9

1.0-1.5

0

 

 

Koloid organik

 

  • 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 :
  1. 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
  2. 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
  3. 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

<2-6

S

0-2

0-2

Source : F.J. Stevenson, Humus Chemistry :

Genesis, Composition, Reaction, 1982

à          Humic acid dan Fulvic acid merupakan koloid hidrofilik sehingga mempunyai affinitas tinggi thd air; mempunyai muatan negatif karena adanya disosiasi gugus fungsional karboksil dan phenolic. Muatan negatif akan dinetralisir oleh kation misalnya Ca2+ dan Mg2+

à        Substansi humus mempunyai kontribusi dalam pertukaran anion dan kation, kompleks atau khelat beberapa ion logam, berpera sebagai pH buffer; pembentukan horison tanah, pembentukan struktur tanah melalui sementasi, sebagai mantel (coat) partikel sehingga tidak dapat terlapukkan

 

Adsorption

Adsorpsi adalah proses yang atom, molekul, atau ion yang diambil dan disimpan pada permukaan padatan kimia atau fisik mengikat (misalnya, adsorpsi kation oleh mineral bermuatan negatif) (Glossary of Soil Science Terms, SSSA, 1987

 

  • Berbagai gaya yang mempengaruhi adsorpsi adalah :
  1. a.    van der Waals forces
  2. Coulombic or Electrostatic Attraction : gaya elektrostatik yang dihasilkan dari tarik menarik antara 2 ion yang berbeda muatan, contohnya tarik menarik kation dengan muatan negatif pada clay minerals
  3. Charge Trasfer : terjadi karena adanya kompleks donor-acceptor antara molekul electron-donor dan molekul electron-acceptor. Contohnya : ikatan hidrogen dan ikatan 
  4. d.    Dipole-Dipole and Dipole-Induced Dipole. Dipole adalah molekul yang mempunyai muatan positif dan negatif yang dipisahkan oleh jarak tertentu (misal molekul air). Hasilnya adalah unequal sharing of electrons

 

Cation Exchange Capacity (CEC/KPK)

  • Merupakan hasil netralisasi muatan negatif koloid tanah
  • Kation diikat oleh permukaan koloid dengan Coulombic attraction, van der Waals forces, dan induced dipoles
  • Model pertukaran kation.

1. Kation mempunyai energi panas sehingga terdapat seperti hemisphere of motion disekitar permukaan koloid

  • Pertukaran kation terjadi apabila ion yang berada dalam larutan tanah bergerak ke hemisphere motion (hemisphere motion dihasilkan oleh kation yang terikat oleh koloid) suatu kation bertepatan dengan kation tersebut jaraknya jauh dari permukaan koloid. Akhirnya ion tadi tertangkap oleh muatan negatif sedang kation akan bergerak ke larutan tanah
  • Faktor yang berpengaruh terhadap distribusi kation antara larutan tanah dengan permukaan koloid adalah (1) konsentrasi kation dalam larutan tanah, (2) valensi dari kation yang tertukar, (3) hydrated-size dari kation, (4) kepadatan muatan pada permukaan koloid

2. Model 2 : Mass-Action Model

  • Misal, 2Na-clay + Ca2+ (aq)  Ca-clay + 2 Na+ (aq)
  • Apabila konsentrasi Ca2+ (aq) pada larutan tanah meningkat maka reaksi bergerak ke kanan, sehingga konsentrasi Ca pada clay meningkat sambil melepaskan ion Na ke larutan tanah.
  • Jika konsetrasi ion Ca menurun, maka reaksi bergerak ke kiri sehingga ion Ca terlepas ke larutan tanah

±  KPK berguna untuk mengetahui kesuburan tanah, kemungkinan pemberian pupuk, mengethaui tipe clay mineral

±  Pengukuran KPK dengan menggunakan (1) 1 M ammonium acetate pada pH 7 dan (2) 0.25 barium chloride dengan triethanolamine pada pH 8.2 (see Hardjowigeno, 1987 p. 65-66; Sanchez, 1976 for further explanation)

±  KPK dinyatakan dalam me/100 gr tanah atau me/100 gr clay

Table. CEC Values of clay minerals and organic matter

 

Type

Lattice

Nutrient Reserves

Approximate CEC at pH 7

(me/100 g of clay)

Kaolinite and Halloysite

1:1

Few Nutrient Reserves

< 10

Illite

2:1

Reserves of potassium

15-40

Montmorillonite

2:1

Generally with reserves of  Mg, K, Fe, etc

80-100

Vermiculite

2:1

Generally with reserves of Mg, K, Fe, etc

About 100

Organic matter

About 200

Source : Landon, 1984

 

±  Untuk tanah dengan BO rendah, KPK diekspresikan sebagai proporsi dari clay:

KPK (me/100 g clay) = KPK (me/100 g tanah)  x 100% clay

 

±   Satu ekuivalen merupakan jumlah yang setara dengan 1 g hidrogen. Jumlah atom dalam setiap ekuivalen = 6.02 x 1023

1 me = 1 mg H = 6.02 x 1020

1 me dapat diubah menjadi satuan berat misal ppm.

±  Contoh

1 me H = 1 mg (BA H = 1; valensi 1)

1me Na = 23 mg (BA Na = 23; valensi 1)

1 me Ca = 40/2 (BA Ca = 40; valensi 2)

Bila,

K = 0,6 me/100 g = 0,6 x 39 mg/100 g

= 23,4 mg/100.000 mg

= 234 mg/1.000.000 mg

= 234 ppm

 

Kejenuhan Basa/KB (Base Saturation)

  • Konsentrasi suatu kation dikontrol oleh konsentrasi kation tersebut terhadap konsentrasi semua kation pada kompleks pertukaran
  • Misal konsentrasi H+ merupakan fungsi dari perbandingan H+ dengan semua kation pada kompleks pertukaran
  • Note : H+ dapat diproduksi dengan menghidrolisis air dengan Al3+ umumnya terjadi pada tanah dengan pH<5.5 (Lihat exchangeable Al). Jadi konsentrasi H+ pada kompleks pertukaran merupakan fungsi pertukaran H+ dan Al3+.
  • Maka, H+ dan Al3+ merupakan kation asam (acidic cations) sedang Ca2+, Mg2+, Na+, K+, atau NH4+ merupakan kation basa (basic cation)
  • Kejenuhan basa menunjukkan kesuburan tanah. Menurut FAO-UNESCO (1974): KB berdasar extraksi ammonium acetate pada kedalaman 20-50 cm digolongkan menjadi

(1) > 50% : eutric (tanah subur)

(2)> 50% : dystrics (tanah kurang subur).

Penggolongan yang umum adalah

(1) <20 : rendah    (2) 20-60 sedang,        (3) >60 : tinggi

 

Kejenuhan basa biasanya dapat digunakan sebagai indikasi kesuburan tanah.

Tanah sangat subur à derajat kejenuhan basa ≥ 80%,

Tanah kesuburan sedang à derajat kejenuhan basa 50 % – 80 %

Tanah tidak subur à derajat kejenuhan basa ≤ 50 %

 

  • KB (%) = konsentrasi kation basa tertentu x 100%
  • KPK (CEC)

 

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)

Daftar Pustaka

Sutanto Rachman, 2005. Dasar Dasar Ilmu Tanah, Konsep dan kenyataan. Penerbit          kanisius.Yogyakarta

http://www.acehpedia.org/Mengevaluasi_Status_Kesuburan_Tanah

http://agrica.wordpress.com/2008/12/31/koloid-tanah/

http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_koloid

http://www.ipb.ac.id/jurusan tanah/kimia tanah/

http://kimia.ugm.edu/tanah/htm

http://bennymorigan.blogspot.com/2008/03/penentuan-tekanan-osmosis-cairan-

sel.html

 

 

About bondaneddyana

Menyukai membuat laporan, presentasi kegiatan atau laporan, penghitungan data - data

Discussion

No comments yet.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: