KIMIA TANAH

Topik VKuliah minggu 9.

Pertukaran Ion di dalam Tanah

ASSALAMU’ALAIKUMASSALAMU’ALAIKUM WWrr..wwBB

PERTUKARAN KATION

• Definisi Kapasitas Tukar Kation (KTK) adalah kapasitas tanah menjerap dan mempertukarkan kation.

• Istilah pertukaran kation (cation exchange) lebih tepat daripada istilah pertukaran basa-basa (base exchange) karena ion H+ tidak termasuk basa juga berperan dalam pertukaran kation.

• Sumber dari sifat-sifat pertukaran ion adalah pembentukan muatan (charge).

• Asal muatan negatif yanah : a. Substitusi isomorfik. - penggantian kation bervalensi tinggi oleh kation bervalensi rendah. - radius atomnya relatif sama - terutama pada mineral liat tipe 2 : 1

Contoh : Si4+ oleh Al3+ (pada Si-tetraeder)

Al3+ oleh Mg2+ (pada Al-oktaeder)

O2- Si4+ O2- menghasilkan muatan nol (tanpa substitusi, tanpa muatan)

O2- Al3+ O2- menghasilkan muatan negatif ( Si4+ disubstitusi Al3+, timbul 1 muatan negatif)

b. Ionisasi gugus hidroksil pada pinggiran patahan lempeng silikat dan aluminium

c. Ionisasi atau disosiasi hidrogen dari gugus karboksilat dan fenolat.

R-COOH R-COO- + H+ pH < 7

R-OH R-O- + H+ pH > 9

Hukum aksi massa

CH3COOH CH3COO- + H+ pKa = 4,75 (Ka = 10-4,75)

( CH3COO- ) ( H+ ) Ka = ------------------------- ( CH3COOH )

( CH3COO- ) ( H+ ) 10-4,75 = ------------------------- ( CH3COOH )

10-4,75 (CH3COO-)------- = ------------------- = 1 (setimbang)( H+ ) (CH3COOH)

10-4,75 = --------- 10-4,75 (H+) = 10-4,75

pH = - log 10-4,75 = 4,75

Bila pH dinaikkan menjadi 6

(CH3COO-) 10-4,75

------------------- = -------- > 1 (CH3COOH) 10-6

Artinya reaksi ke kanan membentuk CH3COO- dan H+

Jika AB A + B

K > 1 : reaksi berlangsung ke kananK = 1 : konsentrasi yang sama dari A, B dan ABK < 1 : reaksi berlangsung kekiri

Jerapan Kation oleh Koloid Tanah

• Karena gaya elektrosyayis pada permukaan liat

• Urutan mudah tidaknya kation dijerap : Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+

Mg2+ < Ca2+ < Ba2+

Secara umum : M+ < M2+ < M3+

Nilai KTK tergantung pada :

a. pH Pada pH rendah hanya muatan tetap liat dan sebagian muatan koloid organik yang dapat mempertukarkan kation.

Pada pH tinggi , H+ yang diikat koloid organik atau liat berionisasi sehingga KTK meningkat.

b. Tektur Makin halus tekstur maka KTK meningkat karena luas

permukaan efektif meningkat

Tabel. KTK beberapa tanah di Indonesia dengan tekstur berbeda (Soepardi, 1979).

Tabel. KTK beberapa tanah di Indonesia dengan tekstur berbeda (Soepardi, 1979).

-------------------------------------------------------------------------------- Tekstur KTK (me/100 g)--------------------------------------------------------------------------------

Lempung berdebu 8,1Lempung liat berdebu 22,9Liat berdebu 38,8Lempung liat berdebu 51,2 (tekstur, bahan organik tinggi dan jenis mineral liat)

--------------------------------------------------------------------------------

Ukuran dan luas permukaan 3 tipe liat silikat utama

--------------------------------------------------------------------------------------------Ciri Monmorilonit Illit Kaolinit--------------------------------------------------------------------------------------------

Ukuran (um) 0,01 – 1,0 0,1 – 2,0 0,1 – 5,0

Perm. Spesifik 700 - 800 100 – 200 5 - 20(m2/g)

Perm. Dalam sangat luas sedang tidak ada

KTK (me/100 g) 80 – 100 10 – 40 2 – 15

--------------------------------------------------------------------------------------------

c. Jenis mineral liat Tabel. KTK berbagai mineral liat dan humus ( Tan, 1982).-----------------------------------------------------------------------------------------------Mineral liat dan humus KTK (me/100 g)-----------------------------------------------------------------------------------------------Vermikulit 100 – 150Montmorilonit 70 – 95Illit 10 – 40Kaolinit 3 – 15Humus 200-----------------------------------------------------------------------------------------------

d. Bahan organik tinggi maka KTK meningkat

e. Pengapuran dan pemupukan : berkaitan dengan perubahan pH mengakibatkan perubahan muatan negatif sehingga KTK

berubah.

PERTUKARAN ANION

• Definisi P. A. : Proses yang reversibel, di mana anion-anion dijerap dan dipertukarkan antara fase-fase padat dan fase cair dan antara fase-fase padat yang bersinggungan sangat dekat.

• Kapasitas tukar anion:

- pada kebanyakan tanah sangat rendah - dominan pada tanah-tanah sangat masam

• Pengaruh pertukaran anion yang sangat nyata adalah menyebabkan sejumlah hara tertentu (misal P) menjadi tidak tersedia untuk tanaman (fiksasi oleh koloid tanah).

• Anion yang telah dijerap biasanya lebih sukar untuk dipertukarkan kembali sehingga akan mempengaruhi kesuburan tanah (dalam penyediaan hara tanaman).

• Asal usul muatan positif

1. Gugus-gugus Oh pada lapis oktaeder (Al---OH) dengan menerima proton (H+) maka muncul muatan positif

Al---OH + H+ Al—OH2+

(asam)

• Mekanismenya: dengan menurunnya pH tanah maka disosiasi H+ dari gugus OH terbuka akan berkurang. Dengan demikian muatan listrik negatif juga makin berkurang hingga pada suatu pH tertentu muatan listrik jadi nol atau mineral liat menjadi netral.

• Nilai pH di mana muatan listrik = 0, disebut Muatan Titik Nol = MTN atau Zero Point Charge (ZPC) = Titik Iso Elektrik dengan simbol pH0

• Bila pH tanah menurun atau < pH0, maka ion-ion H+ akan Diadsorpsi oleh gugus OH terbuka dan koloid-koloid tanah menjadi muatan positif.

• determinasi (penentuan) muatan negatif, positif dan netral dengan cara pengukuran pH H2O dan pH KCl (1 N)

• delta pH = pH H2O - pH KCl

pH H2O > pH KCl maka muatan negatif

pH H2O = pH KCl maka muatan netral

pH H2O < pH KCl maka muatan positif

2. Protonasi pada gugus fungsional pada humus

R – OH + H+ [R – OH2]+

R – NH2 + H+ [R – NH3]+

Adsorpsi anion oleh koloid tanah

1. Adsorpsi negatif (anion repulsion) : penolakan terhadap anion.

2. Adsorpsi positif.

Adsorpsi Negatif

a. Terjadi pada permukaan koloid yang bermuatan (-).

b. Dominasi Kation

Penolakan anion dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:

1.Muatan dan kepekatan anion

2.Reaksi tanah

3.Adanya anion lain

Adsorpsi Positif

Adsorpsi positif yaitu terjerapnya dan terakumulasinya anion pada permukaan koloid yang bermuatan positif (penolakan kation oleh permukaan yang bermuatan (+) / negative adsorption of cautions).

Umumnya KTA < KTK

Bolt (1976),Lyotropic series : Urutan kekuatan jerapan anion.

SiO44- > PO4

3- > SO42- > NO3

- / Cl

Pada pH >6 : jerapan positif terhadap SO4 = 4 cl sangat kecil.