silikat sekunder

Universitas Gadjah Mada 43

6) Silikat Sekunder

6.1) Struktur

Struktur lempung silikat serupa dengan struktur silikat primer eg. silikat lembaran

(sheet silicate). Mineral sekunder terdiri atas lembaran silikon tetrahedral, lembaran

aluminium hidroksida, dan atau lembaran magnesium hidroksida. Pada kondisi pelapukan

Iemah, mineral sekunder dapat merupakan warisan berupa fragmen berukuran koloid dari

lapisan silikat primer sepert mika. Dibawah lingkungan pelapukan yang lebih kuat, mineral

primer dapat mengalami transformasi menjadi mineral lempung sekunder, sebagaimana

terbentuknva hidrous-mica dan vermicullite akibat terlindinya K (interlayer) dari mika primer.

Neoformasi mineral lempung adalah pertanda akan pelapukan yang sangat intensif dimana

mineral yang terbentuk samasekali berbeda dengan mineral semula. Berikut ini adalah

beberapa mineral lempung terpenting di dalam tanah:

Kaolinite

Kaolinite terdiri atas satu tetrahedral berikatan dengan satu oktahedral dan karena itu

digolongkan sebagai lempung silikat tipe 1:1. Dua permukaan dari mineral 1:1 terbentuk oleh

ion yang berbeda. Satu terdiri atas oksigen tetrahedral dan yang lain adalah ion hidroksida

kepunyaan lembaran oktahedra. Apabila lembaran 1:1 berada dalam satu tumpukan, ion OH-

dari satu lembaran terletak berdampingan dan rapat dengan lapisan O2-, tetangganya.

Dengan pengaturan semacam ini, muatan positif dari ion H+ di dalam lapisan OH-

menimbulkan daya tarik kuat untuk oksigen negatif dari lembaran tetangga.


Dengan cara ini struktur kaolinite amat kuat dan rapat sehingga molekul air tidak

mampu menerobos struktur. Hal inilah varg menyebabkan kolinite tergolong mineral yang

tidak mengembang (non-expanding mineral). Sifat ini pula yang menjelaskan mengapa pada

pembasahan kaolinite tidak mengembang dan pada pengeringan tidak mengerut. Kaolinite

mempunyai ukuran (basal spacing) 0.72 nm. yang tergolong kecil dibandingkan dengan

mineral lempung yang lain.

Montmorillonit (kelompok smectite)

Lempung silikat ini terbentuk oleh kristalisasi dari larutan yang mengandung silika

dan magnesium tinggi. Montmorillonit mempunyai struktur lapisan 2:1. Semua tetrahedral

mengandung ion Si4+. Aluminium biasanya terdapat pada lembaran tengah (oktahedral)

tetapi lebih kurang 1/8 dari oktahedral ini mengandung Mg2+. Muatan negatif yang timbul

akibat substitusi Al oleh Mg dinetralisir oleh berbagai kation terhidrat yang terjerap pada

permukaan lembaran aktahedral. Kekuatan ikatan antara katian dan lembaran tadi tidak

begitu kuat tergantung iumlah air yang tersedia. Dalam keadaan kering daya ikatan reklatif

kuat. Tetapi pada kondisi basah, air akan menyusup kedalam ruang antar lapisan (interlayer

space) yang menyebabkan lempung mengembang secara dramatis. Sifat khas

montmorillonit adalah total luas permukaan yang tinggi sehingga daya serap air dan ion serta

kapasitas pertukaran ion juga tinggi dimensi unit struktur pada kelompok smectite berkisar

antara 0.98-1 8 nm atau lebih.

STRUKTUR UMUM MONMORILLONIT


Vermiculite

Lempung ini mempunyai struktur 2:1 serupa mika. Vermiculite mengandung salah

satu Al3+ atau Mg2+ dan Fe2+ sebagai ion oktahedral, dan pada tetrahedral terdapat Al3+

sebagai substitusi dari sebagian ion Si4+. Vermiculite berbeda dengan mika karena mineral

lempung ini pada ruang antara lapisan (interlayer space) mengandung kation terhidrat bukan

K+ sebagaimana pada mika. Ikatan lemah yang tercipta memungkinkan vermiculite untuk

mengembang pada pembasahan. Pengembangan pada vermiculite tidak hebat pada

monmorillonite. Tidak seperti montmorillonite dan kaolinite, vermiculite tidak terbentuk lewat

kristalisasi dari larutan tetapi terbentuk lewat alterasi atau pergantian ion secara selektif di

dalam struktur tanpa merusak struktur (e.g. mika mengalami alterasi menjadi vermiculite).

Jarak unit struktur berkisar antara 1.0-1.5 nm atau lebih.


Illite (Hydrous mica)

Illite dikenal juga sebagai mika-hidrat (hydrous mica) adalah mineral lempung tipe 2:1

yang mengandung K+ pada ruang antara lapisan dalam jumlah cukup untuk membatasi

pengembangan pada pembasahan. Kandungan K+ pada illite tidak setinggi pada mika.

pembentukan illite sangat didukung pada kondisi pada sedimen kaya K. Proses

pembentukan illite diawali K+ menggantikan kation interlayer pada montmorillonite atau

vermiculite, dan disempurnakan bilamana terdapat panas dan tekanan yang menyebabkan

terjadinya dehidrasi sehingga lempung beralih menjadi bentuk yang tidak rnengembang

(non-expanding clay). Illite banyak dijumpai di dalam tanah dengan ketebalan (basal

spacing) sekitar 1.0 nm.


Chlorite

Kelompok ini mencakup serangkaian mineral yang mempunyai karakteristik utama

yang sama mempunyai struktur 2:1, dan tidak mengembang (nonexpanding). Chlorite

berbeda dengan mineral lempung 2:1 yang lain dalam satu sifat unik, yaitu stabil dan unit

oktahedral bermuatan positif. Lembaran oktahedral terdiri atas dua lapisan ion OH- yang

berikatan dengan Mg2+, Fe2+, atau Al3+ sebagai ion pusat sehingga lembaran oktahedral

netto bermuatan positif. Karena chlorite mengandung dua lembaran oktahedral maka disebut

juga mineral 2:1:1. Ketebalan lapisan chlorite adalah 1.4 nm.


Allophane

Penggolongan allophane kurang begitu pasti, suatu ketika dikelompokan ke dalam

mineral lempung tetapi pada kesempatan lain digolongkan ke dalam hidroksida. Struktur

mineral lemah e.g. mempunyai karakteristik amorf dan mengandung silika dan hidroksida.

Mineral ini banyak dijumpai di dalam tanah yang berkembang dari deposit abu volkan.

Rumus struktur allophane dituliskan sbb: Si3Al4O12.nH2O, silikat lain yang serupa yaitu

imogolite dengan rumus: Si2Al4O10.5H2O.

Satu hal yang perlu diingat bahwa mineral lempung jarang sekali terdapat dalam bentuk

murni tetapi berbaur dengan mineral-mineral lain yang telah dibahas di atas.

6.2) Sifat-Sifat Silikat Sekunder

Mineral lempung memperlihatkan perbedaan dalam kapasitas mengembang dan

mengerut. Kaolinite, illite dan chlorite tergolong mineral lempung yang tidak mengembang

(non-expanding), sedangkan yang lain termasuk golongan mineral lempung yang

mempunyai sifat mengembang dan mengerut tinggi. Pada kaolinite ikatan (bonding) kuat

karena ikatan kuat H-OH antar lapisan. Ikatan antar lapisan (interlayer) pada illite

kebanyakan oleh ion K+ yang relatif kuat. Montmorillonite dan vermiculite mempunyai ikatan

yang lemah sampai sangat lemah karena keterdapatan berbagai kation diruang antar


lembaran, dan oleh karenanya memperlihatkan pengembangan kuat terutama dalam kondisi

basah. Pada chlorite ikatan sedang sampai kuat karena lapisan oktahedral bermuatan

positif.

Sifat mineral lempung diringkas dalam tabel 6.1. dibawah ini:

Makin kecil ukuran partikel akan makin besar rasio permukaan terhadap volume. Ini berarti

luas permukaan spesifik (specific surface area) semakin tinggi dengan makin kecilnya

ukuran pertikel. Luas permukaan spesifik rendah untuk kaolinite dan illite, dan tinggi untuk

montmorillonite, vermiculite dan allophane. Hal ini disebabkan luas permukaan spesifik

sebenarnya terdiri atas luas permukaan luar ditambah luas permukaan antar lembaran yang

disebut juga luas permukaan dalam (internal surface). Sebagai contoh, pasir kasar

mempunyai luas permukaan spesifik sekitar 0.01 m2/g, pasir halus 0.1 m2/g, debu ~0.1-1

m2/g, dan asam humat 800-1000m2/g (White, 1987).

Kapasitas pertukaran kation (KPK) cukup beragam di dalam dan antar kelompok mineral.

Sebagai contoh, KPK kaolinite, illite, dan chlorite rendah sedangkan KPK montmorillonite


dan vermiculite tinggi. Asam humat (humic acid) memperlihatkan KPK tertinggi sekitar 180-

300 cmol/kg. Terdapat dua mekanisme yang menentukan KPK dimana keduanya berkaitan

dengan muatan negatif lempung silikat. Mekanisme pertama disebabkan tidak

terpuaskannya valensi pada tepi patahan lembaran silika dan alumina. Juga permukaan luar

yang datar mempunyai gugus oksigen dan hidroksil yang tersingkap, yang berlaku sebagai

tapak bermuatan negatif. Terutama pada pH tinggi, hidrogen dari hidroksil ini sedikit

terdisosiasi dan permukaan koloid menjadi bermuatan negatif yang disandang oleh oksigen.

Pada tanah masam sedang sampai sangat masam, hidrogen ternyata diikat dengan kuat

dan tidak mudah ditukar oleh kation lain. Besarnya muatan tergantung pH ini berbeda

tergantung tipe koloid lempung. Pada tipe mineral 1:1 hampir semua muatan tergantung pH,

tetapi hanya sekitar seperempat pada tipe mineral lempung 2:1.

Kapasitas pertukaran kation tanah yang kandungan mineral lempung 2:1 tinggi bersumber

terutama dari substitusi isomorf. Tapak bermuatan negatif ini tidak terpengaruh pH dan

menjadi sumber muatan permanen. Pada mineral lempung kaolinite dimana substitusi

isomorf absen sehingga tapak pertukaran terbatas pada bagian tepi patahan kristal dan

karena itu KPK kecil. Dilain pihak, pada montmorillonite dan vermiculite substitusi isomorf

relatif tinggi menghasilkan tapak pertukaran yang besar sehingga KPK tinggi.

Flokulasi dan dispersi

Flokulasi dan dispersi merupakan sifat penting berikutnya bagi mineral lempung.

Flokulasi adalah proses dimana partikel menggumpal membentuk aggregat. Tingkat dari

ketahanan agregat tergantung jenis ion yang terdapat dalam partikel yang bersangkutan.

Sebagai contoh, kalsium dan hidrogen cenderung untuk meningkatkan flokulasi. Dispersi

ditakrifkan sebagai proses yang menyebabkan partikel tetap berada dalam keadaan terpisah

satu dengan yang lain. Fungsi ini dilakukan oleh ion kalium dan natrium. Dengan demikian

tergantung dari jenis kation yang dominan di dalam tanah, maka zarah-zarah tanah dapat

berada dalam keadaan teraggregasi atau terdispersi. Lempung yang jenuh natrium

mempunyai lapisan rangkap listrik (electric double layer) yang tebal mengelilingi ion, ini

berarti lempung tetap tersuspensikan. Kalsium menekan lapisan rangkap dan dengan

demikian mendorong flokulasi, sementara ion bervalensi tiga (tri-) atau empat (tetravalent)

lebih efisien lagi dalam mendorong flokulasi. Translokasi lempung sangat erat kaitannya

dengan flokulasi dan dispersi. Translokasi lempung hanya mungkin apabila lempung terlebih

dahulu berada dalam keadaan terdispersi serta tetap berupa suspensi selama dalam proses

transportasi mengikuti gerakan air dalam pori dan retakan tanah.


6.3) Pembentukan Lempung Silikat

Pada umumnya kaolinite dan montmorillonite bersumber dari hasil pelapukan. Illite

(hydrous mica) terbentuk karena alterasi vermiculite atau montmorillonite, demikian juga

pembentukan vermiculite merupakan hasil alterasi mika atau mika hidrat. Chlorite terbentuk

dari hasil alterasi vermiculite dan montmorillonite. Tahapan pelapukan disajikan dalam Tabel

6.2.

Dari tabel di atas jelaslah bahwa komposisi larutan tanah sangat tergantung dari jenis

mineral yang mengalami pelapukan. Tahap pertama mineral primer terlapuk/ terlarutkan dan

mineral sekunder dapat terbentuk daripadanya. Pelindian unsur misalnya kalsium,

magnesium, natrium, kalium, dan silika mendukung proses transformasi berikutnya.

Kehilangan silika terlarutkan secara berangsur mengakibatkan pembentukan dan

menghilangnya lempung dengan urutan yang teratur, mulai dengan lempung yang

mengandung silika tertinggi dan berakhir dengan lempung yang tidak mengandung silika e.g.

oksida terhidrat. Dalam jangka waktu panjang terbukti lempung yang terbentuk pertama tidak

stabil, mengalami dekomposisi dan digantikan oleh mineral lempung sekunder yang lebih


stabil. Pada umumnya, pertama kali terbentuk mineral lempung 2:1. Oksida besi mungkin

juga timbul pada awal pelapukan dan karena stabilitas yang sangat tinggi mineral ini

bertahan hampir selamanya pada lingkungan pelapukan. Dengan berlanjutnya pelapukan,

lempung kaolinit muncul yang kemudian juga mengalami dekomposisi. Silika yang

terbebaskan terlindi dan aluminium kemudian beralih bentuk menjadi oksida terhidrat,

biasanya gibbsite (AlOOH). Mineral ini cenderung bertahan sebagai hasil akhir dari proses

pelapukan intensif dan lempung silikat. Tahapan pelapukan merupakan proses yang terkait

waktu, dimana kecepatan pelapukan terutama tergantung faktor iklim (temperatur dan curah

hujan). Pelapukan mineral silikat dan sintesis lempung berlangsung terbatas pada kondisi

iklim kering dan dingin, tetapi berlangsung cepat pada daerah hangat dan basah

sebagaimana di daerah tropis. Rentang waktu yang diperlukan untuk berlangsungnya

pelapukan sempurna disajikan pada tabel 6.2. di atas.

Arti penting dalam pedologi

Bentukan lempung (argillans) sering menunjukan warna yang berbeda dengan S-

matriks pada gumpal tanah (ped). Selaput lempung ini mudah diamati pada tanah pasiran

atau geluhan (loamy), tetapi sukar dibedakan dari permukaan cermin sesar (slickenside)

pada tanah lempungan. Pada notasi horizon, akumulasi lempung silikat ditandai oleh huruf

t yang menunjukkan ada selaput lempung pada permukaan ped dan/atau pori. Selaput

lempung mungkin terbentuk oleh proses illuviasi atau migrasi didalam horizon yang

bersangkutan. Apabila tendapat cermin sesar, yang terbentuk akibat gesekan (ped) pada

saat tanah mengembang karena pembasahan (sifat vertik) maka diberi tanda dengan huruf

ss.

silikat sekunder

Documents