penyusun tanah mineral

BAHAN KAJIANMK. DASAR ILMU TANAH

MINERALOGI LIAT TANAH

diabstraksikan Oleh:Prof.Dr.Ir.Soemarno,M.S. 2011

Penyusun Tanah Mineral

Udara: Mineral:

20-30% 45%

Air:

20-30%

Organik

5%

Padatan: 50%

Pori: 50%

Mineral Primer: KuarsaMineral Sekunder: Liat silikat

MINERAL Mineralogi: cabang ilmu geologi yg mempelajari kerak bumi dari sudut pandang MINERALMINERAL = “minera” , yang artinya “BIJIH”“Mineral” adalah komponen batuan yg mempunyai komposisi kimiawi tertentu dengan sifat-sifat fisik yg khas (warna, kekerasan, kilap, dll). Mineral ini merupakan produk alami dari proses kimia-fisika di dalam kerak bumi.

AMORF dan KRISTALIN

Amorf: bahan padatan yg dicirikan oleh tidak adanya struktur yg tegas, mempunyai sifat fisik seragam pd semua arah (isotropik)

Kristalin = kristaloid: bahan padatan yg mempunyai struktur kristal tertentu, sifat-sifatnya ditentukan oleh (1) jumlah unit struktural (atom , ion, atau molekul) yg diikat bersama oleh gaya elektrostatika dlm suatu pola tertentu, (2) perbandingan ukuran unit-unit strukturalnya, dan (3) ikatan kimia antara atom-atom.

KOLOID : “COLLA” = perekat, lemadalah sistim dispersi yg heterogen terdiri atas fase terdispersi dan medium dispersi.Fase terdispersi merupakan partikel halus ( 1 - 100 mU) tersebar merata dlm medium dispersinya.Koloid ada dua macam, yaitu GEL (partikel terdispersi dominan) dan SOL (medium dispersinya dominan)

Divisi I : Unsur-unsur alami dan senyawa inter-metalikDivisi II : Karbida, Nitrida, dan FosfidaDivisi III : Sulfida, Garam Sulfon, dan senyawa turunannyaDivisi IV : Halida (Fluorida; Klorida, Bromida, dan Iodida)Divisi V : Oksida (Oksida sederhana, Hidroksida)Divisi VI : Garam oksigen (Iodat, Nitrat, Karbonat, Sulfat, Kromat, Molibdat,

Fosfat, Arsenat, Borat, dan Silikat)

Klasifikasi Silikat:1. Neso-Silikat : Tetrahedra SiO4 berdiri sendiri-sendiri2. Soro-silikat : dua SiO4 berpolimerisasi3. Siklo-silikat : Tetrahedra SiO4 membentuk rantai siklis4. Ino-silikat : Tetrahedra SiO4 membentuk lembaran kontinyu5. Filo-silikat : Polimerisasi SiO4 membentuk struktur tiga dimensi6. Tekto-silikat : Tetrahedra SiO4 berpolimerisasi membentuk struktur tiga

dimensi yang kompleks.

KELOMPOK OKSIDA

1. Dalam pembentukannya diperlukan oksigen dari udara2. Ikatan ionik di antara unit-unit strukturalnya3. Struktur kristal mengandung O (oksida) dan OH- (hidroksida)4. Dlm struktur kristalnya, kation inti dikelilingi oleh anion oksigen dan hidroksil

HEMATIT : Fe2O3Komposisi kimia : mengandung 70% Fe, campurannya Ti dan MgStruktur kristal : Agak kompleksHabit : Pipih, RhombohedralWarna : Hitam besi hingga kelabu bajaKekerasan : 5.5 - 6.0; RapuhBerat jenis : 5.0 - 5.2Sifat diagnostik : Warna goresannya merah, sangat keras, tidak magnetikGenesis : Dibentuk dalam suasana oksidasi dlm endapan dan batuan

MAGNETIT : FeFe2O4Komposisi kimia : FeO 70%, Fe2O3 69%, kadar Fe 72.4%Sistem : Kubik, simetrik, heksoktahedralHabit : OktahedralWarna : Hitam besi Kekerasan : 5.5 - 6.0; RapuhBerat jenis : 4.9 - 5.2Sifat diagnostik : Magnetik kuat, Warna goresannya hitam Genesis : Dibentuk dalam suasana reduksi dlm endapan bijih dan batuan

KELOMPOK OKSIDA

KUARSA: SiO41. Ada tiga polimorfiknya: Kuarsa, Tridimit, Kristobalit2. Modifikasinya diberi awalan alfa, beta3. Ion inti Si4+ dikelilingi oleh empat anion oksigen O= yg menempati titik sudut tetrahedron

KUARSA : SiO2Komposisi kimia : Sesuai dg formulanya Struktur kristal : Agak sederhana . Habit : HeksagonalWarna : Tidak berwarna, putih susu, kelabuKekerasan : 7.0Berat jenis : 2.5 - 2.8Sifat diagnostik : Bentuknya yg khas, keras, tdk mempunyai belahanGenesis :

Bentuk kristal Kuarsa

KELOMPOK HIDROKSIDA

1. Senyawa logam dengan OH- : Hidrat atau hidroksida2. Struktur kristalnya berlapis 3. Heksagonal

BRUSIT : Mg(OH)2Komposisi kimia : MgO 69%; H2O 31%; campurannya Fe dan MnStruktur kristal : BerlapisHabit : Tabuler tebalWarna : Putih, kadangkala kehijauan Kekerasan : 2.5 Berat jenis : 2.3 - 2.4 Sifat diagnostik : Mudah larut dlm HCl

HIDRARGILIT : Al(OH)3Komposisi kimia : Al2O3 65.4%, H2O 34.6%Sistem : Monoklin, Simetri prismatikStruktur kristal : Berlapis, lembaran Al dijepit oleh dua lembaran hidroksilHabit : Tabuler-heksagonalWarna : Putih, sedikit kekelabuan Kekerasan : 2.5 - 3.5Berat jenis : 2.43Sifat diagnostik : Belahan sgt baik, kilap kaca, ringan

KELOMPOK KARBONAT

KALSIT : CaCO3Komposisi kimia : CaO 56%; CO2 44%; campurannya Mg, Fe dan

Mn sampai 8%Struktur kristal : spt NaClHabit : SkalenohedralAgregat : Kalsit yg kompak disebut “Marble”, Sdg

Batukapur bersifat kriptokristalin kompakWarna : umuknya tdk berwarna, atau Putih susu Kekerasan : 3.0; Rapuh Berat jenis : 2.6 - 2.8 Sifat diagnostik : Bereaksi dg keras bila diberi HCl

MAGNESIT : Mg(CO3 )Komposisi kimia : MgO 47.6, CO2 52.4%Sistem : Trigonal, Simetri , ditrigonal skalenohedralStruktur kristal : Analog dg kalsit Habit : Umumnya rhombohedralWarna : Putih dg becak kekuningan atau kekelabuan Kekerasan : 4.0 - 4.5 ; RapuhBerat jenis : 2.9 - 3.1Sifat diagnostik : Larut asam bila dipanaskan, kondisi dingin tdk bereaksi dg HCl

DOLOMIT : CaMg(CO3)2Komposisi kimia : MgO 21.7%, CaO 30.4%, CO2 47.9%Sistem : Trigonal, Simetri rhombohedral Warna : Putih kelabu Kekerasan : 3.5 - 4.0 ; RapuhBerat jenis : 1.8 - 2.9 Sifat diagnostik : Kondisi dingin lambat bereaksi dg HCl

KELOMPOK FOSFAT

VIVIANIT : Fe3(PO4)2 . 8H2OSistem : MonoklinikHabit : Kristal prismatikWarna : tidak berwarna Kekerasan : 1.5 - 2.0 Berat jenis : 2.68 Sifat diagnostik : Biasanya berubah menjadi biru atau hijau , belahan jelas, larut asam nitrat menghasilkan endapan fosfat yg kuning

APATIT : Ca5(PO4)3Cl,OH,FSistem : Heksagonal Habit : Kristal dlm batu kapur prismatikBelahan : Tidak jelas Kekerasan : 5.0 ; RapuhBerat jenis : 3.1 - 3.2Warna : Hijau, hijau kebiruan, hijau kelabu, biru, violetSifat diagnostik : Bentuk kristalnya, warnanya , lareut dlm asam

TURQUOIS : CuAl6(PO4)4(OH)8. 4H2OSistem : Triklinik Habit : Kristal jarang ditemukan, biasanya masif Warna : Putih kelabu Kekerasan : 5 - 6.0 Berat jenis : 2.6 - 2.8Warna : Biru langit, Hijau kebiruan Sifat diagnostik : Warna biru yang khas

KELOMPOK FELDSPAR

SANIDIN= ORTOKLAS : KAlSi3O8Sistem : MonoklinikHabit : Kristal prismatik pndek, agak pipih atau memanjangWarna : umumnya tidak berwarna Kekerasan : 6.0 Berat jenis : 2.56 Sifat diagnostik : Kilap kaca

MIKROKLIN : KAlSi3O8Sistem : Triklinik Habit : Serupa dg OrtoklasBelahan : Sempurna, baik Kekerasan : 6.0 Berat jenis : 2.56Warna : Putih, cream, merah mudaSifat diagnostik : Sifat optik

PLAGIOKLAS : (Ca,Na)(Al,Si) AlSi2O8

Sistem : Triklinik Habit : Kristal biasanya berbentuk batang Warna : Putih atau kelabu Kekerasan : 6.0 Berat jenis : 2.62 - 2.76Warna : Putih atau kelabu Sifat diagnostik : bentuk kembar

FILOSILIKAT 1. Ciri khusus: Adanya tetrahedron SiO4 dimana tiga atom oksigen pd titik sudutnya mengikat tetrahedra lainnya shg membentuk lembaran tetrahedra

2. Lembaran tetrahedra ini dapat bergabung dg lembaran oktahedra membentuk lapisan majemuk tetrahedra-oktahedra

KAOLINIT : Al4Si4O10(OH)8

Sistem : Triklinik Habit : Kristal pseudoheksagonal pipihBelahan : Sempurna Kekerasan : 2.0 Berat jenis : 2.6Warna : Putih, seringkali berbintik coklat atau kelabu Kimiawi : Komposisi sesuai formula, substitusi jarang terjadi.

Polimorfiknya adalah Dikrit, Nakrit, dan Haloisit.

MONTMORILONIT : Al2Si4O10(OH)2. xH2OSistem : Monoklinik Habit : Kristal sukar dilihat Warna : Biasanya kelabu atau kelabu kehijauanKekerasan : 2 - 2.5 Berat jenis : 2.0 - 2.7, menurun dengan kadar airSifat diagnostik : Komposisinya selalu menyimpang dari formula ideal, sering terjadi substitusi atom dlm struktur kristal, misalnya Mg mengganti Al, Al mengganti Si. Substitusi ini mengakibatkan munculnya muatan negatif pd struktur.

Sumber: http://www.ctahr.hawaii.edu/huen/clay_structures.htm

FILOSILIKAT VERMIKULIT : Mg3Si4O10(OH)2 . xH2OSistem : Monoklinik Habit : Biasanya pseudomorfBelahan : Sempurna Kekerasan : 1.5 Berat jenis : 2.4Warna : Kuning sampai coklat Kimiawi : Selalu ada sejumlah Al yg menggantikan Si, Mg oleh feri

http://pubs.usgs.gov/of/2001/of01-041/htmldocs/clays/verm.htm

http://www.ctahr.hawaii.edu/huen/clay_structures.htm

KELOMPOK MIKA

MUSKIVIT : KAl2(AlSi3O10) (OH)2Sistem : MonoklinikHabit : Biasanya masanya berlapisWarna : Tidak berwarna atau pucatKekerasan : 2.5 Goresan : Putih Komposisi kimia : Komposisinya beragam akibat substitusi atom. Sejumlah Na menggantikan K. Sebagian Al (koordinasi enam) digantikan oleh Mg dan Fe.

BIOTIT : K(Mg,Fe)3 (AlSi3O10)(OH)2Sistem : Monoklinik Habit : Kristalnya prisma pseudo-heksagonal, seringkali pipih berlapisBelahan : Sempurna Kekerasan : 2.5Berat jenis : 2.8 - 3.4Warna : Kuning pucat hingga coklat Komposisi kimia : Komposisinya beragam. Sebagian K diganti oleh Na, Ca, Rb, Cs. Mg dapat diganti oleh fero dan feri; sebagian OH dapat diganti oleh F

KHLORIT : (Mg, Fe,Al)6 (Al,Si)4O10 (OH)8Sistem : Monoklinik Habit : Kristal pseudo-heksagonal Warna : Hijau khas Kekerasan : 2.5 Berat jenis : 2.6 - 3.3Warna : Hijau khas Komposisi kimia : Mg dan Fe dapat saling menggantikan

Alumino silikatKaya Mg, Ca, Na, Fe Kaya K

Feldspar; Augit; Hornblende Muskovit; Mika; Biotit Mikroklin; Ortoklas

Klorit Hidrous mika

Vermikulit

Montmorilonit

Kaolinit

Oksida Fe dan Al

Diagram ttg Kondisi umum pembentukan liat silikat dan oksida Fe & Al

-Mg-Mg

-Mg -K

-K

+K-K

Pengusiran basa lambat

Pengusiran basa cepat

Iklim panas basah (-Si)

Pengusiran basa cepat

Iklim panas basah (-Si)

Kaya Mg dlm zone pelapukan

Derajat Pelapukan Meningkat

TETRAHEDRA SILIKA OKTAHEDRA ALUMINA

Si

O

Al

OH

MINERALOGI LIATKAOLINIT

1. Paket lapisan mineral tersusun atas lempeng aluminium-hidroksida yg bergabung dg lempeng silika

2. Salah satu ion oksigen menjadi mata rantai (jembatan) di antara kedua lempengan

3. Seluruh kristal merupakan tumpukan dari paket-paket lapisan seperti di atas

O

Si

Al

OH

3 Otetra- 2 Sihedra

O-OH-O

2 Al Okta-

hedra

3 OH

Pd kondisi kemasaman alamiah (pH 4 - 8), kaolinit tdk begitu aktif.Hidroksil permukaan yang terikat pada Al, bersifat asidoid pd pH > 8.1, bersifat basidoid pd pH < 8.1.Shg pd kondisi pH tinggi, permukaan liat ini akan bermuatan negatif, KTK nya tinggi

MINERALOGI LIATHALOISIT

1. Seringkali mengiringi kaolinit, formulanya Al2O3.2SiO2.4H2O

2. Lempeng-lempeng Si dan Al tidak diikat oleh ion-ion oksigen milik bersama

3. Seluruh kristal terdiri atas lempeng Si2O5H2 bergantian dg lempeng Al2(OH)6

O

Si

Al

OH

3 Otetra- 2 Sihedra 2 OH

3 OH2 Al Oktahedra

3 OH

Kisi kristal tidak tahan terhadap pemanasanPada suhu 40oC air telah lenyap dan lambat laun terbentuk suatu persenyawaan meta-haloisit

MINERALOGI LIATPIROFILIT

1. Rumus umumnya Al2O3.4SiO2.H2O2.

O

Si

Al

OH

3 Otetra- 2 Sihedra O-OH-O 2 Al okta-

O-OH-O hedra

tetra- 2 Sihedra 3 O

Permukaan kristal tersusun atas atom oksigen dari lempengan Si2O5, bersifat inert

MINERALOGI LIATMONTMORILONIT

1. Kisi kristalnya bersifat dapat membengkak2. Ruang antara Lempeng-lempeng dapat dimasuki air, shg

jarak antar lempengan melebar3. Rumus umum Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O

n H2O n H2O

n H2O n H2O

……….. n H2O ………...

3 Otetra- 2 Sihedra O-OH-O

2 Al /Fe/Mg oktahedraO-OH-O

tetra-hedra 2 Si

3 O

………..n H2O ……..

MINERALOGI LIATSERISIT

1. Adalah Muskovit yg bersisik halus dg formulanya K2O. 3Al2O3. 6SiO2. 2H2O atau KAl2(AlSi3)O10(OH)2

2. Mg menggantikan sebagian Al (Substitusi isomorfik)3. Paket-paket Al2(AlSi3)O10(OH)2 dirangkaikan bersama

oleh ion kalium

K

Si

OH

Al

O

6 O…………. K ………...

6 Otetra- Al, 3Sihedra 2O-2OH-2O

4 Al oktahedra

2O-2OH-2O

Al, 3Si tetrahedra6 O

…………. K ……….

MINERAL LIAT

Ukuran liat 2 mikronUkuran partikel koloid 1 mikronTidak semua liat bersifat koloidal

LIAT SILIKAT:Berbentuk pipih-laminer, lapisan lempenganBerstruktur kristal = kristalinUmumnya bersifat koloidalLuas permukaannya sangat besarPermukaannya bermuatan elektronegatif shg mampu menjerap kation-kation

Liat Fe dan Al-hidrous-oksida:Tidak mempunyai struktur kristal, amorfBanyak dijumpai di daerah tropika

ALOFAN: Si dan Al seskui-oksida Al2O3.2SiO2.H2O

STRUKTUR LIAT

SILIKAT

Ukuran kecil , KRISTALINTersusun atas unit-unit kristalSusunan mineralogik dari unit kristal ini tgt pada tipe liat

Struktur Dasar LIAT SILIKAT:Silikat-alumina = alumino-silikat: Lempengan tetrahedra-silika bertumpukan dg lempengan oktahedra alumina

Tetrahedra silikaOktahedra alumina

Kedua lempengan ini berikatan satu-sama lain dalam kristal liat melalui atom oksigen …….. “Jembatan oksigen”

Tetrahedra OktahedraSiO4

Mineralogi Liat Silikat

Berdasar susunan lempeng dlm unit kristal:1. Tipe mineral 1:1 (Silika : Alumina)2. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya memuai3. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya tdk memuai4. Tipe mineral 2:2

Tipe Mineral 1:1Kaolinit, Haloisit, Anauksit, DikitUnit kristal terdiri atas satu lempeng silika & satu aluminaKisi kristalnya 1:1Kedua kisi dlm unit kristal diikat oleh atom oksigen yg dipegang bersamaan oleh atom Si dan Al dlm masing-masing kisi Unit-unit kristal diikat bersama secara kuat oleh ikatan hidrogensehingga tidak dapat memuai (mengembang-mengkerut)Permukaan efektif terbatas di permukaan luar sajaHampir tidak ada substitusi isomorfikNilai KTK-nya rendahKristal Kaolinit berbentuk heksagonal, diameternya 0.1 - 5 mikronSifat plastisitas dan kohesinya rendahSifat koloidalnya tidak terlalu intensif


Tipe mineral Memuai 2:1 Unit kristalnya tersusun atas lempeng alumina yang dijepit oleh dua lempeng silikaDua Kelompok yang terkenal:1. Montmorilonit : Montmorilonit, Beidelit, Nontronit, Saponit2. Vermikulit

MONTMORILONIT

Unit-UNIT kristal diikat bersama melalui ikatan oksigen yang lemah, sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basahDiameter montmorilonit 0.01 - 1 mikronPermukaannya sangat luas: Permukaan luar dan permukaan dalam Muatan listrik negatif pada permuakaannya sangat besar, terdiri atas muatan permanen dan muatan yang tergantung pH.

Muatan permanen terbentuk melalui proses substitusi isomorfik Mg menggantikan sebagian Al dalam lempeng OktahedronAl menggantikan sebagian Si dalam lempeng Tetrahedron

Sifat plastisitas dan kohesinya tinggi, mengembang & mengkerutSifat koloidalnya sangat intensif


Tipe mineral 2:1 Tidak Memuai (ILLIT) Ukurannya berada di antara montmorilonit dan kaolinitMuatan negatifnya terutama pd lempeng silika tetrahedra, karena sekitar 15% dari Si digantikan oleh Al.Kalium diikat kuat di antara unit-unit kristal, sehingga tidak mudah mengembang

VERMIKULIT

Ciri-ciri strukturalnya serupa dengan MontmorilonitPd bbrp Vermikulit ternyata Mg dominan, menggantikan Al dalam lempeng alumina.Pd lempeng silika sebagian Si digantikan oleh Al, inilah yang Menimbulkan MUATAN NEGATIF yg sangat besarKapasitas jerapan (KTK) sangat besar.

Molekul air bersama dg kation Mg dijerap kuat di antara unit kristal, sehingga derajat memuainya tidak terlalu intensif (MEMUAI TERBATAS)


CAMPURAN LIAT SILIKATSusunan unit kristalnya berbeda-beda, spt misalnya:

1. Klorit - Illit2. Ilit-Montmorilonit

KLORIT: Tipe mineral 2:2

Mineral liat Magnesium-silikat yg mengandung Fe dan Al.Satu unit kristal tersusun atas LAPISAN TALK (spt montmorilonit) dan LAPISAN BRUSIT [ Mg(OH)2 ]Atom Mg mendominasi lempeng oktahedron lapisan TALK.Sehingga unit kristal terusun atas dua lempeng tetrahedron silika dan dua lempeng oktahedron magnesium (Tipe 2:2)Mineral liat ini bersifat mudah memuai

Ciri-ciri Tipe Liat Montmorilonit Ilit Kaolinit

Ukuran (mikron) 0.01 - 1 0.1 - 2 0.1 - 5Bentuk Serpih tak menentu Serpih tak menentu HeksagonalPermukaan jenis (m2/g) 700-800 100-200 5 - 20Permukaan luar Luas Sedang SempitPermukaan dalam Sgt luas Sedang Tdk adaKohesi / Plastisitas Tinggi Sedang RendahKapasitas Memuai Tinggi Sedang RendahKTK (me/100 g) 80-100 15 - 40 3 - 15

Sumber: Sifat dan Ciri Tanah (G. Soepardi, 1983)

Mineral Koloidal selain Silikat

ALOFAN & MINERAL AMORF Bersifat koloidal non-kristalin Alofan: Gabungan antara silikon dan aluminium seskuioksida

Susunannya mendekati Al2O3.2SiO2.H2OBanyak ditemukan pada tanah-tanah Abu volkan

HIDRUS OKSIDA BESI & ALUMINIUM

Liat ini penting karena Sangat dominan di daerah tropikaMolekul air berasosiasi dengan oksida :

Fe2O3.xH2O : Limonit dan GoetitAl2O3.xH2O : Gibsit

Muatan negatifnya sedikitSifat plastisitas, lengket, dan kohesinya rendahTanah yg kaya minerla liat ini biasanya sifat isiknya baik

SIFAT Koloidal

MINERAL LIAT

PENJERAPAN DAN PERTUKARAN ION Penjerapan kation dipengaruhi oleh:

1. Jenis kation2. Konsentrasi ion-ion3. Sifat anion yang berhubungan dg kation4. Sifat partikel koloid

Karakteristik bahan koloid: penyebaran cahaya, osmotik dan muatan listrik

Koloid tanah bersifat amfotir, diduga ada kaitannya dg gel-gel besi, aluminium, dan mangan yang menyelimuti inti kristalin.

Berbagai jenis kation dijerap oleh koloid tanah dengan kekuatan yang berbeda-beda, tergantung pada ukuran, muatan (valensi) dan hidratasi kation.

Penjerapan kation oleh mineral liat berhubungan erat dengan tipe mineral liat

Kaolinit dan Haloisit: muatan listrik terdapat pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan disosiasi H dari gugusan OH permukaan

Ilit dan Khlorit; muatan listrik pd ikatan yg patah di tepi kristal, dan muatan permanen akibat substitusi atom inti kristal

Montmorilonit dan Vermikulit: muatan listriknya terutama akibat dari substitusi atom inti kristal.

Sumber muatan

negatif liat Silikat

SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal O = Si = O O = Al - O - (tidak bermuatan) (bermuatan negatif satu)

OH OH OH OH OH OH - 1

Al Al Mg Al

O O OH O O OH

PINGGIRAN KRISTAL YANG TERBUKA

Ada dua mekanisme, yaitu:1. Adanya valensi dari atom inti (Si atau Al) yg tidak dijenuhi

yg terdapat pd pinggiran patahan lempeng silika dan alumina

2. Permukaan luar yg datar (pd Kaolinit) mempunyai gugusan oksigen dan hidroksil (OH-) yg tersembul dan merupakan titik-titik yg bermuatan negatif. Muatan ini sifat dan besarannya tergantung pH

Material KTK (meq/100g) KTAPermanen Variabel Total

Montmorilonit 112 6 118 1Vermikulit 85 0 85 0Illit 11 8 19 3Halloisit 6 12 18 15Kaolinit 1 3 4 2Gibsit 0 5 5 5Goetit 0 4 4 4Alofan 10 41 51 17Peat 38 98 136 6

Sumber: Mehlich & Theisen (Sanchez, 1976).

R - C = O R - C = O

O O O O

R - C Al + 3OH- R - C + Al(OH)3

O O O O R - C R - C O O

Peningkatan muatan negatif gugusan karboksil terjadi kalau ion kompleks aluminium diendapkan; ini terjadi kalau pH tanah meningkat (ada OH-)

Fe Fe Fe Fe

O OH HO O O OH HO O

Fe Fe Fe Fe

O OH H+ + HO O O OH + OH- O O + H2O H+ Fe Fe Fe Fe O OH HO O O OH HO O

Fe Fe Fe Fe

POSITIF ZERO NEGATIF

Net surface chargeme/100g

Andept Humult

UdalfOrthox

-

0

+

-

0

+

-

0

+

-

0

+pH dlm 0.01 N NaCl

Hor A

Hor B

pH(H2O) = 6pH(H2O) = 6.8

Hor A Hor B

pH(H2O) = 6.5

Hor A

pH(H2O) = 5.8

Hor AHor B

pH & ZERO POINT of CHARGE

1. Status muatan dari sistem liat-oksida dpt dg mudah ditentukan dg mengukur pH-nya dalam air dan dalam larutan garam netral seperti 1 N KCl

2. pH = pH (1 N KCl ) - pH ( H2O) = positif : koloid liat bermuatan positif (KTA)

= negatif : koloid liat bermuatan negatif (KTK)

3. Dalam sistem liat silikat berlapis, pH selalu negatif :

[Liat]-H+ + H2O ===== [ Liat ]-H+ + H2O

[Liat]-H+ + KCl ===== [ Liat ]-K+ + Cl- + H+

sehingga pH dalam air lebih tinggi dp pH dalam lrt KCl

pH & ZERO POINT of CHARGE

4. Dalam sistem liat oksida, pH dpt positif atau negatif tgt pada pH tanah aktual:

[Liat+]OH- + H2O ===== [ Liat +]OH- + H2O

[Liat+]OH- + KCl ===== [ Liat+]Cl- + OH- + K+

5. Nilai pH negatif, bukan berarti seluruh permukaan liat bermuatan negatif, ada

sedikit muatan positif pada titik-titik yang terisolir dari muatan negatif.

Ultisol, Oxisol, Alfisol: KTA = < 1 meq/100gAndepts : KTA = 6.8 meq/100g

------------------- pd kondisi pH tanah lapangan

FAKTOR HUBUNGAN pH vs MUATAN LISTRIK

Pada sistem liat-oksida hubungan tsb adalah:

kDRT pHo = --------- . -------- 4 F pHdimana: : muatan permukaan (m.eq./ 100 g)k : reciprocal tebal lapisan rangkap (tgt konsentrasi lrt tanah)D : konstante dielektrikR : konstante gasT : temperatur absolutF : konstante FaradaypH : pH tanahpHo : pH tanah pd titik isoelektrik, yaitu pH pd ZPC

ALTERATION of the ZERO POINT OF CHARGE

pH pada ZPC dapat berubah: KTK naik, pH tetap

O O

Al Al R

O OH OH O C = O

Al + R C Al + H2O

O OH O O

Al Al O-

O OBOT

PERTUKARAN KATION

Contoh sederhana:

Ca-[MISEL] + 2H+ H-[MISEL]-H + Ca++

PERTUKARAN KATION DI ALAM

40Ca 38Ca + 2 Ca(HCO3)2

20Al + 5 H2CO3 20Al 20H 25H L(HCO3) 20L 19L

tercuci

KEHILANGAN KATION LOGAM:Dengan mekanisme reaksi seperti di atas, kation logam Ca, Mg, K, dan Na dapat hilang tercuci dari tanah, dan tanah menjadi semakin masam

PENGARUH PEMUPUKAN: 40Ca 7K 20Al 38Ca + 2 CaCl2

40H + 7 KCl 20Al 20L 39H HCl

18L 2 LCl

MISEL MISEL

MISEL MISEL

KAPASITAS TUKAR KATION

[ KTK ]

PENGARUH pH TANAHSebagian dari muatan negatif pd koloid tanah tergantung pd pH, sehingga kapasitas jerapan juga dipengauhi pH Biasanya KTK ditetapkan pd pH 7.0 atau lebih, ini berarti meliputi muatan permanen dan sebagian besar muatan yg tergantung pH

Koloid tanah bermuatan negatif, sehingga mampu menjerap (mengikat) kation. Kation-kation yg dijerap ini dapat ditukar dengan ammonium atau barium, kemudian ammonium atau barium itu ditentukan jumlahnya. …………

………..Kapasitas jerapan dapat diketahui besarnya

CARA MENYATAKANSatuan untuk kapasitas tukar kation (KTK): mili-ekuivalen (meq atau me) 1 meq = 1 mg hidrogen atau sejumlah ion lain yg dapat bergabung atau menggantikan ion hidrogen tsb.KTK liat = 1 me/100 g : setiap 100 gram liat dapat menjerap 1 mg hidrogen

Koloid Organik

Montmorilonit

Muatan tgt pH

Muatan permanen

4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 pH tanah

200

160

120

80

40

KTK, me/100 g)

KTK TANAH

FAKTOR YG MEMPENGARUHI1. Tekstur tanah: semakin halus teksturnya semakin tinggi KTKnya2. Kandungan humus dan liat koloidal menentukan KTK tanah3. Macam liat koloidal juga mempengaruhi besarnya KTK tanah

Tanah asal KTK (me/100g) Kelas tekstur

Ciletuh, Jabar 8.1 Lempung BerdebuWay Seputih, Lampung 16.0 Lempung Liat BerdebuPengubuan, Lampug 22.9 Lempung Liat BerdebuTj.Kresik, Krawang 28.7 Liat BerdebuRentang Barat 38.8 Liat Berdebu

PERSENTASE KEJENUHAN BASA TANAH

KB dan pHProporsi KTK yang ditempati oleh kation-kation basa disebut PERSENTASE KEJENUHAN BASAPenurunan %KB mengakibatkan menurunnya pHTanah di daerah iklim kering biasanya mempunyai KB yang tinggiTanah di daerah iklim humid biasanya mempunyai KB yang rendah

H+ dan Al+++ : sumber kemasaman tanah

Al+++ + H2O Al(OH)++ + H+

Al(OH)++ + H2O Al(OH)2+ + H+

Kation basa: Ca++, Mg++, K+, dan Na++

CaO + H2O Ca(OH)2 Ca++ + OH-

PERTUKARAN KATION &

KETERSEDIAAN HARA

Kejenuhan kation dan serapan haraFaktor pelepasan kation jerapan:1. Rasio / proporsi jenis-jenis kation pd kompleks jerapan2. Kejenuhan Ca yg tinggi ------- Ca++ mudah diserap tanaman3. Pengaruh jenis kation lain: Afinitas dan aktivitas kation

Kation terjerap mudah tersedia bagi tanaman & jasad renikPenyerapan kation oleh akar:

1. Penyerapan melalui larutan tanah2. Pertukaran ion antara akar dg koloid tanah

PENGARUH TIPE KOLOIDBerbagai koloid mempunyai daya ikat kation yg berbedaKalsium diikat oleh montmorilonit lebih kuat daripada oleh kaolinit

LIAT ALUMINO-SILIKAT

The materials properties and physical phenomena exhibited by layered silicate

clays and clay intercalation compounds, a subgroup of the general class of layered

solids, are reviewed. The importance of layer rigidity is

emphasized. Clays are compared and contrasted with the more familiar layered

solids such as graphite and dichalcogenides.

Some of the unusual structural features of clays including interstratification, swelling, and the lack of staging are discussed and explained qualitatively and quantitatively.

Sumber:S. A. Solin. 1997. CLAYS AND CLAY

INTERCALATION COMPOUNDS:Properties and Physical Phenomena. Annual Review of Materials Science. Vol. 27: 89-115 (Volume publication date

August 1997)

MINERAL LIAT MONTMORILONITThe role of humus in enhancing the rle of clay in healthy soil is shown. To the left of the figure a rough sketch os a typical phyllosilicate clay such as montmorillonite a Wikipedia

formula of which is (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si4O10)(OH)2•nH2O.Sumber: http://caprarius-aquacorn.blogspot.com/2011_07_10_archive.html

Klasifikasi Mineral SilikatClassification of silicates (Bailey, 1980b; Rieder et al., 1998). Minerals that can be frequently found in bentonite or kaolin are in bold; the main components are in large typeface. Illite is a component of common soil and sediments

and is classified as a mica. (http://www.inchem.org/documents/ehc/ehc/ehc231.htm)

Structure of Illite mica - USGS.

Illite is a non-expanding, clay-sized, micaceous

mineral. Illite is a phyllosilicate or layered

alumino-silicate. Its structure is constituted by the

repetition of tetrahedron – octahedron – tetrahedron

(TOT) layers.[

The interlayer space is mainly occupied by poorly

hydrated potassium cations responsible for the absence

of swelling.

http://www.answers.com/topic/illite#ixzz1ihUjC1ZX

http://www.answers.com/topic/illite#cite_note-USGS-2

Soil Colloids and the Surface Chemistry of Soils

http://faculty.yc.edu/ycfaculty/ags105/week08/soil_colloids/soil_colloids_print.html

TYPES OF CLAY MINERALSModels of the 1:1-type clay kaolinite. The primary elements of the octahedral (upper left) and

tetrahedral (lower left) sheets are depicted as they might appear separately. In the crystal structure, however, these sheets are held together by common apical oxygen atoms.



Two clay groups with 2:1 type structures have expansive type

crystals, the smectites and vermiculites. The individual 2:1

layers are held together only loosely and exchangeable cations and water molecules are attracted

between the layers resulting in enormous internal adsorptive

surfaces. Consequently, these clays expand when wet and shrink

when dry and have very high cation adsorption capacities. In the smectite group magnesium has substituted for some of the

aluminum in the octahedral sheet. Some such substitution

has also occurred of aluminum for silicon in the tetrahedral sheet giving rise to the high cation adsorption capacity of this

mineral.


Chlorite, is non expansive since its interlayer between two 2:1 layers is

occupied by a magnesium-dominated octahedral sheet that

holds the adjacent layers together. Chlorite has particle size, cation adsorption capacity, and physical properties similar to those of fine-grained micas. Layer silicate clays

in which three out of three octahedral positions are occupied by

metal cations are termed trioctahedral. Those with only two

out three positions occupied are dioctahedral. Much of what is known about the structures of

crystalline clays has been discovered using a technique called X-ray diffraction which measures the

manner in which x-rays are reflected off parallel planes of atoms.


PENJERAPAN ION

The adsorption of ions on a colloid by the formation of outer-sphere and inner-sphere complexes. (1)

Water molecules surround diffuse cations and anions (such as the

Mg2+, Cl-, and HPO4- shown) in the soil solution. (2) In an outer-

sphere complex (such as the adsorbed Ca2+ ion shown), water molecules form a bridge between

the adsorbed cation and the charged colloid surface. (3) In the case of an inner-sphere complex (such as the adsorbed H2PO4—

anion shown), no water molecules intervene, and the cation or anion binds directly with the metal atom

(aluminum in this case) in the colloid structure.

TERIMAKASIHsemoga manfaat

wass.

penyusun tanah mineral

Documents