tambahan 1
TRANSCRIPT
Bab
2
Kristalografi
TU J U A N
IN S T R U K S I O N A L
akan menjelaskan gambaran umum mengenai kristalografi,macam-macam
sistem kristal, dan hubungan antara kristal dan mineral sebagai bahan utama
penyusun batuan.
Kristalografi adalah suatu cabang dari mineralogi yang mempelajari sistem-sistem kristal.
Suatu kristal dapat didefinisikan sebagai padatan yang se- cara esensial
mempunyai pola difraksi tertentu (Senechal, 1995 dalam Hib- bard, 2002). Jadi, suatu kristal
adalah suatu padatan dengan susunan atomy a n g b e r u l a n g s e c a r a t i g a
d i m e n s i o n a l y a n g d a p a t m e n d i f r a k s i s i n a r X . K r i s t a l secara sederhana dapat
didefinisikan sebagai zat padat yang mempunyai susunan atom atau molekul yang
teratur. Keteraturannya tercermin dalampermukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang
mengikutipola-pola tertentu.Bidang-bidang datar ini disebut sebagai bidang muka
kristal. Sudut an-tara bidang-bidang muka kristal yang saling berpotongan
besarnya selalutetap pada suatu kristal. Bidang muka kristal itu baik letak
maupun arah-nya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-sumbu kristal.
Dalamsebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan yang lurus yang menem-
Bab2KristalografiTU J U A NIN S T R U K S I O N A LxBab akan menjelaskan gambaran umum mengenai kristalografi,macam-macam sistem kristal, dan hubungan antara kristal dan mineral sebagai bahan utama penyusun batuan.Kristalografi adalah suatu cabang dari mineralogi yang mempelajari sistem-sistem kristal. Suatu kristal dapat didefinisikan sebagai padatan yang se- cara esensial mempunyai pola difraksi tertentu (Senechal, 1995 dalam Hib- bard, 2002). Jadi, suatu kristal
adalah suatu padatan dengan susunan atomy a n g b e r u l a n g s e c a r a t i g a d i m e n s i o n a l y a n g d a p a t m e n d i f r a k s i s i n a r X . K r i s t a l secara sederhana dapat didefinisikan sebagai zat padat yang mempunyai susunan atom atau molekul yang teratur. Keteraturannya tercermin dalampermukaan kristal yang berupa bidang-bidang datar dan rata yang mengikutipola-pola tertentu.Bidang-bidang datar ini disebut sebagai bidang muka kristal. Sudut an-tara bidang-bidang muka kristal yang saling berpotongan besarnya selalutetap pada suatu kristal. Bidang muka kristal itu baik letak maupun arah-nya ditentukan oleh perpotongannya dengan sumbu-sumbu kristal. Dalamsebuah kristal, sumbu kristal berupa garis bayangan yang lurus yang menem- bus kristal melalui pusat kristal. Sumbu kristal tersebut mempunyai satuanpanjang yang disebut sebagai parameter.2 . 1 K i m i a k r i s t a lKomposisi kimia suatu mineral merupakan hal yang sangat mendasar, be- berapa sifat-sifat mineral/kristal tergantung kepadanya. Sifat-sifat min-eral/kristal tidak hanya tergantung kepada komposisi tetapi juga kepadasusunan meruang dari atom-atom penyusun dan ikatan antar atom-atom penyusun kristal/mineral.Komposisi kimia kerak bumiBumi dibagi menjadi:•kerak•mantel, dan•inti bumik e t e b a l a n k e r a k b u m i d i b a w a h k e r a k b e n u a s e k i t a r 3 6 k m d an d i b a w a h k e r a k samudra berkisar antara 10 sampai 13 km. Batas antara kerak dengan manteldikenal denganMohorovicic discontinuity.Kimia kristal Sejak penemuan sinar X, penyelidikan kristalografi sinar X telah mengem-bangkan pengertian kita tentang hubungan antara kimia danstruktur. Tujuannya adalah: 1) untuk mengetahui hubungan antara susunanatom dan komposisi kimia dari suatu jenis kristal. 2) dalam bidang geokimiatujuan mempelajari kimia kristal adalah untuk memprediksi struktur kristaldari komposisi kimia dengan diberikan temperatur dan tekanan.Daya Ikat dalam KristalDaya yang mengikat atom (atau ion, atau grup ion) dari zat pada kristalinadalahbersifat listrik di alam. Tipe danintensitasnya sangat berkaitan dengansifat-sifat fisik dan kimia dari mineral. Kekerasan, belahan, daya lebur, ke-listrikan dan konduktivitas termal, dan koefisien ekspansi termal berhubun-gan secara langsung terhadap daya ikat.
BAB2. KR I S T A L O G R A F I7( a ) ( b )
GA M B A R2.1: Sistem kubik: (a) asli, (b) modifikasiSecara umum, ikatan kuat memiliki kekerasan yang lebih tinggi, titik lelehyang lebih tinggi dan koefisien ekspansi termal yang lebih rendah. Ikatan kimia dari suatu kristal dapat dibagi menjadi 4 macam, yaitu: ionik, kovalen,logam dan van der Waals.2.2 Sistem kristalHingga saat ini baru terdapat 7 macam sistem kristal. Dasar penggolongansistem kristal tersebut ada tiga hal, yaitu:•jumlah sumbu kristal,•letak sumbu kristal yang satu dengan yang lain•parameter yang digunakan untuk masing-masing sumbu kristalAdapun ke tujuh sistem kristal tersebut adalah:2.2.1 Sistem isometrikSistem ini juga disebut sistem reguler, bahkan sering dikenal sebagai sistemkubus/kubik (Gambar2.1). Jumlah sumbu kristalnya 3 dan saling tegak lurussatu dengan yang lainnya. Masing-masing sumbu sama panjangnya.2.2.2 Sistem tetragonalSama dengan sistem isometrik, sistem ini mempunyai 3 sumbu kristal yangmasing-masing saling tegak lurus (Gambar2.2) . S u m b uadanbmempunyai
BAB2. KR I S T A L O G R A F I11( a ) ( b ) (c)GA M B A R2.6: Sistem monoklin: (a) asli, (b) modifikasi, dan (c) mineral krokoit
1 2 2 . 3 . U n s u r - u n s u r s i m e t r i k r i s t a l( a ) ( b ) (c)GA M B A R2 . 7 : S i s t e m t r i k l i n : ( a ) a s l i , ( b ) modifikasi, dan (c) rodokrosit.2.2.7 Sistem triklin
S i s t e m i n i m e m p u n y a i t i g a s u m b u y a n g s a t u d e n g a n l a i n n y a t i d a k s al i n g t e g a k lurus. Demikian juga panjang masing-masing sumbu tidak sama.2.3 Unsur-unsur simetri kristalDari masing-masing sistem kristal dapat dibagi lebih lanjut menjadi klas-klaskristal yang jumlahnya 32 klas. Penentuan klasifikasi kristal tergantung dari banyaknya unsur-unsur simetri yang terkandung di dalamnya. Unsur-unsursimetri tersebut meliputi:1. bidang simetri2. sumbu simetri3. pusat simetri
Bab
4
Agromineral
TUJUAN
INSTRUKSIONAL
x
Bab ini akan menjelaskan mengenai bermacam-macam mineral yang
penting dalam tanah, macam-macam mineral sebagai nu-trisi penting
bagi tanaman. Pembahasan ini dibagi menjadi duabab, yaitu bab
pertama membahas mengenai nutrisi makro danbab berikutnya
membahas nutrisi mikro.Agromineral adalah mineral-
mineral yang bermanfaat bagi perkemba
ng- biakantumbuhan(VanStraaten,1999).
Enambelasunsurkimiatelahdiketahuisebagai
unsur penting untuk pertumbuhan dan
pertahanan tanaman (Anon-im, 2004c). Keenambe
las unsur tersebut dapat dibagi menjadi
dua kelompokutama, yaitu bukan-
mineral dan mineral.Nutrisi bukan-
mineral meliputi hidrogen (H), oksigen
(O), dan karbon (C).Nutrisi ini dapat
ditemukan baik di udara maupun di dalam air.
Dalam posesfotosintesis, tanaman
menggunakan energi matahari untuk merubah
karbondioksida (CO2
) dan air (H2
O) menjadi “starches” dan gula. Keduanya
meru-pakan makanan tanaman.Nutrisi
mineral terdiri atas 13 mineral, yang
berasal dari tanah dalam bentuk larutan.
Biasanya ketersediaan nutrisi ini pada tanah
tidak selalu27
28
lengkap. Petani
biasanya menambahkannya dengan memberik
an pupuk bu-atan. Berdasarkan tingkat kebutuhan
tanaman, nutrisi ini dapat dibagi menja-di
dua, yaitu nutrisi makro(macronutrients)
dan nutrisi mikro(micronutrients).Kedua kelompok
ini akan dibahas secara terpisah
setelah bab ini.
Bab
5
Agromineral I:
Nutrisi
makroTUJUAN
INSTRUKSIONAL
xBab ini akan menjelaskan mengenai
bermacam-macam mineral yang penting dalam tanah atau
memperkaya unsur hara tanah. Mineral-mineral ini dikelompokkan menjadi
nutrisi makro bagitanaman, seperti nitrogen, fosfor, potas,
karbon, kalsium, mag-nesium, dan belerang.
Nutrisi makro dapat dibagi menjadi
dua macam, yaitu nutrisi primer dan
nu-trisi sekunder (Anonim, 2004c). Nutrisi
primer meliputi: nitrogen (N), fosfor(P),
dan potasium (K). Nutrisi ini biasanya
paling cepat habis di dalam tanah,kare
na tanaman menggunakannya dalam
jumlah besar untuk perkembangandan
pertahanannya.Nutrisisekundermeliputi:
kalsium(Ca),magnesium(Mg),danbelerang(S).Bi
asanya nutrisi ini cukup banyak di dalam
tanah, namun di beberapa tem-patdiperlu
kantambahankalsium danmagnesium,
misalnyapadatanah yangasam. Kalsium dan
magnesium diperlukan untuk meningkat
kan keasamantanah. Pada bab ini akan
dibahas semua unsur yang termasuk
di dalam nu-trisi makro, ditambah
karbon (C).
BAB
6. AGROMINERAL
II: NUTRISI MIKRO
55
beratjenis4,3. Mineraliniditemuka
nberasosiasidenganoksida manganyanglain.Ro
dokrosit merupakan mineral kelompok karbonat
dan mempunyai struk-tur kristal heksagona
l. Mineral ini mempunyai karakter fisik:
warna merahrosa atau coklat tua; kilap
kaca; cerat putih dengan
kekerasan 31
/2
– 4 dan berat jenis 3,5 – 3,7.
6.6 MolibdenumTanaman membutuh
kan molibdenum untuk memproduksi
protein esensialdan membantu dalam
pemakaian nitrogen. Molibdenum
diambil tanamandalam bentuk anion
negatif molibdat. Tanpa molibdenum,
tanaman tidakdapat mengolah nitrogen menjadi
asam amino. Tumbuh-tumbuhan polong
(legumes)dan tanaman yang membutu
hkan nitrogen lainnya tidak dapa
tmengambil nitrogen dari atmosfer tanpa
molibdenum (Trotter, 2001).Tanah sangat jarang
mengalami defisit akan molibdenum dan
biasanya jikasuplementasi dibutuhkan, hanya
diperlukan satuounce per acre(0,11 gram perm
2
). Sehingga, dapat dikatakan nutrisi
penting ini hanya dibutuhkan ole
htanaman dalam jumlah yang sedikit.
Molibdenum di alam bersumber padadua
mineral, yaitu molibdenit (MoS2
) dan wulfenit (PbMoO4
).Molibden
it mempunyai struktur kristal heksagona
l, biasanya berbentukkristal lembaran.
Sifat fisik mineral ini meliputi: warna
abu-abu timbal; kilapmetalik; cerat
hitam keabuan; kekerasan 1 – 11
/
2
. Mineral ini merupakan min-eralakseso
r padagranit timah. Alterasi mineralini
dapat membentukmineralferimolibdit (Fe2
(MoO4
)3
·
8H2
O) yang berwarna kuning.Wulfenit mempuny
ai struktur kristal tetragonal, biasanya berbentuk
bujursangkar tabular. Mineral ini
berwarna kuning, oranye, merah, abu-abu
atauputih; kilap kaca atau adamantin; cerat
putih; dengan kekerasan 3 dan berat jenis
6,8. Mineral ini ditemukan sebagai
hasil oksidasi urat timbal bersama-
sama mineral timbal sekunder
yang lainnya.
5 6 6 . 7.
S e ng
6.7 SengSengmerupakanunsuresensial
untuktransformasikarbohidrat,mengaturpe-
makaian gula. Tanaman menggunakan seng
dalam hubungannya dengan nu-trisi
lainnya untuk mengatur proses-proses
termasuk membentuk klorofil.Sengdial
ambersumberpadabeberapamineral,sepe
rtismithsonit(ZnCO3
),zincit (ZnO) dan
wilemit (Zn2
SiO4
). Zincit merupakan mineral kelompok ok-
sidayangmemiliki struktur kristal heksagona
l, namunjarang dijumpaidalam bent
uk kristal. Mineral ini mempunyai sifat
fisik: warna merah atau oranye-
kuning; kilap subadamantin; cerat orange-
kuning; dengan kekerasan 4 dan berat
jenis 5,68.Smithsonit merupaka
nmineralkelompokkarbonat yangmempunyaistr
uk-tur heksagonal. Sifat fisik mineral
ini meliputi: warna coklat gelap
ataukadang-kadang tidak berwarna,
putih, hijau, biru atau pink; cerat berwarn
aputih; kekerasan 4 – 41
/2
dan berat jenis 4,3 – 4,45. Mineral ini
merupakanmineral supergen yang sering
berasosiasi dengan endapan seng di dalam
batugamping.6.8 PerlitPerlit barangkali
tidak secara langsung berhubungan dengan
tanah atau tana-man, namun saat ini banyak
digunakan sebagai agregat hortikultura.
Perlitmerupakan suatu batuan volkanik
gelasan yang berwarna abu-abu cerah den-
gan kilap kaca atau mutiara dan mempuny
ai karakteristik retakan konsentris.Bedanyad
engan gelas alamadalah komposisi
nya yang silisik (riolitik) dan airkimia
yang dikandung di dalam struktur gelasnya.
Komposisi kimia perlitmeliputi: 70-75% SiO2
, 12-18% Al2
O3
, 4-6% K2
O, dan 2-5% air (Harben, 1995).Secara
genetik perlit merupakan salah satu
anggota dari gelas alam yangmengandung
air, yang juga termasuk obsidian hidrus dan
berkadar air ren-dah, batuapung yang
terhidrasi, danpitchstone. Perbedaan
utama antara per-lit dengan anggota
yang lain adalah kandungan airnya. Obsidian
awal men-gandung air total kurang dari 1,0
%berat yang terikat sebagai
SiOH di dalam
BAB
6. AGROMINERAL
II: N
UTRISI MIKRO
57
kerangkasilikat. Jikaobsidianmengal
amipelapukan,alterasisekundermeng-hasilkan
perlit dengan penambahan air pada
struktur silika gelasan hingga 2sampai 5
%berat. Jika kandungan air ini meningkat
sampai 10 %berat akanmembentukpitchstone
(Harben & Kužvart, 1996).Salahsatu
sifatfisik perlitadalahmudahmengembang.
Denganpemanasancepat hingga 870-1.100◦
C perlit melemah dan mengembang
hingga 10-20 kalidari volume asalnya dan dari
batuan dengan berat jenis 1,159 g/cm3
menjadimaterial ringan dengan berat jenis
0,08-0,18 g/cm3
(Harben, 1995).Sifat
dalam perlit, pH antara 6,5 sampai 8,0 dan
struktur selnya menye- babkanperlitdapatm
enyeraplarutanberkali-kali[dapatmembawa
herbisida,insektisida, pupuk, pengatur tanah dan
akar tanaman].6.9 Zeolit
Zeolit merupakan aluminosilikat
kristalin berpori mikro terhidrasi yang men-
gandung pori yang saling berhubungan dengan
ukuran 3 sampai 10Å. Zeolittersusun oleh
silikon, oksigen, dan aluminium dalam
suatu kerangka struk-tur tiga-dimension
al dengan pori-porinya mengandung
molekul air yang da-pat menyerap kation
yang dapat saling bertukar(cation exchange)
. Secarakimia, zeolit mempuny
ai rumus empiris: M+2
,M2+
Al2
O3
·
g
SiO2
·
z
H2
O, di-mana M+
biasanya Na atau K, dan M2+
adalah Mg, Ca,
atau Fe.Penggunaan komersial
zeolit antara lain sebagai “penyaring
molekuler”dan sebagai penukar kation.
Kation seperti Na+
, K+
, dan Ca2+
terikat san-gat lemah pada kerangka
tetrahedra dan dapat dilepaskan dengan mudahden
gan larutan kuat dari ion yang lain.
Berdasarkan hal ini, zeolit dapatdigunaka
n untuk melunakkan air, dimana air yang
keras (kandungan Ca2+
tinggi) dapat
dilunakkan dengan mengganti ion Ca2+
(dalam air) dengan Na+
yang terkandung di dalamzeolit
alamatau sintetik (Na2
Al2
Si3
O10
·
2H2
O). Airkeras, air yang mengandung banyak
ion kalsium, dilewatkan melalui tang-ki
yang berisi butiran zeolit. Ion Ca2+
pada larutan akan mengganti ion Na+
pada zeolit sehingga terbentuk CaAl2
Si
3
O10
·
2H2
O. Jika pada zeolit terjadi ke-
jenuhanCa2+
, larutangaramNaClp
ekat dapatdilewatkanpadazeolit sehing-
gaionCa2+
padazeolitdigantiolehNa+
dariNaCluntukmembentukkembaliNa
-zeolit (Na2
Al2
Si3
O10
·
2H2
O). Dengan
cara seperti ini, larutan yang men-gandung
logam-logam keras dapat disaring
dengan zeolit.Dalambidangpertanian,zeoli
tbarangkalitidakdigunakansecaralangsung,melai
nkan dipakai sebagai katalis untuk
mengurangi kelebihan logam beratpada
tanah. Zeolit alam, seperti
klinoptilolit (Na6
[(AlO2
)6
(SiO2
)30
]·
24H
2
O)dan mordenit (Na8
[(AlO2
)8
(SiO2
)40
]
·
24H2
O) sering ditambahkan pada
pakanternak untuk meningkatkan efisiensi
pakan, dan mengurangi
masalah kese-hatan
BAB2. K
R I S T A L O G R A F I132.3.1 Bidang simetriBidangsimetri adalahbidangbayanganyang dapatmembelahkristal menjadidua bagian yang sama, dimana bagian yang satu merupakan pencerminan dari yang lain. Bidang simetri ini dapat dibedakan menjadi dua, yaitu bidangsimetri aksial dan bidang simetri menengah.B i d a n g s i m e t r i a k s i a l b i l a b i d a n g t e r s e b u t m e m b a g i k r i s t a l m e l a l u i d u a s um - bu utama (sumbu kristal). Bidang simetri aksial ini dibedakan menjadi dua,yaitu bidang simetri vertikal, yang melalui sumbu vertikal dan bidang simetrihorisontal, yang berada tegak lurus terhadap sumbuc. Bidang simetri menen-gah adalah bidang simetri yang hanya melalui satu sumbu kristal. Bidangsimetri ini sering pula dikatakan sebagai bidang siemetri diagonal.2.3.2 Sumbu simetriSumbu simetri adalah garis bayangan yang dibuat menembus pusat kristal,dan bila kristal diputar dengan poros sumbu tersebut sejauh satu putaranp e n u h a k a n d i d a p a t k a n b e b e r a p a k a l i k e n a m p a k a n y a n g s a m a . S u m b u s i m e t r i dibedakan menjadi tiga, yaitu gire, giroide dan sumbu inversi putar. Keti-ganya dibedakan berdasarkan cara mendapatkan nilai simetrinya.Gire, atau sumbu simetri biasa, cara mendapatkan nilai simetrinya adalahdengan memutar kristal pada porosnya dalam satu putaran penuh. Bila ter-dapat dua kali kenampakan yang sama dinamakan digire, bila tiga trigire (),empat tetragire (), heksagire () dan seterusnya.Giroide adalahsumbu simetri yang cara mendapatkan nilai simetrinya den-gan memutar kristal pada porosnya dan memproyeksikannya pada bidanghorisontal. Dalam gambar, nilai simetri giroide disingkat tetragiroide ( ) danheksagiroide ( ).Sumbu inversi putar adalah sumbu simetri yang cara mendapatkan nilaisimetrinya dengan memutar kristal pada porosnya dan mencerminkannyamelalui pusat kristal. Penulisan nilai simetrinya dengan cara menambahkan bar pada angka simetri itu.