Universitas Gadjah Mada 1 BAB 4. KOMPONEN KIMIA

BAB 4. KOMPONEN KIMIA
Lebih kurang 98 % kerak bumi berdasarkn bobot tersusun dari delapan unsur
kimia sbb :
Oksigen
46,6 %
Silicon
27,7 %
Aluminium 8,1 %
Besi
5,0 %
Kalsium
3,6 %
Natrium
2,8 %
Kalium
2,8 %
Magnesium 2,1 %
Dari delapan unsur tersebut Oksigen dan Silicon mencapai 75% nya yang
menunjukkan bahwa mineral silikat sangat melimpah. Umsur yang lain kurang dari 1 dan
tidak tersebar merata dipermukaan bumi. Dua unsur hara tanaman yang tidak tercantum
di dalam senarai diatas ialah Nitrogen dan Fosfor. Nitrogen tidak murni sebagai unsur
dari tanah mineral, tetapi dari tanah organik dan dari udara. Jadi yang berada dalam
jumlah yang relatif sedikit ialah unsur fosfor. Unsur Oksigen berperan dalam seluruh sifat
tanah mulai dari sifat fisik, fisika-kimia, kimia, morfologi, dan biologi termasuk lingkungan
tanah. Namun demikian perannya sebagai hara tanaman hanya sebagian kecil yang
berasal dari tanah, sebagain besar berasal dari udara. Unsur silikon yang merupakan
unsur kedua terbesar yang ada di kerak bumi, juga berperan dalam sifat-sifat tanah,
walaupun perannya sebagai unsur hara tanaman hanya kecil.
Sifat kimia tanah berupa berbagai transformasi kimia meliputi perubahanerubahan di dalam fase padat, cair dan gas, di dalam koloid dan sistem-sistem koloidal,
di dalam mineral dan bahan organik yang semuanya terjadi di dalam tanah, membentuk
esensi sifat-sifat kimianya.
Sifat kimia tanah dipengaruhi oleh fenomena kimia yang terutama terjadi antara
fase padat dan fase cairnya. Menurut hukum aksi masa berbagai bahan dibentuk
menjadi larutan. Kesetimbangan terjadi di dalam tanah antara bagian padat dan
larutannya, bila kadarnya di dalam larutan mengecil, sebagian bahan yang dalam fase
padat masuk kedalam larutan dan sebaliknya bila kadar dalam larutan meningkat
sebagian bahan mengendap dan bergabung lagi dalam fase padat di dalam tanah.
Universitas Gadjah Mada
1
Larutan tanah
Air yang ada di dalam tanah yang berisi bahan-bahan yang terlarut balk asam,
basa maupun garam, membentuk suatu larutan. Larutan ini dibentuk di dalam proses
pembentukan tanah dalam jangka yang panjang, sebagai akibat gerakan air di dalam
tanah, akan terjadi pembasahan tanah dan pengendapan kembali bahan terlarutnya.
Hal ini terjadi dalam pengaruh asam, kaolinisaai, proses oksidasi-reduksi, dibawah
pengaruh hidrolisis bahan dsb. Komposis larurtan tanah dipengaruhi oleh interaksi para
penyusun tanah, air dan jasad hidup. Interaksi ini menghasilkan ketidak-larutan mineral
dan bahan organik, dalam bentuk peptisasi, koagulasi dan pertukaranpertukaran antara
ion dalam larutan dan koloid tanah, dalam manifestasi pengaruh tumbuhan dan jasad
renik di dalam komposisi larutan tanah.
Larutan tanah berisi molekul dan juga koloidal mineral, bahan organik dan
organo-mineral. Juga berisi hampir semua garam-garam sederhana yang siap larut
dalam beraneka jumlah dan juga garam-garam terlarut sedikit atau medium dari banyak
unsur. Larutan tanah merupakan bagian yang sangat aktif dan dinamis dari
tanah.Regime hara di dalam tanah terikat dengan dinamika larutan tanah Tanaman dan
jasad renik mengubah (alter) larutan tanah, mengambil dari larutan tanah unsur abu dan
makanan. Bahan yang diambil oleh tanaman dan jasad renik secara tetap diganti
dengan yang Baru.
Dengan memanfaatkan basa-basa dari garam-asas fisiologis [(NH4)2-SO4,
K2SO4, KCL, dll)], tanaman membebaskan asam kombinasi dan karena itu dapat
memacu kekuatan melarutkan dari larutan tanah. Dengan mengambil anion dari garambasa
fisiologis
(NaNO3
tanaman
meningkatkan
alkalinitas
larutan
tanah.
Air dan bahan yang terlarut bergerak dari tanah masuk ke tanaman melalui akar serabut
akibat (owing to) tekanan osmose diexerted oleh sap cellular tanaman atau kekuatan
menyedot yang dapat mencapai 5-10 atm (tanaman halophyte sampai diatas 25 atm).
Komposisi dan kadar larutan tanah menunjukkan fluktuasi musiman. Kadar di musim
kemarau akan meningkat dan di musim hujan menurun. Terutama di dalam kimia tanah
dimanifestasikan di dalam reaksi larutan tanah yang tergantung pada interaksi tanah
dengan air atau dengan larutan garam. Reaksi dar larutan tanah ditentukan oleh
dominasi awal kadar ion hidrogen (H+) dan hidroksi (OH-), mungkin dapat asam, basa
atau netral. Reaksi akan netral bila kadar H dan OH ekuivalen. Komposisi kation yang
terabsorbsi dan CaCO3 memberikan kondisi tanah reaksi tanah potensial dari fase
padat tanah dan reaksi dari larutan tanahnya.
Universitas Gadjah Mada
2
Reaksi dari larutan tanah dinyatakan dengan pH.
Keasaman dapat berupa : aktif (aktuil) dan potensiil (pertukaran). Keasaman aktif
disebabkan kehadiran asam lemah (terutama asam-asam carbonik, asam organik), juga
garam asam dan asam mineral terutama H2SO4. Keasaman aktif dinyatakan oleh
pengaruh air pada tanah yang mengabsorsi kompleks koloid tidak jenuh basa-basa.
Keasaman potensiil ditentukan oleh kehadiran ion-ion hidrogen dan aluminium
dari dalam kompleks absorbsi tanah dan larutan tanah yang mampu digantikan oleh ionion logam. Keasaman potensiil dapat dipertukarkan dan dihidrolisis. Ketersediaan
kaeasaman potensiil adalah kapasitas tanah untuk mengasamkan larutan dari garamgaram netral bila berinteraksi dengan mereka. Keasaman ini disebabkan oleh ion-ion
hidrogen yang terbentuk karena kehadiran satu garam netral, seperti BaC12, KC1,
AlC13 dli. Reaksi pertukarannya dinyatakan dalam formula :
H
tanah ))H + 4KC1 < ------ > tanah ))4K + HCk +AlC13
Al
Pada interaksi tanah dengan larutan garam netral, akan dihasilkan reaksi asam
yang disebabkan oleh kehadiran asam bebas dan AlC13.
Kemudian menjadi garam asam hidrolisis, karean dihidrolisis di dalam larutan air,
dengan membentuk asam bebas :
AlCl3 + 3H20 < ------------ > Al(OH)3 + 3HC1
Catatan :
Hidrolisis adalah reaksi pertukaran antara berbagai bahan dan air. Terutama, hidrolisis
terdiri atas dalam hal ion-ion hidrogen dari disosiasi air diganti kationkation dari basabasa di dalam permukaan butir tanah. Hidrolisis garam asam lemah dan basa kuat akan
membentuk reaksi alkalin, sedangkan hidrolisis garam asam kuat dan basa lemah akan
membentuk reaksi asam dalam larutan.
Jumlah HCl yang terbentuk merupakan ukuran jumlah asam pertukaran Di dalam tanah
mineral faktor yang diketahui berkaitan dengan asam pertukaran adalah Al+++ dan
AI(OH)++. A.N. Sokolovsky menyarankan bahwa kedua ion tersebut muncul di dalam
ekstrak garam dari tanah tidak jenuh sebagai hasil sekunder, sebagai akibat kegiatan
pelarutan asam yang terbentuk pada penggantian ion hidrogen. Reaksi-reaksi
pertukaran terjadi di dalam larutan setelah kation dari fase padat tanah memperoleh
Universitas Gadjah Mada
3
jalan untuk itu sebagai akibat pelarutan dan hidrolisis. Asam pertukaran dipengaruhi
oleh hidrolisis garam aluminium dan oleh garam dari asam organik dengan basa-basa
kuat dan ion hidrogen.
Kapasitas garam-garam untuk dissosiasi hidrolitis di dalam tanah disebut keasaman
hidrolitis dari tanah. Keasaman hidrolitis menyatakan dirinya sendiri pada interaksi fase
padat dengan larutan garam alkalin hidrolistik, contoh asam asetat. Garam ini terhidrolisa
di dalam larutan air :
CH3COONa + H2O = CH3COOH + NaOH
Dissosiasi maks dari kelompok penghasil ion terjadi bila fase padat tanah
bereaksi dengan larutan dari garam alkalin hidrolitik. Ion hidrogen tampak di dalam
lapisan difusi yang merupakan reaksi-reaksi pertukaran. Kation dari garam alkalin
hidrolitik mengganti ion hidrogen dari tanah yang mampu bertukar dan hidrogen ion yang
terns terdissosiasi pada reaksi alkalin. Reaksinya :
( H2 - ion hidrogen mampu bertukaran di dalam di dalam reaksi alkalin, H dalam reaksi
netral). Karena itu keasaman hidrolitik biasanya lebih tinggi dari pada asam pertukaran.
Tanah
pendorong
intesifikasi
hidrolisis
garam-garam,
disebabkan pada
kenyataan bagian dari hasilnya hilang dari larutan. Hidrolisis asam mendorong issosiasi
R203 dan memperkya hasil residual dengan Si02. Pada kondisi alkalin Si02
didessosiasi dan hilang dan tanah diperkaya dengan R203. Keasaman hidrolitik dan
pertukaran bukan bentuk tetapi hanya tingkatan keasam potensial. Tanah dapat
menjadi masam sekali (pH = 4,5), sedang (pH=4,6-5,0) dan agak asam (pH = 5,1-5,5).
Reaksi alkalin di dalam tanah karena mengabsorbsi Na. Tingkat alkalinitas di dalam tanah
tergantung pada jumlah Na tertukar. Bila tanah alkalin bereaksi dengan air irigasi atau air
hujan yang biasanya berisi sedikit asam carbonat, ada pembentukan soda:
Na
tanah)) + H20 + CO2 = tanah )) + Na2CO3
Na
H (soda)
Universitas Gadjah Mada
4
Soda menjadi garam alkalin hidrolisis dihidrolisis di dalam larutan : Na2CO3 + 2H20 =
2NaOH + H2CO3. Beberapa alkalinitas dilakukan pada tanah oleh kapur yang bereaksi
dengan air yang berisi asam karbonat, yang sebagian dirubah menjadi hidrokarbonat
CaCO3 + H2O +CO3 -----> Ca(HCO3)2.
Reaksi larutan tanah dalam beberapa pengembangan dirubah oleh jasad renik,
pupuk organik, pengolahan (kegiatan tehnikpertanian) dan budidaya tanaman.
Reaksi larutan tanah ......
Reaksi larutan tanah dan kadarnya berubah menurut lingkungannya. Hal ini
kadang-kadang juga terpengaruh dengan perubahan waktu musiman tetapi yang lebih
berpengaruh adalah periode yang makin lama, puluhan tahun.
Dinamika fluktuasi kadar larutan tanah dapat dinyatakan dengan perubahan
nisbah Cl/SO3, dalam kaitan dengan perbedaan kelarutan khlorida dan sulfat. Kenaikan
khlorin menunjukkan salinisasi, penurunan berarti desalinisasi dst.
Penyanggaan (buffering)
Kapasitas suspensi tanah menahan perubahan reaksi (keasaman) aktifnya (pH)
terhadap perlakuan asam atau basa pada tanah disebut efek penyangga (buffer).
Sebagai hasil dari penyanggaan, larutan tanah mempunyai reaksi yang relatif stabil.
Pengaruh bufer ditunjukkan oleh fase padat tanah dan tergantung pada komposisi
koloid tanah dan kejenuhan tanah terhadap basa atau lebih tepatnya tergantung pada
komposisi kimia, koloid dan mekanik tanah.
Contohnya, tanah yang mempunyai butir yang makin halus pengaruh bufernya
makin jelas. Tanah lempungan dan yang kaya humus (chernozem) mempunyai
pengaruh bufer yang lebih tinggi dari pada tanah pasiran dan tanah terlindi yang
berkadar humus rendah (podzolik).
Lebih banyak humus dan koloid ada di tanah, pengaruh bufernya
lebih tinggi. dst ........
(Foth)
Universitas Gadjah Mada
5
Faktor-faktor yang mempengaruhi pH
1. Kation yang dapat dipertukarkan
Seperti telah diketahui kation-kation yang dapat dipertukarkan, termasuk ion H,
terserap dipermukaan pertukaran kation dengan tenaga yang cukup besar sehingga
dapat memperlambat pelindian. Tetapi sejumlah kation yang cukup besar mengalami
dissosiasi dari permukaan pertukaran kation dan terdapat di dalam larutan tanah
sehingga kation siap untuk digunakan tanaman. Pada disosiasi basa yang dapat
dipertukarkan menyebabkan proses hidrolisis sehingga dihasilkan ion-ion OH (gambar 92).
H yang dapat dipertukarkan mengalami dissosiasi dan menyumbangkan ion H+ ke
dalam larutan tanah dan merupakan sumber utama H+ sampai pH tanah menjadi
dibawah 6. Bila Al pada lempeng lempung oktahedral-A1 menjadi tidak mantap dan
diserap sebagai Al yang dapat dipertukarkan. Al yang dapat dipertukarkan ini juga
merupakan sumber H+.
Sumber-sumber H+ (keasaman potensial, Plyusnin) :
1. Misel - H < --------> H+
-H
2. Misel-Al + H20 < ------- > Al(OH)3 + misel)) H < ---------- > H+
-H
2. Kejenuhan basa
Hubungan antara pH dan persen kejenuhan H dapat digambarkan :
pH x 24 = 187 - 0,3(KPK) - % kejenuhan basa
Universitas Gadjah Mada
6
Dengan persamaan diatas dapat dibuat diagram sbb.
Terlihat bahwa pH 7 mempunyai 15 % kejenuhan H dan 85 % kejenuhan basa
dengan KPK yang ditentukan = 13. Pada tanah tersebut, pH minimum dan maksimum
dari dissosiasi kation hasil pertukaran adalah 3,5 dan 7,6. Pada V 50 % pH = 5,5 karena
ion H yang dapat dipertukarkan terserap misel tidak sekuat basa yang dapat
dipertukarkan, yang terutama terdiri atas Ca dan Mg yang bervalensi dua.
Universitas Gadjah Mada
7
Pada tanah kaolin yang permukaan pertukarannya terutama berasal dari dissosiasi H
dari pH pada permukaan luar partikel lempung mungkin pada V 50 % pH berkisar antara 67, karena H yang terikat pada OH terserap jauh lebih kuat dari pada pertukaran kation yang
dihasilkan dari substitusi isomorf.
3. Kapur, garam CaCO3
Pada tanah berkapur (CaCO3), bila diberi asam khlorida HCl akan membentuk
gelembung karbodioksida. CaCo3 sukar larut dalam air, tetapi kalau di dalam tanah akan
berupa tekanan yang tetap untuk mempertahankan kejenuhan kalsium dalam permukaan
pertukaran.
CaCO3 + 2H2O-Misel ------- > Ca-Misel + H2O + CO2
Karena itu pada tanah kapur terdapat V=100 % dan pH larutan terutama
dikendalikan oleh hidrolisis CaCO3.
CaCO3 + 2H20 ------------ > Ca(OH)2 + H2CO3
Terlihat bahwa dissosiasi CaCO3 yang menghasilkan OH- akan semakin besar, sedangkan
produksi H+ dari asam lemah H2CO3 (H-HCO3) relatif sedikit sehingga akan menciptakan
keadaan yang alkalis. Tanah kapur mempunyai pH = 7,0 - 8,3.
4. Garam Natrium Karbonat, Na2CO3
Di dalam pelapukan mineral Natrium cukup mudah terlepas dan di daerah basah akan
mudah terkindi, karena daya ikatnya pada permukaan pertukaran tidak kuat. Di daerah
kering natriun yang terlepas tidak terlindi sehingga terjadi penimbunan dalam bentuk
natrium karbonat yang cenderung menempati posisi permukaan pertukaran. Hidrolisis
natrium karbinat dan natrium yang ada di permukaan pertukaran akan menghasilkan basa
yang sangat kuat NaOH. Bila
tanah mempunyai kejenuhan natrium 15
atau berarti NaCO3 terdapat
di dalam
tanah yang lalu terhidrolisis, tanah dapat mempunyai pH = 8,5 - 10,0.
5. Garam-garam terlarut
Tanah garaman mengandung cukup garam-garam terlarut yang meningkatkan
tekanan
osmosis.
Akibat
mengganggu
pertumbuhan
tanaman
dan
membatasi
penyerapan air. Penggunaan pupuk garam terlarut berlebihan akan menimbulkan tanah
garaman. Pupuk kalium utama KC1 bila terhidrolisis akan menghasilkan KOH yang basa
Universitas Gadjah Mada
8
kuat dan HCl yang asam kuat yang keduanya hampir sama kuat menghasilkan H+ dan
OH-. Tanah garaman cenderung mempunyai pH sekitar 7, karena hidrolosis oleh garam
terlarut.
6. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi pH tanah :
1. CO2
2. S dari gas sampingan industri
3. FeS dari pirit
4. SO2 akibat pembakaran minyak kendaraan bermotor/industri
Universitas Gadjah Mada
9