mineral liat tanah

MK. DASAR ILMU TANAH
MINERALOGI
TANAH
Oleh:
smno.jursntnh.fpub.mart2013
Penyusun Tanah Mineral
Mineral Primer:
Kuarsa
Mineral Sekunder:
Liat silikat
Udara:
Mineral:
20-30%
45%
Pori:
50%
Padatan:
50%
Air:
20-30%
Organik
5%
MINERAL
Mineralogi: cabang ilmu geologi yg mempelajari kerak bumi dari
sudut pandang MINERAL
MINERAL = “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 kimiafisika 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, lem
adalah 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
Divisi II
Divisi III
Divisi IV
Divisi V
Divisi VI
: Unsur-unsur alami dan senyawa inter-metalik
: Karbida, Nitrida, dan Fosfida
: Sulfida, Garam Sulfon, dan senyawa turunannya
: Halida (Fluorida; Klorida, Bromida, dan Iodida)
: Oksida (Oksida sederhana, Hidroksida)
: Garam oksigen (Iodat, Nitrat, Karbonat, Sulfat, Kromat, Molibdat,
Fosfat, Arsenat, Borat, dan Silikat)
Klasifikasi Silikat:
1. Neso-Silikat
2. Soro-silikat
3. Siklo-silikat
4. Ino-silikat
5. Filo-silikat
6. Tekto-silikat
: Tetrahedra SiO4 berdiri sendiri-sendiri
: dua SiO4 berpolimerisasi
: Tetrahedra SiO4 membentuk rantai siklis
: Tetrahedra SiO4 membentuk lembaran kontinyu
: Polimerisasi SiO4 membentuk struktur tiga dimensi
: Tetrahedra SiO4 berpolimerisasi membentuk struktur tiga
dimensi yang kompleks.
KELOMPOK
OKSIDA
1. Dalam pembentukannya diperlukan oksigen dari udara
2. Ikatan ionik di antara unit-unit strukturalnya
3. Struktur kristal mengandung O (oksida) dan OH- (hidroksida)
4. Dlm struktur kristalnya, kation inti dikelilingi oleh anion oksigen
dan hidroksil
HEMATIT : Fe2O3
Komposisi kimia
: mengandung 70% Fe, campurannya Ti dan Mg
Struktur kristal
: Agak kompleks
Habit
: Pipih, Rhombohedral
Warna
: Hitam besi hingga kelabu baja
Kekerasan : 5.5 - 6.0; Rapuh
Berat jenis : 5.0 - 5.2
Sifat diagnostik
: Warna goresannya merah, sangat keras, tidak magnetik
Genesis
: Dibentuk dalam suasana oksidasi dlm endapan dan batuan
MAGNETIT : FeFe2O4
Komposisi kimia
Sistem
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
Genesis
: FeO 70%, Fe2O3 69%, kadar Fe 72.4%
: Kubik, simetrik, heksoktahedral
: Oktahedral
: Hitam besi
: 5.5 - 6.0; Rapuh
: 4.9 - 5.2
: Magnetik kuat, Warna goresannya hitam
: Dibentuk dalam suasana reduksi dlm endapan bijih dan batuan
KELOMPOK
OKSIDA
KUARSA: SiO4
1. Ada tiga polimorfiknya: Kuarsa, Tridimit, Kristobalit
2. Modifikasinya diberi awalan alfa, beta
3. Ion inti Si4+ dikelilingi oleh empat anion oksigen O= yg
menempati titik sudut tetrahedron
KUARSA : SiO2
Komposisi kimia
Struktur kristal
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
Genesis
: Sesuai dg formulanya
: Agak sederhana .
: Heksagonal
: Tidak berwarna, putih susu, kelabu
: 7.0
: 2.5 - 2.8
: Bentuknya yg khas, keras, tdk mempunyai belahan
:
Bentuk kristal Kuarsa
KELOMPOK
HIDROKSIDA
1. Senyawa logam dengan OH- : Hidrat atau hidroksida
2. Struktur kristalnya berlapis
3. Heksagonal
BRUSIT : Mg(OH)2
Komposisi kimia
Struktur kristal
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
: MgO 69%; H2O 31%; campurannya Fe dan Mn
: Berlapis
: Tabuler tebal
: Putih, kadangkala kehijauan
: 2.5
: 2.3 - 2.4
: Mudah larut dlm HCl
HIDRARGILIT : Al(OH)3
Komposisi kimia
Sistem
Struktur kristal
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
: Al2O3 65.4%, H2O 34.6%
: Monoklin, Simetri prismatik
: Berlapis, lembaran Al dijepit oleh dua lembaran hidroksil
: Tabuler-heksagonal
: Putih, sedikit kekelabuan
: 2.5 - 3.5
: 2.43
: Belahan sgt baik, kilap kaca, ringan
KALSIT : CaCO3
KELOMPOK
KARBONAT
Komposisi kimia
Struktur kristal
Habit
Agregat
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
: CaO 56%; CO2 44%; campurannya Mg, Fe dan
Mn sampai 8%
: spt NaCl
: Skalenohedral
: Kalsit yg kompak disebut “Marble”, Sdg
Batukapur bersifat kriptokristalin kompak
: umuknya tdk berwarna, atau Putih susu
: 3.0; Rapuh
: 2.6 - 2.8
: Bereaksi dg keras bila diberi HCl
MAGNESIT : Mg(CO3 )
Komposisi kimia
Sistem
Struktur kristal
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
: MgO 47.6, CO2 52.4%
: Trigonal, Simetri , ditrigonal skalenohedral
: Analog dg kalsit
: Umumnya rhombohedral
: Putih dg becak kekuningan atau kekelabuan
: 4.0 - 4.5 ; Rapuh
: 2.9 - 3.1
: Larut asam bila dipanaskan, kondisi dingin tdk bereaksi dg HCl
DOLOMIT : CaMg(CO3)2
Komposisi kimia
Sistem
Warna
Berat jenis
Sifat diagnostik
: MgO 21.7%, CaO 30.4%, CO2 47.9%
: Trigonal, Simetri rhombohedral
: Putih kelabu
Kekerasan : 3.5 - 4.0 ; Rapuh
: 1.8 - 2.9
: Kondisi dingin lambat bereaksi dg HCl
KELOMPOK
FOSFAT
VIVIANIT : Fe3(PO4)2 . 8H2O
Sistem
: Monoklinik
Habit
: Kristal prismatik
Warna
: 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,F
Sistem
Habit
Belahan
Kekerasan
Berat jenis
Warna
Sifat diagnostik
: Heksagonal
: Kristal dlm batu kapur prismatik
: Tidak jelas
: 5.0 ; Rapuh
: 3.1 - 3.2
: Hijau, hijau kebiruan, hijau kelabu, biru, violet
: Bentuk kristalnya, warnanya , lareut dlm asam
TURQUOIS : CuAl6(PO4)4(OH)8. 4H2O
Sistem
: Triklinik
Habit
: Kristal jarang ditemukan, biasanya masif
Warna
: Putih kelabu
Kekerasan
: 5 - 6.0
Berat jenis
: 2.6 - 2.8
Warna
: Biru langit, Hijau kebiruan
Sifat diagnostik
: Warna biru yang khas
KELOMPOK
FELDSPAR
SANIDIN= ORTOKLAS : KAlSi3O8
Sistem
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Sifat diagnostik
: Monoklinik
: Kristal prismatik pndek, agak pipih atau memanjang
: umumnya tidak berwarna
: 6.0
: 2.56
: Kilap kaca
MIKROKLIN : KAlSi3O8
Sistem
Habit
Belahan
Kekerasan
Berat jenis
Warna
Sifat diagnostik
: Triklinik
: Serupa dg Ortoklas
: Sempurna, baik
: 6.0
: 2.56
: Putih, cream, merah muda
: Sifat optik
PLAGIOKLAS : (Ca,Na)(Al,Si) AlSi2O8
Sistem
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Warna
Sifat diagnostik
: Triklinik
: Kristal biasanya berbentuk batang
: Putih atau kelabu
: 6.0
: 2.62 - 2.76
: Putih atau kelabu
: 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
Habit
Belahan
Kekerasan
Berat jenis
Warna
Kimiawi
: Triklinik
: Kristal pseudoheksagonal pipih
: Sempurna
: 2.0
: 2.6
: Putih, seringkali berbintik coklat atau kelabu
: Komposisi sesuai formula, substitusi jarang terjadi.
Polimorfiknya adalah Dikrit, Nakrit, dan Haloisit.
MONTMORILONIT : Al2Si4O10(OH)2. xH2O
Sistem
: Monoklinik
Habit
: Kristal sukar dilihat
Warna
: Biasanya kelabu atau kelabu kehijauan
Kekerasan
: 2 - 2.5
Berat jenis
: 2.0 - 2.7, menurun dengan kadar air
Sifat 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.
FILOSILIKAT
VERMIKULIT : Mg3Si4O10(OH)2 . xH2O
Sistem
Habit
Belahan
Kekerasan
Berat jenis
Warna
Kimiawi
: Monoklinik
: Biasanya pseudomorf
: Sempurna
: 1.5
: 2.4
: Kuning sampai coklat
: Selalu ada sejumlah Al yg menggantikan Si,
Mg oleh feri
KELOMPOK
MIKA
MUSKIVIT : KAl2(AlSi3O10) (OH)2
Sistem
: Monoklinik
Habit
: Biasanya masanya berlapis
Warna
: Tidak berwarna atau pucat
Kekerasan
: 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)2
Sistem
: Monoklinik
Habit
: Kristalnya prisma pseudo-heksagonal, seringkali pipih berlapis
Belahan
: Sempurna
Kekerasan
: 2.5
Berat jenis
: 2.8 - 3.4
Warna
: 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)8
Sistem
Habit
Warna
Kekerasan
Berat jenis
Warna
Komposisi kimia
: Monoklinik
: Kristal pseudo-heksagonal
: Hijau khas
: 2.5
: 2.6 - 3.3
: Hijau khas
: Mg dan Fe dapat saling menggantikan
MINERAL
LIAT
Foto: smno.kampus.ub.febr2013
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning™ is a trademark used herein under license.
Rangkaian reaksi-reaksi menurut Bowen
Resistensi
pelapukan lebih
rendah
Kristalisasi
pd
suhu tinggi
Olivin
Augite
Hornblende
Resistensi
pelapukan
lebih tinggi
Kuarsa
Kristalisasi pd
suhu rendah
Asal-usul Mineral Liat
“The contact of rocks and water produces clays, either at or near the surface of
the earth” (from Velde, 1995).
Rock +Water  Clay
Misalnya:
The CO2 gas can dissolve in water and form carbonic acid, which will become
hydrogen ions H+ and bicarbonate ions, and make water slightly acidic.
CO2+H2O  H2CO3 H+ +HCO3The acidic water will react with the rock surfaces and tend to dissolve the K ion
and silica from the feldspar. Finally, the feldspar is transformed into kaolinite.
Feldspar + hydrogen ions+water  clay (kaolinite) + cations, dissolved silica
2KAlSi3O8+2H+ +H2O  Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ +4SiO2
Kation hidrogen dapat menggantikan kation lainnya.
Asal-usul Mineral Liat
Perubahan feldspar menjadi kaolinite lazim terjadi
pada granite yang terdekomposisi.
The clay minerals are common in the filling materials
of joints and faults (fault gouge, seam) in the rock
mass.
17
Unit-dasar Silika Tetrahedra
1 Si
4O
(Si2O10)-4
Replace four
Oxygen with
hydroxyls or
combine with
positive union
Tetrahedron
Hexagonal
hole
Plural: Tetrahedra
(Holtz and Kovacs, 1981)
Unit-dasar Lembar Oktahedra
1 Cation
6 O or OH
Lembar Gibbsite : Al3+
Al2(OH)6, 2/3 cationic spaces are filled
One OH is surrounded by 2 Al:
Dioctahedral sheet
Lembar Brucite : Mg2+
Mg3(OH)6, all cationic spaces are
filled
One OH is surrounded by 3 Mg:
Trioctahedral sheet
(Holtz and Kovacs, 1981)
Different
cations
Unit-dasar
Mitchell, 1993
Sintesis
Mitchell,
1993
Noncrystalline clay allophane
Mineral Kaolinit
Rongga Basal 7.2 Å
layer
• Si4Al4O10(OH)8. Bentuknya pipih
• The bonding between layers are van
der Waals forces and hydrogen bonds
(strong bonding).
• Tidak ada pengembangan interlayer
• Lebar: 0.1~ 4m, Tebal: 0.05~2 m
Trovey, 1971 ( from
Mitchell, 1993)
17 m
Mineral - Halloysit
1. Si4Al4O10(OH)8·4H2O
2. Satu lapis air di antara lapisan.
3. The basal spacing is 10.1 Å for
hydrated halloysite and 7.2 Å for
dehydrated halloysite.
4. If the temperature is over 50 °C or the
relative humidity is lower than 50%,
the hydrated halloysite will lose its
interlayer water (Irfan, 1966). Note that
this process is irreversible and will
affect the results of soil classifications
(GSD and Atterberg limits) and
compaction tests.
5. Tidak ada interlayer
mengembang.
Trovey, 1971 ( from
Mitchell, 1993)
2 m
6. Bentuk hidratnya Tubular.
yang
dapat
Mineral – Montmorilonit 2:1
1. Si8Al4O20(OH)4·nH2O
(Theoretical
unsubstituted). Film-like shape.
2. There is extensive isomorphous
substitution for silicon and aluminum by
other cations, which results in charge
deficiencies of clay particles.
3. n·H2O and cations exist between unit
layers, and the basal spacing is from 9.6
Å to  (after swelling).
n·H2O+cations
4. The interlayer bonding is by van der
Waals forces and by cations which
balance charge deficiencies (weak
bonding).
5. There exists interlayer swelling, which
is very important to engineering practice
(expansive clay).
6. Width: 1 or 2
Å~1/100 width
(Holtz and Kovacs, 1981)
5 m
m,
Thickness: 10
Mineral - Illit
1. Si8(Al,Mg,
shape.
potassium
K
Fe)4~6O20(OH)4·(K,H2O)2.
Flaky
2. Struktur dasrnya serupa dengan mica, sehingga
kadangkala
disebut
hydrous-mica.
Illite
merupakan komponen utama dari batu-sabak.
3. Some of the Si4+ in the tetrahedral sheet are
replaced by the Al3+, and some of the Al3+ in the
octahedral sheet are substituted by the Mg2+ or
Fe3+. Those are the origins of charge deficiencies.
4. The charge deficiency is balanced by the
potassium ion between layers. Note that the
potassium atom can exactly fit into the hexagonal
hole in the tetrahedral sheet and form a strong
interlayer bonding.
5. The basal spacing is fixed at 10 Å in the presence
of polar liquids (no interlayer swelling).
6. Lebar : 0.1~ beberapa m, Tebal: ~ 30 Å
7.5 m
Trovey, 1971 ( from Mitchell, 1993)
Mineral - Vermikulit
Lembar oktahedra nya Brusit.
1. Rongga basalnya 10 Å - 14 Å.
2. Kation tukarnya Ca2+ dan Mg2+
dan dua lapis air di dalam interlayer nya.
3. Dapat menjadi bahan isolator
yang bagus setelah mengalami
dehidratasi.
Illit
Mitchell, 1993
Vermikulit
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Diagram of the structures of (a) kaolinite; (b) illite; (c) montmorillonite
Mineral Khlorit
Rongga basalnya tetap 14 Å.
Gibbsit atau
brusit
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Struktur atomik Mineral Illit
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Gambar :
(a) Silika tetrahedra;
(b) Lembar silika;
(c) alumina
octahedron;
(d) octahedral
(gibbsite) sheet;
(e) elemental silicagibbsite sheet.
(Grim, 1959)
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under
license.
Struktur atomik montmorillonit (Grim, 1959)
Struktur Rantai Mineral Liat
Attapulgit
1. Morfologinya seperti benang
atau serabut.
2. Diameter partikel 50 - 100 Å
dan panjangnya 4 - 5 m.
3. Attapulgit berguna sebagai
“drilling mud” di lingkungan
saline karena sangat stabil.
4.7 m
Trovey, 1971 ( from Mitchell, 1993)
Liat-liat berlapis campuran
1. Berbagai tipe mineral mliat mempunyai struktur serupa
(lembar tetrahedra dan octahedra) sehingga tampak adanya
interstratification lapisan-lapisan mineral liat yang berbeda.
2. Umumnya, liat-liat berlapis campuran terdiri atas
interstratification lapisan-lapisan mengembang yg mengandung
air dan lapisan yg tidak mengandung air. Montmorillonite-illite
adalah contohnya, dan yang sering ditemukan juga adalah
chlorite-vermiculite dan chlorite-montmorillonite.
(Mitchell, 1993)
Material Liat Non-kristalin
Allophane
Allophane adalah
X-ray amorf dan tidak
mempunyai komposisi dan bentuk yang definit.
Ia terdiri atas partikel-partikel membulat tidak
teratur dengan diameter 3.5 - 5.0 nm.
Difraksi Sinar-X
Mitchell, 1993
• The distance of atomic planes d can be determined based on the Bragg’s
equation.
BC+CD = n, n = 2d·sin, d = n/2 sin
where n is an integer and  is the wavelength.
• Different clays minerals have various basal spacing (atomic planes). For
example, the basing spacing of kaolinite is 7.2 Å.
Analisis Diferensial Termal (DTA)
1. Differential thermal analysis
(DTA) consists of simultaneously
heating a test sample and a
thermally inert substance at
constant rate (usually about 10
ºC/min) to over 1000 ºC and
continuously
measuring
differences in temperature and
the inert material T.
Misalnya:
Perubahanj kuarsa dari bentuk  menjadi bentuk  pada
suhu 573 ºC dan puncak endotermiknya dapat dilihat.
T
2. Endothermic (take up heat) or
exothermic
(liberate
heat)
reactions can take place at
different heating temperatures.
The mineral types can be
characterized based on those
signatures shown in the left
figure.
(from Mitchell, 1993)
Temperature (100 ºC)
Analisis Diferensial Termal (DTA)
Kalau sampelnya inert secara termal
Kalau terjadi fase transisi dari sampel
T
T
Crystallize
Melt
Time t
Time t
Endothermic reactions take up heat
from surroundings and therefore the
temperature T decreases.
Exothermic reactions liberate heat to
surroundings and therefore the
temperature T increases.
T= the temperature of the sample – the temperature of the thermally inert substance.
METODE LAINNYA
1. Electron mikroskop
2. Permukaan jenis (Ss)
3. Kapasitas Tukar Kation - Cation exchange capacity (CEC)
4. Peta Plastisitas
38
METODE LAINNYA
5. Penetapan Kalium
Well-organized 10Å illite layers contain 9% ~ 10 % K2O.
6. Analisis Thermogravimetrik
It is based on changes in weight caused by loss of water or CO2
or gain in oxygen.
Sometimes, you cannot identify clay minerals only based on
one method.
PERMUKAAN JENIS (Ss)
DEFINISI
Specific surface  surface / volume
Specific surface  surface / mass
Surface related force
Gravational force
Preferred
Gaya-gaya permukaan : gaya-gaya
van der Waals, Gaya kapiler, dll.
Contoh :
1 1 1 cm cube ,   2.65g / cm 3
6 1 cm 2
4
2
Ss 

2
.
3

10

m
/g
3
3
1 cm  2.65 g / cm
1 1 1m cube ,   2.65g / cm
3
6 1m 2
2
Ss 

2
.
3

m
/g
3
3
1m  2.65 g / cm
Ss berbanding
terbalik dengan
ukuran partikel
Nilai-nilai yang Khas
Montmorillonit
50-120 m2/gm (Permukaan eksternal)
700-840 m2/gm (termasuk permukaan interlayer)
Permukaan Interlayer
Illit
65-100 m2/gm
Kaolinit
10-20 m2/gm
INTERAKASI AIR
DAN
MINERAL LIAT
Asal-usul Defisiensi Muatan
1. Imperfections in the crystal lattice – Substitusi Isomorfik.
The cations in the octahedral or tetrahedral sheet can be replaced by
different kinds of cations without change in crystal structure (similar
physical size of cations).
Misalnya:
Al3+ in place of Si4+ (lembaran Tetrahedral)
Mg2+ instead of Al3+(lembaran Octahedral)
Muatan tidak seimbang (defisiensi muatan)
• Ini merupakan sumber utama defisiensi muatan
Montmorillonit.
• Pada Kaolinit hanya sedikit sekalu substitusi isomorfiknya.
pada
Asal-usul Defisiensi Muatan
2. Imperfections in the crystal lattice – Tepian patahan
Tepian patahan dapat
bermuatan positif atau
negatif.
Asal-usul Defisiensi Muatan
3. Kesetimbangan Proton (Muatan tergantung pH)
M  OH  H   M  OH2 (Pr otonation )


M  OH  OH  M  O  H 2O (Deprotonat ion )
H
M O +
H
M: metal
M O H
M O-
Partikel Kaolinit bermuatan positif
pada tepi-tepian patahan kalau pH
lingkungannya rendah (masam),
tetapi bermuatan negatif kalau pH
lingkungannya tinggi (alkalis).
Asal-usul Defisiensi Muatan
4. Muatan ion yang terjerap (inner sphere complex
charge and outer sphere complex charge)
Ions of outer sphere complexes do not lose their hydration spheres. The inner
complexes have direct electrostatic bonding between the central atoms.
Partikel Liat ber-Muatan
- or +
1. Umumnya permukaan eksternal atau
interlayer bhermuatyan negatif.
2. Tepi-tepian patahan dapat bermuatan
positif atau negatif.
3. Berbagai kation menyeimbangkan
defisiensi muatan
Cation
- or +
Kondisi kering
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under
license.
Tarik-menarik molekul dipoler dalam lapisan rangkap difuse
Molekul air bersifat Poler
Structure
Polar molecule
O(-)
H(+)
Ikatan Hidrogen
H(+)
Salts in aqueous solution
Hidrasi
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Karakteristik molekul air yang dipoler
Interaksi Air dan Liat
1. Ikatan Hidrogen
Kaolinite
H
Oxygen
O
Hydroxyl
OH
Clay Surfaces
O
Molekuk air yang “locked” dalam lapisan
jerapan mempunyai perilaku yang
berbeda dnegan molekul air bebas, karena
kuatnya tarikan oleh permukaan liat.
O
H
H
Adsorbed layers
Free water
3 monolayers
Bulk water
H
O
Interaksi Air dan Liat
2. Hidrasi Ion
Na+ radiun kristal: 0.095 nm
Radius ion hidrat : 0.358 nm
cation
Clay
layers
Kondisi kering
(Interlayer)
Molekul air memasuki rongga
interlayer setelah penambahan
air
The cations are fully hydrated, which
results in repulsive forces and expanding
clay layers (hydration energy).
Interaksi Air dan Liat
From Oxtoby et al., 1994
3. Tekanan Osmotik
A
B
The concentration of cations is higher in the interlayers (A) compared with that in the solution (B) due to
negatively charged surfaces. Because of this concentration difference, water molecules tend to diffuse
toward the interlayer in an attempt to equalize concentration.
Interaksi Air dan Liat
Ukuran relatif lapisan air terjerap pada Na-montmorillonit dan Na-kaolinit
Holtz and Kovacs, 198155
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under
license.
Liat-air (Lambe, 1958)
Interaksi Partikel Liat atau Lapisan
Interlayer
Interparticle
Layer
Particle
Lapisan Rangkap Difuse
-
-
Kation
+
+
x
Partikel liat dengan
permukaan yg
bermuatan negatif
Concentration
-
Eksponensial menurun
Jarak - x
Anion
-
(c)2001 Brooks/Cole, a division of Thomson Learning, Inc. Thomson Learning ™ is a trademark used herein under license.
Lapisan rangkap difuse
Interaksi Gaya-gaya
Gaya neto di antara partikel liat (atau interlayers)
DLVO
forces
= tarikan van der Waals +
Repulsi lapisan rangkap (overlapping lapisan rangkap)+
Atraksi Coulomb (di antara tepian positif dan permukaan negatif)
Tebalnya lapisan rangkap
1/ 2
  0  kT 

K  
2 2 
 2n0 e  
 0 : Permittivity in vacuum
Tebal lapisan
rangkap K
 : Permitivit as relatif
k : konstante Boltzman
T : Temperature
K
gaya repulsi

n 0 : Cation concentration
e : Muatan elektron
 : Valensi
n0
K
repulsion force 
v
K
repulsion force 
T
K  repulsion force (?)
 Menurun dengan
meningkatnya suhu
Interaksi partikel liat
Fabrik terflokulasi
Fabrik terdispersi
Edge-to-face (EF): positively
charged edges and negatively
charged surfaces (more common)
Edge-to-edge (EE)
The net interparticle force
between surfaces is repulsive
Fabrik teragregasi
Face-to-Face (FF)
Meningkat
Konsentrasi elektrolit n0
Valensi ion v
Temperatur T (?)
Menurun
Permittivity 
Ukuran ion hidrasi
pH
Jerapan anion
Shifted FF
1. Reduce the double layer
repulsion (only applicable to
some cases)
2. Flocculated or aggregated
fabric
Interaksi partikel liat
• (1) Penurunan pH
+
+
• (2) Penurunan jerapan anion
• (3) Ukuran hidrasi
Jumlah total kation yang
diperlukan 10
Clay
Particle
Batas Atterberg Mineral Liat
Na-montmorillonit
• Lapisan rangkap lebih tebal
•LL=710
Ca-montmorillonit
• Lapisan rangkap lebih tipis
•LL=510
Lapisan rangkap semakin
tebal kalau valensi kation
menurun.
Lambe and Whitman, 1979
Penggantian Kation
1.
2.
3.
Beragam tipe dan jumlah kation dijerap untuk menyeimbangkan defisiensi muatan
pada partikel liat.
The types of adsorbed cations depend on the depositional environment. For
example, sodium and magnesium are dominant cations in marine clays since they
are common in sea water. In general, calcium and magnesium are the predominant
cations.
Kation yang dijerap sifatnya dapat ditukar dnegan kation lain (replaceable).
Misalnya:
Na
Na
Na
Na
Ca
Ca
+4CaCl2 
Na
Na
Na
Na
+8NaCl
Ca
Ca
(Lambe and Whitman, 1979)
Penggantian Kation
Kemudahan penggantian kation
tergantung pada
(1) Valensi (terutama)
Cations
Non-hydrated
radius (Å)
Li+
0.68
Hydrated
radius (Å)
3.8
Na+
0.95
3.6
K+
1.33
3.3
Cs+
1.69
3.3
Be2+
0.31
4.6
Mg2+
0.65
4.3
Berdasarkan aturan (1) dan (2), urutan
penggantian adalah
Li+<Na+<K+<Rb+<Cs+<Mg2+<Ca2+<Ba2+<Cu2+<
Al3+<Fe3+<Th4+
Ca2+
0.99
4.1
Ba2+
1.35
Al3+
0.5
(3) Jumlah relatif
Fe3+
0.6
Higher valence cations can replace
cations of lower valence.
(2) Ukuran Ion
Cations with larger non-hydrated radii or
smaller hydrated radii have greater
replacement power.
Pada Konsentrasi tinggi Na+ dapat
mengganti Al3+.
4.8
(Data compiled from Israelachvili, 1991)
Penggantian Kation
Air sadah melunak
1.
Air sadah mengandung garam-garam Ca dan Mg larut seperti Ca(HCO3)2
dan Mg(HCO3)2. Kesadahan dapat dihilangkan dengan mengganti Ca2+
dan Mg2+ dengan Na+. Misalnya:
Na2Z(s) (Zeolite) + Ca2+(aq)  CaZ(s)+2 Na+(aq)
2.
As the ion-exchange capacity of Zeolite is saturated, the capacity can be
regained by passing through a concentrated solution of NaCl.
Kapasitas Tukar Kation - KTK
• The quantity of exchangeable cations is termed the cation exchangeable capacity
(cec) and is usually expressed as milliequivalents (meq) per 100 gram of dry clay (
from Mitchell, 1993).
• Satu ekuivalen = 6.021023 muatan elektron atau 96500 Coulombs, yang
disebut juga dengan 1 Faraday.
Potensi mengembang-mengkerut
Practically speaking, the three ingredients generally necessary for potentially damaging swelling
to occur are (1) presence of montmorillonite in the soil, (2) the natural water content must be
around the PL, and (3) there must be a source of water for the potentially swelling clay (Gromko,
1974, from Holtz and Kovacs, 1981)
U.S. Bureau of
Reclamation
Holtz and Kovacs, 1981
Alumino silikat
Kaya Mg, Ca, Na, Fe
Feldspar; Augit; Hornblende
Kaya K
Muskovit; Mika; Biotit
Klorit
-Mg -K
-Mg
Hidrous mika
-K
-Mg
Derajat
Pelapukan
Meningkat
-K
Vermikulit
Pengusiran basa lambat
Montmorilonit
Pengusiran basa cepat
Kaolinit
Iklim panas basah (-Si)
Mikroklin; Ortoklas
+K
Oksida Fe dan Al
Kaya Mg dlm zone pelapukan
Pengusiran basa cepat
Iklim panas basah (-Si)
Diagram ttg Kondisi umum pembentukan liat silikat dan oksida Fe & Al
TETRAHEDRA SILIKA
OKTAHEDRA ALUMINA
Si
O
Al
OH
MINERALOGI LIAT
KAOLINIT
1. Paket lapisan mineral tersusun atas lempeng aluminiumhidroksida 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
tetrahedra
3O
2 Si
O-OH-O
2 Al
Oktahedra
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 LIAT
HALOISIT
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
tetrahedra
Al
OH
3O
2 Si
2 OH
3 OH
2 Al Oktahedra
3 OH
Kisi kristal tidak tahan terhadap pemanasan
Pada suhu 40oC air telah lenyap dan lambat laun terbentuk suatu persenyawaan meta-haloisit
MINERALOGI LIAT
PIROFILIT
1. Rumus umumnya Al2O3.4SiO2.H2O
2.
O
Si
tetrahedra
Al
OH
tetra-
hedra
3O
2 Si
O-OH-O
2 Al
O-OH-O
2 Si
3O
Permukaan kristal tersusun atas atom oksigen dari lempengan Si2O5, bersifat inert
oktahedra
MINERALOGI LIAT
MONTMORILONIT
n H2O
1. Kisi kristalnya bersifat dapat membengkak
2. Ruang antara Lempeng-lempeng dapat dimasuki air, shg
jarak antar lempengan melebar
3. Rumus umum Al2O3.4SiO2.H2O.nH2O
n H2O
………..
tetrahedra
n H2O ………...
3O
2 Si
O-OH-O
2 Al /Fe/Mg
oktahedra
O-OH-O
tetrahedra
n H2O
n H2O
2 Si
3O
………..n H2O ……..
MINERALOGI LIAT
SERISIT
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
6O
…………. K ………...
6O
tetra- Al, 3Si
hedra
2O-2OH-2O
4 Al
oktahedra
2O-2OH-2O
O
Al, 3Si
tetrahedra
6O
…………. K ……….
Ukuran liat  2 mikron
Ukuran partikel koloid  1 mikron
Tidak semua liat bersifat koloidal
MINERAL
LIAT
LIAT SILIKAT:
Berbentuk pipih-laminer, lapisan lempengan
Berstruktur kristal = kristalin
Umumnya bersifat koloidal
Luas permukaannya sangat besar
Permukaannya bermuatan elektronegatif shg
mampu menjerap kation-kation
Liat Fe dan Al-hidrous-oksida:
Tidak mempunyai struktur kristal, amorf
Banyak dijumpai di daerah tropika
ALOFAN: Si dan Al seskui-oksida
Al2O3.2SiO2.H2O
STRUKTUR
LIAT
SILIKAT
Ukuran kecil , KRISTALIN
Tersusun atas unit-unit kristal
Susunan 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 silika
Oktahedra alumina
Kedua lempengan ini berikatan satu-sama lain dalam kristal
liat melalui atom oksigen …….. “Jembatan oksigen”
Tetrahedra
SiO4
Oktahedra
Mineralogi
Liat Silikat
Berdasar susunan lempeng dlm unit kristal:
1. Tipe mineral 1:1 (Silika : Alumina)
2. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya memuai
3. Tipe mineral 2:1 yg unit kristalnya tdk memuai
4. Tipe mineral 2:2
Tipe Mineral 1:1
Kaolinit, Haloisit, Anauksit, Dikit
Unit kristal terdiri atas satu lempeng silika & satu alumina
Kisi kristalnya 1:1
Kedua 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 hidrogen
sehingga tidak dapat memuai (mengembang-mengkerut)
Permukaan efektif terbatas di permukaan luar saja
Hampir tidak ada substitusi isomorfik
Nilai KTK-nya rendah
Kristal Kaolinit berbentuk heksagonal, diameternya 0.1 - 5 mikron
Sifat plastisitas dan kohesinya rendah
Sifat koloidalnya tidak terlalu intensif
Mineralogi
Liat Silikat
Tipe mineral Memuai 2:1
Unit kristalnya tersusun atas lempeng alumina yang dijepit
oleh dua lempeng silika
Dua Kelompok yang terkenal:
1. Montmorilonit : Montmorilonit, Beidelit, Nontronit, Saponit
2. Vermikulit
MONTMORILONIT
Unit-UNIT kristal diikat bersama melalui ikatan oksigen yang lemah,
sehingga kisi kristal mudah mengembang bila basah
Diameter montmorilonit 0.01 - 1 mikron
Permukaannya 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 Oktahedron
Al menggantikan sebagian Si dalam lempeng Tetrahedron
Sifat plastisitas dan kohesinya tinggi, mengembang & mengkerut
Sifat koloidalnya sangat intensif
Mineralogi
Liat Silikat
VERMIKULIT
Ciri-ciri strukturalnya serupa dengan Montmorilonit
Pd 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 besar
Kapasitas jerapan (KTK) sangat besar.
Molekul air bersama dg kation Mg dijerap kuat di antara unit
kristal, sehingga derajat memuainya tidak terlalu intensif
(MEMUAI TERBATAS)
Tipe mineral 2:1 Tidak Memuai (ILLIT)
Ukurannya berada di antara montmorilonit dan kaolinit
Muatan 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
Mineralogi
Liat Silikat
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
CAMPURAN LIAT SILIKAT
Susunan unit kristalnya berbeda-beda, spt misalnya:
1. Klorit - Illit
2. Ilit-Montmorilonit
Ciri-ciri
Tipe Liat
Montmorilonit
Ilit
Ukuran (mikron)
0.01 - 1
0.1 - 2
Bentuk
Serpih tak menentu Serpih tak menentu
Permukaan jenis (m2/g)
700-800
100-200
Permukaan luar
Luas
Sedang
Permukaan dalam
Sgt luas
Sedang
Kohesi / Plastisitas
Tinggi
Sedang
Kapasitas Memuai
Tinggi
Sedang
KTK (me/100 g)
80-100
15 - 40
Sumber: Sifat dan Ciri Tanah (G. Soepardi, 1983)
Kaolinit
0.1 - 5
Heksagonal
5 - 20
Sempit
Tdk ada
Rendah
Rendah
3 - 15
Mineral
Koloidal
selain
Silikat
HIDRUS OKSIDA BESI & ALUMINIUM
Liat ini penting karena Sangat dominan di daerah tropika
Molekul air berasosiasi dengan oksida :
Fe2O3.xH2O : Limonit dan Goetit
Al2O3.xH2O : Gibsit
Muatan negatifnya sedikit
Sifat plastisitas, lengket, dan kohesinya rendah
Tanah yg kaya minerla liat ini biasanya sifat isiknya baik
ALOFAN & MINERAL AMORF
Bersifat koloidal non-kristalin
Alofan: Gabungan antara silikon dan aluminium seskuioksida
Susunannya mendekati Al2O3.2SiO2.H2O
Banyak ditemukan pada tanah-tanah Abu volkan
SIFAT
Koloidal
MINERAL
LIAT
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.
PENJERAPAN DAN PERTUKARAN ION
Penjerapan kation dipengaruhi oleh:
1. Jenis kation
2. Konsentrasi ion-ion
3. Sifat anion yang berhubungan dg kation
4. Sifat partikel koloid
Sumber
muatan
negatif liat
Silikat
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
SUBSTITUSI ISOMORFIK = Penggantian atom inti kristal
O = Si = O
(tidak bermuatan)
OH
O
O = Al - O (bermuatan negatif satu)
OH OH
Al
Al
O
OH
OH
OH OH
Mg Al
O
O
OH
-1
Material
KTK (meq/100g)
Permanen Variabel Total
Montmorilonit 112
Vermikulit
85
Illit
11
Halloisit
6
Kaolinit
1
Gibsit
0
Goetit
0
Alofan
10
Peat
38
6
0
8
12
3
5
4
41
98
118
85
19
18
4
5
4
51
136
Sumber: Mehlich & Theisen (Sanchez, 1976).
KTA
1
0
3
15
2
5
4
17
6
R-C=O
R-C=O
O
O
O
O
Al + 3OH-
R-C
R-C
O
O
R-C
+ Al(OH)3
O
O
R-C
O
O
Peningkatan muatan negatif gugusan karboksil terjadi kalau ion
kompleks aluminium diendapkan; ini terjadi kalau pH tanah meningkat
(ada OH-)
Fe
O OH
Fe
O OH
H+
Fe
O OH
Fe
POSITIF
Fe Fe
HO O O OH
Fe Fe
H+ + HO O
O OH + OH-
Fe Fe
HO O
O OH
Fe
HO O
Fe
O O
+ H2O
Fe
HO O
Fe Fe
Fe
ZERO
NEGATIF
Andept
-
Humult
-
Hor A
0
pH(H2O) = 5.8
+
pH(H2O) = 6.5
Net surface charge
me/100g
Orthox
Udalf
Hor A
Hor B
0
+
Hor B
0
+
-
Hor A
-
Hor A
0
pH(H2O) = 6
+
pH dlm 0.01 N NaCl
Hor B
pH(H2O) = 6.8
 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/100g
Andepts
: 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
pH
dimana:

: muatan permukaan (m.eq./ 100 g)
k
: reciprocal tebal lapisan rangkap (tgt konsentrasi lrt tanah)
D
: konstante dielektrik
R
: konstante gas
T
: temperatur absolut
F
: konstante Faraday
pH
: pH tanah
pHo
: 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
O OH
Al
O
Al
O
OH
+ R
OH
O C=O
C
Al
O
BO
T
R
+ H 2O
O
Al
O
O-
Contoh sederhana:
PERTUKARAN
KATION
Ca-[MISEL] + 2H+
H-[MISEL]-H + Ca++
PERTUKARAN KATION DI ALAM
40Ca
MISEL 20Al + 5 H2CO3
20H
20L
38Ca
20Al
MISEL
25H
19L
+ 2 Ca(HCO3)2
L(HCO3)
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
20Al
MISEL 40H + 7 KCl
20L
7K
38Ca + 2 CaCl2
MISEL 20Al
39H
HCl
18L
2 LCl
KAPASITAS
TUKAR
KATION
[ KTK ]
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
PENGARUH pH TANAH
Sebagian 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
CARA MENYATAKAN
Satuan 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
KTK, me/100 g)
200
Koloid Organik
160
120
Montmorilonit
Muatan tgt pH
80
40
Muatan permanen
4.0
5.0
6.0
7.0
8.0 pH tanah
KTK
TANAH
Tanah asal
Ciletuh, Jabar
Way Seputih, Lampung
Pengubuan, Lampug
Tj.Kresik, Krawang
Rentang Barat
KTK (me/100g)
8.1
16.0
22.9
28.7
38.8
Kelas tekstur
Lempung Berdebu
Lempung Liat Berdebu
Lempung Liat Berdebu
Liat Berdebu
Liat Berdebu
FAKTOR YG MEMPENGARUHI
1. Tekstur tanah: semakin halus teksturnya semakin tinggi KTKnya
2. Kandungan humus dan liat koloidal menentukan KTK tanah
3. Macam liat koloidal juga mempengaruhi besarnya KTK tanah
PERSENTASE
H+ dan Al+++ : sumber kemasaman tanah
KEJENUHAN
BASA TANAH
Al+++ + H2O
Al(OH)++ + H2O
Al(OH)++ + H+
Al(OH)2+ + H+
Kation basa: Ca++, Mg++, K+, dan Na++
CaO + H2O
Ca(OH)2
Ca++ + OH-
KB dan pH
Proporsi KTK yang ditempati oleh kation-kation basa disebut PERSENTASE
KEJENUHAN BASA
Penurunan %KB mengakibatkan menurunnya pH
Tanah di daerah iklim kering biasanya mempunyai KB yang tinggi
Tanah di daerah iklim humid biasanya mempunyai KB yang rendah
PERTUKARAN
KATION &
KETERSEDIAAN
HARA
Kation terjerap mudah tersedia bagi tanaman & jasad renik
Penyerapan kation oleh akar:
1. Penyerapan melalui larutan tanah
2. Pertukaran ion antara akar dg koloid tanah
Kejenuhan kation dan serapan hara
Faktor pelepasan kation jerapan:
1. Rasio / proporsi jenis-jenis kation pd kompleks jerapan
2. Kejenuhan Ca yg tinggi ------- Ca++ mudah diserap tanaman
3. Pengaruh jenis kation lain: Afinitas dan aktivitas kation
PENGARUH TIPE KOLOID
Berbagai koloid mempunyai daya ikat kation yg berbeda
Kalsium diikat oleh montmorilonit lebih kuat daripada oleh kaolinit