KTK Koloid Organik

PERTEMUAN KE 8
ILMU TANAH PMP 2113
SETYA WIDI AYUNING P., S.Pi, MP
 Salah satu sifat kimia tanah yang terkait erat
dengan ketersediaan hara bagi tanaman dan
menjadi indikator kesuburan tanah
 Kapasitas tukar kation (KTK) suatu tanah dapat
didefinisikan adalah sebagai suatu kemampuan
koloid tanah menjerap dan mempertukarkan kation
 Satuan hasil pengukuran KTK adalah milliequivalen
kation dalam 100 gram tanah atau me kation per
100 g tanah.
“mole” menyatakan jumlah unsur atau senyawa
yang mengandung atom atau molekul sebanyak
bilangan Avogadro (6.023x10-23)
KTK DINYATAKAN DLM 1me/100gr
1 equivalen adalah suatu jumlah yg secara
kimia setara dgn 1 gr H dgn jumlah atom 6.02 x
10-23
 1 me setara dgn 1 mg H dan terdiri atas 6.02 x
10-23 atom hidrogen
 KTK tanah 1 me/100g, berarti setiap 100g
tanah mengandung 6.02 x 10-23 muatan negatif


Istilah pertukaran kation (cation exchange) lebih
tepat daripada istilah pertukaran basa-basa
(base exchange) karena ion H+ tidak termasuk
basa juga berperan dalam pertukaran kation.

Asal muatan negatif tanah :
a. Substitusi isomorfik.
 penggantian kation bervalensi tinggi oleh
kation bervalensi rendah.
 radius atomnya relatif sama
 terutama pada mineral liat tipe 2 : 1
Contoh : Si4+ oleh Al3+ (pada Si-tetraeder)
Al3+ oleh Mg2+ (pada Al-oktaeder)
O2- Si4+ O2- menghasilkan muatan nol (tanpa
substitusi, tanpa muatan)
O2- Al3+ O2- menghasilkan muatan negatif ( Si4+
disubstitusi Al3+, timbul 1 muatan negatif)
b. Ionisasi gugus hidroksil pada pinggiran
patahan lempeng silikat dan aluminium
c. Ionisasi atau disosiasi hidrogen dari gugus karboksilat
dan fenolat.
R-COOH
R-COO- + H+
pH < 7
R-OH
R-O-
pH > 9
+ H+
Hukum aksi massa
CH3COOH
CH3COO- + H+
pKa = 4,75 (Ka = 10-4,75)
( CH3COO- ) ( H+ )
Ka = ------------------------( CH3COOH )
( CH3COO- ) ( H+ )
10-4,75 = ------------------------( CH3COOH )
10-4,75
(CH3COO-)
------- = ------------------- = 1 (setimbang)
( H+ )
(CH3COOH)
10-4,75
= --------10-4,75
(H+) = 10-4,75
pH = - log 10-4,75 = 4,75
Bila pH dinaikkan menjadi 6
(CH3COO-)
10-4,75
------------------- = -------(CH3COOH)
10-6
> 1
Artinya reaksi ke kanan membentuk CH3COO- dan H+
Jika AB
A + B
K > 1 : reaksi berlangsung ke kanan
K = 1 : konsentrasi yang sama dari A, B dan AB
K < 1 : reaksi berlangsung kekiri
Jerapan Kation oleh Koloid Tanah
• Karena gaya elektrolisis pada permukaan liat
• Urutan mudah tidaknya kation dijerap :
Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+
Mg2+ < Ca2+ < Ba2+
Secara umum : M+ < M2+
< M3+

Kation adalah ion bermuatan positif seperti :
a. Ca 2+,
b. Mg 2+,
c. Na+,
d. NH4 +,
e. H+
f. Al3+

Besarnya KTK tanah dipengaruhi oleh sifat dan unsur
tanah itu sendiri antara lain adalah
a. Tekstur tanah atau jumlah liat
b. Jenis mineral tanah
c. Bahan unsur
d. Pengapuran dan pemupukan
Nilai KTK mempengaruhi pada :
a. pH
Pada pH rendah hanya muatan tetap liat dan sebagian
muatan koloid organik yang dapat mempertukarkan
kation.
Pada pH tinggi , H+ yang diikat koloid organik atau liat
berionisasi sehingga KTK meningkat.
Nilai KTK tergantung pada :
a. Tektur
Makin halus tekstur maka KTK meningkat karena luas
permukaan efektif meningkat
Tabel. KTK beberapa tanah di Indonesia dengan
tekstur
berbeda (Soepardi, 1979).
----------------------------------------------------------------------------Tekstur
KTK (me/100 g)
----------------------------------------------------------------------------Lempung berdebu
8,1
Lempung liat berdebu
22,9
Liat berdebu
38,8
Lempung liat berdebu
51,2
(tekstur, bahan organik tinggi dan jenis mineral liat)
-----------------------------------------------------------------------------
Ukuran dan luas permukaan 3 tipe liat silikat utama
--------------------------------------------------------------------------------------Ciri
Monmorilonit
Illit
Kaolinit
---------------------------------------------------------------------------------------
Ukuran (um)
0,01 – 1,0
0,1 – 2,0
0,1 – 5,0
Perm. Spesifik
(m2/g)
700 - 800
100 – 200
5 - 20
Perm. Dalam
ada
sangat luas
sedang
tidak
KTK (me/100 g)
80 – 100
10 – 40
2 – 15
---------------------------------------------------------------------------------------
c. Jenis mineral liat
Tabel. KTK berbagai mineral liat dan humus ( Tan, 1982).
----------------------------------------------------------------------------------------Mineral liat dan humus
KTK (me/100
g)
---------------------------------------------------------------------------------------Vermikulit
100 – 150
Montmorilonit
70 – 95
Illit
10 – 40
Kaolinit
3 – 15
Humus
200
---------------------------------------------------------------------------------------d. Bahan organik tinggi maka KTK meningkat
e. Pengapuran dan pemupukan : berkaitan dengan perubahan
pH mengakibatkan perubahan muatan negatif sehingga KTK
berubah.
PERTUKARAN ANION
• Definisi P. A. :
Proses yang reversibel, di mana anion-anion dijerap dan
dipertukarkan antara fase-fase padat dan fase cair dan antara
fase-fase padat yang bersinggungan sangat dekat.
• Kapasitas tukar anion:
- pada kebanyakan tanah sangat rendah
- dominan pada tanah-tanah sangat masam
• Pengaruh pertukaran anion yang sangat nyata adalah
menyebabkan sejumlah hara tertentu (misal P) menjadi tidak
tersedia untuk tanaman (fiksasi oleh koloid tanah).
• Anion yang telah dijerap biasanya lebih sukar untuk
dipertukarkan kembali sehingga akan mempengaruhi
kesuburan tanah (dalam penyediaan hara tanaman).
• ASAL USUL MUATAN POSITIF
1. Gugus-gugus Oh pada lapis oktaheder (Al---OH) dengan
menerima proton (H+) maka muncul muatan positif
Al---OH
+ H+
(asam)
Al—OH2+
• Mekanismenya:
dengan menurunnya pH tanah maka
disosiasi H+ dari gugus OH terbuka akan berkurang.
Dengan demikian muatan listrik negatif juga makin
berkurang hingga pada suatu pH tertentu muatan listrik jadi
nol atau mineral liat menjadi netral.
• Nilai pH di mana muatan listrik = 0, disebut Muatan Titik Nol
= MTN atau Zero Point Charge (ZPC) = Titik Iso Elektrik
dengan simbol pH0
• Bila pH tanah menurun atau < pH0, maka ion-ion H+ akan
Diadsorpsi oleh gugus OH terbuka dan koloid-koloid
tanah menjadi muatan positif.
• determinasi (penentuan) muatan negatif, positif dan
netral dengan cara pengukuran pH H2O dan pH KCl (1 N)
• delta pH = pH H2O - pH KCl
pH H2O > pH KCl maka muatan negatif
pH H2O = pH KCl maka muatan netral
pH H2O < pH KCl maka muatan positif
2.
Protonasi gugus fungsional pada humus
R – OH + H+
[R – OH2]+
R – NH2 + H+
[R – NH3]+
Adsorpsi anion oleh koloid tanah
1.
Adsorpsi negatif (anion repulsion) : penolakan
terhadap anion.
2.
Adsorpsi positif.
Adsorpsi Negatif
a.
Terjadi pada permukaan koloid yang bermuatan (-).
b.
Dominasi Kation
Penolakan anion dipengaruhi oleh beberapa faktor yaitu:
1.Muatan dan kepekatan anion
2.Reaksi tanah
3.Adanya anion lain
Adsorpsi Positif
Adsorpsi positif yaitu terjerapnya dan terakumulasinya
anion pada permukaan koloid yang bermuatan positif
(penolakan kation oleh permukaan yang bermuatan (+) /
negative adsorption of cautions).
Umumnya KTA < KTK
Bolt (1976),Lyotropic series : Urutan kekuatan jerapan anion.
SiO44- > PO43- > SO42- > NO3- / Cl
Pada pH >6 : jerapan positif terhadap SiO4 – 4 sangat kecil.
Berdasarkan pada jenis permukaan koloid yang bermuatan
negatif, KTK dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:
 KTK koloid anorganik atau dikenal sebagai KTK liat
tanah,

KTK koloid organik atau dikenal sebagai KTK bahan
organik tanah, dan
 KTK total atau KTK tanah.
KTK Koloid Anorganik atau KTK Liat
KTK liat adalah jumlah kation yang dapat
dipertukarkan pada permukaan koloid anorganik
(koloid liat) yang bermuatan negatif.
Nilai KTK liat tergantung dari jenis liat, sebagai
contoh:
Liat Kaolinit memiliki nilai KTK = 3 s/d 5 me/100 g.
Liat Illit dan Liat Klorit, memiliki nilai KTK = 10 s/d
40 me/100 g.
 Liat Montmorillonit, memiliki nilai KTK = 80 s/d 150
me/100 g.
 Liat Vermikullit, memiliki nilai KTK = 100 s/d 150
me/100 g.


KTK Koloid Organik
KTK koloid organik sering disebut juga KTK
bahan organik tanah adalah jumlah kation yang
dapat dipertukarkan pada permukaan koloid
organik yang bermuatan negatif.
 Nilai KTK koloid organik lebih tinggi
dibandingkan dengan nilai KTK koloid
anorganik. Nilai KTK koloid organik berkisar
antara 200 me/100 g sampai dengan 300
me/100 g.


KTK Total atau KTK Tanah
KTK total merupakan nilai KTK dari suatu
tanah adalah jumlah total kation yang dapat
dipertukarkan dari suatu tanah, baik kationkation pada permukaan koloid organik
(humus) maupun kation-kation pada
permukaan koloid anorganik (liat).

Berdasarkan sumber muatan negatif tanah,
nilai KTK tanah dibedakan menjadi 2, yaitu:
1. KTK muatan permanen, dan
2. KTK muatan tidak permanen
KTK Muatan Permanen
KTK muatan permanen adalah jumlah kation yang
dapat dipertukarkan pada permukaan koloid liat
dengan sumber muatan negatif berasal dari
mekanisme substitusi isomorf.
 Substitusi isomorf adalah mekanisme pergantian
posisi antar kation dengan ukuran atau diameter
kation hampir sama tetapi muatan berbeda.
 Substitusi isomorf ini terjadi dari kation bervalensi
tinggi dengan kation bervalensi rendah di dalam
struktur lempeng liat, baik lempeng liat Sitetrahedron maupun Al-oktahedron.

Contoh peristiwa terjadinya muatan negatif diatas adalah:
(a). terjadi substitusi isomorf dari posisi Si dengan muatan 4+
pada struktur lempeng liat Si-tetrahedron oleh Al yang
bermuatan 3+, sehingga terjadi kelebihan muatan negatif
satu,
(b). terjadinya substitusi isomorf dari posisi Al yang bermuatan
3+ pada struktur liat Al-oktahedron oleh Mg yang bermuatan
2+, juga terjadi muatan negatif satu, dan
(c). terjadi substitusi isomorf dari posisi Al yang bermuatan 3+
dari hasil substitusi isomorf terdahulu pada lempeng liat Sitetrahedron yang telah bermuatan negatif satu, digantikan
oleh Mg yang bermuatan 2+, maka terjadi lagi penambahan
muatan negatif satu, sehingga terbentuk muatan negatif dua
pada lempeng liat Si-tetrahedron tersebut.
 Muatan negatif yang terbentuk ini tidak dipengaruhi oleh
terjadinya perubahan pH tanah. KTK tanah yang terukur adalah
KTK muatan permanen.

KTK Muatan Tidak Permanen
KTK muatan tidak permanen atau KTK
tergantung pH tanah adalah jumlah kation yang
dapat dipertukarkan pada permukaan koloid liat
dengan sumber muatan negatif liat bukan
berasal dari mekanisme substitusi isomorf tetapi
berasal dari mekanisme patahan atau sembulan
di permukaan koloid liat, sehingga tergantung
pada kadar H+ dan OH- dari larutan tanah
 Hasil
Pengukuran KTK Tanah
Berdasarkan teknik pengukuran dan
perhitungan KTK tanah di laboratorium,
maka nilai KTK dikelompokkan menjadi 2,
yaitu:
1. KTK Efektif, dan
2. KTK Total
KEJENUHAN BASA (KB)
 Kation-kation yang terdapat dalam kompleks
jerapan koloid tersebut dapat dibedakan
menjadi kation-kation basa dan kation asam,
termasuk
 kation basa adalah :
a. Ca ++
b. Mg ++
c. K+
d. Na++
 Sedangkan Kation Asam adalah :
a. H+
b. Al+++.

Kejenuhan basa menunjukkan perbandingan antara jumlah
kation kation basa dengan semua kation (kation basa dan
kation asam) yang terdapat dalam kompleks jerapan tanah.
Jumlah maksimum kation yang dapat dijerap tanah
menunjukkan besarnya nilai kapasitas tukar kation tanah
tersebut.
Jumlah Kation - Kation Basa
Kejenuhan Basa = ------------------------------------------ x 100%
Jumlah Kation basa + Kation Asam
Jumlah Kation Basa
= ----------------------------- ---- x 100 %
KTK