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
