lecture 08 sifat kimia 1 (ph, ktk, kb)
TRANSCRIPT
-
Dasar Ilmu Tanahsemester ganjil 2013/2014 (EHN & SIN)
Materi 08: Sifat Kimia (1): pH, KTK, KB
-
pH tanah
-
pH tanah
pH tanah sifat kimia tanah yang amat penting (sifat fisik yang amat penting adalah tekstur tanah)
Mengetahui pH tanah akan dengan cepat mengetahui apakah tanah sesuai untuk pertumbuhan tanaman dan unsur hara apa yang akan menjadi pembatas
Ion hidrogen adalah proton yang di alam selalu bereaksi dengan air (H20)
membentuk ion hidronium, seperti H3O+
-
Pengukuran Keasaman
Keasaman (atau kebasaan) suatu larutan diukur menggunakan skala pH (karena kecilnya konsentrasi)
Skala pH menunjukkan konsentrasi ion hidrogenium dalam suatu larutan
Skala pH berkisar dari 0 sampai dengan 14, dimana 7 dinyatakan sebagai netral ([H3O+ ] = [OH-]),
-
pH
Larutan asam jika pH < 7.0 Larutan alkalin jika pH > 7.0 Asam dapat didefinisikan
sebagai donor proton, senyawa kimia yang meningkatkan konsentrasi ion H dalam larutan
Sebaliknya, basa adalah akseptor proton, senyawa kimia yang menurunkan konsentrasi ion H dalam larutan
-
pH tanah- ukuran H+ dalam larutan tanah
pH log negatif dari konsentrasi ion hidrogen (H+) dalam larutan tanah pH = - log [ H+]
Skala pH adalah bagaimana mengukur keasaman dan alkalinitas larutan -----netral (pH =7), jumlah H+ = OH-
Catatan Pada pH 6 terdapat 10x lebih banyak ion H+
dibanding pada pH 7 Terdapat 100x lebih banyak ion H+ antara pH 7 & 5
-
pH tanah
Keasaman Aktif akibat aktivitas ion H+ dalam larutan tanah pada waktu tertentu
Keasaman Cadangan- ditunjukkan oleh H+dan Al3+ yang mudah sekali ditukar dengan kation lainnya (ion bermuatan positif) H H H H H+ H+
H Ca++ H+Mg Mg++ H+Ca Ca++ H+ H+
H H H Na
Tanah
Keasamaan CadanganKeasamaan aktif
-
Sumber keasaman dalam tanah
Kation Hidrogen dan Aluminium penyebabkeasaman tanah
Hidrogen dapat ditukar adalah sumber utama H+ pada pH 6 dan diatasnya. Di bawah pH 6 Aluminum adalah sumber utama H+ karenadisosiasi Al dari mineral liat. Aluminum menjadi lebih larut pada pH rendah
Al 3+ + H20 ----> Al(OH)++ + H+Al(OH)++ + H2O ---> Al(OH)2+ + H+Al(OH)2+ + H20 ---> Al(OH)3 + H+
-
Sumber keasaman tanah
1. Nitrifikasi: Amonium menjadi Nitrat (oksidasi NH4+)
NH4+ + 2O2 ---> NO3
- + H2O + 2 H+
2. Dekomposisi BO
Asam organik di ionisasi:
R-COOH---> R-COO- + H+
respirasi: CO2 + H2O ----> H2CO3 = H + HCO3
-
-
3. Hujan asam
Hujan asam disebabkan oleh pembakaran bahan bakar fosil
Pembakaran minyak, gas dan batubara di pabrik pemangkit listrik melepaskan Sulfur dioksida (SO2) ke atmosfer
Pembakaran bensin pada kendaraan bermotor menempatkan nitrogen oksida (NOX) ke atmosfer
Gas tersebut bercampur dengan butir-butir air di atmosfer menghasilkan larutan asam lemah nitrat dan sulfat
Ketika terjadi hujan, larutan tersebut jatuh menjadi hujan asam
-
Sumber keasaman dalam tanah
4. Serapan kation basa oleh tanaman. Kation-kation basa merupakan sumber OH-
untuk larutan tanah Ca++, Mg++, K+, = Kation basa yang diserap
tanaman tidak lagi berkuntribusi OH- untuk larutan tanah
Ion H+ dilepaskan ke larutan tanah
-
Pencucian / Pelindian (Leaching)
5. Pencucian kation-kation basa -karena kation basa hilang dari larutan tanah oleh pencucian, kation tersebut tidak lagi berkontribusi ion OH- untuk menetralkan peningkatan jumlah ion H+
Ca++ + 2 H20 ---> Ca(OH)2+ 2H+
-----> Ca++ + 2OH-
-
Keasaman Tanah dan Pertumbuhan tanaman
Keasaman tanah merupakan faktor cekaman lingkungan yang utama yang membatasi pertumbuhan tanaman
Tanah-tanah asam tersebar luas di dunia mendominasi hampir 40% lahan pertanian
Selain itu, hujan asam juga mempercepat pemasaman tanah
Ion Aluminum (Al) terlarut dari tanah pada pH rendah. Ini merupakan faktor toksik yang utama untuk pertumbuhan tanaman pada tanah dengan pH rendah
-
Tanah sulfat asam
Tanah sulfat asam terbentuk jika pirit* (mineral FeS2) sedimen pantai dalam lapisan tanah bawah terekspos ke udara, mengalami oksidasi membentuk asam sulfat
Berbagai tanah mineral bereaksi dengan asam dan melepaskan aluminium bebas yang toksik untuk kehidupan tanaman dan pantai
Air yang berwarna kemerahan disebabkan oleh oksidasi besi
*Pirit adalah mineral besi disulfida dalam batuan; sering dijumpai pada batuan sedimen dan metamorfik sebagai mineral primer atau halus
-
Tanah sulfat asam bersifat sangat asam (pH bisa < 3), horizon tanah merupakan hasil aerasi partikel tanah yang kaya besi sulfida (FeS)
Tanah sulfat masam berpengaruh pada pekerjaan sipil, produktivitas pertanian, dan kualitas air di daerah pesisir
-
Pengapuran untuk menaikkan pH
tanah
-
Mengapa perlu pengapuran?1. Meningkatkan ketersediaan unsur hara untuk
tanaman2. Memperbaiki struktur tanah3. Memasok unsur hara untuk tanaman; Ca & Mg4. Merangsang pertumbuhan mikroorganisme
bermanfaat, mikroorganisme berkembang baik pada pH=6.5
5. Mengatasi pengaruh pemasaman dari pupuk6. Mengurangi kelarutan daya meracun logam terhadap
tanaman
-
Kapasitas Penyangga
Kemampuan tanah untuk bertahan karena perubahan pH.
Jumlah H+ dalam larutan tanah sangat kecil dibanding H+, Al 3+ yang dijerap pada koloid tanah (cadangan)
Netralisasi (penambahan basa) H+ larutan tanah (H+ tersingkir dari sistem)menghasilkan pergantian cepat ion H+ dari H+ dapat dipertukarkan pada koloid tanah
CaCO3 jika ditambahkan ke tanah akan menetralisasi H+. CaCO3 = kapur
dolomit = MgCO3 & CaCO3
-
Pertukaran Kation
-
Kapasitas Tukar Kation Kapasitas Tukar Kation
(KTK) adalah jumlah kation dapat ditahan tanah
Makin tinggi KTK tanah, makin tinggi kemampuan tanah menyimpan hara tanaman
Kation adalah ion bermuatan + = Ca++, Mg++, K+, NH4+,
KTK meningkat karena Meningkatnya jumlah liat
Meningkatnya jumlah bahan
organik
Meningkatnya pH tanah
-
Pertukaran Kation Tanah
Pertukaran Kation
kemampuan tanah
untuk menahan unsur
hara dan mencegahnya
hilang karena
pencucian
Kation adalah ion
bermuatan+ = Ca++,
Mg++, K+, NH4+,
Makin banyak kation
dipertukarkan maka
tanah lebih subur
-
Pertukaran Kation
Pergantian antara suatu kation dalam larutan dengan kation lain pada permukaan bahan bermuatan negatif seperti LIAT atau BAHAN ORGANIK
-
Pertukaran Kation dipengaruhi oleh:
1) Kekuatan jerapan / adsorpsi:Al+3 > Ca2+ > Mg2+ > K+ =NH4+ > Na+ >H+
Diikat kuat --------------------------> mudah diganti
2) konsentrasi relatif kation dalam Larutan Tanah
-
Kapasitas Pertukaran Kation
1) jumlah kisi jerapan kation per satuan berat tanah atau
2) jumlah kation yang dapat dipertukarkan yang dapat dijerap tanah
* KTK dinyatakan dalam milliequivalent (meq) per 100 g tanah kering ovenBerat ekuivalen = berat atam atau molekul (g)
valensi atau muatan per formula
-
Milliequivalent (MEQ)
1 meq berat KTK memiliki 6.02 x 10 20 kisi jerapanMEQ o beberapa kation yang umumUnsur Na+ K+ Ca++ Mg++Valensi 1 1 2 2Brt Eq. 23/1=23 39/1=39 40/2=20 24/2 = 12Brt MEQ 0.023 0.039 0.02 0.012
-
Soil Cation Exchange Capacity
In most soils, 99% of soil cations can be found attached to micelles (clay particles & organic matter) and 1% can be found in solution.
Cations in the soil (mainly Ca++, Mg++, K+ and Na+) maintain an equilibrium between adsorption to the negative sites and solution in the soil water.
This equilibrium produces exchanges -- when one cation detaches from a site (leaving it free), another cation attaches to it.
Therefore the negatively charged sites are called cation exchange sites.
The total number of sites is the Cation Exchange Capacity or CEC
-
Perhitungan KTK dengan % liat dan % BO
Jika Rerata KTK untuk % BO = 200 meq/100g
Jika Rerata KTK untuk % Liat = 50 meq/100g
KTK = (% BO x 200) + (% Liat x 50)Dari data tanah: tanah dengan 2% BO dan 10% liat
200 x 0.02 + 50 x 0.1 = 4 + 5 = 9 meq/100 g
-
Memprediksi KTK
1) jumlah kation : analisis semua kation dan jumlahkan2) Penjenuhan NH4+: tanah dijenuhi dengan NH4+ - NH4+ diganti oleh Ca++ dan NH4+3) Estimasi berdasarkan tekstur
Pasir = 0-3 meq/100 g Pasir berlempung-lempung berdebu = 3-10Lempung = 10 15Lempung berliat = 10-30Liat = > 30 (tergantung jenis liat)
-
Nilai KTK tinggi (>25), indikator bahwa tanah mempunyai kandungan liat dan/atau bahan organik yang tinggi dan dapat menahan banyak kation
Nilai KTK rendah (
-
Satuan KTK
Satuan : cmol (+) / kg atau meq/100g
Molar muatan = 6 x 1023
Centimole muatan = 6 x 1021
Miliequivalent muatan = 6 x 1020
JADI: 1 meq/100 g = 1 cmol (+)/kg
-
Mineral Liat Tipe CEC,cmol (+)/ kg
Kaolinit 1:1 30-150
Haloisit 1:1 60-100
Hidrous mika 2:1 200-400
Montmorilonit 2:1 800-1200
Vermikulit 2:1 1000-1500
Hidroksida besi dan
Aluminium
30-50
Humus 2000-4500
KTK tanah, mineral liat & humus
-
Mengapa KTK Penting?
Kation dilepaskan salama proses mineralisasi
Kation dapat dipertukarkan (misal K+, aplikasi pupuk
KCl) dapat melepaskan kation lain ke larutan tanah
Penyangga (buffer) hara mengurangi kehilangan hara akibat pencucian
Indikasi kapasitas tanah menahan hara
Menentukan berapa banyak / sering diperlukan
pengapuran
Menentukan bagaimana cara aplikasi pupuk untuk
tanaman, dibenam, atau disebarkan.
-
Kategori Ca Mg K Na KTK
--------------cmol (+)/kg-----------------
Sangat Tinggi >200 >80 >12 >20 >400
Tinggi 100-200 30-80 6-12 7-20 250-400
Sedang 50-100 10-30 3-6 3-7 120-250
Rendah 20-50 3-10 2-3 1-3 60-120
Sangat Rendah
-
Kejenuhan Basa
-
Kejenuhan Basa vs pH
% Kejenuhan Basa - meq basa CEC x 100
% Kejenuhan Hidrogen - meq H CEC x100Contoh: horizon Ap
kation-- H+ Ca++ Mg++ K+ Na+
9.4 14 3 0.5 0.1
KTK = 27 meq/100g (jumlah kation)
% kejenuhan basa = 17.6 27 x 100 = 65%
% kejenuhan hidrogen = 9.427 x100 = 35%
-
pH vs. Kejenuhan Basa-
prakiraan hubungan
-
Kejenuhan Basa
Terdapat dua kelompok kation dalam komplek jerapan koloid yakni
kation asam (H+ dan Al 3+),
kation basa (Ca2+, Mg2+, K+ dan Na+)
Kejenuhan basa (KB) adalah perbandingan antara jumlah kation basa dengan jumlah semua kation (kation asam dan basa) dalam komplek jerapan koloid
-
Kejenuhan Basa
Kation basa merupakan hara yang diperlukan
tanaman, tanah subur KB tinggi (karena kation basa tidak banyak tercuci)
KB terkait erat dengan pH tanah, tanah masam
KB lebih rendah dibanding tanah alkalis.
Pada tanah KB rendah komplek jerapan banyak
diisi Al3+ dan H+ (basa), terutama Al3+, racun
bagi tanaman kasus tanah-tanah masam di Indonesia