REAKSI TANAH (pH)

• Reaksi Tanah merupakan ukuran keasamaan dan kebasaan larutan tanah
• pH = - log (H+)
• pH tanah merupakan indikator pelapukan tanah, kandungan mineral dalam batuan induk, lama waktu dan intensitas pelapukan, terutama pelindihan kation-kation basa dari tanah
• Tanah asam banyak mengandung H yang dapat ditukar, sedang tanah alkalis banyak mengandung basa dapat ditukar
• pH > 7 Ca dan Mg bebas; pH>8.5 pasti terdapat Na tertukar
• Kandungan unsur-unsur hara seperti besi, copper, fosfor, Zn, dan hara lainnya serta substansi toksik (Al3+, Pb2+) dikontrol oleh pH. Kandungan Al3+, Pb2+ akan berpengaruh sedikit bagi pertumbuhan tanaman pada tanah alkali calcareous tapi akan sangat serius pada tanah asam.
• Nutrient seperti P banyak tersedia (optimum) pada pH asam sampai netral, dan akan sedikit pada pH dibawah atau diatas nilai optimum tersebut
• Nutrient availability sangat tergantung pH yaitu :
Pada pH rendah (< 5,5) :
a. P : terikat oleh Al dan Fe membentuk senyawa yang tidak tersedia bagi tanaman
b. Micronutrient : semua micronutrients kecuali Mo akan lebih tersedia; deficiency jarang terjadi pada pH<7
c. Al : Al akan terlepas dari clay lattice pada pH<5.5
d. Nitrifikasi : pH dibawah 5.5 maka aktivitas bakteri akan tereduksi dan nitrifikasi terhambat

Pada pH tinggi (>8.0) :
a. P ; terikat oleh Ca (jika Ca ada) dan menjadi tidak tersedia bagi tanaman.
b. B : keracunan B merupakan hal yang umum pada saline soil dan sodic soil
c. Sodium : pH>8.5 mengindikasikan persentase exchangeable sodium > 15 dan kemungkinan problema pembentukan struktur dan reklamasi lahan
d. Nitrifikasi : menghambat nitrifikasi
e. Micronutrients : ketersediaan akan berkurang dengan meningkatkan pH kecuali Mo
• Faktor yang mempengaruhi pH tanah adalah tipe vegetasi, jumlah curah hujan, drainase tanah internal, dan aktivitas manusia

General Process
1. Peranan Air
• Air berperanan penting dalam sistem aqueous baik sebagai pelarut maupun dalam reaksi asam-basa
• Air akan terhidrolisa menjadi ion hidronium (H3O+) atau sering ditulis sebagai ion hidrogen, dan ion hidroksil (OH-)
2H2O  H3O+ + OH-
atau
H2O  H+ + OH- Kw = 10-14 pada 25°C

Dimana : Kw = konstanta equilibrium untuk hidrolisa air
Kw = (H+)(OH-) = 10-14
Dalam bentuk logaritma :
Log (H+) + log (OH-) = -14
Apabila : p = -log dan pH = -log (H+) maka : pH + pOH = 14

2. Asam dan Basa (Lemah, Kuat) dan Garam
• Asam dan basa kuat adalah asam dan basa yang terdisosiasi secara sempurna menjadi kation dan anion misalnya asam sulfur (H2SO4) merupakan asam kuat
• Asam dan basa lemah adalah asam dan basa yang terdisosiasi secara tidak sempurna menjadi kation dan anion misalnya asam karbonat (H2CO3) merupakan asam lemah

• Sebagai teladan :
Asam kuat H2SO4 (sulfuric acid)
H2SO4  HSO4- + H+ Ka1 = 101.98
HSO4-  SO42- + H+ Ka2 = 10-1.98

Dimana Ka1 dan Ka2 merupakan konstanta disosiasi.
Ka2 = {SO42-} {H+} = 10-1.98
[HSO4-]
Jika (H+)= Ka2 atau pH = 1.98, konsentrasi SO42- dan HSO4- akan sama. Pada pH lebih dari 1.98 H2SO4 akan terdisosiasi sempurna menjadi SO42- dan H+. artinya jika asam sulfuric ditambahkan ke tanah pada pH lebih dari 1.98 maka asam sulfuric akan terdisosiasi sempurna menjadi ion sulfat dan ion hidrogen. Atau dengan kata lain jika ion sulfat ditambahkan pada pH kurang dari 1.98 maka akan bereaksi dengan air membentuk asam sulfuric.

• Proses yang menghasilkan keasaman tanah
a. karbon dioksida hasil dari dekomposisi seresah akan terlarut dalam air akan bereaksi dengan molekul air menghasilkan asam karbonat
CO2(gas)  CO2 (aq) K1 = 10-1,41
CO2 (aq) + H2O  H2CO3 K2 = 10-2,62
b. asam-asam organik hasil dekomposisi
c. H+ yang dilepas oleh akar tanaman dan organisme yang lain pada waktu pengambilan hara. Prinsip elektroneutrality adalah pengambilan kation oleh akar harus diimbangi dengan pengambilan anion atau dengan pelepasan ion hidrogen atau kation lain
d. Oksidasi dari substansi tereduksi sepeti mineral sulfida, bahan organik, fertilizer yang mengandung ammonium

• Proses yang menghasilkan kebasaan tanah
a. Reduksi dari Ferri, mangan, dan oxidized substances membutuhkan H+ atau melepas OH- dan meningkatkan pH (terjadi pada tanah yang aerasinya jelek)
Misal : Fe(OH)3 (amorf) + e-  Fe(OH)2 (amorf) + OH-
b. Pengambilan kembali kation yang tercuci oleh akar tanaman

• PH tanah dikontrol oleh berbagai mekanisme. Sebagian mekanisme adalah sumber langsung H+ dan atau OH- dan sebagian bekerja dengan bereaksi dengan H+ dan atau OH- untuk buffer pada larutan tanah.
• Mekanisme tersebut adalah : (1) oksidasi dan reduksi besi, mangan dan senyawa sulfur (2) dissolution dan presipitasi mineral tanah (3) Reaksi gas dengan larutan tanah (4) dissosiasi grup asam lemah pada tepi lempung silikat, hidrous oksida, atau substansi humus (5) reaksi ion-exchange


Pengukuran pH
• Faktor yang mempengaruhi akurasi pengukuran pH : (1) nature dan type dari bahan inorganik dan organik (2) perbandingan tanah dengan larutan (3) kandungan garam (4) kandungan gas CO2 pada tanah dan larutan (5) Eror yang terjadi baik ketika menstandardisasi alat maupun larutan buffer-nya
• Perbandingan tanah dengan larutan yang sering digunakan 1:1; 2:1; 10:1
• Pengukuran pH menggunakan cara elektrometrik (misal pH meter menggunakan glass elektroda) dan kalorimetrik (pH stick, pasta pH, larutan pH universal)


PROPERTIES OF SOIL COLLOIDS
• Koloid : Ukuran partikel semakin kecil luas permukaan akan semakin besar.
• Efeknya adalah proses-proses yang penting dalam tanah terjadi misal penyerapan hara, penyerapan air
• Koloid didominasi oleh mineral phyllosilicates, koloid organik, hydrous oxides dari Fe, Al dan Mn

Clay Mineral
Swelling of Clay minerals
• Terjadi jika air masuk ke dalam lapisan clay mineral sehingga bertambah beberapa nanometer; akan meningkatkan volume dari clay.
• Untuk terjadinya swelling, air harus masuk ke interlayer.
• Swelling artinya (1) pada interlayer memungkinkan proses seperti KPK, penyerapan air. (2) clay akan mengembang sehingga luas permukaan lebih besar per unit berat terhadap larutan tanah sehingga lebih rekatif secara kimia.
• Swelling tergantung pada tipe mineral, unit-layer charge of the clay* dan sifat alami dari cation interlayer

Mineral 1:1
• Satu permukaan adalah oksigen (dari tetrahedra), satu permukaan adalah hydroxyl (dari oktahedra)
• Oksigen merupakan elemen yang bersifat elektrofilik (electron-loving)
• Terjadi ikatan hidrogen (kalau tunggal lemah, tetapi banyak akan sangat kuat) yang mencegah mineral 1:1 untuk berkembang kerut
Mineral 2:1
• Satu permukaan oksigen, permukaan yang lain juga oksigen
• Pada mineral 2:1 unsubstitute, lapisan yang berdekatan akan saring menarik karena adanya gaya van der Waals yang lemah
• Pada mineral 2:1 substitute, layer yang berdekatan saling menarik karena adanya tarikan pada kation interlayer dan gaya van der Waals
• Swelling akan sangat tergantung pada ikatan antar 2 lapisan yang berdekatan. Pada mineral 2:1 unsubstitute ikatan tersebut lemah sehingga air tidak masuk ke interlayer.
• Mineral 2:1 unsubtitute secara alami bersifat hidrofobic (water repelling). Karena tidak ada kation di interlayer yang menjadi subyek untuk terhidrasi maka sifat hidrofilik-nya (water-loving) terletak pada >SiOH (hasil dari ketidakteraturan kristal)
• Pada mineral 2:1 substitute, affinitas tergantung dari tarikan muatan negatif (pada 2 sisi) dengan kation interlayer. Derajad ikatan merupakan fungsi dari banyaknya isomorphous substitution dan ukuran kation interlayer terhidrasi
• Jika affinitas layer ke kation interlayer kuat, akan terjadi air tidak dapat masuk ke interlayer, menghidrasi kation interlayer dan mengikat bagian hidrofilik. Jika affinitas lemah, air akan masuk dan terjadi swelling karena meningkatnya hidrasi kation interlayer dan pembasahan bagian hidrofilik. Hidrofilik pada interlayer berupa penarikan/pengikatan air oleh kation sebagai hidrasi air dan adanya >SiOH

Mika
• Mempunyai unit-layer charge tinggi (k.l. 2) karena banyaknya isomorphous substitution
• Negatif charge diimbangi oleh adanya kation misal K atau Ca
• Besarnya unit-layer charge menyebabkan kation terikat kuat, air tidak dapat masuk sehingga tidak terjadi swelling dan kation tidak dapat tertukar (non exchangeable) (kecuali ada pelapukan)

Illit dan Vermiculites
• Unit-layer charge rendah (1.0-1.5) sehingga bersifat hanya mengikat kation ukuran tertentu saja dengan sangat kuat, air tidak masuk dan mencegah swelling.
• K+ dan NH4+ karena ukuran hidrasi kecil maka dapat masuk “hole” (hole merupakan hasil dari ring pattern pada tetrahedron dalam lembar terahedral). Karena itu, kation akan dekat dengan sumber muatan negatif, jarak antar layer akan dekat sehingga pengikatannya sangat kuat.
• Ca+ dan Mg+ karena ukuran hidrasinya besar maka tidak dapat masuk ke “hole”. Selain itu akan menyebabkan jarak antar layer jauh sehingga penarikan kation rendah, air dapat masuk dan terjadi swelling. Kation akan dapat terukar.
• Illit ditemukan dalam tanah umumnya mengikat K+ sehingga mineral ini tidak berswelling. Vermiculite sangat banyak mengandung Ca+ dan Mg+ sehingga mineral ini berswelling. Vermikulit tidak berswelling kalau kationnya tertukar oleh K.

Smectites
Mempunyai unit-layer charge rendah (0.5-0.9) sehingga kekuatan penarikan lebih rendah dari illit, vermikulit dan mika
Kation akan terikat lemah dalam interlayer sehingga semua kation akan mudah tertukar

Table. Comparative Properties of clay minerals

Properties Montmorillonit Illit Kaolinit
Size (M) 0.01-1.0 0.1-2.0 0.1-5.0
Total Surface Area (m2/g) 700-800 100-200 5-20
Plasticity High Medium Low
Cohesiveness High Medium Low
Swelling capacity High Low to None Low
CEC 80-100 15-25 3-15
Unit-Layer Charge 0.5-0.9 1.0-1.5 0


ORGANIC COLLOIDS
Humus terdiri dari 2 senyawa utama yaitu substansi non humus (misal lipid, amino acids, carbohydrates) dan subtansi humus (merupakan senyawa amorf dengan berat molekul tinggi, warna coklat sampai hitam, hasil pembentukan kedua dari proses dekomposisi)
Substansi humus dibagi menjadi :
a. Humic acid.