Muatan Negatif dan Positif pada Mineral Liat

II. MINERAL DALAM TANAH

2.4. Muatan Negatif dan Positif pada Mineral Liat

Menurut Brady (1974), muatan negatif pada mineral liat silikat dapat disebabkan oleh beberapa hal, yaitu :

1. Substitusi isomorfik

Adalah penggantian kation dalam struktur Kristal mineral liat oleh kation lain yang mempunyai ukuran sama tetapi muatan (valensi) berbeda. Umumnya kation yang menggantikan mempunyai muatan yang lebih rendah dari pada yang digantikan, misalnya Mg²⁺ atau Fe²⁺ menggantikan Al³⁺ dalam Al-oktahedron, atau Al³⁺ menggantikan Si⁴⁺ dalam Si-tetrahedron, sehingga terjadi kelebihan muatan negatif pada mineral liat.

Substitusi isomorfik terjadi waktu proses pembentukan liat berlangsung dan menghasilkan muatan tetap pada mineral tersebut. Proses substitusi isimorfik dapat dijelaskan pada berbagai tipe mineral liat pada Gambar 2.5 dan Gambar 2.6 di bawah ini.

2. Kelebihan muatan negatif pada ujung-ujung patahan Kristal mineral liat, baik pada Si-tetrahedron maupun Al-oktahedron.

3. Disosiasi H⁺ dari gugus OH yang terdapat pada tepi atau ujung Kristal.

OH O^- + H⁺

Pada pH rendah (masam) ion H⁺ terikat erat, tetapi bila pH naik ion H⁺ menjadi mudah lepas, sehingga muatan negatif meningkat. Muatan itu disebut Muatan Bergantung pH (pH Dependent Charge).

31

Gambar 2.5. Dinamika Kesetimbangan Kation Teradsorpsi Liat (clay) dan Dalam Larutan Tanah

Gambar 2.6. Tipe Mineral Liat 1 : 1

Muatan Positif pada Mineral Liat (Clay) Gambar 2.7. Tipe Mineral Liat 2 : 1 (Montmorilonit)

32

Dalam tanah selain ditemukan proses pertukaran kation, sering ditemukan pula proses pertukaran anion, walaupun dalam jumlah yang jauh lebih sedikit. Kapasitas Tukar Anion (KTA) banyak dijumpai pada mineral liat amorf dan liat Al dan Fe-oksida. KTA ditemukan pula pada kaolinit dalam jumlah sedikit. Adanya muatan positif pada mineral liat silikat disebabkan oleh adanya patahan-patahan Kristal atau akibat penggantian gugus OH oleh anion-anion lain (Sanchez, 1976). Karena koloid-koloid ini bermuatan positif, maka terjadi pertukaran anion.

Oksida-oksida Fe dan Al seperti gibsit (Al2O3.3H2O), Hematit (Fe₃O₂), goetit (Fe₃O₂.H₂O) dan limonit (Fe₃O₂.3H₂O), mineral-mineral ini bersifat amorf memiliki KTK rendah, sering bermuatan positif dan dapat melakukan fiksasi P dengan kuat melalui pertukaran Anion, yang digambarkan pada reaksi kimia sebagai berikut :

Al(OH)₃ Al(OH)₂⁺ + OH

-Al(OH)₂⁺ + H₂PO₄^- Al(OH)₂ H₂PO₄

Sebaran mineral liat tidak selalu tertumpu pada satu jenis tanah, akan tetapi sejumlah mineral liat dapat mendominasi pada satu atau lebih jenis tanah. Mineral liat utama dengan sifat dan tipe lapisan liat dapat dijumpai pada berbagai tanah yang dapat terlihat pada Tabel 2.5, Tabel 2.6 dan Tabel 2.7.

 Haloisit dianggap sebagai pengaktif (precursor) dari kaolinit karena pembentukan mineral ini mengikuti tahapan sbb :

Batuan Beku Montmorilonit Haloisit Metahaloisit Kaolinit

33

Tabel 2.5 Mineral Sekunder Utama : Mineral Liat

Mineral Utama ^Tipe

Lapisan

KTK

(cmol(+)/kg) ^{Dijumpai Pada Tanah}

Lempung amorf/parakristalin Allofan

SiO2.Al2O3.2H2O ^{35 Tanah abu vulkanik, Spodosol} Imogilit

SiO2.Al2O3.2,5H2O ^{35 Tanah abu vulkanik, Spodosol} Lempung kristalin

Kaolinit

2SiO2.Al2O3.2H2O ^{1 : 1 8 Ultisol, Oxisol, Alfisol} Halloisit

Al2O3.2SiO2. 4H2O ^{1 : 1 10} Smektit

Al2O3.4SiO2. H2O+x H2O ^{2 : 1 70 Vertisol, Molisol, Alfisol} Illit 2 : 1 30 Molisol, Alfisol, Spodosol,

Aridisol

Vermikulit 2 : 1 100 Mineral tambahan pada beberapa jenis tanah Klorit 2 : 2 0 Mineral tambahan pada

beberapa jenis tanah Lempung seskuioksida Geotit (α-FeOOH)/ Hematit (α -Fe₂O₃)/merah Gibbsit, AL(OH)3 3 3 3 Oxisol, Ultisol Oxisol, Ultisol Oxisol, Ultisol Mineral silikat -

Kuarsa, n(SiO2) - Mineral tambahan pada beberapa jenis tanah

Kristobalit, n(SiO2) - Mineral tambahan pada tanah abu vulkan

Fe2O3.3H2O = Limonit, penyebab warna kuning coklat pada tanah.

 Liat montmorilonit banyak dijumpai pada tanah Vertisol, Mollisol dan Alfisol dan juga ditemukan pada beberapa Entisol.

H₂KAl₃O₁₂ Al₂O₃4SiO₂H₂O + xH₂O

34  Liat kaolinit banyak ditemui pada tanah : Ultisol dan Oxisol dan juga

terdeteksi sebagai mineral pelengkap pada tanah Alfisol dan Vertisol. Muatan tetap/permanen terdapat pada mineral liat tipe 2 : 1 (smektit)/monmorilonit, mika/illit. Pada tanah grumosol (vertisol), rendzina (mollisol), sedikit pada tanah aluvila (entisol).

Tabel 2.6. Karakteristik Muatan Permukaan Tanah-tanah di Wilayah Tropik

Mineral Tanah %Liat KTK

TETAP KTK Variabel Total KTA KTK Liat Montmorilonit 60 44 3 47 3 75 Kaolinit/Haloysit 64 7 10 17 4 26 Campuran Kristalin /Amorf 56 4 17 21 11 39 Dominan Amorf 62 6 32 38 20 61 Bahan Organik 12 8 30 38 7 100

KTK Variabel : KTK bergantung pH (pH Dependent Charge Variable) SERI KEKUATAN PENGIKATAN KATION-KATION KAOLINIT : Ba²⁺ > Ca²⁺ > Mg²⁺ > K⁺ > H > NH₄⁺ > Na⁺ MONTMORILONIT : Ba²⁺ > Ca²+ > Mg²⁺ > H⁺ > K⁺ > NH4⁺ > Na⁺ MIKA : Ba2+ > H+ > K+ > Ca2+ > Mg2 K +> NH₄+ > Na+

KEKUATAN MEKANISME JERAPAN ION PO₄^3- > SO₄^2- > F^- > NO₃^- > Cl^- > Br^- > I

-KTK Permanen ditetapkan dengan menggunakan garam netral tanpa penyangga pada pH tanah

35 KTK TOTAL diekstrak dengan BaCl2- TEA (TetraetanolAmina) pada pH 8,2 KTK Variabel = KTK TOTAL + KTK PERMANEN

Tabel 2.7.Definisi kelas mineralogi jenis mineral liat pada Berbagai Ordo Tanah

Class Simplified Definitions _{Commonly Found} ^{Orders Most} Halioysitic (1:1) >50% nontabular halloysitic

in clay fraction by weight ^Oxisol, Inceptisol ^Ultisol, Montmorillonitic

(2:1)

>50% montmorilonite or nontronite in clay fraction by weight, or a mixture with more montmorillonite than any other single clay mineral

Vertisol, Mollisol, Alfisol, Aridisol, Inceptisol, Entisol Illitic (2:1) >50% illite (hydrous mica)

in clay by weight or > 4% K₂O

Mollisol, Alfisol, Aridisol, Inceptisol, Entisol

Vermiculitic (2:1) >50% vermiculite in clay by weight, or more vermiculite thanj any other single clay mineral

Mollisol, Ultisol, Alfisol, Aridisol, Inceptisol, Entisol Chloritic (2:2) >50% chlorite in clay by

weight or more chlorite than any other mineral

Mollisol, Alfisol, Aridisol, Inceptisol, Entisol

Kaolinitic (1:1) >50% clay fraction kaolinite or tabular halloysite by weight. Oxisol, Ultisol, Alfisol, Inceptisol Oxidic >20% free Fe₂O₃ + Al₂O₃ in clay fraction Oxisol, Ultisol, Alfisol

Gibbsitic >40% gibbsite and boehmite

of soil by weight ^{Oxisol, Ultisol} Ferritic >40% free Fe₂O₃ of soil by

weight

Oxisol, Ultisol

Ashy >60% volcanic ash, cinders,

and pumice in soil ^Andept

Cindery >35% cinders larger than 2 mm by volume

Andept Siliceous >90% by weight of quartz

36

2 mm fraction by weight Inceptisol, Entisol Carbonatic Mixed >40% CaCO₃ by weight soil

with less than 40% of any mineral in the 0,02-2 mm fraction and less than 50% single layer silicate mineral in the clay fraction

Mollisol, Aridisol, Ultisol, Alfisol Aridisol, Spodosol, Inceptisol, Entisol Sumber: Soil Survey Staff (1970)

Fraksi Mineral Liat dengan Berbagai Karakteristiknya: Karakteristik fraksi liat (clay) di dalam tanah :

1. Mineral liat Al-silikat kristalin

2. Mineral liat Al-silikat nonkristalin (amorf) 3. Oksida dan hidrousoksida Fe dan Al 4. Mineral-mineral primer

Tabel 2.8. Fraksi Mineral Liat dengan Karakteristiknya KAOLINIT (mineral liat

Al-silikat tipe 1 : 1) Tiap unit terdiri dari satu gugus Si-Tetrahedron + satu

gugus Al-Oktahedron

MONTMORILONIT (Mineral liat Al-silikat tipe 2 : 1)

Masing-masing unit terdiri dari 2 gugus Si-Tetrahedron + 1 gugus

Al-Oktahedron 1. Ditemukan pada tanah dengan

pelapukan lanjut

Masing-masing unit terdiri dari 2 gugus Si-Tetrahedron + 1 gugus Al-Oktahedron

2. Mineral liat 1 : 1 (Tiap unit terdiri dari satu gugus Si-Tetrahedron + satu gugus Al-Oktahedron)

Masing-masing unit dihubungkan dengan unit lain oleh ikatan yang lemah dari oksigen ke oksigen sehingga mudah mengembang dan mengkerut.

3. Masing-masing unit melekat dengan unit lain dengan kuat oleh ikatan H, sehingga tidak dapat mengembang dan mengkerut.

Air dan kation dapat masuk pada ruang antar lapisan (unit) tersebut.

37

4. Sedikit atau tidak ada substitusi isomorfik, sehingga kapasitas tukar kation rendah.

KTK tinggi, 80-150 me/100g

5. Muatan hanya pada patahan-patahan

Dibawah pH 6,0 hanya muatan (permanent charge) yaitu muatan hasil substiusi isomorfik

6. Mempunyai muatan

tergantung pH (pH dependent charge), KTK naik bila pH naik

Diatas pH 6,0 terjadi muatan tergantung pH. Muatan naik dengan naiknya pH akibat meningkatnya ionisasi H⁺ dari gugus OH, karena naiknya pH

7. KTK rendah 3-15 me/100g

OH O + H⁺

pH naik 8. Luas permukaan (surface

area) 7-30 m²/g

*Syarat-syarat Pembentukan : 1 Konsentrasi Al dan Si dalam

larutan sama besar

Luas permukaan besar 600-800 m²/g eksternal dan internal

2 Konsentrasi H+ (hidronium) tinggi

*Pembentukan : 3 Mg dan basa-basa lain tidak

ada

Rekristalisasi hasil pelapukan macam-macam mineral bila keadaan lingkungan sesuai

4 Rekristalisasi dari hasil pelapukan mineral silikat dalam lingkungan agak masam atau masam akibat basa-basa yang tercuci (drainase tanah baik, curah hujan tinggi)

Konsentrasi ion Si dan Mg tinggi.

5 Dekomposisi kaolinit dapat menghasilkan oksida-oksida

Ditemukan ditempat-tempat dimana terjadi pelapukan mineral silikat yang

38

Fe dan Al (dan oksida silika

yang mudah larut) ^{banyak mengandung Mg (dan Fe).} Air dalam tanah tidak atau lambat bergerak (drainase jelek). Pencucian lambat

Dapat terbentuk pula karena alterasi dari khlorit, illit atau vermikulit.

Tabel 2.9. Beberapa Sifat Podsolik Merah Kuning (Hardjowigeno, 1992).

Nomor

Pedon ^{Epipedon Horizon} Bawah

KTK (me/g liat) Mineral Liat Dominan ^Klasifikasi Sitiung

ST 1 ^{Ochrik Argillik < 24 Kaolinit} _Paleudult ^Typic

ST 3 Ochrik Kamblik ^{< 24} Kaolinit Oxic

Dystropept

ST 4 Ochrik Kandik ^{< 16} Kaolinit Typic

Kandiudult Jasinga

Bj 5 ^{Ochrik Kamblik} >30 Montmorilonit _Dystropept ^Typic Pleihari

K 1 ^{Ochrik Kandik < 16 Kaolinit} _Kandiudult ^Typic Keterangan :

Epyedon Ochrik : horison tanah berwarna terang (value lembab lebih dari 3), bahan organik <1%, sangat keras dan masif bila kering.

39

Value : gelap terangnya warna tanah, sesuai dengan banyaknya sinar yang dipantulkan.

Horison Argillik : horison penimbunan liat, horison B tanah paling sedikit mengandung 1,2 x liat (clay) lebih banyak dari pada liat di atasnya. terdapat selaput liat.

Horison Kandik : seperti horison agrillit tetapi KTK tanah (NH₄OAC) <16 Cmol (+)/kg liat dan KTK efektif < 12 Cmol (+)/kg liat. Horison Kambik : horison bawah yang telah terbentuk struktur tanah atau

warna sudah lebih merah dari bahan induk atau ada indikasi lemah adanya agrillik atau spodik, tetapi tidak memenuhi syarat untuk kedua horison tersebut.

Tabel 2.10. Reaksi Kesetimbangan Kimia yang Membangun Stabilitas dengan Alumina Silikat

Reaksi

No. ^{Reaksi Kimia} Log λ

Al-Si

1 Al2SiO5 (sillimanite) + 6H+  2 Al3+ + H4SiO4 + H2O 15.45 2 Al2SiO5 (kyanite) + 6H+  2 Al3+ + H4SiO4 + H2O 15.12 3 Al2SiO5 (andalusite) + 6H+  2 Al3+ + H4SiO4 + H2O 14.48 4 Al2Si2O5(OH)4 (halloysite) + 6H+  2 Al3+ + 2H4SiO4 + H2O 8.72 5 Al2Si2O5(OH)4 (dickite) + 6H+  2 Al3+ + 2H4SiO4 + H2O 5.95 6 Al2Si2O5(OH)4 (kaolinite) + 6H⁺  2 Al³⁺ + 2H4SiO4 + H2O 5.45 7 Al2Si4O10(OH)2 (pyrophyllite) + 6H⁺  2 Al³⁺ + 4H4SiO4 1.92

NaAl-Si

8 NaAlSiO4 (nepheline) + 4H+  Na+ + Al3+ + H4SiO4 11.25 9 NaAlSi2O6 (jadeite) + 4H+ + 2H2O  Na+ + Al3+ + 2H4SiO4 7.11 10 NaAlSi₂O₆.H₂O (onaleime) + 4H+ + 4H₂O  Na+ + Al3+ + 2H₄SiO₄ 8.15 11 NaAlSi3O8 (Na-glass) + 4H+ + 4H2O  Na+ + Al3+ + 3H4SiO4 10.87 12 NaAlSi3O8 (high albite) + 4H⁺ + 4H2O  Na⁺ + Al³⁺ + 3H4SiO4 3.67 13 NaAlSi3O8 (low albite) + 4H+ + 4H2O  Na+ + Al3+ + 3H4SiO4 2.74 14 NaAl3Si3O10(OH) 2 (paragonite) + 10H+  Na+ + 3Al3+ + 3H4SiO4 17.40 15 ^{Na0.33Al2.33Si3.67O10(OH)2(beidellite)+7.32H}

++2.68H2O  0.33Na+ +

40 K Al-Si 16 ^KAlSiO4 (kaliophihte) + 4H+  K+ + Al3+ + H4SiO4 35.25 17 ^KAlSi2O6 (leucite) + 4H+ + 2H2O  K+ + Al3+ + 2H₄SiO₄ 6.72 18 ^KAlSi3O8 (K-glass) + 4H⁺ + 4H2O  K⁺ + Al³⁺ + 3H4SiO4 7.87 19 ^KAlSi3O8 (high sanidine) + 4H+ + 4H2O  K+ + Al3+ +

3H4SiO4

1.40 20 ^KAlSi3O8 (nuctocline) + 4H⁺ + 4H2O  K⁺ + Al³⁺ +

3H4SiO4

1.00 21 KAl2(AlSi3O10) (OH2) + 4H+ + 4H2O  K+ + Al3+ +

3H4SiO4

13.44 Ca Al-Si

22 ^CaAl2SiO6 (pyroxene) + 8H⁺  Ca²⁺ + 2Al³⁺ + H4SiO4 + 2H2O

35.25 23 ^CaAl2Si2O8 (Ca-glass) + 8H+  Ca2+ + 2Al3+ +

2H4SiO4

33.91 24 ^CaAl2Si2O8 (hexagonal anorthite) + 8H+  Ca2+ + 2Al3+ +

2H4SiO4

26.10 25 ^CaAl2Si2O8 (anorthite) + 8H+  Ca2+ + 2Al3+ +

2H4SiO4

23.33 26 ^CaAl2Si2O8 . 2H2O (lawsonite) + 8H+  Ca2+ + 2Al3+ +

2H4SiO4 + 2H2O

17.54 27 ^CaAl2Si₄O₁₂ . 2H₂O (wairakite) + 8H+ + 2H₂O  Ca2+ + 2Al3+ +

4H4SiO4

16.05 28 Ca2Al4Si8O24 . 7H2O (leonhardite) + 16H+ + H2O  2Ca2+ + 4Al3+ +

8H4SiO4 17.29 MgAl-Si 29 ^Mg5Al₂Si₃O₁₀ (chlorite) + 16H+  5Mg2+ + 2Al3+ + 3H4SiO4 + 6H2O 60.30 30 ^Mg2Al4Si5O18 (Mg-cordierite) + 16H+ + 2H2O  2Mg2+ + 4Al3+ + 5H4SiO4 45.46 31 KMg3AlSi3O10F2 (fluorphlogopite) + 8H+ + 2H2O  K+ + 3Mg2+ + Al3+ + 3H4SiO4 +2F^- 7.85 Substituted Al-Si 32

Mg2.71Fe(II)0.02Fe(III)0.46.Ca0.06K0.1OSi2.91Al1.14O10(OH)2 (vermiculite) + 10.36H+ 2.71Mg2+ + 0.02 Fe2+ + 0.46Fe3+ +0.06Ca2+ + 0.1K+ + 1.14Al3+

+ 2.91H4SiO4 + 0.36H2O 38.14 33 ^K0.6Mg0.25Al2.3Si3.5O10(OH)2 (illite) +8H⁺ + 2H2O  0.6K⁺ +

0.25Mg²⁺ + 2.3Al³⁺ + 3.5H4SiO4

10.35 34 Mg0.2(Si3.81Al1.7Fe(III)0.22Mg0.29)O10(OH)2 (Mg-montmorilonite) + 6.76H⁺ +

3.24H2O 

41 Reacting Components 35 Fe(OH)3 (soil) + 3H⁺  Fe³⁺ + 3H2O 2.70 36 Fe3+ + e  Fe2+ 13.04 37 FeOOH (geothite)+ 3H+  Fe3+ + 2H2O -0.02 38 Al(OH)3 (amorf) + 3H+  Al3+ + 3H2O 9.66 39 Al(OH)₃ (gibbsite) + 3H+  Al3+ + 3H₂O 8.04 40 SiO2 (amorf) + 2H2O  H4SiO4 -2.74 41 SiO2 (soil) + 2H2O  H4SiO4 -3.40 42 SiO2 (quartz) + 2H2O  H4SiO4 -4.00 43 CaF2 (fluorite)  Ca2+ + 2F -10.41 44 Ca2+ (soil)  Ca2+ -2.50

Gambar 2.8. Kelarutan macam-macam aluminasilikat yang tidak tersubstitusi dibandingkan dengan gibbsite (Al(OH)3 amorf.

Mineral yang paling stabil kelarutan Al₂Si₂O₅ menurun dalam urutan silimaite > kyanite > dicktit > andalusit. Kelarutan Al₂Si₂O₅ (OH) menurun menurut haloysit > dicktit > kaolinit. Pada kondisi H4SiO4 aktif > 10^-3,7 M.

12 11 10 9 8 7 6 5 -6 -5 -4 -3 Log H₄SiO₄ Lo g A l 3+ . 3 p H (1) Al2SiO5 (2) Al2SiO5 (3) Al₂SiO₅ (4) Al₂Si₂O₅(OH)₄ (5) Al2Si2O5(OH)4 (6) Al2Si2O5(OH)4 (7) Al2Si4O10(OH)2

Al(OH)3 (amorf)  log Al³⁺ + 3 pH = 9.66

Al(OH)₃ (gibbsite)  log Al³⁺ + 3 pH = 8.08

Silimanite (1) Kyanite (2) Andalusite (3) Halloysite (4) Pyrophilite (7) Dickite (5) Kaolinite (6) S iO² (qu a rt z) S iO² ( soi l) SiO2 (amorp)

42

Pyropilit lebih stabil dari kaolinit yang berada di bawah tingkat H₄SiO₄, kaolinit lebih stabil.

Kelarutan Al(OH)₃ amorf terletak pada 9.66. pada H₄SiO₄ aktif dibawah 10^-5,31 M gibbsite merupakan mineral paling stabil, dalam tanah yang mengalami pelapukan dibawah pengaruh iklim yang hebat, silika dicuci dari tanah sebagai kaolinit dengan semua oksida alumina dan hidroksi mineral adalah tidak stabil dalam tanah yang H₄SiO₄ melampaui 10^-5,31 M (Lendsay, 1979). Keaktifan Al³⁺ dalam kesetimbangan dengan bermacam aluminosilikat. Kesetimbangan dengan gibbsite (Al(OH)3) :

Gambar 2.8 menunjukan kestabilan relatif dari mineral Na-aluminosilikat. Mineral yang dapat larut kebanyakan Na-glass, dari ketiga NaAlSi₃O₈ kelarutannya menurun sesuai dengan Na-glass > High albite >

low albite. Kelarutan beberapa Na-aluminosilikat ditunjukan dengan reaksi no. 8 sampai dengan no. 15 tabel 2.9.

Mineral NaAlSiO₄ (nepheline), NaAlSi₂O₆ (jadeite) dan NaAlSi₂O₆ (analcime) berada dalam kelarutan sementara dan diharapkan terjadi lebih cepat lagi. Mineral NaAl₃Si₃O₁₀ yang paling stabil adalah NaAl₃Si₃O₁₀(OH)₂ dan Na_0.33Al_2.33Si_3.67O₁₀(OH)₂. Kaolinit dan pyropillit lebih stabil dibanding dengan sodium aluminosilikat.

Log Al³⁺ + 3 pH = 8,04 Dan untuk pH 5

log Al³⁺ + 3 (5) = 8,04 atau

43

SODIUM ALUMINOSILICATES (Na Aluminosilicates)

Gambar 2.9. Kestabilan dari beberapa Na-Aluminosilikat dibanding dengan gibbsite, merupakan pengaruh pH dan aktivitas Na.

Kelarutan beberapa K-Aluminosilikat ditunjukan dengan reaksi no. 16 sampai dengan no. 21 pada tabel 2.9. kelarutan K-Aluminosilikatmenurun sesuai KAlSi₃O₈ > KAlSi₃O₄ (kaliophilite) > KAlSi₃O₆ (leucite) > KAlSi₃O₈ (high sanidine) > KAlSi₃O₈ (nictocline) > KAl₂AlSi₃O₈ (muskovite). Garis kelarutan mineral muskovite ditunjukan oleh reaksi :

20 18 16 14 12 10 8 6 4 -6 -5 -4 -3 (8) NaAlSiO₄ (9) NaAlSi₂O₆ (10)NaAlSi2O6.H2O (11)NaAlSi3O8 (12)NaAlSi₃O₈ (13)NaAlSi₃O₈ (14)NaAl3Si3O10(OH) 2 (15)Na0.33Al2.33Si3.67O10 (OH)₂ a a a a a pH log Na⁺ 6 -4 7 -3 8 -2 Na-glass (11) Analcime (10) High albite (12) Jadeite (9) Nepheline (8) beidellite (15) Paragonite (14) Al(OH)3 (gibbsite) Low albite (13) S iO² ( a morp) S iO 2 ( soi l) S iO² (qu a rt z) Log H₄SiO₄ Lo g A l 3+ . ³ p H pH 6 8 ^pH ₆ 7 8

44

Gambar 2.10. Kestabilan dari beberapa K-Aluminosilikat dibanding dengan gibbsite menunjukan pengaruh pH dan aktivitas Na⁺.

KAl₂(AlSi₃O₁₀) (OH₂) + 10H⁺



K⁺ + Al³⁺ + 3H₄SiO₄ log K = 13,44 = 1013,44

3 log Al³⁺ + 9 pH = 13,44 – log K⁺ - pH – 3 log H₄SiO₄ ...(1) 3 log Al³⁺ + 3 pH = 14,48 – 0,33 log K⁺ - 0,33 pH – log H₄SiO₄...(2)

20 18 16 14 12 10 8 6 4 -6 -5 -4 -3 L og A l 3+ . 3 pH Log H₄SiO₄ (16)KAlSiO₄ (17)KAlSi₂O₆ (18)KAlSi3O8 (19)KAlSi3O8 (20)KAlSi₃O₈

(21)KAl₂(AlSi₃O₁₀) (OH₂)

S iO 2 ( qu a rt z) S iO² ( so il ) S iO 2 ( a morp) pH 6 7 8 Al(OH)₃ (gibbsite) kaliophihte (16) K-glass (18) Leucite (17) High sanidine (19) Nictocline (20) Muscovite (21) pH log K⁺ 6 -4 7 -3 8 -2

45

Persamaan (2) bila K⁺ = 10^-3 M, maka Persamaan (2) menjadi

log Al³⁺ + 3 pH = 5,48 – 0,33 log K⁺ - 0,33 pH – log H₄SiO₄

muskovit lebih stabil dari gibbsite (Al(OH)3) pada semua kisaran H₄SiO₄ yang terjadi dalam tanah, hanya pada keadaan selanjutnya dari tanah pelapukan lanjut jika silika telah hilang, gibbsite menjadi lebih stabil.

CALCIUM ALUMINOSILICATES

Gambar 2.11. Kestabilan dari beberapa Kalsium Alumina-silikat dibandingkan dengan gibbsite dengan indikator perubahan pH dan Ca²⁺ 18 16 14 12 10 8 6 4 2 -6 -5 -4 -3 Lo g A l 3+ . ³ p H Log H₄SiO₄ S iO² (qu a rt z) S iO² ( soi l) S iO 2 ( a morp) Al(OH)₃ (gibbsite) a a a a a a a pH 6 log Ca²⁺ 7 -3.5 a a -2.5 8 -1.5 Ca-glass (23) Pyroxene (22) Hexagonal anorthite (24) Wairakite (27) Anorthite (25) Lawsonite (26) Leonhardite (28) (22) CaAl2SiO6 (22)CaAl2Si2O8 (23)CaAl2Si2O8 (24)CaAl2Si2O8 (25)CaAl2Si2O8 . 2H2O (26)CaAl2Si4O12 . 2H2O (27)Ca2Al4Si8O24 . 7H2O

46

Kelarutan beberapa kalsium alumino silikat diberikan dengan reaksi-reaksi 22 sampai 28 pada tabel 2.9 dan dipetakan pada gambar 2.10 diatas. Suatu contoh dari bagaimana deret kstabilan terjagi ditunjukan untuk pyroxine dimulai dengan reaksi 22 dari tabel 2.9

CaAlSiO6 (pyroxine) + 8H⁺



Ca²⁺ + 2Al³⁺ + H4SiO4 + 2H2O...(10) Log K^o = 35,25

2 log Al³⁺ + 6 pH = 35.25 – 2pH – log Ca²⁺ - log H₄SiO₄

log Al³⁺ + 3pH = 17,63 – ½ log Ca²⁺ - pH - ½ log H₄SiO₄ ...(11) jika diberikan 10^-2.5 M, persamaan (11) menjadi

log Al³⁺ + 3pH = 18,88 – pH - ½ log H₄SiO₄ ...(12)

Gambar dari persamaan 12 untuk pH 7 ditunjukan dalam gambar 2.10 dan dinamakan garis pyroxine. Garis kestabilan lainnya dalam gambar ini didapatkan secara persis. Pergeseran dalam garis ini dengan pertukaran dalam pH dan log Ca²⁺ ditunjukan oleh garis pendek dan panah.

Kalsium Aluminosilikat dalam gambar 2.10 menurun dalam kelarutan sesuai CaAl₂SiO₈ (k-glass) > CaAl₂SiO₆(pyroxine) > CaAl₂Si₂O₈ (heksagonal anorthit) > CaAl₂Si₄O₁₂ . 2H₂O(wairajit) > Ca₂Al₄Si₈O₂₄.7H₂O (leonhardit)

Kelarutan dari beberapa magnesium aluminosilikat dan substitusi aluminosilikat ditunjukan oleh reaksi 29 sampai 34 pada tabel 2.9. reaksi kestimbangan dari chlorite :

Log Al³⁺ + 3pH = 30,15 – 2,5 log Mg²⁺ - 5pH – 1,5 log H₄SiO₄ ...(13) Bilamana Mg²⁺ adalah 10^-3 M, persamaan reduksi menjadi

47

MAGNESIUM ALUMINOSILICATES

Gambar 2.12. Kestabilan beberapa Magnesium Aluminosilikat dalam kestimbangan dengan 10^-3 M K 10^-4 M F dan Fe-tanah pada pe + pH = 17,0 dengan pertukaran untuk pH dan Mg²⁺ sebagai indikator. 18 16 14 12 10 8 6 4 2 pH log Mg²⁺ 7.0 -3 7.5 -2 -6 -5 -4 -3 Lo g A l 3+ . ³ p H Log H₄SiO₄ pH logMg²⁺ 6 -4 7 -3 -2 8 S iO² (q u ar tz ) S iO 2 ( a morp) Al(OH)₃ (gibbsite) Chlorite (29) Mg-cordierite (30) Fluorphlogopite (31) Vermiculite (32) pH logMg²⁺ 6.5 -4 7.0 -3 7.5 -2 pH logMg²⁺ -4 6.5 7.0 -3 7.5 -2 S iO 2 ( soi l) (29) Mg₅Al₂Si₃O₁₀ (30) Mg₂Al₄Si₅O₁₈ (31) KMg₃AlSi₃O₁₀F₂ (32)Mg_2.71Fe(II)_0.02Fe(III)_0.46. Ca_0.06K_0.1OSi_2.91Al_1.14O₁₀( OH)2

48

Persamaan (14) dipetakan dalam gambar 2.11 dan diberinama garis chlorit. Kestabilannya dipengaruhi pH, perubahan 5 log unit untuk suatu pertukaran dalam pH. Chlorit kebanyakan lebih stabil dalam suasana alkalin dan mungkin diharapkan sebagai suatu mineral yang stabil pada pH 7,5.

Substitusi isomorfikdari berbagai kation menjadi kisi-kisi chlorit memungkinkan sedikit perubahan dalam hubungan kestabilan. Semua ini cukup membantu dalam ketidakpastian mengenai nilai kelarutan chlorit.

Gambaran kestimbangan untuk vermikulit ditunjukan dari reaksi 32 pada tabel 2.9 adalah :

Log Al3+ + 3pH = 33,46 – 6,09pH - 2,38 log Mg2+– 0,2 log Fe2+ –

0,40 log Fe³⁺ – 0,5 log Ca²⁺ – 0,9 log K⁺ – 2,55 log H₄SiO₄ ...(15)

Bila Mg²⁺ = K⁺ = 10^-3 M, Ca²⁺ = 10^-2,5 M, log Fe³⁺ = 2,70 – 3 pH dan log Fe²⁺ = 15,74 – 2 pH – (pe + pH), persamaan (15) menjadi :

Log Al³⁺ + 3pH = 39,60 – 4,85pH + 0,02 (pe + PH) – 2,55LOG H₄SiO₄ ...(16)

Gambaran dari persamaan (16) ditunjukan sebagai deret vermikulit dalam gambar 2.11 pada pe + pH = 17,0. Mineral ini tidak stabil dalam tanah. Pergantian dalam redoks (pe + pH) hanya sedikit berpengaruh terhadap stabilitas vermikulit apabila kandungan reduksi Fe²⁺ hanya sedikit. Misalnya, suatu perpindahan dalam pe + pH dari 17 ke 10 hanya menurunkan garis vermikulit oleh 0,14 log unit (persamaan 16).

Kandungan mineral-mineral Fe²⁺ akan sangat dipengaruhi oleh pergantian dalam redoks. Perubahan dalam aktivitas Mg²⁺ dari 10^-3 M menunjukan tingkat perubahan garis vermikulitsuatu unit dalam log Mg2+.

49

MAGNESIUM ALUMINOSILICATES

Gambar 2.13. Ringkasan diagram beberapa campuran aluminosilikat dalam kestimbangan dengan 10^-3 M K⁺ 10^-3 M Mg²⁺ dan Fe tanah dengan pH dan K⁺ swbagai indikator.

Garis kestabilan dalam mineral illit dalam gambar ini akan dikembangkan dari reaksi 33 pada tabel 2.9 dan diberikan persamaan :

2.3log Al³⁺ + 8pH = 10,35 – 0.6 log K⁺ – 0.25 log Mg²⁺ – 3,5 log H₄SiO₄

log Al³⁺ + 3pH = 4,5 – 0.26 log K⁺– 0.11 log Mg²⁺ – 0.48pH – 1,52 log H₄SiO₄ ...(17)

Bilamana K⁺ = Mg²⁺ = 10^-3 M, persamaan reduksi menjadi log Al³⁺ + 3pH = 5,61 – 0.48pH – 1,52 log H₄SiO₄ ...(18)

Illite (33) Mg-montmorilonite (34) 11 10 9 8 7 6 5 4 -6 -5 -4 -3 Lo g A l 3+ . ³ p H pH 6 7 8 S iO 2 ( a morp) Al(OH)₃ (gibbsite) pH log K⁺ 6 -4 7 8 -2 S iO 2 ( soi l) pH 6 7 8 Pyrophyllite (7) Muscovite (21) Kaolinit (6) (6) Al₂Si₂O₅(OH)₄ (7) Al₂Si₄O₁₀(OH)₂ (21) KAl₂(AlSi₃O₁₀) (OH₂)

(33)K_0.6M_g0.25Al_2.3Si_3.5O₁₀ (OH₎₂ (34) Mg_0.2(Si_3.81Al_1.7Fe(III )0.22Mg0.29)O10(OH)2 S iO 2 (qu a rt z) Log H₄SiO₄

50

persamaan (18) ditunjukan pada gambar 2.12 sebagai garis illit. Deret ini diambil untuk pH 7 dan yang menunjukan pergeseran ke atas atau ke bawah oleh 0.48 unit untuk suatu perpindahan unit dalam pH.

Garis kaolinit dlam gambar 2.12 diperoleh dari reaksi 7 pada tabel 2.9 yang diberikan

Log Al³⁺ + 3pH = 2.73 – log H₄SiO₄ ...(19)

Garis muskovit diperoleh dari reaksi 21 pada tabel 2.9 yang diberikan log Al³⁺ + 3pH = 4,48 –⅓ log K+–⅓pH – log H₄SiO₄ ...(20) Bilamana K⁺ = 10^-3 M, persamaan reduksi ini menjadi

log Al3+ + 3pH = 5,48 –⅓pH – log H₄SiO₄ ...(21)

Garis Mg-montmorilonit diperoleh dari reaksi 34 pada tabel 2.9 yang diberikan

log Al³⁺ + 3pH = 1,56 – 0.29 log Mg²⁺– 0.13 log Fe³⁺ – 0.95pH – 2,23 log H₄SiO₄ ...(22)

Bila Mg²⁺ = 10^-3 M dan Fe³⁺ ditentukan oleh Fe(OH)₃ (Fe-tanah), log Fe³⁺ = 2.70 - 3pH dari reaksi 35 pada tabel 2.9 persamaan (22) menjadi

Log Al³⁺ + 3pH = 2.08 – 0.56 pH – 2.23 log H₄SiO₄ ...(23) Beberapa hubungan kestabilan yang penting dari mineral-mineral liat sekunder dalam tanah diwakili dalam gambar 2.12. dari gambaran-gambaran mineral-mineral ini Mg-montmorilonit adalah lebih stabil pada kondisi H₄SiO₄ yang tinggi yang akan terjadi selama pelapukan mineral. mineral Al₂Si₄O₁₀(OH)₂ (pyropilit) hanya sedikit mengalami perubahan. Pada pH 7,0 jika H₄SiO₄ menurun mendekati 10^-3.7 M, Al₂Si₂O₅(OH)₄ (kaolinit menjadi lebih stabilpada tanah dengan larutan silika lebih besar. Pada kondisi demikian aluminosilikat sebagian besar menghilang sebagai gibbsite dan oksida besi.

Beberapa faktor yang mempengaruhi pergeseran garis kestabilan ditunjukan pada gambar 2.12. sebagai contoh, kenaikan pH mengakibatkan

51

Mg-montmorilonit lebih stabildibanding kaolinit, sedangkan penurunan pH menurunkan pula kestabilan relatif kaolinit.

Gambar 2.14. Penyanggaan aktivitas Al³⁺ oleh Mg-montmorilonit, kaolinit dan gibsit sebagai pengaruh pH, silika, oksida besi dan Mg²⁺ (Lindsay,1979).

Peningkatan Mg²⁺ sebesar 10^-3 M menyebabkan tingkat garis Mg-montmorilonit menjadi rendah. Dari persamaan (22) suatu peningkatan 10 kali lipat dalam perubahan Mg²⁺ garis ini bergeser ke bawah oleh hanya 0,29 log unit. Log H₄SiO₄ -5.31 -4.00 (quartz) -3.10(soil) -2.74(amorp) Log H4SiO4 -4.00 (quartz) -3.10(soil) -2.74(amorp) (gheothite ) (amorf) Log Mg²⁺ Lo g A l 3+ -7 -8 -9 -10 -11 -12 -13 -14 -15 5 6 7 8 pH Mg-montmorilonite (34) Kaolinit (6) Gibbsite (39)

52

Dalam tanah-tanah dengan pH 8,2, KAl₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂ (muskovit) adalah sangat stabil dengan keadaan kaolinit bilamana K⁺ adalah 10^-3 M. Akibat tanah-tanah menjadi asam dan K⁺ mengalami pencucian, muskovit juga menghilang dari tanah.

Pada tanah-tanah dengan pengaruh suhu tinggi H₄SiO₄ menurun di bawah SiO₂ (kuarsa) dan mengakibatkan aktivitas Al³⁺ meningkat sampai akhirnya dibatasi oleh Gibsit (Lindsay, 1979). Faktor-faktor yang mempengaruhi terhadap aktivitas Al³⁺ secara tidak langsung mempengaruhi kelarutan P (fosfor) dan juga alumunium Fosfat.

Gambar 2.15. Hubungan antara Log (K+)/(H+) dengan Log (H4SiO4). 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -5 -4 -3 -2 Log (H₄SiO₄) L og (K + ) (H + ) gibbsite Kaolinit Potasium mica Potasium feldspar Sat ura tio n w ith q uart z Sa tu ra tion w ith a m or phous s ilic a( H⁴ SiO 4 )

53