BAGIAN 5: GEOSPHERE DAN SOIL CHEMISTRY - 5 geosphere soil chemistry

(1)

KIMIA LINGKUNGAN

BAGIAN 5:

GEOSPHERE

DAN

(2)

Pendahuluan

 Geosphere adalah bumi tempat manusia mengambil makanan, mineral dan fuel

(3)

Pendahuluan



Geosphere ( tanah) mampu menetralkan atau

menguraikan zat polutan yang masuk melalui

proses kimia atau biokimia,

a. proses oksidasi reduksi

b. proses hidrolisis

d. reaksi asam-basa

e. Presifitasi

d. Sorpsi (penyerapan )

(4)

Definisi

 Kimia lingkungan lebih fokus terhadap lapisan

lithosphhere

 Lithosphere terdiri dari :

a. lapisan kulit terluar ( outer mantle) b. kerak bumi ( earth crust)

 Kerak bumi terdiri dari batuan ( rock)

 Batuan tersusun dari mineral-mineral

 Mineral adalah padatan anorganik yang terjadi karena

(5)

Struktur dan sifat mineral



Sifat mineral dalam tanah sangat ditentukan oleh

struktur kristal atom pembentuk mineral

dan komposisi kimia atau formula kimia .



Struktur kristal mineral adalah bagaimana

atom-atom pembentuk mineral tersebut saling

berikatan membentuk suatu struktur tertentu.



Untuk menentukan struktur kistral suatu mineral

(6)

Mineral

 Telah ditemukan lebih dari 2000 jenis mineral  Hanya 25 jenis kristal sebagai pembentuk batuan  Elemen terbanyak dalam mineral adalah

(7)

CLAY ( Tanah liat atau lempung)

 Clay adalah jenis mineral silikat yang juga mengandung

aluminum

 Clay merupakan adalah komponen inorganik yang penting

dalam tanah (soil)

 Clay mempunyai kemampuan mengikat air

 Clay mempunyai kemampuan mempertukarakan kation

 Clay didefinisikan sebagai microcrystalline secondary

(8)

Pembagian mineral clay



Clay dibedakan satu dengan lainnya berdasarkan

a. Formula kimianya

b. Struktur kristalnya

c. sifat fisik dan kimia



Clay di bagi dalam 3 ( tiga) kelompok

a. Montmorillonite Al2(OH)2Si4O10

b. Illite

(9)

Clay



Sebagian besar clay mengandung kation Na, K,

Mg, Ca dan Fe



Kation-kation tersebut di ikat oleh clay agar tidak

terlindikan oleh air hujan , sehingga tetap dalam

tanah sebagai nutrien tanaman.



Contoh clay adalah kaollinite yang terbentuk dari

penguraian batuan kalium feldspar

2 K Al Si3O8 + 3 H + 9 H2O---



(10)

Struktur kristal Kaollinite



Terdiri dari lapis Silikon oksida

setiap atom Silikon dikelilingi 3 atom oksigen

( bentuknya tetrahedral)



Terdiri dari lapis aluminum oksida

(11)

Soil (tanah)

 Soil adalah campuran dari - mineral-mineral

- material organik - air (water)

yang berguna untuk mendukung pertumbuhan tanaman

 Senyawa organik dalam tanah terdiri dari biomassa tanaman yang terurai dengan variaso tingkat penguraian

 Tanah mengandung bakteri, fungi, animal  Tanah mengandung udara ( gas)

 Tanah terdiri dari

(12)

Pembagian lapisan tanah

 Top soil (Horison A)

- Aktifitas biologis maksimum

- Banyak mengan dung senyawa organik - kation dan logam dalam top soil dapat terlindikan

 Subsoil ( Horison B)

Bagian yang menerima lindi organik, kation dan logam dari top soil

 Batuan ( Horison C)

(13)

Kategori ukuran partikel tanah

berdasarkan United Classification System



Ukuran partikel tanah dibagi dalam 4 kategori

a. Gravel ( 2 – 60 mm)

b. Sand ( 0.06 – 2 mm)

(14)

Air dalam tanah

 Air adalah bagian dari sistem 3 fasa dalam tanah yaitu

sistem fasa solid-liquid-gas dalam tanah .

 Air merupakan media transport nutrien dari tanah menuju

akar tanaman sampai ke daun , kemudian menguap ke atmosfer ( transpirasi).

 Keberadaan nutrien dalam air tergantung kepada gradien

konsentrasi dan gradien potensial listrik

 Air mengisi porositas dari tanah, dan partikel tanah

mengikat molekul dengan kuat.

 Untuk tanah yang kaya senyawa organik, mungkin akan

(15)

Air dalam tanah

 Air terikat kuat pada permukaan patikel clay dalam

tanah , karena ratio luas permukaan terhadap volume partikel clay yang tinggi.

 Pengaruh air dalam tanah adalah penurunan nilai pE

oleh zat organik yang terurai oleh mikro organisme ,

maka kondisi redoks dalam tanah menjadi lebih reduksi .

 Penurunan pE menyebabkan Fe dan Mn tereduksi menjadi

Fe(II) dan Mn(II) yang mudah larut dan akan termobilisasi.

 Fe (II) dan Mn(II) pada konsentrasi tinggi merupakan

(16)

Udara dalam tanah

 35% dari volume pore tanah adalah udara

 Udara normal mengandung

21% O2 dan 0,03% CO2

 Komposisi udara di dalam tanah berbeda dengan udara

normal , karena adanya penguraian zat organik oleh

mikroorganisme menghasilkan gas CO2, maka kadar O2 dalam tanah hanya 15% dan CO2 meningkat menjadi beberapa persen .

(17)

Senyawa inorganik dalam tanah

 Pelapukan batuan dan mineral menghasilkan senyawa

inorganik dalam tanah yang berupa koloidal inorganik

 Koloidal inorganik sebagai tempat penyimpan air dan

nutrien yang dibutuhkan tanaman.

 Koloidal inorganik dapat mengadsorpsi senyawa beracun (

detoksifikasi)

 Kemampuan akar tanman mengambil nutrien

menyangkut interaksi komplek antara fasa air dan fasa inoragnik yaitu :

fasa antar muka mineral-air

(18)

Mineral dalam tanah.

 Mineral yang umum terdapat dalam tanah adalah:

a. Quart ( SiO2)

b. Orthoclase ( KALSi3O8) c. Albite ( NaAlSi3O8)

d. Epidote ( 4CaO. 3(AlFe)2O3.6SiO2.H2O) e. Geothite ( FeO(OH)

(19)

Zat organik dalam tanah

 Zat organik dalam tanah kira-kira 5%

 Zat organik sebagi sumber makanan mikroorganisme

 Zat organik memberikan kontribusi terhadap pelapukan

mineral contohnya:

ion oxalat hasil penguraian zat organik oleh jamur dapat melarutkan mineral dalam tanah seperti besi dan

Aluminum.

 Beberapa jamur dapat menguraikan zat organik

membentuk asam sitrat , sebagai senyawa pengkompleks yang dapat bereaksi dengan mineral silikat dan

(20)

Major Classes of organic compounds in

soil



Humus , berasal dari penguraian tanaman

banyak mengandung C, H dan O



Fats,resin dan waxes



Saccharide



N-organik



P-organik

(21)

Soil Humus

 Humus adalah hasil penguraian tumbuhan oleh

mikrorganisme

 Humus diklasifikasikan berdasarkan kelarutannya dalam

basa

 Humus mempunyai berat molekul tinggi , sebagai

polielektrolit , mampu mengikat logam dalam tanah , sebagai buffer dalam tanah

 Kemampuan mengikat molekul air bertamabh dengan

(22)

Geochemistry

 Geochemistry adalah berhubungan dengan spesi kimia ,

reaksi dan proses yang terjadi di dalam lithosphere akibat berinteraksi dengan atmosphere dan hydrosphere

 Salah satu dampak dari interaksi tersebut adalah

pelapukan ( weathering )

 Pelapukan dibedakan atas :

a. Pelapukan akibat proses fisik ( temperatur, kelembaban)

(23)

Pelapukan proses kimia

 Pelapukan proses kimia menyangkut kesetimbangan

batuan – air – mineral

 Mekanisme reaksi kimia yang terlibat dalam pelapukan

adalah : presifitasi, reaksi asam-basa, reaksi kompleks, reaksi hidrolisis dan redoks.

 Pelapukan semakin cepat dengan adanya air.

a. Air secara aktif sebagai pelapukan mineral b. Air pembawa spesi kimia ke batuan

(24)

Reaksi pelapukan batuan



Reaksi hidrasi /dehidrasi



Dissolution /pelarutan



Oksidasi



Pelarutan dengan hidrolisis



Hidrolisis asam

(25)

The Soil Solution

 The Soil Solution adalah bagian dari tanah yang berupa

larutan/ cairan yang banyak menganddung materi terlarut hasil dari reaksi kimia atau biokimia dan pertukaran dari atmosfer dan hidrosphere

 Sebagai media transportasi spesi kimia dari dan ke

batuan

 Sebagai media transportasi nutrien untuk tanaman

 Mineral yang umum terdapat dalam the soil solution

(26)

Reaksi asam-basa dan ionexchange

dalam tanah

 Tanah mempunyai kemampuan mempertukarkan kation .

 Banyaknya kation yang dapat dipertukarkan oleh sejumlah berat tanah adalah CEC

 CEC = Cation Exchangeable Capacity

meq kation/ 100 gram tanah ( kering) .

 Reaksi pertukaran kation di dalam tanah disebabkan oleh a. Muatan negatif yang terdapat pada mineral tanah

b. Senyawa organik ( humic acid) mengandung gugus karboksilat dan gugus lainnya yang bermuatan negatif.

(27)

Pembentukan asam dalam tanah



Oksidasi pyrite di alam tanah akan menghasilkan

asam sulfat

FeS + 7/2 O2 + H2O --



Fe + 2H + 2 SO4



Fenomena pembentukan asam sulfat ini banyak

terjadi di dalam pertambangan yang dikenal

dengan air asam tambang

(28)

Pengaturan keasaman tanah



Tanaman memerlukan pH tanah yang netral,

untuk tanah yang asam dapat dinetralkan dengan

penambahan CaCO3 atau kapur .



Untuk daerah yang curah hujannya rendah, tanah

akan semakin basa, untuk menurukan pH

(29)

Zat pencemar dalam tanah

 Tanah banyak menerima zat pencemar

a. SO2 dan NOx di atmosfer -- hujan asam

b. CO dikonversi menjadi CO2

c. Pb-Partikulat jatuh ke permukaan tanah d. Leachate dari TPA

f. Pemberian pestisida untuk pertanian g. dari sektor industri dll

 Akibat pencemaran tanah akan menyebakan pencemaran

(30)

Degradasi pestisida dalam tanah

