-
BAB III. LARUTAN TANAH
Membahas: - larutan tanah sebagai medium reaksi kimia di dalam
tanah - faktor-faktor yang berkaitan dengan ketersediaan unsur hara
bagi tanaman Pokok-pokok & Sub pokok Bahasan: 1. Sifat Kimia
Air Tanah 1.1. Ukuran molekul air & susunannya 1.2. Ikatan
Hidrogen (Hydrogen bound) 1.3. Sifat Dipolar 2. Konsep Energi Air
Tanah 2.1. Macam & jumlah energi 2.2. Energi potensial 2.3.
Potensial ( ): (w) kapiler; (t) air tanah total; (m) matrik; (p)
tekanan; (o) osmotik; ( g) gravitasi 3. Satuan Potensial Air Tanah
3.1. Hubungan energi/unit massa, potensial volumetrik, isapan tanah
- air dan kelembaban relatif 3.2. Satuan potensial air tanah
KTNT2_NN
-
4. Hubungan Energi antara Air Tanah dengan Tanaman 4.1. Gaya
jerapan & gaya osmotik dalam sel tanaman 4.2. Potensial bahan
terlarut (s); (m) matrik; (o) osmotik; turgor
5. Hukum Aksi Massa & Konstanta Keseimbangan 5.1. Hukum Aksi
Massa 5.2. Konstanta Keseimbangan (Kimb) 5.3. Konstanta
Keseimbangan (Kimb) dan ion berpasangan 5.4. Faktor-faktor yang
mempengaruhi konstanta keseimbangan (Kimb)
6. Hasil Kelarutan 6.1. Konstanta Hasil Kelarutan (Ksp) 6.2.
Hukum kelarutan yang mempengaruhi kepekatan & ketersediaan
unsur hara bagi tanaman
7. Penguraian Air, Elektrolit Kuat dan Lemah 7.1. Konstanta
Dissosiasi: air, garam, asam atau basa lemah 7.2. Kekuatan ion dan
aktivitas ion
KTNT2_NN
-
KOMPOSISI TUBUH TANAH
Komponen penyusun: Tanah kering # Lahan sawah
Bahan-bahan penyusun tubuh tanah terdiri dari: bahan mineral
(padat: 45%), bahan organik 5%, Gas(udara) 25%, bahan cair 25%.
Hal ini berlaku pada bagian lapisan tanah atas untuk pertumbuhan
tanaman pada lahan kering (bukan lahan sawah).
Bahan cair yang ada di dalam tanah berasal dari siklus air hujan
yang masuk ke dalam tanah, diserap dan ditahan oleh massa tanah
serta lapisan kedap air (sebagai akibat drainase tanah yang kurang
baik).
Fungsi air tanah:1. sebagai unsur hara bagi tanaman H dan O 2.
pelarut unsur-unsur hara yang ada di dalam tanah,3. bagian dari
sel-sel tanaman.
Jumlah air yang ada di dalam tanah tergantung dari:- jumlah
curah hujan atau air irigasi- kemampuan tanah menahan air- besarnya
Evapotranspirasi (ET) tingginya muka air tanah
P a d a t (45%)Cair (25%)G a s (25%)B.Org (5%)KTNT2_NN
-
KTNT2_NN
-
Siklus Air: 1. PresipitasiKTNT2_NN
-
2. Penyimpanan di dalam tanah
-
3. Run-off
-
4. Evaporasi & TranspirasiKTNT2_NN
-
5. KondensasiKTNT2_NN
-
Mengapa sejumlah air tersebut dapat diserap/ditahan oleh tanah
?
Karena adanya gaya-gaya sbb: 1. ADHESI = gaya ikat /adhesi
antara butir-butir air dengan partikel tanah, dimana air yang
diserap tanah sangat kuat sehingga tidak dapat digunakan oleh
tanaman AIR HIGROSKOPIK
2. GRAVITASI = gaya tarik bumi yang memengaruhi butir-butir air
bergerak ke arah bawah AIR GRAVITASI
3. KOHESI = gaya tarik menarik antar butir-butir air dengan
partikel tanah AIR KAPILER
Akibat gaya Kohesi dan Adhesi yang kuat daripada Gravitasi,
air dapat bergerak ke samping atau ke atas, sehingga merupakan
air yang tersedia bagi tanaman
KTNT2_NN
-
Penentuan jumlah air tersedia dibedakan dalam beberapa
istilah:
Kapasitas Lapang : keadaan tanah cukup lembab yang menunjukkan
jumlah air terbanyak yang dapat ditahan oleh tanah terhadap gaya
tarik gravitasi.
Air yang dapat ditahan oleh tanah tsb. akan terus menerus
diserap oleh perakaran tanaman (akibat proses Transpirasi) atau
menguap dari permukaan tanah (Evaporasi), sehingga makin lama
jumlah air dalam tanah berkurang dan tanah menjadi kering,sehingga
akar tanaman tidak mampu lagi untuk menyerap dan akhirnya menjadi
layu (mencapai kondisi titik layu yang permanen TLP).
AIR TERSEDIA = selisih antara kadar air pada KL dan TLP, yang
dinyatakan dalam satuan tegangan air (bar atau atm), tinggi kolom
air kapiler (cm) atau pF (log, cm tinggi air). Air tersedia bagi
tanaman terdapat pada tegangan antara 1/3 bar 15 bar KTNT2_NN
-
DINAMIKA REAKSI-REAKSI KESEIMBANGAN DALAM TANAH
SorptionSolid phasePlant uptakeSoil atmosphereOrg. Matter &
Microorg.Solute transport, Evaporation & Run off Soil
Solution
Free Complexed
1 23456789101112KTNT2_NN
-
Keterangan:
1. Larutan tanah sebagai medium bagi tanaman untuk menyerap
unsur hara dalam bentuk ion.2. Perakaran tanaman melepaskan exudate
ke dalam tanah.Ion-ion dalam larutan tanah dijerap oleh komponen
organik atau an-organik.4. Pelepasan kembali ion-ion tsb. ke dalam
larutan tanah.5. Bila larutan tanah telah jenuh oleh
mineral-mineral, maka mineral tsb. dapat dilepaskan kembali sampai
dicapai keadaan keseimbangan.6. Bila larutan tanah belum jenuh oleh
mineral-mineral, maka mineral akan terlarut kembali di dalam
larutan tanah sampai terjadi lagi keseimbangan.7. Ion-ion dalam
larutan tanah akan ditransportasikan ke permukaan air tanah atau
dipindahkan melalui Run-off.8. Melalui Evaporasi dan kekeringan,
maka terjadi pergerakanion-ion.9. Mikroorganisme juga berperan
dalam proses pemindahan ion dari larutan tanah.10. Pada saat
mikroorganisme tsb. mati, maka terjadi proses dekomposisi, sehingga
ion-ion tsb. akan terlepas kembali ke dalam larutan tanah.11. Hasil
reaksi larutan tanah dalam bentuk gas dapat dilepas kembali ke
atmosfir atau :12. Terlarut di dalam larutan tanah.KTNT2_NN
-
1. Sifat Kimia Air TanahAir dalam keadaan murni bersifat: tidak
berwarna, tidak berbau, tidak berasa,bisa berada dalam bentuk uap,
padat atau dalam kondisi ketiga bentuk tsb.(padat, cair, gas).Dalam
sejumlah reaksi antara tanah & tanaman: molekul air dapat
berperanlangsung / tidak langsung, dimana struktur kimianya
mempengaruhi kemampuanbereaksi. Ukuran molekul air: sangat kecil
dengan diameter 3 A (= 0,3 nm atau3 x 10-18 cm) . Jadi 1 mol air
(18mL) terdiri atas: 6,02 x 10 - 23 molekul tunggal
-------------
O-------------------HydrogenHHH0,099 nmbondO105H0,177
nmKTNT2_NN
-
Polar Water MoleculesKTNT2_NN
-
Molekul Air Air merupakan contoh suatu senyawa. Satu buah
molekul air terdiri dari satu atom oxygen dan dua atom hydrogen
yang saling melekat serta membentuk sudut 105.
Ikatan Hydrogen dalam Air
Ikatan Hydrogen merupakan ikatan kimia yang terbentuk antar
molekul-molekul yang mengandung satu atom Hydrogen diikat kuat oleh
suatu muatan listrik yang negatif (suatu atom yang menarik
elektrons). Muatan electronegatif menarik elektron dari atom
Hydrogen, atom-atom tsb. membentuk suatu molekul yang sangat polar,
artinya di satu ujung bermuatan negatif dan di ujung yang lain
bermuatan positif. Ikatan Hydrogen terbentuk diantara
molekul-molekul tsb. Sebagai akibatnya bagian ujung suatu molekul
yang bermuatan negatif ditarik ke ujung positif molekul lainnya,
dan sebaliknya. Ikatan Hydrogen menyebabkan air berbentuk liquid
pada kondisi temperatur kamar.
KTNT2_NN
-
1 molekul air tunggal tersusun atas:
1 atom Oksigen yang mengikat 2 atom Hidrogen. Kedua atom H
membentuk sudut 105 satu sama lain yang menyebabkan muatan (+) dan
(-) sama, sehingga disebut DIPOLAR, yaitu muatan (+) pada satu sisi
dan muatan (-) pada sisi lain.
Bila air mengkristal, molekul-molekul tersusun membentuk
struktur Hexagonalyang mempunyai ruang hampa yang banyak.
Akibatnya, volume akan bertambahsebesar 9% dan menghasilkan daya
150 kg/cm.
Dengan demikian: kerapatan es < kerapatan air, maka es akan
mengapung jikaberada di air letak atom-atom H dari satu molekul
akan berdekatan denganatom O dari molekul air yang lain, dan
disebut IKATAN HIDROGEN atauHydrogen bond, dihubungkan oleh atom
H
Jika terjadi pembekuan air di dalam tanah atau akar tanaman:
perubahanvolume menyebabkan terjadinya perubahan struktur &
merusak / memecahsel-sel tanaman
KTNT2_NN
-
Reaksi-reaksi penting yang timbul akibat sifat DIPOLAR air:
Kation-kation Na+, K+, Ca++ akan terhidrasi dan tertarik ke arah
kutub (-) molekul air
Penguraian garam-garam, sebab komponen ion-ion garam memiliki
affinitas > affinitas air
3 . Bila air tertarik ke permukaan mineral liat akan terbentuk
ikatan yang mengelompok & memiliki energi bebas < air bebas,
artinya kemampuan bergerak lebih kecil.
4. Bila ion-ion mengalami HIDRASI energi dibebaskan dalam bentuk
cair Pada mineral liat yang mengalami Hidrasi energi yang
dibebaskan disebut: Panas pembasahan (Heat of Wetting)
5. Tekanan permukaan air mempengaruhi perilaku air dalam tanah,
karena permukaannya seperti diselimuti selaput elastis
6. Tegangan permukaan air berperan penting dalam hubungannya
dengan kapilaritas (pergerakan air tanah)
KTNT2_NN
-
2. Konsep Energi Air TanahDi dalam tanah air mempunyai macam
& jumlah energi yang berbeda:- Energi potensial*- Energi
kinetik*- Energi listrik ( * = penting dalam menentukan keadaan dan
pergerakan air di dalam tanah).
Perbedaan energi potensial air pada beberapa tempat di dalam
tanahmenyebabkan terjadinya aliran air dengan arah menuju ke energi
potensial yanglebih rendah. Kekuatan yang menyebabkan aliran air
tsb. disebut PERBEDAANPOTENSIAL AIR (w).
Perbedaan ini terjadi akibat adanya perbedaan pada dua tempat,
dan aliran akanterhenti bila tidak terdapat lagi perbedaan
potensial (= kondisi keseimbangantercapai).
Akibat perubahan status energi tanah maka air yang tertahan di
dalam tanahakan: terserap dan terangkut oleh akar tanaman hilang ke
atmosfir
KTNT2_NN
-
a. POTENSIAL AIR () = POTENSIAL KAPILER
Menyatakan: Status energi air / kemampuan air untuk bergerak
dari satu tempat ke tempat lainnya di dalam tanah. Energi yang
berhubungan dengan pergerakan ini disebut Energi Potensial yang
dapat bernilai (+) atau (-), tergantung kekuatan yang bekerja pada
air tanah
w = m + p = sMerupakan pengaruh netto dari beberapa komponen
yang bekerja pada air tanah a.l : w = potensial airm = potensial
matrikp = potensial tekanan s = potensial larutan air tanah
Akibat adanya komponen bahan terlarut & komponen matrik akar
kapasitas pergerakanair menurun, sehingga w air bernilai negatif (=
pada kondisi Kapasitas Lapang). Sebaliknya: pada keadaan tekanan
hidrostatik > tekanan atmosfir, maka w = bernilaipositif.
Berdasar prinsip Thermodinamika:POTENSIAL AIR (w) = perbedaan
antara potensial kimia air tanah pada keadaan imbang yang tidak
tetap dengan air tanah pada keadaan baku.
w = w = w - w
w = perbedaan potensial kimia air tanah ( = potensial
kelembaban) w = potensial kimia air tanah dalam keadaan imbang yang
dapat berubah w = potensial kimia air tanah pada keadaan baku
KTNT2_NN
-
b. POTENSIAL AIR TANAH TOTAL (t )menyatakan: besarnya kekuatan
yang diperlukan untuk mengangkut sejumlah air pulang-pergi pada
isothermal dari suatu tempat pada elevasi & tekanan udara
tertentu ke suatu titik yang ditetapkan.
Mencakup potensi-potensi lainnya dan dirumuskan :
t = w + g + z .............
w = potensial air g = potensial gravitasi (.... penting sekali
di dalam tanah) z = potensial lain yang ditimbulkan oleh medan gaya
luar
Jadi : t = w + g dapat bernilai positif atau negatif, karena
dipengaruhi oleh tenaga yang bekerja pada air tanah
KTNT2_NN
-
c. POTENSIAL MATRIK (m )Merupakan: bagian dari potensial air
yang dipengaruhi oleh kekuatan matrik tanah (padatan tanah).
Kekuatan matrix dapat mengurangi energi bebas air yang
diadsorpsi. Akibatadanya partikel-partikel padatan, air yang
terjerap tidak lagi sebagai air bebas.Identik dengan potensial
kapiler & ditetapkan dengan alat pengukur
tegangan(Tensiometer).
d. POTENSIAL TEKANAN ( p ) = timbul akibat adanya perbedaan
tekanan di dalam tanah akibat tekanan udara di atmosfir terhadap
air tanah.
Mempunyai nilai (+) bila dalam tanah jenuh air, sebab tekanan
hidrostatik > tekanan atmosfir.
Mempunyai nilai = 0 bila keadaan tidak jenuh air & tekanan
cairan diabaikan, tekanan udara tanah = tekanan atmosfir.
Mempunyai nilai (-) bila tekanan air < tekanan atmosfir.
KTNT2_NN
-
e. POTENSIAL OSMOTIK (o )
Merupakan: bagian dari potensial air yang dikaitkan dengan daya
tarik bahan-bahan terlarut (ion, molekul) terhadap air oleh gaya
osmotik.
Terjadi bila terdapat selaput permeable, sebagai
penghambatgeraknya bahan-bahan terlarut, tetapi tidak bagi air.
f. POTENSIAL GRAVITASI ( g )
Merupakan: bagian total potensial air yang dikaitkan dengan
pergerakan air ke bawah akibat gaya gravitasi.
Bekerja ke arah yang berlawanan dengan gerakan air.
Tidakberpengaruh terhadap letak vertikal dan kerapatan air
tanah.
KTNT2_NN
-
3. Satuan Potensial Air Tanah dan Nilai
Setara-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Energi/unit massa Potensial Isapan tanah air Kelembaban relatif
erg/g J/Kg volumetrik (bar) (bar) (%)
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
0 0 0 0 100.00 -1 x 104 -1 -0.01 0.01 100.00 -5 x 104 -5 -0.05 0.05
99.99 -1 x 105 -10 -0.10 0.10 99.99 -3 x 105 -30 -0.30 0.30 99.97
-5 x 105 -50 -0.50 0.50 99.96 -1 x 106 -100 -1.00 1.00 99.92 -5 x
106 -500 -5.00 5.00 99.63 -1 x 107 -1000 -10.00
10.00-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Sumber:
Tan, 1982
Satuan potensial air tanah dinyatakan juga dalam:
- satuan energi per mol, atau disebut POTENSIAL MOLAR AIR, -
satuan energi tiap volume air (erg/cm3) = POTENSIAL AIR SECARA
VOLUMETRIK setara dengan satuan tekanan (dyne/cm2)
KTNT2_NN
-
4. Hubungan Energi antara Air Tanah dan Tanaman Sel tanaman
terdiri atas: a. dinding sel, mampu mengembang secara elastisb.
protoplasma, berperan sebagai selaput yang semipermeable, sehingga
air dapat melaluinya & bahan-bahan terlarut atau koloidal
tertahanc. vakuola, berisi cairan sel & beberapa bahan
koloid.
Vacuola berisi cairan sel, ion-ion Ca2+, Cl- Sel mengembang
akibat meningkat-dan K+. Air bergerak bebas masuk ke dalam nya
turgor karena tekanan air.sel dipengaruhi oleh gaya jerapan &
Bila turgor = potensial air, makaosmotik. gerakan air masuk/keluar
sel akan berhenti.
Kepekatan bahan-bahan terlarut & bahan koloidal dapat
mengurangi aktivitas air di dalam sel:makin tinggi kepekatan
bahan-bahan tsb. air semakin kuat ditarik air yang berada diluar
selaput akan memasuki sel tanaman lebih cepat daripada bahan-bahan
terlarut yangbergerak ke luar (diffusi).
Ca 2+, Cl- K+, Cl-
Vacuola
Protoplasma H2O
Dinding sel- H2O
- H2OKTNT2_NN
-
Energi potensial yang berperan a.l.:
a. POTENSIAL BAHAN TERLARUT (s) = penarikan air oleh sel akibat
konsentrasi bahan terlarut di dalam vakuola
b. POTENSIAL MATRIK (m) = penarikan tsb. disebabkan jerapan
(adsorpsi) air oleh bahan koloidal di dalam sel tanaman atau oleh
koloid-koloid protoplasma
c. POTENSIAL OSMOTIK (o) = gabungan antara potensial bahan
terlarut dengan potensial matrik
d. POTENSIAL TEKANAN (p) atau TURGOR = tekanan turgor tanaman
yang terjadi bersamaan dengan jerapan air oleh sel tanaman.
Merupakan tenaga yang mengeluarkan air dari sel tanaman akibat
membesarnya sel & protoplas- ma terdorong ke arah dinding sel
(lihat gambar).
Bila tekanan turgor = potensial osmotik, pergerakan air ke dalam
& ke luar sel akan berhenti.
Dalam keadaan tekanan yang seimbang, jumlah potensial p + s + m
= 0
e. POTENSIAL AIR (w) = Jumlah potensial bahan terlarut, matrik
dan tekanan turgor w = s + m + p
KTNT2_NN
-
5. Hukum Aksi Massa dan Konstanta KeseimbanganSemua reaksi kimia
& biokimia berlangsung di dalam larutan yang bersifat encer
danmengikuti Hk. Aksi Massa (Guldberg & Waage, 1865 ; Hoff,
1877): Dalam setiap reaksi kimia bila dicapai keseimbangan, maka
hasil bagi antara kepekatan hasil reaksi dengan kepekatan
bahan-bahan yang bereaksi adalah tetap. Contoh: A + B -----> C +
D
A dan B = reaktan (bahan-bahan yang direaksikan) C dan D = hasil
reaksi
Kecepatan reaksi dari kiri ke kanan (R1) = kepekatan A dan B
jadi: R1 = k1 CA x CB Kecepatan reaksi dari kanan ke kiri (R2) =
kepekatan C dan D jadi: R2 = k2 CC x CD k1 dan k2 = konstanta yang
sebanding
Jika konstanta keseimbangan (Kimb ) dicapai: R1 = R2 k1 CA x CB
= k2 CC x CD k1 = Kimb = CC x CD k2 CA x CBDalam persamaan ini
kepekatan diganti oleh: AKTIVITAS/KONSENTRASI (mol/liter)Semakin
besar Kimb, semakin besar pula kecenderungan reaksi yang
berlangsung ke arah kanan (hasil-hasil reaksi). Konstanta
keseimbangan (Kimb) tergantung kepada:- temperatur larutan- tekanan
udara- komposisi udaraKTNT2_NN
-
6. Hasil Kelarutan Merupakan kepekatan ion di dalam larutan dari
suatu garam terlarut.
Dissosiasi yang terjadi adalah: B A -----> B+ + A-- Berdasar
Hk. Aksi Massa: Kimb = Ksp = (B +) (A - )
Kimb disebut: Konstanta Hasil Kelarutan (Solubility Product
Constante) dengan lambang: Ksp
pK sp = - Log K sp Makin kecil nilai pKsp suatu zat maka akan
semakin mudah larut.
- Dalam 2 larutan yang tercampur, salah satu merupakan garam
sukar larut, maka tidak akan terjadi pengendapan, kecuali bila:
kepekatan ion dalam campuran tsb. menjadi lebih tinggi .
- Dalam larutan yang jenuh, kepekatan ion-ion B + = ion-ion A
--
Karena garam tsb. melarut sempurna, maka: hasil kelarutan (S)
dapat dinyatakan olehkepekatan individu ion tsb.: S = (B +) = (A-)
Ksp = (B +) (B +) = (B +)+2 atau Ksp = (A-) (A- ) = (A-)2 Jadi:
(B+) = (A- ) = Ksp atau S = Ksp
KTNT2_NN
-
Contoh-contoh yang terjadi di dalam tanah:
Penguraian mineral-mineral primer
Pembentukan & penguraian mineral liat,
dekomposisi Kaolinit membentuk Gibsit
Pengapuran & pemupukan: banyaknya ion Ca 2+ yang dibebaskan
oleh bahan kapur ditentukan oleh hasil kelarutan komponen
ion-ionnya. Kepekatan & ketersediaan Ca 2+ bagi tanaman dapat
diduga berdasarkan Hukum Kelarutan
KTNT2_NN
-
7. Penguraian Air, Elektrolit Kuat dan Elektrolit Lemah
Dari 10 7 molekul air, 1 molekul air cenderung untuk mengurai
(dissosiasi) menjadi ion H+ dan ion OH- : H2O ------> H+ +
OH-
Berdasar Hk. Aksi Massa: Kimb = CH+ x COH- = 1,8 x 10-16 CH2O
Kimb disebut: Konstanta Dissosiasi air ; kepekatan air murni = 55,5
mol/l
Dengan adanya substitusi maka: CH+ x COH = 1,8 x 10-16 x 55,5 Kw
= 1,01 x 10-14 (pada temperatur 25C adalah 298 K) Kw = Hasil
ionisasi air, dipakai untuk rumus pH
* Garam NaCl bentuk padat dalam air akan terurai menjadi Na+ dan
Cl-, demikian juga basa-basa kuat akan mengurai sempurna menjadi
ion-ionnya. * Asam khlorida dalam air akan terdissosiasi sempurna
menjadi: HCl + H2O------> H3O + Cl-
H3O = disebut ion hidronium
KTNT2_NN
-
* Asam atau basa lemah akan berdissosiasi secara lemah.
Contoh: asam asetat: CH3COOH -------> H+ + CH3COO -
Berdasar Hk. Aksi Massa: Kimb = (H+ ) (OH- ) (CH3COOH) Kimb
disebut: Konstanta Ionisiasi Asam Ka = 1,8 x 10 -5 (pada temperatur
25 C)
Bila kepekatan anion (CH3COO-) = kepekatan larutan asam yang
tidak mengalami Ionisasi (CH3COOH), maka Ka = (H+)
Contoh: 0.1 mol CH3COONa dicampur dengan 0.1 mol CH3COOH
maka: (CH3COO-) = (CH3COOH) = 0.1 mol Ka = (H+) (CH3COO -) = 1,8
x 10 -5 (CH3COOH)
= (H+ ) (0.1) = 1,8 x 10 -5 (0.1)
(H+) = 1,8 x 10 -5 pKa = pH = 5 - log 1.8 = 4.74
KTNT2_NN
*********Salts dissolve in water***************