PERTUKARAN KATION

 

JERAPAN (ADSORPSI) KATION OLEH KOLOID

 

Karena koloid lempung bermuatan negatif, kation tertarik kepada partikel lempung dan terikat secara elektrostatik pada permukaan lempung. Fenomena ini dinamakan dengan jerapan kation.

 

Ion dengan  ukuran hidratasi yang rendah, lebih dulu teradsorpsi.   Urutan jerapan kation monovalen oleh lempung:

 

Cs > Rb > K > Na > Li 

 

Disebut sebagai Lyotropic Series

 

REAKSI PERTUKARAN KATION

 

Reaksi pertukaran kation juga melibatkan H+ sehingga istilah gPertukaran Kationh  lebih tepat daripada gPertukaran Basah. Kation yang terjerap dapat ditukar oleh kation lainnya, dan proses ini dinamakan sebagai PERTUKARAN KATION. Reaksi pertukaran ini berlangsung secara instant.

 

Ca – Tanah  +   2NH4+         à     (NH4)2  - Tanah   +  Ca2+

 

Jerapan dan pertukaran kation ini mempunyai arti penting di dalam serapan hara oleh tanaman, kesuburan tanah, retensi hara dan pemupukan. Kation yang terjerap biasanya tersedia untuk tanaman dengan menukarkannya dengan ion H+ hasil respirasi akar tanaman.

 

Hara yang ditambahkan ke dalam tanah melalui pemupukan akan diikat oleh permukaan koloid tanah dan dapat dicegah dari pelindian, sehingga dapat menghindari kemungkinan pencemaran air tanah (ground water).

 

KAPASITAS PERTUKARAN KATION (KPK)

 

KPK atau Cation Exchange Capacity (CEC) merupakan kapasitas tanah untuk menjerap atau menukar kation. Biasanya dinyatakan dalam miliekuivalen/100 g tanah atau me %, tetapi sekarang diubah menjadi cmolc/kg tanah (centimoles of charge per kilogram of dry soil

 

Nilai KPK tanah bervariasi bergantung kepada tipe and jumlah koloid di dalam tanah. Pada umumnya KPK koloid tanah adalah sebagai berikut:

 

Koloid Tanah

KPK  (me %)

Humus

200

Vermikulit

100-150

Montmorilonit

70-95

Illit

10-40

Kaolinit

3-15

Seskuioksida

2-4

 

 

 DAYA MENUKAR KATION

 

 

Kation yang berbeda mempunyai kemampuan untuk menukar kation yang teradsorpsi. Ion divalen biasanya dijerap lebih kuat dan lebih sulit ditukar daripada ion monovalen.

Ion Ba2+ dan NH4+ :

 

Ba2+  terjerap kuat oleh koloid tanah, tetapi daya penukarannya lemahà Pertukaran kation menggunakan Ba < jumlah Ba yang dijerap

 

NH4+ terjerap lebih lemah daripada Ba, tetapi daya penukarannya kuat à Pertukaran kation menggunakan NH4+  > jumlah NH4+  yang dijerap

 

PERSAMAAN EMPIRIS PERTUKARAN KATION

 

Persamaan Freundlich

 

Persamaan adsorpsi freundlich adalah salah satu metode untuk menunjukkan komposisi ionik di dalam larutan tanah. Persamaan ini sangat cocok untuk reaksi adsorpsi dalam kisaran yang sempit.

 

x  =   k C 1/n , dimana:

 

x  = jumlah kation yang teradsorpsi per unit adsorbent (bahan penjerap)

C = konsentrasi keseimbangan dari kation yang ditambahkan

k,n  = konstanta

 

 

Persamaan Langmuir

 

x/xo  =  kC  / (1+kC)

 

x   = jumlah cation yang diadsorpsi per unit berat penukar

xo  = kapasitas pertukaran total

C  = konsentrasi jumlah kation yang ditambahkan dalam mol per liter

k = koefiein afinitas

 

konstanta k dapat ditentukan sbb.:

 

k = x / [C (xo  - x)]

 

PERSAMAAN BERDASARKAN TEORI DONAN

 

Sistem Donan adalah sistem yang mempunyai komposisi larutan I dan o, dipisahkan oleh membran semipermeable (i = inside solution, o = outside solution)

 


Solution i                                          Solution o

 

Na +                                                  Na +

Cl                                                     Cl-

 

Na-lempung

 

                                                                             Membran semipermeabel

 

Membran hanya permeabel untuk ion N+ dan Cl-, sehingga hanya ion-ion ini yang akan terdifusi dalam larutan  i  dan o hingga keseimbangan tercapai. Pada saat keseimbangan tercapai hubungan antar ion adalah sbb:

 

(Na+)i  (Cl-)i   =   (Na+)s  (Cl-)s

 

atau

 

(Na+)i  /  (Na+)s  =    (Cl-)s  /  (Cl-)i  

 

Sistem Donan terjadi di dalam tanah terutama dalam hubungannya dengan hubungan antara akar tanamanlarutan tanah. Sistem Donan dapat menjelaskan fenomena pertukaran kation dan memprediksikannya mirip dengan hukum aksi masa :

 

[Na+]2  (Ca2+)  /  (Na+)2  [Ca2+] = k

 

Sistem Donan mempunyai asumsi k = 1, oleh karena itu =

 

[Na+]2  (Ca2+)  /  (Na+)2  [Ca2+] = 1

 

atau :

 

[Na+] / (Na+)  =  [Ca2+]  /  (Ca2+) 

 

 

 

KPK EFEKTIF (CECe)

 

 

FIKSASI (SEMATAN) KATION

 

Dalamn kondisi tertentu kation yang teradsorpsi terikat secara kuat oleh lempung  sehingga tidak dapat dilepaskan kembali oleh reaksi pertukaran. Kation ini disebut KATION YANG TERFIKSASI  atau TERSEMAT

 

Walaupun sembarang kation dapat mengalami fiksasi, tetapi yang paling penting adalah fiksasi K+ dan NH4+ yang terjadi dengan mekanisme yang sama.

 

Lapisan (lattice) lempung yang mengembang mempunyai lubang sebesar 1,40 Ǻ pada permukaan intermiselar nya. K+ atau NH4+  memasuki ruang intermiselar ini, ion tersebut terperangkap didalam lapisan lempung. Ion tersebut menjadi tidak tertukar (NON EXCHANGEABLE) atau terfiksasi

 

Mineral lempung yang banyak meyumbang fiksasi K+ dan NH4+  antara lain : mika, illit, montmorilonit, dan vermikulit. Permikutit, zeolit, feldspar dan glaukonit juga diduga dapat mefiksasi K. Ada pendapat bahwa mineral dengan muatan interlayer yang kuat dan mempunyai zona (wedge zone) yang mempunyai selektifitas tinggi terhadap K akan banyak memfiksasi K 

 

K yang terfiksasi dapat dilepaskan kembali dan menjadi tersedia untuk tanaman. Adanya asam humat dan asam fulvat di dalam tanah dapat mempercepat proses tersebut. Tisdale dan Nelson (1975) berpendapat bahwa fiksasi K merupakan poses konservasi di alam. Fiksasi K penting di dalam tanah pasiran untuk mencegah dari pelindian. Pemupukan K+ dan NH4+  yang  terus menerus dapat menurunkan fiksasi K.

 

 

KEJENUHAN BASA (BASE SATURATION)

 

Kejenuhan basa berhubungan erat dengan KPK tanah:

 

% Kejenuhan basa =  [Jumlah Kation Tertukar (dlm me %) / KPK] x 100

 

Contoh :

 

Kation Tertukar

me  %

Ca

10

Mg

5

K

10

Na

5

Jumlah

30

 

Jika KPK tanah = 50 me %, maka

 

% kejenuhan basa = 30/50 x 100 = 60 %

 

Ada korelasi positif antara pH tanah dan persen kejenuhan basa. Secara umum jika pH tinggi, kejenuhan basa akan tinggi. Kejenuhan basa yang rendah berarti kandungan H+ yang tinggi.

 

Kejenuhan basa biasanya dapat digunakan sebagai indikasi kesuburan tanah.

 

Tanah sangat subur à derajat kejenuhan basa ≥ 80%,

Tanah kesuburan sedang à derajat kejenuhan basa 50 % - 80 %

Tanah tidak subur à derajat kejenuhan basa ≤ 50 %

 

Pengapuran (liming) dapat meningkatkan kejenuhan basa.

 

Soil Chemistry Resources