Kimia Permukaan, Luas Permukaan dan Sumber Muatan Koloid Inorganik

Reaktivitas Tanah - Dua sifat fraksi padatan tanah yang berhubungan dengan reaktivitas tanah adalah luas permukaan dan muatan permukaan dari fraksi padatan tesebut. Luas permukaan merupakan akibat langsung dari ukuran dan bentuk partikel. Total luas permukaan tanaj hampir seluruhnya berasal dari partikel mineral berukuran liat dan bahan organik tanah. Muatan permukaan koloid inorganik timbul sebagai akibat ketidaksempurnaan ikatan ion yang terjadi antara kation pusat (Al3+, Mg2+, Fe2+ atau Fe3+) dengan anion (O2- atau OH-) yang terkoordinasi di sekeliling kation pusat tersebut. Muatan ini akan menyumbang terhadap KTK tanah.

Baca juga Sifat-Sifat Umum Koloid Inorganik Utama Tanah

Kimia Permukaan

Kebanyakan reaksi-reaksi kimia liat tanah seperti pertukaran dan jerapan kation terjadi pada permukaan liat. Permukaan reaktif pada liat tanah dapat dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu :

1. Permukaan siloksan, terbentuk dikarenakan ikatan Si-O-Si pada Si-tetrahidra. Muatan pada permukaan ini sebagai akibat substitusi isomorfik atom Si oleh kation lain.
2. Permukaan oksihidroksida, terbentuk oleh ikatan O-Al-OH pada Al-oktahedra. Atom H pada gugus hidroksil terbuka ini dapat mengalami disosiasi sehingga berperan penting dalam perkembangan muatan negatif tergantung pH.
3. Permukaan bahan amorf yang dapat dibedakan sebagai permukaan silanol (terbentuk karena ikatan -Si-OH), permukaan aluminol (terbentuk karena ikatan -Al-OH) dan permukaan ferol (terbentuk karena ikatan -Fe-OH).

Senyawa yang mempunyai permukaan silanol, aluminol dan ferol mempunyai luas permukaan dan muatan tergantung pH yang tinggi dan semua gugus hidroksil mudah terionisasi melalui disosiasi H atau protonasi.

Luas Permukaan

Kecepatan jerapan dan pertukaran kation proporsional dengan luas permukaan koloid. Luas permukaan akan meningkat seiring dengan penurunan ukuran zarah. Luas permukaan dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

1. Luas permukaan total.
2. Luas permukaan spesifik (luas permukaan per satuan volume atau satuan massa).

Perhitungan total permukaan dan permukaan spesifik hanya berlaku untuk partikel yang bulat sempurna. Pada kenyataannya, liat tanah mempunyai bentuk pipih membundar, sehingga permukaan spesifiknya perlu ditentukan dengan metode lain seperti metode jerapan.

Baca juga Sifat-Sifat Umum Koloid Inorganik Utama Tanah

Sumber Muatan Koloid Inorganik

Muatan pada permukaan koloid inorganik tanah dapat bersumber dari substitusi isomorfik dalam kisi kristal dan ionisasi gugus fungsional pada permukaan padatan penyusun matriks tanah. Secara berurutan kedua mekanisme ini menghasilkan muatan permanen dari muatan bergantung pH.

Substitusi isomorfik merupakan proses pergantian kation pusat pada kisi kristal oleh kation lain yang memiliki ukuran relatif sama tanpa menyebabkan kerusakan struktur mineralnya. Kation yang menggantikan dapat memiliki valensi yang lebih tinggi, sama atau pun lebih rendah dari valensi kation yang digantikan. Syarat terjadinya pergantian kation ini tergantung pada ukuran dan valensi kation yang terlibat yaitu perbedaan ukuran atau diameter tidak lebih dari 15% dan perbedaan valensi tidak lebih dari satu muatan.

Ionisasi gugus fungsional pada permukaan padatan tanah meliputi disosiasi (terlepasnya H+) dari protonasi (penjerapan atau penambahan H+) pada gugus OH terbuka pada pnggiran kristal atau permukaan terbuka. Disosiasi terjadi pada pH tinggi dan menghasilkan muatan negatif. Protonasi terjadi pada pH rendah dan menghasilkan muatan positif sehingga jenis muatan yang berasal dari proses-proses ini disebut sebagai muatan variabel atau muatan bergantung pH.

Tweet