1. Sifat Larutan dan Koloid Serta
Hubungangannya Terhadap Intensitas Ion
dan Kesuburan Tanah
Kelompok 3
Rezka Fradzan ( 150110080149 )
Raden Bondan E B ( 150110080162 )
James Matheus (150110080147 )
Ivan Komara ( 150110080150 )
PROGRAM STUDI AGROTEKNOLOGI
FAKULTAS PERTANIAN
UNIVERSITAS PADJADJARAN
JATINANGOR

2. SIFAT LARUTAN
Proses umum
1. Peranan Air
 Air berperanan penting dalam sistem aqueous baik sebagai pelarut maupun dalam reaksi
asam-basa
 Air akan terhidrolisa menjadi ion hidronium (H3O+
) atau sering ditulis sebagai ion
hidrogen, dan ion hidroksil (OH-
)
2H2O H3O+
+ OH-
atau
H2O H+
+ OH-
Kw = 10-14
pada 25°C
Dimana : Kw = konstanta equilibrium untuk hidrolisa air
Kw = (H+
)(OH-
) = 10-14
Dalam bentuk logaritma :
Log (H+
) + log (OH-
) = -14
Apabila : p = -log dan pH = -log (H+
) maka : pH + pOH = 14
2. Asam dan Basa (Lemah, Kuat) dan Garam
 Asam dan basa kuat adalah asam dan basa yang terdisosiasi secara sempurna menjadi
kation dan anion misalnya asam sulfur (H2SO4) merupakan asam kuat
 Asam dan basa lemah adalah asam dan basa yang terdisosiasi secara tidak sempurna
menjadi kation dan anion misalnya asam karbonat (H2CO3) merupakan asam lemah
 Contoh:
Asam kuat H2SO4 (sulfuric acid)
H2SO4 HSO4
-
+ H+
Ka1 = 101.98
HSO4
-
SO4
2-
+ H+
Ka2 = 10-1.98
Dimana Ka1 dan Ka2 merupakan konstanta disosiasi.

3. Ka2 = {SO4
2-
} {H+
} = 10-1.98
[HSO4
-
]
Jika (H+
)= Ka2 atau pH = 1.98, konsentrasi SO4
2-
dan HSO4
-
akan sama. Pada pH lebih dari
1.98 H2SO4 akan terdisosiasi sempurna menjadi SO4
2-
dan H+
. artinya jika asam sulfuric
ditambahkan ke tanah pada pH lebih dari 1.98 maka asam sulfuric akan terdisosiasi sempurna
menjadi ion sulfat dan ion hidrogen. Atau dengan kata lain jika ion sulfat ditambahkan pada
pH kurang dari 1.98 maka akan bereaksi dengan air membentuk asam sulfuric.
 Proses yang menghasilkan keasaman tanah
a. karbon dioksida hasil dari dekomposisi seresah akan terlarut dalam air akan bereaksi dengan
molekul air menghasilkan asam karbonat
CO2(gas) CO2 (aq) K1 = 10-1,41
CO2 (aq) + H2O H2CO3 K2 = 10-2,62
b. asam-asam organik hasil dekomposisi
c. H+
yang dilepas oleh akar tanaman dan organisme yang lain pada waktu pengambilan hara.
Prinsip elektroneutrality adalah pengambilan kation oleh akar harus diimbangi dengan
pengambilan anion atau dengan pelepasan ion hidrogen atau kation lain
d. Oksidasi dari substansi tereduksi sepeti mineral sulfida, bahan organik, fertilizer yang
mengandung ammonium
 Proses yang menghasilkan kebasaan tanah
1. Reduksi dari Ferri, mangan, dan oxidized substances membutuhkan H+
atau melepas OH-
dan meningkatkan pH (terjadi pada tanah yang aerasinya jelek)
Misal : Fe(OH)3 (amorf) + e-
 Fe(OH)2 (amorf) + OH-
2. Pengambilan kation oleh akar tanaman, kemudian setelah tanaman mati maka akan
terdeposisi di permukaan tanah
 PH tanah dikontrol oleh berbagai mekanisme. Sebagian mekanisme adalah sumber langsung
H+
dan atau OH-
dan sebagian bekerja dengan bereaksi dengan H+
dan atau OH-
untuk buffer
pada larutan tanah.
 Mekanisme tersebut adalah : (1) oksidasi dan reduksi besi, mangan dan senyawa sulfur (2)
dissolution dan presipitasi mineral tanah (3) Reaksi gas misal CO2 dengan larutan tanah (4)
dissosiasi grup asam lemah pada tepi lempung silikat, hidrous oksida, atau substansi humus
(5) reaksi ion-exchange

4. Table. Mechanism that control soil pH
Soil pH range Major Mechanism(s) controlling soil pH
2-4 Oxidation of Pyrite and other reduced sulfur minerals;
dissolution of soil minerals
4-5.5 Exchangeable Al3+
and its dissociate hydroxy ions;
exchangeable H+
5.5-6.8 exchangeable H+
; weak acid groups associated with soil
minerals and humic substances; dissolved CO2 (gas) and other
aqueous species of dissolved CO2 (gas)
6.8-7.2 Weak acid groups on humic subtances and soil minerals
7.2-8.5 Dissolution of solid divalen carbonates, such as CaCO3 (calcite)
8.5-10.5 Exchangeable Na+
under normal salt condition; dissolution of
solid Na2CO3 (s)
Oksidasi senyawa sulfur tereduksi
 Tanah yang mengandung sulfur tereduksi, misalnya pirit (FeS2) apabila teroksidasi
menghasilkan ion H+
yang dilepas ke larutan tanah
2FeS2 + 7.5O2(gas) + 4H2O Fe2O3(hematit)+8H+
+ 4SO4
2-
 Oksidasi senyawa sulfur tereduksi ini (juga terjadi pada tanah pH netral) dibantu oleh bakteri
khemoautotrof misalnya Thiobacillus ferroxidans.
 Proses ini akan alami (abiotik) apabila tanah mempunyai pH sekitar atau kurang dari 3.5;
reaksinya sbb :
8Fe3+
+ S2-
+ 4H2O 8Fe2+ + SO4
2-
+ 8H+

5.  Sumber keasaman pada tanah ini adalah oksidasi darai reduksi sulfur dimana lajunya
tergantung pada kecepatan oksidasi dan mekanisme oksidasi chemis
Exchangeable Al (Al tertukar/Aldd)
 Trivalen aluminium merupakan kation basa lemah sehingga mampu menghidrolisa air
menghasilkan ion hidrogen
 Kombinasi Al3+
, hidrolisis, basa lemah tidak terlarut {Al(OH)3s} merupakan buffer tanah
pada pH 4-5.5

Bentuk : Soluble : Al3+
, AlOH2+
, Al(OH)2
+
Soild : Al(OH)3 (amorf)
 Reaksi :
Al(OH)3 (amorf) + H+
AlOH2+
+ H2O K1=10-0.081
AlOH2+
+ H+
Al(OH)2
+
+ H2O K2=104.7
Al(OH)2
+
+ H+
Al3+
+ H2O K3=105.0
 Terlihat bahwa dissolusi Al dari bentuk padatan menjadi cair mengkonsumsi ion H+ dan
berperanan sebagai buffer dalam memperlambat proses pengasaman.
 Pada tanah pH netral, keterlarutan aluminium padat sangat rendah. Misal pada pH 7
konsentrasi keseimbangan (Kw) Al(OH)2
+
dengan Al(OH)3 (amorf) adalah 8.3 x 10-7
M; jika
pH menjadi 5 maka konsentrasi Al(OH)2
+
meningkat 8.3 x 10-5
M.
Pengukuran pH
Faktor yang mempengaruhi akurasi pengukuran pH:
(1) nature dan tipe dari bahan inorganik dan organik
(2) perbandingan tanah dengan larutan
(3) kandungan garam
(4) kandungan gas CO2 pada tanah dan larutan
(5) Error yang terjadi baik ketika menstandardisasi alat maupun larutan buffer-nya
Perbandingan tanah dengan larutan yang sering digunakan 1:1; 2,5:1; 10:1

6. Pengukuran pH menggunakan cara elektrometrik (misal pH meter menggunakan glass
elektroda) dan kalorimetrik (pH stick, pasta pH, larutan pH universal)
SIFAT KOLOID
 Ukuran partikel semakin kecil luas permukaan akan semakin besar.
 Efeknya adalah proses-proses yang penting dalam tanah terjadi misal penyerapan hara,
penyerapan air
 Koloid didominasi oleh mineral phyllosilicates, koloid organik, hydrous oxides dari Fe,
Al dan Mn
 Tersuspensi dalam air
 Bermuatan positif atau negatif
KOLOID TANAH
Koloid anorganik
Sifat kembang kerut mineral lempung
 Terjadi jika air masuk ke dalam lapisan clay mineral sehingga bertambah beberapa
nanometer; akan meningkatkan volume dari clay.
 Untuk terjadinya swelling, air harus masuk ke interlayer.
 Swelling artinya (1) pada interlayer memungkinkan proses seperti KPK, penyerapan air.
(2) clay akan mengembang sehingga luas permukaan lebih besar per unit berat terhadap
larutan tanah sehingga lebih rekatif secara kimia.
 Swelling tergantung pada tipe mineral, unit-layer charge of the clay* dan sifat alami dari
cation interlayer
Mineral 1:1
 Satu permukaan adalah oksigen (dari tetrahedra), satu permukaan adalah hydroxyl (dari
oktahedra)
 Oksigen merupakan elemen yang bersifat elektrofilik (electron-loving)
 Terjadi ikatan hidrogen (kalau tunggal lemah, tetapi banyak akan sangat kuat) yang
mencegah mineral 1:1 untuk berkembang kerut

7. Mineral 2:1
 Satu permukaan oksigen, permukaan yang lain juga oksigen
 Pada mineral 2:1 unsubstitute, lapisan yang berdekatan akan saring menarik karena
adanya gaya van der Waals yang lemah
 Pada mineral 2:1 substitute, layer yang berdekatan saling menarik karena adanya tarikan
pada kation interlayer dan gaya van der Waals
 Swelling akan sangat tergantung pada ikatan antar 2 lapisan yang berdekatan. Pada
mineral 2:1 unsubstitute ikatan tersebut lemah sehingga air tidak masuk ke interlayer.
 Mineral 2:1 unsubtitute secara alami bersifat hidrofobic (water repelling). Karena tidak
ada kation di interlayer yang menjadi subyek untuk terhidrasi maka sifat hidrofilik-nya
(water-loving) terletak pada >SiOH (hasil dari ketidakteraturan kristal)
 Pada mineral 2:1 substitute, affinitas tergantung dari tarikan muatan negatif (pada 2 sisi)
dengan kation interlayer. Derajad ikatan merupakan fungsi dari banyaknya isomorphous
substitution dan ukuran kation interlayer terhidrasi
 Jika affinitas layer ke kation interlayer kuat, akan terjadi air tidak dapat masuk ke
interlayer, menghidrasi kation interlayer dan mengikat bagian hidrofilik. Jika affinitas
lemah, air akan masuk dan terjadi swelling karena meningkatnya hidrasi kation interlayer
dan pembasahan bagian hidrofilik. Hidrofilik pada interlayer berupa
penarikan/pengikatan air oleh kation sebagai hidrasi air dan adanya >SiOH
Mika
 Mempunyai unit-layer charge tinggi (k.l. 2) karena banyaknya isomorphous substitution
 Negatif charge diimbangi oleh adanya kation misal K atau Ca
 Besarnya unit-layer charge menyebabkan kation terikat kuat, air tidak dapat masuk
sehingga tidak terjadi swelling dan kation tidak dapat tertukar (non exchangeable)
(kecuali ada pelapukan)
Illit dan Vermiculites
 Unit-layer charge rendah (1.0-1.5) sehingga bersifat hanya mengikat kation ukuran
tertentu saja dengan sangat kuat, air tidak masuk dan mencegah swelling.
 K+
dan NH4
+
karena ukuran hidrasi kecil maka dapat masuk “hole” (hole merupakan hasil
dari ring pattern pada tetrahedron dalam lembar terahedral). Karena itu, kation akan
dekat dengan sumber muatan negatif, jarak antar layer akan dekat sehingga
pengikatannya sangat kuat.

8.  Ca+
dan Mg+
karena ukuran hidrasinya besar maka tidak dapat masuk ke “hole”. Selain
itu akan menyebabkan jarak antar layer jauh sehingga penarikan kation rendah, air dapat
masuk dan terjadi swelling. Kation akan dapat terukar.
 Illit ditemukan dalam tanah umumnya mengikat K+
sehingga mineral ini tidak
berswelling. Vermiculite sangat banyak mengandung Ca+
dan Mg+
sehingga mineral ini
berswelling. Vermikulit tidak berswelling kalau kationnya tertukar oleh K.
Smectites
 Mempunyai unit-layer charge rendah (0.5-0.9) sehingga kekuatan penarikan lebih rendah
dari illit, vermikulit dan mika
 Kation akan terikat lemah dalam interlayer sehingga semua kation akan mudah tertukar
Table. Comparative Properties of clay minerals
Properties Montmorillonit Illit Kaolinit
Size (M) 0.01-1.0 0.1-2.0 0.1-5.0
Total Surface Area (m2/g) 700-800 100-200 5-20
External surface area High Medium Low
Internal surface area Very high Low to none None
Plasticity High Medium Low
Cohesiveness High Medium Low
Swelling capacity High Low to none Low
CEC 80-100 15-25 3-15
Unit-Layer Charge 0.5-0.9 1.0-1.5 0

9. Koloid organik
 Humus terdiri dari 2 senyawa utama yaitu substansi non humus (misal lipid, amino acids,
carbohydrates) dan subtansi humus (merupakan senyawa amorf dengan berat molekul
tinggi, warna coklat sampai hitam, hasil pembentukan kedua dr dekomposisi)
 Substansi humus dibagi menjadi :
a. Humic acid : warna gelap, amorf; dapat diekstraksi (larut) dengan basa kuat, garam
netral, tidak larut dalam asam; mengandung gugus fungsional asam seperti phenolic dan
carboxylic; aktif dalam reaksi kimia; Berat Molekul (BM) 20.000-1.360.000
b. Fulvic acid : dapat diekstraksi dengan basa kuat  gugus fungsional asam; larut juga
dalam asam mengandung gugus fungsional basa; aktif dalam reaksi kimia; BM 275-2110
c. Humin : tidak larut dalam asam dan basa; BM terbesar; tidak aktif; warna paling gelap
Table. Composition of humic and fulvic acids (percent)
Element Humic acid Fulvic acid
C 50-60 40-50
O 30-35 44-50
H 4-6 4-6
N 2-6 <2-6
S 0-2 0-2
Source : F.J. Stevenson, Humus Chemistry :
Genesis, Composition, Reaction, 1982
Humic acid dan Fulvic acid merupakan koloid hidrofilik sehingga mempunyai affinitas tinggi
thd air; mempunyai muatan negatif karena adanya disosiasi gugus fungsional karboksil dan
phenolic. Muatan negatif akan dinetralisir oleh kation misalnya Ca2+
dan Mg2+
Substansi humus mempunyai kontribusi dalam pertukaran anion dan kation, kompleks atau
khelat beberapa ion logam, berpera sebagai pH buffer; pembentukan horison tanah,
pembentukan struktur tanah melalui sementasi, sebagai mantel (coat) partikel sehingga tidak
dapat terlapukkan

10. Adsorption
Adsorpsi adalah proses yang atom, molekul, atau ion yang diambil dan disimpan pada
permukaan padatan kimia atau fisik mengikat (misalnya, adsorpsi kation oleh mineral bermuatan
negatif) (Glossary of Soil Science Terms, SSSA, 1987
 Berbagai gaya yang mempengaruhi adsorpsi adalah :
a. van der Waals forces
b. Coulombic or Electrostatic Attraction : gaya elektrostatik yang dihasilkan dari tarik
menarik antara 2 ion yang berbeda muatan, contohnya tarik menarik kation dengan
muatan negatif pada clay minerals
c. Charge Trasfer : terjadi karena adanya kompleks donor-acceptor antara molekul electron-
donor dan molekul electron-acceptor. Contohnya : ikatan hidrogen dan ikatan 
d. Dipole-Dipole and Dipole-Induced Dipole. Dipole adalah molekul yang mempunyai
muatan positif dan negatif yang dipisahkan oleh jarak tertentu (misal molekul air).
Hasilnya adalah unequal sharing of electrons
Cation Exchange Capacity (CEC/KPK)
Merupakan hasil netralisasi muatan negatif koloid tanah
Kation diikat oleh permukaan koloid dengan Coulombic attraction, van der Waals forces,
dan induced dipoles
Model pertukaran kation.
1. Kation mempunyai energi panas sehingga terdapat seperti hemisphere of motion disekitar
permukaan koloid
Pertukaran kation terjadi apabila ion yang berada dalam larutan tanah bergerak ke
hemisphere motion (hemisphere motion dihasilkan oleh kation yang terikat oleh koloid)
suatu kation bertepatan dengan kation tersebut jaraknya jauh dari permukaan koloid.
Akhirnya ion tadi tertangkap oleh muatan negatif sedang kation akan bergerak ke larutan
tanah
Faktor yang berpengaruh terhadap distribusi kation antara larutan tanah dengan
permukaan koloid adalah (1) konsentrasi kation dalam larutan tanah, (2) valensi dari
kation yang tertukar, (3) hydrated-size dari kation, (4) kepadatan muatan pada
permukaan koloid
2. Model 2 : Mass-Action Model
Misal, 2Na-clay + Ca2+
(aq) Ca-clay + 2 Na+
(aq)

11. Apabila konsentrasi Ca2+
(aq) pada larutan tanah meningkat maka reaksi bergerak ke kanan,
sehingga konsentrasi Ca pada clay meningkat sambil melepaskan ion Na ke larutan tanah.
Jika konsetrasi ion Ca menurun, maka reaksi bergerak ke kiri sehingga ion Ca terlepas ke
larutan tanah
 KPK berguna untuk mengetahui kesuburan tanah, kemungkinan pemberian pupuk,
mengethaui tipe clay mineral
 Pengukuran KPK dengan menggunakan (1) 1 M ammonium acetate pada pH 7 dan (2) 0.25
barium chloride dengan triethanolamine pada pH 8.2 (see Hardjowigeno, 1987 p. 65-66;
Sanchez, 1976 for further explanation)
 KPK dinyatakan dalam me/100 gr tanah atau me/100 gr clay
Table. CEC Values of clay minerals and organic matter
Type Lattice Nutrient Reserves Approximate CEC at
pH 7
(me/100 g of clay)
Kaolinite and Halloysite 1:1 Few Nutrient
Reserves
< 10
Illite 2:1 Reserves of potassium 15-40
Montmorillonite 2:1 Generally with
reserves of Mg, K,
Fe, etc
80-100
Vermiculite 2:1 Generally with
reserves of Mg, K, Fe,
etc
About 100
Organic matter - - About 200
Source : Landon, 1984
 Untuk tanah dengan BO rendah, KPK diekspresikan sebagai proporsi dari clay:
KPK (me/100 g clay) = KPK (me/100 g tanah) x 100% clay

12. 
Satu ekuivalen merupakan jumlah yang setara dengan 1 g hidrogen. Jumlah atom dalam
setiap ekuivalen = 6.02 x 1023
1 me = 1 mg H = 6.02 x 1020
1 me dapat diubah menjadi satuan berat misal ppm.
 Contoh
1 me H = 1 mg (BA H = 1; valensi 1)
1me Na = 23 mg (BA Na = 23; valensi 1)
1 me Ca = 40/2 (BA Ca = 40; valensi 2)
Bila,
K = 0,6 me/100 g = 0,6 x 39 mg/100 g
= 23,4 mg/100.000 mg
= 234 mg/1.000.000 mg
= 234 ppm
Kejenuhan Basa/KB (Base Saturation)
 Konsentrasi suatu kation dikontrol oleh konsentrasi kation tersebut terhadap konsentrasi
semua kation pada kompleks pertukaran
 Misal konsentrasi H+
merupakan fungsi dari perbandingan H+
dengan semua kation pada
kompleks pertukaran
 Note : H+
dapat diproduksi dengan menghidrolisis air dengan Al3+
umumnya terjadi pada
tanah dengan pH<5.5 (Lihat exchangeable Al). Jadi konsentrasi H+
pada kompleks
pertukaran merupakan fungsi pertukaran H+
dan Al3+
.
 Maka, H+
dan Al3+
merupakan kation asam (acidic cations) sedang Ca2+
, Mg2+
, Na+
, K+
,
atau NH4
+
merupakan kation basa (basic cation)
 Kejenuhan basa menunjukkan kesuburan tanah. Menurut FAO-UNESCO (1974): KB
berdasar extraksi ammonium acetate pada kedalaman 20-50 cm digolongkan menjadi
(1) > 50% : eutric (tanah subur)
(2)> 50% : dystrics (tanah kurang subur).
Penggolongan yang umum adalah
(1) <20 : rendah (2) 20-60 sedang, (3) >60 : tinggi

13. 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 %
 KB (%) = konsentrasi kation basa tertentu x 100%
 KPK (CEC)
Anion Exchange
 Adsorbsi anion dikarenakan tarikan elektrostatik dari muatan positif permukaan koloid
atau reaksi spesifik anion dengan permukaan adsorbsi (misal penggantian hidroksil dari
hidroksida logam)
 Permukaan oksida-hidroksida logam (Fe dan Al hidroksida dan oksida) dan juga muatan
bergantung pH pada clay mineral merupakan senyawa amphoter
 Muatan sangat tergantung dari perubahan pH. Misalnya hematit (Fe2O3) bermuatan
netral pada pH mendekati 7. Jika pH lebih dari 7 maka >FeOH akan terdisosiasi
menghasilkan muatan negaif dan ion hidrogen. Jika pH kurang dari 7 maka >FeOH akan
bereaksi dengan ion hidrogen sehingga menghasilkan muatan positif yang akan menarik
anion (lihat gambar)
 Oksida-hidroksida logam sering berada sebagai mantel (coating) bagi permukaan clay
dan juga pada lapisan interlayer
Adsorption of Organic Compounds
 Organic compounds : herbisida dan pestisida dapat dibedakan secara kimia menjadi 3 :
kation, netral, anion

14.  Kemampuan clay mineral mengikat organic compound tergantung dari kemampuan
mineral untuk berswelling dan klas dari organic compounds (bentuk kation, anion atau
netral)
 Adsorpsi dikarenakan adanya Coulombic attraction/electrostatic dan dipole-induced
dipole forces
 Adsorpsi pada external surface (reversible) tidak kuat dibanding pada interlayer
(irreversible)
 Organic netral : organic netral harus mempunyai derajad polaritas. Semakin tinggi
polaritas maka semakin mudah masuk interlayer
 Penyerapan organic compound oleh soil organic matter dipengaruhi oleh pH dependent
charge; bersifat reversible (karena tidak ada interlayer)

15. Daftar Pustaka
Sutanto Rachman, 2005. Dasar Dasar Ilmu Tanah, Konsep dan kenyataan. Penerbit
kanisius.Yogyakarta
http://www.acehpedia.org/Mengevaluasi_Status_Kesuburan_Tanah
http://agrica.wordpress.com/2008/12/31/koloid-tanah/
http://id.wikipedia.org/wiki/Sistem_koloid
http://www.ipb.ac.id/jurusan tanah/kimia tanah/
http://kimia.ugm.edu/tanah/htm
http://bennymorigan.blogspot.com/2008/03/penentuan-tekanan-osmosis-cairan-
sel.html