kapasitas Tukar Kation (KTK)

Kapasitas Tukar Kation

(KTK)

Kapasitas tukar kation merupakan sifat kimia yang sangat erat hubungannya dengan kesuburan tanah. Tanah dengan KTK tinggi mampu menjerat dan menyediakan unsur hara lebih baik daripada tanah dengan KTK rendah. Tanah dengan KTK tinggi bila didominasi oleh kation basa, Ca, Mg, K, Na (kejenuhan basa tinggi) dapat meningkatkan kesuburan tanah, tetapi bila didominasi oleh kation asam, Al, H (kejenuhan basa rendah) dapat mengurangi kesuburan tanah. Karena unsur-unsur hara terdapat dalam kompleks jerapan koloid maka unsur-unsur hara tersebut tidak mudah hilang tercuci oleh air.KTK pada jenis tanah yang ada berbeda-beda, dipengaruhi oleh faktor lingkungan setempat. KTK tanah pada umumnya digunakan sebagai indikator pembeda pada proses klasifikasi tanah.

Besarnya KTK suatu tanah dapat ditentukan dengan menjenuhkan kompleks jerapan atau misel dengan kation tertentu. Misalnya misel dijenuhkan dengan kation Ba2+ atau NH4+ yang bertujuan agar seluruh kation yang terjerap dapat digantikan oleh ion Ba2+ atau NH4+. Dengan menghitung jumlah Ba2+ atau NH4+ yang dapat menggantikan seluruh kation terjerap tadi, maka nilai tersebut adalah KTK tanah yang ditentukan.

Pada suspensi tanah dapat dibedakan permukaan padat yang umumnya bermuatan negatif dan kation-kation yang bermuatan positif dalam larutan. Penyebaran muatan pada sistem tersebut dapat disamakan dengan kondensor. Dalam hal ini lempeng bermuatan negatif adalah permukaan padat dan lempeng bermuatan positif adalah sejumlah kation yang tersebar. Semakin jauh dari permukaan bahan padat ia menjadi renggang sampai akhirnya merat dilarutkan. Penyebaran muatan dengan medan listriknya disebut lapis ganda listrik. Dengan adanya tenaga kinetis maka penyebaran kation bersifat difusi dan lapisan ganda disebut setengah difusi. Kation-kation yang menyebar disebut ion lawan (counter ion) dari muatan permukaan. Medan listrik makin berkurang dari permukaan bermuatan kelarutan sampai menjadi nol bila disosiasi ion lawan telah berhenti.  Tebal lapis ganda ditentukan oleh kesetimbangan antara kecenderungan ion-ion untuk menyebar dan kekuatan tarik permukaan mineral.

 Setiap kation mempunyai daya yang berbeda untuk dapat dijerap dan dipertukarkan. Jumlah yang dijerap biasanya tidak setara dengan jumlah yang dipertukarkan. Ion bervalensi dua biasanya lebih kuat dipegang dai pada ion bervalensi satu oleh koloid tanah, dengan demikian akan lebih sukar untuk dipertukarkan. Itulah sebabnya jika ion Ba2+ yang digunakan sebagai kation penukar, pertukaran tidak terjadi dalam jumlah yang setara. Barium dijerap kuat sekali oleh liat, tetapi mempunyai daya penetrasi yang rendah. Oleh karena itu jumlah pertukaran yang diperoleh lebih rendah dari jumlah barium yang dijerap, akan sering memberikan jumlah pertukaran yang lebih tinggi dari jumlah ion NH4+ yang dijerap. Amonium adalah ion bervalensi satu yang tentunya akan ditarik oleh koloid liat kurang kuat jika dibandingkan dengan ion barium, tetapi ion amonium mempunyai daya penetrasi yang lebih tinggi.

Faktor- Faktor yang Mempengaruhi Kapasitas Tukar Kation

1.    Tekstur Tanah

Semakin halusnya tekstur pada tanah maka akan meningkatkan KTK karena tanah lebih mampu dalam menahan air dan unsur hara. Dengan semakin halusnya tekstur, maka hara akan tertahan dan terjerap dalam koloid tanah, serta unsur hara tidak mudah mengalami pencucian. Hal ini dapat memudahkan dalam pertukaran kation di dalam tanah, terutama pada kation yang monovalen. 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). Jika tekstur tanah terlalu kasar misalnya pasir, maka daya jerap akan hara dan airnya lebih mudah lepas atau hilang sehingga mudah sekali terjadi pencucian yang dapat mengurangi kesuburan tanah dan menurunkan KTK

2.    Kandungan Humus dan Bahan Organic

Seperti yang telah kita ketahui bahwa bahan organik dapat memperbaiki struktur tanah sehingga terbentuk agregat tanah yang mengurangi terjadinya erosi Bahan organik yang lambat laun terdekomposisi akan menghasilkan humus yang berguna bagi tanaman dan juga tanah. Tanah akan memiliki pH yang stabil dan baik untuk pertanaman. Bahan organik ini membuat tanah melangsungkan proses alaminya sehingga tidak terdapat residu dalam pengaplikasiannya, selain itu dengan adanya kandungan c organik yang tinggi, hal ini berkorelasi positif terhadap kasitas tukar kation karena lambat laun hara akan tersedia dari dekomposisi bahan organik dan juga tanah akan lebih kuat menahan unsur hara karena strukturnya yang agregat. Jika kandungan humus dan bahan organik di dalam tanah sedikit, hal ini akan menyebabkan penurunan kapasitas tukar kation karena hilangnya unsur hara akibat pencucian maupun erosi.

3.    Jenis Liat dan Kandungan Liat

Nilai KTK liat tergantung dari jenis liat, sebagai contoh:

a. Liat Kaolinit memiliki nilai KTK = 3 s/d 5 me/100 g.

b. Liat Illit dan Liat Klorit, memiliki nilai KTK = 10 s/d 40 me/100 g.

c. Liat Montmorillonit, memiliki nilai KTK = 80 s/d 150 me/100 g.

d. Liat Vermikullit, memiliki nilai KTK = 100 s/d 150 me/100 g.

4.    Tergantung oleh pH Tanah

Kapasitas tukar kation tanah yang memiliki banyak muatan tergantung pH dapat berubah-ubah dengan perubahan pH. Keadaan tanah yang sangat masam menyebabkan tanah kehilangan kapasitas tukar kation dan kemampuan menyimpan hara kation dalam bentuk dapat tukar karena perkembangan muatan positif. Kapasitas tukar kation kaolinit menjadi sangat berkurang karena perubahan pH dari menjadi 5,5. Kapasitas tukar kation yang dapat dijerap 100 gram tanah pada pH 7. Kapasitas tukar kation menunjukkan kemampuan tanah untuk menahan kation-kation dan mempertukarkan kation-kation tersebut. Kapasitas tukar kation penting untuk kesuburan tanah maupun untuk genesis tanah. Beberapa pengukuran kapasitas tukar kation telah dilaksanakan dengan hasil berbeda-beda.

Pengelompokkan Kapasitas Tukar Kation

1. Berdasarkan pada jenis permukaan koloid yang bermuatan negative KTK dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu:

a. KTK Koloid Anorganik atau KTK Liat

KTK liat adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid anorganik (koloid liat) yang bermuatan negatif.

Nilai KTK liat tergantung dari jenis liat, sebagai contoh:

a. Liat Kaolinit memiliki nilai KTK = 3 s/d 5 me/100 g.

b. Liat Illit dan Liat Klorit, memiliki nilai KTK = 10 s/d 40 me/100 g.

c. Liat Montmorillonit, memiliki nilai KTK = 80 s/d 150 me/100 g.

d. Liat Vermikullit, memiliki nilai KTK = 100 s/d 150 me/100 g.

b. KTK Koloid Organik

KTK koloid organik sering disebut juga KTK bahan organik tanah adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid organik yang bermuatan negatif. Nilai KTK koloid organik lebih tinggi dibandingkan dengan nilai KTK koloid anorganik. Nilai KTK koloid organik berkisar antara 200 me/100 g sampai dengan 300 me/100 g.

c. KTK Total atau KTK Tanah

KTK total merupakan nilai KTK dari suatu tanah adalah jumlah total kation yang dapat dipertukarkan dari suatu tanah, baik kation-kation pada permukaan koloid organik (humus) maupun kation-kation pada permukaan koloid anorganik(liat).

Perbedaan KTK Tanah Berdasarkan Sumber Muatan Negatif

Berdasarkan sumber muatan negatif tanah, nilai KTK tanah dibedakan menjadi 2, yaitu:

.a. KTK Muatan Permanen

KTK muatan permanen adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid liat dengan sumber muatan negatif berasal dari mekanisme substitusi isomorf. Substitusi isomorf adalah mekanisme pergantian posisi antar kation dengan ukuran atau diameter kation hampir sama tetapi muatan berbeda. Substitusi isomorf ini terjadi dari kation bervalensi tinggi dengan kation bervalensi rendah di dalam struktur lempeng liat, baik lempeng liat Si-tetrahedron maupun Al-oktahedron.

Contoh peristiwa terjadinya muatan negatif diatas adalah: (a). terjadi substitusi isomorf dari posisi Si dengan muatan 4+ pada struktur lempeng liat Si-tetrahedron oleh Al yang bermuatan 3+, sehingga terjadi kelebihan muatan negatif satu, (b). terjadinya substitusi isomorf dari posisi Al yang bermuatan 3+ pada struktur liat Al-oktahedron oleh Mg yang bermuatan 2+, juga terjadi muatan negatif satu, dan (c). terjadi substitusi isomorf dari posisi Al yang bermuatan 3+ dari hasil substitusi isomorf terdahulu pada lempeng liat Si-tetrahedron yang telah bermuatan neatif satu, digantikan oleh Mg yang bermuatan 2+, maka terjadi lagi penambahan muatan negatif satu, sehingga terbentuk muatan negatif dua pada lempeng liat Si-tetrahedron tersebut. Muatan negatif yang terbentuk ini tidak dipengaruhi oleh terjadinya perubahan pH tanah. KTK tanah yang terukur adalah KTK muatan permanen.

b.KTK Muatan Tidak Permanen

KTK muatan tidak permanen atau KTK tergantung pH tanah adalah jumlah kation yang dapat dipertukarkan pada permukaan koloid liat dengan sumber muatan negatif liat bukan berasal dari mekanisme substitusi isomorf tetapi berasal dari mekanisme patahan atau sembulan di permukaan koloid liat, sehingga tergantung pada kadar H+ dan OH- dari larutan tanah.

Reaksi Pertukaran Kation

Reaksi pertukaran kation juga melibatkan H+ sehingga istilah “Pertukaran Kation”  lebih tepat daripada “Pertukaran Basa”. 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)

KTK 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 KTK tanah bervariasi bergantung kepada tipe and jumlah koloid di dalam tanah. Pada umumnya KTK 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

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

Fiksasi atau Sematan Kation

Dalam kondisi tertentu kation yang teradsorpsi terikat secara kuat oleh lempung  sehingga tidak dapat dilepaskan kembali oleh reaksi pertukaran. Kation ini disebut KATION yang terfiksadi 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 Exchengeable) 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.