TUGAS KIMIA ANALITIK II
PENGGUNAAN METODA SELECTIVE DISSOLUTION DAN
SPEKTROSKOPI INFRAMERAH DALAM MENENTUKAN
KADAR ALOFAN ANDISOL










OLEH:
YOZA FITRIADI
AIF007010



PROGRAM STUDI PENDIDIKAN KIMIA
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS BENGKULU
2009

PENGGUNAAN METODA SELECTIVE DISSOLUTION DAN
SPEKTROSKOPI INFRAMERAH DALAM MENENTUKAN
KADAR ALOFAN ANDISOL

Indonesia merupakan salah satu daerah vulkanis paling aktif di dunia dengan adanya lebih dari 100 gunung api aktif dan menghasilkan bahan piroklastik yang merupakan sumber bahan induk tanah vulkanis, yang dalam Sistem Taksonomi Tanah diklasifikasikan sebagai Andisol. Andisol termasuk tanah yang produktif, Tanah ini mempunyai sifat yang unik dan khas seperti :
• Berat jenis (bulk density) rendah
• Permeabilitas tinggi, struktur tanah stabil
• Kandungan Al/Fe aktif tinggi
• Fiksasi fosfat tinggi, dan
• Muatan bervariasi
Mineral liat yang ditemukan pada Andisol di antaranya : (1) mineral ordo kisaran pendek (short- range-order minerals) seperti alofan dan imogolit (2) mineral lia tipe 1:1 seperti haloysit dan kaolinit (3) mineral Al dan Fe oksida seperti gibsit dan ferihidrit (4) Al dan Fe-humus kompleks (5) opalin silika dan kristobalit.
Sifat dan ciri kimia, fisika dan morfologi Andisol ini berkaitan erat dengan mineral liat nonkristalin seperti alofan dan ferihidrit serta mineral liat parakristalin imogolit.
Alofan Andisol
Alofan merupakan mineral liat tanah yang paling reaktif karena mempunyai daerah permukaan khas yang sangat luas dan mempunyai banyak gugus fungsional aktif (Farmer et al., 1991. Alofan mempunyai muatan variasi yang besar, bersifat amfoter, KTK 20 – 50 cmolkgP-1P, KTA 5 – 30 cmolkgP-1P, struktur acak dan terbuka, serta dapat mengikat fosfat (Wada, 1989; Tan 1992, Van Ranst, 1995). Akibat kuatnya fiksasi fosfat oleh mineral ini, maka ketersediaan fosfat yang mudah larut akan berkurang. Tingginya persentase kehilangan pupuk P merupakan masalah serius yang banyak dijumpai pada Andisol.
Alofan sendiri termasuk kelompok alumino silikat alam yang bersifat amorf terhadap difraksi sinar X, yang komponen utamanya terdiri dari Si, Al, dan HB2BO. Molekul rasio Si/Al mineral ini 1/1 atau 2/1, serta mempunyai struktur mineral yang acak dan terbuka/berpori. Alofan mempunyai daerah permukaan spesifik yang luasnya mencapai 1100 mP2PgP-1P. Luas permukaan yang besar ini mengakibatkat sistem koloid tanah menjadi sangat reaktif sehingga pertukaran kation, anion, jerapan air, dan fiksasi menjadi lebih tinggi (Tan,1992).
Identifikasi alofan dapat dilakukan dengan berbagai cara, antara lain:
 Pengukuran pH setelah diperlakukan dengan pengekstrak kuat seperti NaF yang akan menghasilkan data kualitatif dan semi kuantitatif
 Pengukuran retensi fosfat (Blakemore, 1977) yang menghasilkan data kualitatif
 Pengukuran dengan DTA (Differntial Thermal Analysis) yang mengungkapkan keberadaan alofan secara kualitatif dan kuantitatif (
 Penggunaan mikroskop elektron yang menghasilkan data kualitatif
 Pemakaian larutan ammonium oksalat, DCB (Dithionite Citrate Bicarbonate) dan asam pirofosfat , ketiga larutan ini dikenal sebagai larutan selective dissolution menghasilkan data kualitatif dan kuantitatif
 Pemakaian spektroskopi inframerah yang menghasilkan data kualitatif.
Mineral liat sesungguhnya dapat diidentifikasi dengan menggunakan XRD (X-Ray Diffractogram). Akan tetapi identifikasi mineral liat non kristalin/amorf seperti alofan, imogolit dan ferihidrit dengan XRD tidak memberikan hasil yang diharapkan karena tidak memperlihatkan kurva spesifik yang mengidentifikasikan alofan. Hal ini sangat berbeda dengan mineral kristalin seperti kaolinit, montmorilonit, dll yang identifikasinya dengan XRD akan menghasilkan kurva yang spesifik untuk setiap mineral liat tersebut. Untuk itu dibutuhkan metoda lain yang dapat menentukan alofan secara kualitatif dan kuantitatif. Metoda yang dapat digunakan di antaranya metoda selective dissolution atau larutan terseleksi seperti larutan amonium oksalat, DCB (Dithionite, Citrate, Bicarbonate) dan asam pirofosfat untuk analisis kuantitatif, dan analisis dengan alat spektroskopi infra merah untuk analisis kualitatif
1. Analisis dengan Metoda Selective Dissolution
Analisa ini terdiri atas: larutan NaOH, amonium oksalat, DCB, dan asam pirofosfat. Larutan 0,5 M NaOH panas dapat melarutkan alofan. Larutan Amonium oksalat 0,2 M dengan pH 3,0 – 3,5 dapat mengekstrak gugus amorfus oksida dan hidroksida mineral liat, sehingga melarutkan alofan, imogolit dan ferihidrit. Penggunaan larutan terseleksi ini telah banyak dilakukan di Jepang dan Selandia Baru, dan mempunyai korelasi yang baik dengan metoda spektroskopi inframerah.
Parfitt dan Hemni (1982) telah mencoba menghitung jumlah alofan yang terdapat pada tanah hasil letusan gunung api. Mereka menggunakan larutan terseleksi untuk mengekstrak Al, Si dan Fe. Jumlah Si yang terekstrak dengan dengan amonium oksalat (disebut Sio) dikonversi untuk menghitung persentase alofan dengan rumus :
% Alofan = % Sio x 7,1
Larutan DCB dapat mengekstrak Fe dan Al oksida kristalin dan nonkristalin, sebagian kecil alofan dan imogolit yang mempunyai struktur yang kurang baik, ferihidrit, lepidokrosit dan goethit (Mehra dan Jackson, 1960; Shoji dan Ono, 1978; Farmer et al., 1983).
% ferihidrit = % FeB0B x 1,
2. Analisis dengan Metoda Spektroskopi Inframerah
Analisa ini dapat menganalisis mineral yang tidak dapat dianalisis dengan sinar X. Mineral liat kristalin maupun nonkristalin menyerap radiasi infra merah. Dalam identifikasi mineral liat nonkristalin seperti alofan, metoda spekroskopi infra merah akan lebih baik karena spektrum serapan infra merah mempunyai pola yang khas. Spektroskopi infra merah juga dapat mengungkapkan keberadaan gugus fungsional utama dalam struktur senyawa yang sedang diidentifikasi (Tan, 1992). Bila sinar infra merah melewati sampel yang akan diperiksa, sebagian sinar akan diabsorpsi dan sebagian lainnya akan diteruskan (transmisi). Bila % absorpsi atau transmisi diplotkan terhadap frekuensi sinar maka hasilnya akan berupa spektrum infra merah.
Dari hasil penelitian Mizota dan Wada, 1980; Parfitt dan Hemni 1989.; Russel et al, 1981 didapatkan beberapa kurva infra merah untuk mineral yang lazim dijumpai pada Andisol :
1. Alofan : 3400, 1640, 1040, 1000-960, 710-690, 610-560, 500, 470, 430, 348 cmP-1P
2. Imogoloit : 3400. 1640, 995, 945, 690, 600-580, 525-500, 430, 348 cmP-1P
3. Haloysit : 3700, 3620, 4300, 1640, 1100, 1035, 920, 910, 530, 470, 430, 348 cmP-1P
4. Opalin silika : 1200, 1070, 790, 450 cmP-1P
5. Gelas vulkanik : 1100, 800, 470 cmP-1P
6. Kristobalit : 1100, 800 cmP-1P
7. Gibsit : 3400, 800, 750 cmP-1P
8. Goethit : 3520, 3150 cmP-1P
Berdasarkan fakta di atas, maka diadakan penelitian yang dilakukan oleh para dosen Fakultas Pertanian UNPAD, yakni PRina Devnita, Anni Yuniarti, Ridha Hudaya yang Pdibiayai oleh Dana Penelitian Dosen DIPA PNBP 2005. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi mineral alofan Andisol dengan menggunakan metoda kuantitatif dan kualitatif. Data mengenai alofan ini akan menjadi data dasar sehingga pengelolaan dan manajemen Andisol dapat lebih optimal. Penelitian diharapkan berguna untuk mengetahui mineral alofan secara kuantitatif dan kualitatif.
Percobaan ini menggunakan dua profil Andisol yang diperoleh dari Gunung Tangkuban Parahu. Sampel diambil dari tiap horison pada profil. Penelitian dilakukan di lapangan dan di laboratorium. Penelitian lapangan dilakukan dalam dua tahap yaitu tahap pendahuluan untuk penjajakan lapangan dalam menentukan lokasi observasi; dan tahap penelitian utama untuk pengambilan sampel..
Analisis spesifik adalah analisis dengan menggunakan larutan terseleksi yang terdiri dari amonium oksalat, dithionite citrate bicarbonate (DCB) dan asam pirofosfat; serta analisis reaktifitas permukaan melalui pH NaF dan flouride reactivity.
Ekstraksi dengan amonium oksalat (Blakemore et al, 1987) dilakukan dengan cara mengocok 1 g tanah / liat dengan 100 ml 0,2 M amonium oksalat pH 3 dalam kondisi gelap selama 4 jam. Al, Fe, dan Si diukur dengan AAS dan P diukur dengan spektrofotometer. Ekstraksi dengan asam pirofosfat (Blakemore et al, 1987) dilakukan dengan cara mengocok 1 g tanah / liat dengan 100 ml Na-pirofosfat 0,1 M selama semalam. Al, Si, dan Fe diukur dengan AAS; sedangkan P diukur dengan spektrofotometer. Sisa larutan digunakan untuk analisis C-organik dengan menggunakan metoda Walkley dan Black.
Analisis reaktifitas permukaan dilakukan melalui pengukuran pH HB2BO (1 : 2,5) , kemudian ditambahkan larutan NaF dan diukur lagi pH nya setelah selang waktu 2, 60, 120, 180 menit dan setelah 24 jam. Hasil pengukuran ini untuk mendapatkan evolusi pH NaF yang akan dikonversikan untuk menentukan berapa banyak gugus OH yang dilepaskan ke dalam larutan. Suspensi larutan tanh kemudian dititrasi dengan HCl 0,01 M sampai menyamai pH HB2BO lagi. Jumlah HCl yang digunakan dapat digunakan untuk indeks reaktifitas flourida.
Analisis dengan spektroskopi inframerah menggunakan contoh tanah padat, di mana fraksi liat tanah sebanyak 1 mg dicampur dan digerus secara hati-hati dengan 100 mg KBr, kemudian dipindahkan ke dalam cetakan dan ditekan dan ditekan dengan menggunakan pompa vakum atau hidraulik dengan tekanan 10 000 – 15 000 pound inchi P-2 P. Hasilnya berupa lempeng (pelet) titpis transparan yang mempunyai diameter 13 mm dan tebal 0,3 mm. Pelet ini kemudian diletakkan ke dalam sel inframerah yang dilengkapi dengan jendela kristal KBr.
Data yang didapat dari hasil analisis akan diuji hubungannya satu dan lainnya, terutama hasil analisis Alo dan Sio (Al dan Si yang diekstrak dengan amonium oksalat dengan hasil pH NaF, evolusi guigus OH, Alp dan fep (Al dan Fe yang diekstrak dengan asam pirofosfat) dengan C-organik.
Kandungan alofan masing-masing contoh tanah dapat dihitung dengan menggunakan rumus yang dikemukakan dalam Tinjauan Pustaka. Alofan yang didapatkan kemudian dibandingkan dengan hasil spektroskopi inframerah.
Dari hasil percobaan didapat data sebagai berikut :
1. Analisis Larutan Terseleksi
a. Larutan Ammonium Oksalat
Amonium oksalat yang dapat melarutkan Al (AlBoB), Fe (FeBoB) dan Si (SiBoB) ditampilkan pada Tabel 1.
Profil Horison % SiBoB % AlBoB % FeBoB % Alofan % Ferihidrit
I
II A
AB
Bw1
Bw2
A
AB
Bw1
Bw2
BC 1,35
2,00
2,66
3,42
1,33
1,51
1,54
1,15
1,26 3,53
4,82
5,90
7,65
3,20
3,53
3,55
2,58
2,75 1,83
2,31
3,30
2,80
2,04
2,12
1,46
1,16
2,22 10
14
19
24
9
11
11
8
9 3
4
6
5
3
4
2
2
4
Persentase SiBoB cenderung bertambah dengan bertambahnya kedalaman yang menunjukkan Si tercuci ke lapisan bawah. Nilai SiBoB menunjukan keberadaan mineral non kristalin di dalam tanah, karena awalnya berasal dari aluminium silikat non kristalin seperti alofan dan imogolit.
Bahan anorganik non kristalin yang terbentuk dari Al dapat diduga dengan menggunakan perbedaan antara AlBoB dan AlBpB. Konsentrasi antara 0,16 – 3,58 m.
Rasio AlBpB/AlBo Bmenunjukkan komposisi fraksi koloid. Rasio ini berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Jika nilainya > 5 menunjukkan asam organik yang dominan dalam proses pelapukan. Nilai yang lebih kecil dari 5 menunjukkan dominansi asam karbonat dalam proses pelapukan.
Komposisi rasio molar Al/Si dihitung dari (AlBoB-AlBpB)/Si alofan berkisar antara 1,0-2,5. Kandungan alofan berkisar antara 5 – 33 %. Nilai ini meningkat dengan bertambahnya kedalaman.
Nilai pH 5 merupakan nilai kritis untuk pembentukan alofan dan pH lebih kecil dari 5 dibutuhkan untuk pembentukan Al-humus kompleks. Alofan terbentuk pada pH antara 5 – 7 pada rejim temperatur udik di mana kation hidroksi aluminium bereaksi membentuk alofan. Kandungan alofan pada fraksi liat berkisar antara 5 – 33 %.
Hasil analisis spesifik menggunakan larutan terseleksi yang terdiri dari amonium oksalat, dithionite citrate bicarbonate (DCB) dan asam pirofosfat; serta analisis reaktifitas permukaan melalui pH NaF dan reaktivitas flouride terhadap kandungan alofan dan ferihidrit dapat dilihat pada Tabel 1.
% alofan = % SiB0B x 7,1
% ferihidrit = % FeB0B x 1,7
Jumlah Al, Fe dan C yang terlarut dalam pirofosfat ditampilkan pada Tabel 2.
Tabel 2 Jumlah Al, Fe dan C yang terlarut dalam pirofosfat
Profil Horison %
AlBpB %
FeBpB %
CBpB FeBoB
- FeBpB AlBpB
/AlBoB (AlBpB+FeBpB)
/CBpB
I
II A
AB
Bw1
Bw2
BC
A
AB
Bw1
Bw2
BC 0,61
0,84
0,57
0,48
0,39
0,87
0,76
0,55
0,96
1,18 0,54
0,66
0,49
0,22
0,29
0,29
0,19
0,14
0,10
0,22 5,00
4,32
4,20
3,52
3,20
4,76
3,72
3,52
3,32
2,64 0,69
1,20
1,59
1,71
1,73
1,54
1,54
1,92
1,32
1,85 0,33
0,42
0,24
0,16
0,13
0,40
0,28
0,22
0,33
0,53 0,23
0,35
0,25
0,20
0,21
0,24
0,25
0,20
0,32
0,53
Kompleks organik Al dan Fe yang diekstrak dengan pirofosfat (AlBpB dan FeBpB) rendah dan berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Rasio AlBpB/FeBpB juga berkurang dengan bertambahnya kedalaman. Hal ini menunjukkan pembentukan kompleks Al-humus lebih dominan di lapisan atas. Pembentukan alofan terjadi terutama di lapisan subsoil.
Rasio (AlBpB dan FeBpB)/CBpB berkisar antara 0,09 – 0,36 tidak memperlihatkan kecenderungan. Alofan dominan dengan rasio 0,1 – 0,3. Nilai SiB0B berkurang dengan meningkatnya rasio (AlBpB dan FeBpB)/CBpB. Rasio yang lebih dari 0,1 adalah titik kritis. Kebanyakan Andisols (AlBpB dan FeBpB)/CBpB mempunyai nilai antara 0,1 – 0,2.
Sejumlah Si, Al dan Fe pada fraksi liat dilarutkan oleh amonium oksalat. Ekstraksi oksalat tidak menghilangkan semua material amorf. Sekitar 9 – 55 % SiBoB, AlBoB dan FeBoB diekstrak selama ekstraksi berikunya. Kandungan alofan pada fraksi liat biasanya lebih tinggi dibandingkan fraksi pasir dan debu. Hal ini menunjukkan bahwa aluminium silikat non kristalin lebih terkonsentrasi pada fraksi yang lebih halus.
b. Larutan Dithionite Citrate Bicarbonate (DCB)
SiBdB dan AlBdB lebih kecil dari SiBoB dan AlBoB. Hal ini menunjukkan bahwa alofan tidak dilarutkan oleh DCB. Sementara itu DCB melarutkan semua ikatan Fe dan ikatan sekundernya. Tanah-tanah dengan FeBdB tinggi menunjukkan tingkat presipitasi yang tinggi. Presipitasi yang tinggi tersebut menunjang pelapukan mineral feromagnesian yang banyak mengandung Fe. FeBdB dan AlBdB ini biasanya cenderung untuk terakumulasi pada lapisan bawah, dan ini biasanya tercermin dari warna tanah yang kemerahan yang menunjukkan oksida besi (mineral hematit).
Tabel 3 memperlihatkan Larutan DCB pada fraksi liat
 
Tabel 3. Larutan DCB pada fraksi halus
Profil Horison % SiBdB % AlBdB % FeBdB FeBdB- FeBoB FelBoB/FeBdB
I
II A
AB
Bw1
Bw2
BC
A
AB
Bw1
Bw2
BC 0,03
0,02
0,01
0
0
0,02
0,07
0,17
0,08
0,04 0,68
0,49
0,53
0,50
0,47
0,38
0,50
0,34
0,47
0,60 0,84
0,72
0,84
0,78
0,71
1,25
1,72
1,52
1,46
2,36 -0,31
-1,15
-1,24
-1,15
-1,31
-0,19
0
-0,54
0,04
0,29 1,37
2,60
2,48
2,47
2,84
1,15
1,00
1,36
0,98
0,88


2. Analisis dengan spektroskopi infra merah (IR)
Analisis dengan spektroskopi infra merah menunjukan bahwa alofan dan imogolit mempunyai band pada 3475, 1440, 975 dan 600 cmP-1P. Band pada 4700, 800, 900, 1030, 3700 cmP-1P menunjukkan haloisit, sedangkan band pada 1250 -1100 cmP-1P menunjukkan gelas volkan.











Gambar 1. Spektrum infra merah fraksi liat pada horison A Profil 1
Alofan mempunyai empat wilayah absorpsi infra merah yang utama. Wilayah pertama berada pada 3475-3500 cmP-1P, karena OHP-P getaran pada grup AlOH oktahedral dan SiOH tetrahedral ketika menyerap air, sehingga disebut wilayah grup fungsional. Wilayah kedua muncul pada 1400 dan 1440 cmP-1P adalah karena vibrasi deformasi HOH dalam menyerap air . Wilayah kedua muncul pada 800-1400 cmP-1P yang disebut sidik jari, karena mencerminkan vibrasi Al-OH dan Si-OH. Wilayah keempat berada pada 400-800 cmP-1P karena adanya ikatan Si-O.










Gambar 2. Spektrum infra merah fraksi liat horison A Profil 2
Alofan memperlihatkan band absorpsi tunggal, sedangkan imogolit memperlihatkan dua absorpsi maksimal pada 940-100 cmP-1P. Band infra merah alofan lebih lebar daripada band imogolit, karena order mineral yang lebih kecil.
Spektrum band dekat 975 cmP-1P menunjukkan keberadaan alofan yang kaya Al. Alofan kaya Al cenderung terbentuk pada tanah masam dan tanah dengan regim kelembaban udik dan drainase baik. Secara umum alofan terbentuk dari gelas pada pH 5 – 7 pada kondisi asam silikat kation hidroksi aluminium bereaksi membentuk alofan.

Sehingga dari hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa menunjukkan bahwa metoda ’selective dissolution’ dapat mengidentifikasi mineral tersebut secara kualitatif dan kuantitatif. Metoda spektroskopi infra merah dapat mengidentifikasi mineral itu secara kualitatif. Kedua metode ini dapat digunakan untuk mengidentifikasi alofan, imogolit dan ferihidrit pada Andisol.