cHibBy p03nY@: 2010

Pelapukan adalah proses disintegrasi dan degenerasi mineral batuan atau tanah sebagai hasil kontak langsung dengan atmosfer bumi. Ketika pelapukan terjadi akibat reaksi kimia, ini disebut sebagai pelapukan kimia. Pelapukan kimia atau yang biasa dikenal dengan pelapukan biogeokimia disebabkan oleh interaksi kimia biota dengan material geologis untuk melapukkan mineral yang merupakan proses utama untuk mengubah material induk menjadi tanah. Selama pelapukan kimia, komposisi kimia permukaan batuan berubah oleh reaksi kimia yang menghasilkan senyawa atau spesies yang lebih stabil. Produk pelapukan ini mungkin larut atau tidak larut dalam air. Pelapukan kimia menyebabkan mineral menjadi terlarut dan terjadinya perubahan struktur sehingga tanah menjadi mudah terfragmentasi.

Mekanisme pelapukan kimia dikelompokkan menjadi 6 kategori utama, yaitu:

1. Hydration/ Dehydration

Hidrasi adalah kombinasi antara padatan kimia, seperti mineral atau garam dengan air. Hidrasi air yang terkombinasi di dalam mineral dapat mengubah struktur mineral, meningkatkan volumenya dan membuatnya menjadi lebih lunak, lebih mudah ditekan sehingga lebih mudah terdekomposisi. Contoh dari hidrasi adalah perubahan hematit merah menjadi hematit hidrasi berwarna kuning atau coklat:

2Fe₂O₃ + 3H₂O 2Fe₂O₃ ^. 3H₂O

(Hematit) (Air) (Limonit)

Hidrasi menambahkan molekul air ke dalam struktur mineral, tapi berbeda dari hidrolisis karena molekul air tidak terdisosiasi. Kebanyakan mineral semakin luas pada saat hidrasi; sebagai contohnya smectite hidrat dan anhidrat ketika air masuk dan keluar dari lapisannya. Dalam kondisi yang diperluas kebanyakan mineral lebih berpori dan lebih peka terhadap pelapukan melalui proses yang lain.

2. Dissolution

Sebagai proses pelapukan kimia, perubahan secara signifikan terjadi dalam kristal mineral yang mulai melapuk. Ketika ion dipindahkan atau dioksidasi dalam kristal, kekerasan struktur kisi – kisi mineral menjadi lemah dan gangguan mekanik menjadi lebih mudah dibuat. Ini merupakan kondisi yang baik untuk bisa terjadi reaksi kimia di lingkungan. Ion atau senyawa yang terlarut dalam salah satu lapisan tanah dibawa ke bawah dalam air sehingga menyebabkan pelapukan lapisan yang paling bawah. Kation logam lebih mudah untuk dipindahkan, tapi silikon, besi, dan aluminium juga subjek yang pemisahannya lambat. Salah satu contoh mekanisme pelapukan dissolution adalah:

(CaSO₄·2H₂O) + 2H₂O Ca²⁺ + SO₄^2- + 4H₂O

Gypsum (dalam larutan)

3. Oxidation

Oksidasi secara jelas didefinisikan sebagai hilangnya elektron dari suatu unsur, senyawa atau ion atau penggabungan senyawa dengan oksigen:

B Bⁿ⁺ + ne^-

Oksidasi sering terjadi dalam batuan yang mengandung substansi yang tereduksi (seperti Fe²⁺). Ini umumnya adalah proses yang lambat, tapi juga dapat dipercepat dengan menambahkan air yang memindahkan sedikit material dengan melarutkannya, seperti oksidasi fayalite, Fe₂SiO₄, menurut reaksi berikut:

Fe₂SiO_4(s) + O_2(g) + 5H₂O_(l)2Fe(OH)_3(s) + H₄SiO_4(aq)

Asam silikat

Fe²⁺

Fe³⁺

Mineral yang teroksidasi volumenya meningkat dengan penambahan oksigen dan biasanya menjadi lebih lunak daripada material yang tidak teroksidasi. Perubahan bilangan oksidasi juga menyebabkan ketidakseimbangan muatan listrik sehingga lebih mudah “terserang” air dan asam karbonat. Oksidasi dan reduksi merupakan proses yang selalu bersama. Contohnya sebagai berikut:

4FeO + O₂ 2Fe₂O₃

(Fe²⁺) (oksigen) (Fe³⁺)

4. Dissolution with Hydrolisis

Reaksi ini adalah reaksi pelarutan dimana suatu substansi bereaksi dengan air membentuk hidroksida dan substansi baru lain yang biasanya lebih mudah larut daripada substansi awalnya. Ion hidrogen (H⁺) dan hidroksida (OH^-) bebas dapat memindahkan ion mineral dan membuatnya menjadi terlarut, sehingga struktur atom mineral menjadi berubah dan menjadi bentuk yang baru. Proses ini merupakan salah satu proses pelapukan yang penting yang dapat mengubah profil tanah. Salah satu contoh dari proses ini terjadi pada mineral silikat seperti potassium feldspar yang melapuk dan membentuk mineral clay.

KAlSi₃O₈ + HOH HAlSi₃O₈ + KOH

(Orthoclase) (Air) (Asam clay silikat)

Hidrolisis adalah proses pelapukan kimia yang mempengaruhi mineral silikat. Pada reaksi tertentu, air murni mengionisasi dan bereaksi dengan mineral silikat. Contoh reaksinya:

Mg₂SiO₄ + 4H⁺ + 4OH^- 2Mg²⁺ + 4OH^- + H₄SiO₄

(Forsterite) (4 molekul aor terionisasi) (Ion dalam larutan) (asam silikat)

Reaksi ini menghasilkan kelarutan sempurna material asal, diasumsikan air cukup tersedia untuk melangsungkan reaksi tersebut. Tapi reaksi di atas jarang terjadi karena air murni jarang bertindak sebagai donor H⁺. Karbondioksida yang terlarut dalam air membentuk asam lemah dan merupakan donor H⁺. Contoh reaksinya:

Mg₂SiO₄ + 4CO₂ + 4H₂O 2Mg²⁺ + 4HCO₃^- + H₄SiO₄

(Forsterite) (Karbondioksida) (Air) (Ion dalam larutan) (Asam silikat)Forsterite

Reaksi hidrolisis ini lebih umum terjadi. Asam karbonat bereaksi dengan silikat. Silikat adalah senyawa yang mengandung sebuah ion dimana satu atau lebih pusat atom silikon dikelilingi oleh ligan elektronegatif.

5. Acid Hydrolisis

Hidrolisis asam berbeda dengan hidrolisis konvensional dimana agen pengaktivasinya adalah asam encer (lebih baik dibandingkan dengan air), sehingga menghasilkan pelapukan yang lebih efisien. Asam encer telah dibentuk di lingkungan seperti asam karbon dan sulfur:

CO_2(g) + H₂O_(l)H₂CO_3(aq)

SO_2(g) + H₂O_(l)H₂SO_3(aq) H₂SO_4(aq)

Berikut ini adalah contoh reaksi asam karbonat dengan forsterite dan calcite:

Mg₂SiO_4(s) + 4H₂CO_3(aq) 2Mg²⁺_(aq)+ 4HCO₃^-_(aq)+ H₄SiO_4(aq)

Forsterite Asam silikat

CaCO_3(s) + 2H₂CO_3(aq) Ca²⁺_(aq) + 2HCO₃^-_(aq) +H₂O_(l)+ CO_2(g)

Basa relatif kuat

calcite hidrolisis

Asam lemah

Ca(OH)_2(aq) H₂CO_3(aq)

Asam karbonat

Ca²⁺_(aq) + 2OH^-_(aq)

Reaksi di atas menunjukkan bagaimana keasaman air hujan secara efektif menetralkan pelapukan mineral. Para petani menggunakan prinsip ini untuk mengurangi keasaman tanah (sering disebabkan oleh pengendapan asam atau praktek pertanian) dengan menyebarkan serbuk kapur (CaO), kapur segar (Ca(OH)₂) atau bautan kapur (CaCO₃) di atas permukaan tanah. Di dalam tanah, semua material ini terjadi pertukaran ion hidrogen dari tanah dan berubah menjadi air, sebagai berikut:

CaCO_3(s) + ^H_H-soil Ca-soil + H₂O_(l) + CO_2(g)

Ca(OH)_2(s)+ ^H_H-soilCa-soil + H₂O_(l)

CaO bereaksi dengan air tanah membnetuk kalsium hidroksida, yang kemudian menetralkan keasaman tanah, seperti yang ditunjukkan di atas. Penggantian pertukaran ion hidrogen menyebabkan reaksi cenderung bergeser ke kanan dan reaksi akan berlanjut hingga semua kapur habis. Ketika penutup tanah sangat tipis dan tidak berkapur (seperti di sebagian Skandinavia), keasaman air hujan tidak secara efektif menetralkan.

6. Complexation

Mekanisme ini meliputi reaksi pembentukan khelat dan pembentukan tanah podzol.

K₂[Si₆Al₂]Al₄O₂₀(OH)₄ + 6H₂C₂O₄ 2K⁺ + 8OH^- + 6C₂O₄Al⁺ + 6Si(OH)₄

Muscovite Asam oksalat Kompleks organik

C₂O₄Al⁺ adalah khelat yang dibentuk dari ligan organik dan ion Al dari muscovite. Reaksi ini terjadi pada deret reaksi yang terjadi dalam suksesi yang cepat. Ligan dapat terbentuk ketika masuk ke dalam profil tanah dari horizon A dan mengambil ion Al untuk membentuk kompleks khelat dan membawanya turun ke horizon B. Ini adalah proses pembentukan tanah podzol yang paling dominan dan oleh karena itu disebut sebagai proses Podzolisasi.